Автор: Гуреев А.А. Серегин Е.П. Азев В.С.
Теги: технология топлив физика химия нефть топливо
Год: 1984
Текст
А. А. Гуреев, E. П. Серегин, В. С. Азев
КВЛПИЧ>МКЛЦИОННЫЕ
МЕТОДЫ
ИСПЫТАНИЙ
НЕФТЯНЫХ
топлив
А. А. Гуреев, E. П. Серегин, В. С. Азев
КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ
МЕТОДЫ
ИСПЫТАНИЙ
НЕФТЯНЫХ
ТОПЛИВ
МОСКВА, ХИМИЯ, 1984
6П7.43
Г 95
УДК 662.753.12.004.12
Гуреев А. А., Серегин Е.П., Азев В. С.
Квалификационные методы испытаний нефтяных топ-
лив.--М., Химия, 1984. 200 с., ил.
Рассмотрены основы организации оценки качества топлив, принципы контроля за каче-
ством различных видов нефтяных топлив. Кратко изложены методы оценки физико-химических
показателей, их связь с эксплуатационными свойствами топлив. Показано значение категорийно-
сти и государственного Знака качества в повышении эффективности использования топлив. Опи-
саны комплексы методов квалификационной оценки топлив, их роль в испытании и внедрении
новых видов топлив.
Рассчитана на инженерно-технических работников, занимающихся оценкой качества неф-
тяных топлив, совершенствованием технологии их производства и повышением эффективности
использования в народном хозяйстве.
200с., 20 табл., 82 рис., 115 литературных ссылок.
Рецензент: заведующий отделом топлив ВНИИ НП, доктор
технических наук, профессор Б. А. ЭНГЛИН
2803020100-140 в,
050(01)-84
© Издательство «Химия», 1984г
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
ГЛАВА 1 ОРГАНИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ И ОЦЕНКА КАЧЕСТВА НЕФ- 7
ТЯНЫХ ТОПЛИВ
Классификация топлив 7
Оценка качества топлив 9
Свойства и качество топлив 9
Методы оценки качества топлив 14
Комплексы методов квалификационной оценки качества топлив 16
Стандартизация и аттестация качества топлив 21
Организация контроля качества топлив 23
ГЛАВА 2. КОМПЛЕКС КВАЛИФИКАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ИСПЫТА- 24
НИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ
Испаряемость 26
Воспламеняемость и горючесть 31
Прокачиваемость 44
Коррозионная активность 46
Защитные свойства 49
Стабильность 51
Физическая стабильность 52
Химическая стабильность 55
Склонность к образованию отложений 58
ГЛАВА 3. КОМПЛЕКС КВАЛИФИКАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ИСПЫТА- 69
НИЙ АВИАЦИОННЫХ БЕНЗИНОВ
Состав комплекса квалификационных методов испытаний 70
I ЛАВА 4. КОМПЛЕКС КВАЛИФИКАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ИСПЫТА- 83
НИЙ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ
Испаряемость 83
Воспламеняемость и горючесть 86
Комплексная опенка воспламеняемости и горючести 92
3
Прокачиваемость 97
Коррозионная активность 104
Защитные свойства 107
Склонность к образованию отложений ПО
Противоизносные свойства 115
Стабильность 117
ГЛАВА 5. КОМПЛЕКС КВАЛИФИКАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ИСНЫГА- 121
НИЙ ТОПЛИВ ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
Испаряемость 121
Воспламеняемость и горючесть 124
Склонность к образованию отложений 132
Совместимость с материалами 142
Прокачиваемость 150
Противоизносные свойства 154
Защитные свойства * 165
Электризуемость 166
Стабильность 168
ГЛАВА 6. КОМПЛЕКС КВАЛИФИКАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ИСПЫТА- 173
НИЙ ДИСТИЛЛЯТНЫХ ТОПЛИВ ДЛЯ СУДОВЫХ ГАЗО-
ТУРБИННЫХ И КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Испаряемость 173
Воспламеняемость и горючесть 176
Склонность к образованию отложений 178
Совместимость с материалами 179
Прокачиваемость 180
Противоизносные свойства 181
Защитные свойства 181
Стабильность 181
ГЛАВА 7 КОМПЛЕКС КВАЛИФИКАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ИСПЫТА- 182
НИЙ ОСТАТОЧНЫХ ТОПЛИВ ДЛЯ СУДОВЫХ КОТЕЛЬ-
НЫХ УСТАНОВОК И ГАЗОВЫХ ТУРБИН
Испаряемость 183
Воспламеняемость и горючесть 183
Склонность к образованию отложений 184
Совместимость с материалами 187
Прокачиваемость 188
Защитные свойства 191
Стабильность 192
Литература 194
4
ВВЕДЕНИЕ
II ходе научно-технической революции непрерывно возрастает роль не-
||>1япых топлив. От качества применяемых топлив зависит прогресс в тех-
нике, жономика расходования топливно-энергетических ресурсов страны.
Рациональное использование нефтяных топлив, стремление к улучше-
нию их качества и расширению ресурсов всегда были основными задачами
пеф|еперерабатывающей промышленности [1-8]. В последние годы значе-
ние этих проблем особенно возросло.
Во-первых, произошел резкий количественный рост потребления не-
(|>1япых топлив. Поэтому улучшение качества топлив в настоящее время
сопряжено с затратой больших материальных средств, и каждый шаг
и ном направлении требует всестороннего научно-технического и эконо-
мического обоснования и экспериментальной проверки.
Во-вторых, рост надежности, долговечности и экономичности работы
ипп ;и слей, машин и механизмов определили повышение требований к ка-
мее i ну применяемых топлив. В связи с этим эксплуатационные свойства
। опарных топлив достигли столь высокого уровня, что даже незначитель-
ное его дальнейшее повышение связано с большими материальными за-
। р.пами. Особо важное значение приобретает научная оптимизация требо-
панпй к качеству нефтяных топлив. Использование топлив с необосно-
ванным запасом качества приводит к нерациональным расходам
и пеф|сиерерабатывающей промышленности, а применение топлив, не от-
печ.нищих требованиям эксплуатации,- к снижению надежности техники.
В->ретьих, достижение оптимального уровня качества товарных топ-
iiiin шало возможным в результате компаундирования, применения раз-
1ИЧПЫХ способов очистки, использования присадок и т.д. Разработка
ошнмальных путей достижения заданного уровня качества товарных не-
ф|енродуктов приобрела кроме технического и экономического еще и эко-
iioi пческое значение.
В-четвертых, ограниченность нефтяных ресурсов выдвигает как одну
и । важнейших задач увеличение ресурсов жидких топлив за счет перера-
Сннки твердого и газообразного сырья, применения кислородсодержащих
продуктов, получаемых из возобновляемого сырья и т.д. Топлива не не-
||няпо1о происхождения имеют некоторые особенности, и изучение экс-
п пун । анионных свойств их приобретает все большее значение.
Все отмеченные обстоятельства способствовали развитию и становле-
нию повой отрасли науки, названной химмотологией. В химмотологию
входят вопросы рационального использования нефтепродуктов; название
ной отрасли знаний дано по наиболее широкому и важному направле-
нию применению топлив и смазочных материалов в двигателях (химия +
I мо гор + логия). Эта наука призвана изучать широкий круг вопросов
1соретического и практического характера в трех основных направлениях.
I. Оптимизация качества товарных нефтепродуктов. Это направление
чхн.пывает следующие проблемы:
оценку и научное обоснование требований к качеству нефтепродуктов;
разработку наиболее эффективных и экономически выгодных путей улучшения
жеилуатационных свойств нефтепродуктов;
5
определение и технико-экономическое обоснование оптимального уровня экс-
плуатационных свойств товарных нефтепродуктов.
2. Повышение эффективности использования нефтепродуктов. Это направ-
ление включает следующие проблемы:
научное обоснование норм расхода нефтепродуктов и разработку путей их
экономии;
обеспечение сохранности качества нефтепродуктов в процессах транспорта
и хранения;
унификацию сортов и марок нефтепродуктов;
разработку рекомендаций по взаимозаменяемости нефтепродуктов;
разработку методов восстановления качества некондиционных и отработавших
нефтепродуктов.
3. Создание и совершенствование системы и методов оценки качества
нефтепродуктов. В это направление входят следующие проблемы:
разработка и совершенствование методов оценки эксплуатационных свойств
нефтепродуктов;
создание и научное обоснование комплексов методов квалификационной оцен-
ки нефтепродуктов;
определение соответствия между данными лабораторных исследований и экс-
плуатационными свойствами нефтепродуктов;
совершенствование стандартов и технических условий на нефтепродукты и ме-
тоды их испытаний.
Сформулированные выше задачи химмотологии-повышение качества
нефтепродуктов и эффективности их использования-полностью напра-
влены на решение важнейших проблем народного хозяйства.
Особенно велико значение химмотологии в области оценки эксплуата-
ционных свойств нефтепродуктов. За последние годы создана, по-существу,
новая система оценки эксплуатационных свойств нефтепродуктов. Ранее
эксплуатационные свойства нефтяных топлив и смазочных материалов
оценивались в процессе испытаний на полноразмерных машинах и меха-
низмах в эксплуатационных условиях. Такие испытания длительны во
времени (2-3 года), на их проведение расходуется большое количество
опытных топлив и смазочных материалов и их необходимо проводить
с применением новых видов техники.
В настоящее время разработана и внедрена в общегосударственном
масштабе новая система, по которой в течение 1,5-2,0 месяцев при неболь-
ших затратах можно оценить эксплуатационные свойства нефтяных топлив
и смазочных материалов.
По этой системе каждое эксплуатационное свойство как бы «расчлене-
но» или «разделено» на более простые составляющие, оценка которых воз-
можна ускоренными методами в лабораторных условиях. Суммирование
результатов оценки таких «составляющих» позволяет дать объективную
и всестороннюю оценку эксплуатационного свойства в целом.
Разработаны и так называемые «наборы» квалификационных методов
для оценки всех эксплуатационных свойств основных видов топлив и сма-
зочных материалов. Для каждого вида топлив и смазочных материалов
все методы, позволяющие судить об эксплуатационных свойствах, объеди-
нены в комплекс методов квалификационной оценки. Используя эти ком-
плексы, можно в короткое время оценить основные эксплуатационные
свойства топлив и смазочных материалов и во многих случаях избежать
длительных и дорогостоящих испытаний. Описанию таких комплексов
и методов, их составляющих, и посвящена данная книга.
Глава 1 написана А. А. Гуреевым, главы 2 и 3-В.С. Азевым, глава
4-А. А. Гуреевым с В.С. Азевым и главы 5, 6 и 7-Е.П. Серегиным.
6
Глава 1
ОРГАНИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ И ОЦЕНКА
КАЧЕСТВА НЕФТЯНЫХ ТОПЛИВ
Жидкие нефтяные топлива широко используются в различных двигателях
и юпочпых устройствах. Однако эффективность использования нефтяных
опции наиболее высока в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Эти
инн а гели предъявляют и наиболее жесткие требования к качеству приме-
няемых юплив. Развитие нефтеперерабатывающей промышленности в зна-
Ч1пел1.пой мере связано со стремлением получать из нефти как можно
поныне высококачественных топлив для двигателей внутреннего сгорания.
< iciiciii. превращения нефти в топлива для ДВС получила название «глу-
шни.1 переработки нефти»; сейчас в развитых странах она составляет более
Повышение глубины переработки нефти является одной из важней-
ших гадач XI пятилетки.
11спрерывное увеличение объемов производства нефтяных топлив, из-
менения в технологии их получения и высокие требования к качеству про-
ivkiou обусловливают важное значение проблемы оценки эксплуата-
ционных свойств топлив, организации их исследований и испытаний,
и i.i кже разработки принципов контроля и системы управления качеством
ion.ipin.ix топлив на заводах нефтеперерабатывающей промышленности.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВ
При классификации жидких нефтяных топлив по назначению выделяют
ня и. групп (рис. 1).
В первую группу входят топлива для поршневых двигателей с принудй-
1елы1ым воспламенением. В таких двигателях испарение топлива и образо-
вание топливо-воздушной смеси происходит при относительно невысоких
н-мпературах, поэтому применяют низкокипящие фракции продуктов пере-
работки нефти; это-автомобильные и авиационные бензины.
Ко второй группе отнесены топлива для поршневых двигателей с вос-
пламенением от сжатия. В этих двигателях испарение топлива осущест-
вляется в воздухе, нагретом до высоких температур (~ 700 °C), и образова-
ние юрючей смеси обеспечивают более высококипящие фракции продук-
та переработки нефти. В быстроходных дизелях с высоким числом
оборотов коленчатого вала, применяют более низкокипящее топливо, так
как время на испарение и смесеобразование в них меньше, чем в средне-
п малооборотных двигателях.
Третью группу составляют топлива для газотурбинных двигателей. •
В первую очередь это-топлива для авиационных реактивных двигателей,
к которым предъявляют особенно высокие требования, обусловленные не-
обходимостью обеспечить надежность эксплуатации летательных аппара-
те. Наиболее приемлемым топливом для реактивных авиационных двига-
телей оказались средне-дистиллятные керосиновые фракции продуктов
7
РИС. 1. Классификация жидких нефтяных топлив.
переработки нефти. При этом для двигателей сверхзвуковой авиации по-
требовались более стабильные нефтяные фракции с более высокой темпе-
ратурой начала кипения., чем для двигателей дозвуковой авиации. Все дру-
гие газотурбинные двигатели находят все более широкое применение
в технике как для транспортных средств (основные силовые установки ко-
раблей и т.п.), так и для стационарных установок (привод крупных на-
8
соспых агрегатов и т.д.). Для их эксплуатации необходимы дешевые и ка-
чественные топлива, и здесь используют более высококипящие топлива,
в юм числе и топлива вторичного происхождения.
Четвертая группа-горючее для котельных установок и промышленных
печей. Это топлива для стационарных котельных, электростанций и для
। рппспортных котельных установок (силовые установки кораблей). Сюда
же относят топлива для промышленных печей, например топливо для мар-
теновских печей.
В пятую группу входят топлива, которые используют в коммунально-
бытовых целях. Сюда относят топливо печное и осветительный керосин.
Печное топливо применяют в индивидуальных системах отопления и не-
бо ньших отопительных устройствах, а керосин-в керогазах, керосинках,
осветительных лампах и т.д. Таким образом, в качестве топлив для двига-
1е.чей внутреннего сгорания и топочных устройств используют практиче-
ски все нефтяные фракции, различающиеся по всем основным физико-хи-
мическим и эксплуатационным свойствам. Это обстоятельство обусловли-
n.ici необходимость использования для оценки качества топлив большого
числа разнообразных методов.
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТОПЛИВ
Свойства и качество топлив
В последние годы получила дальнейшее развитие наука о качестве мате-
риалов и изделий [9-12]. Предметом этой науки являются свойства про-
дукчов и их соотношения с потребностями и возможностями общественно-
ю производства [13]. От исследования технико-экономической природы
качества перешли к созданию методов и принципов управления качеством
113. 14], изучению экономических [15, 16] и социально-правовых проблем
качества продукции [17]. Обрела стройность и методологическую базу на-
ука об измерении и количественной оценке качества продукции-квалиме-
|рия, унифицированы многие термины и определения, а также дана общая
к лассификация показателей качества продукции.
К сожалению, для нефтепродуктов, в том числе и для нефтяных то-
ппив*, общепризнанных терминов и понятий в области качества пока не
ра 1работано. Для развития работ по улучшению качества нефтепродуктов
и внедрению комплексных систем управления качеством необходимо вы-
брать наиболее удачную и обоснованную стандартную терминологию, ис-
ходя из общих положений науки о качестве продукции. Дело в том, что
формирование качества нефтепродуктов на нефтеперерабатывающих заво-
дах имеет ряд особенностей, которые следует учитывать при выборе стан-
дартных терминов и определений.
Одно из первых определений качества нефтепродуктов дано в работе
К. К. Папок [18]. Он писал: «Качество-это совокупность свойств продук-
ia, определяющих степень его пригодности для использования по назначе-
* Далее по тексту при изложении общих вопросов вместо термина нефтяное
10ПЛИВО употребляется термин нефтепродукты.
9
нию». Однако это определение оказалось недостаточно точным. В соответ-
ствии со стандартом, под качеством нефтепродукта понимается совокуп-
ность свойств, обусловливающих его пригодность для использования по
назначению. В этом определении подчеркивается главное назначение не-
фтепродукта-удовлетворять определенные потребности общества, но оно,
в то же время фиксирует только пригодность продукта для удовлетворе-
ния какой-то потребности. Степень же пригодности относится уже к друго-
му понятию-уровню качества нефтепродукта.
Многообразие свойств нефтепродуктов требует их классификации по
наиболее важным признакам.
Всю совокупность свойств нефтепродуктов, определяющих их качество,
К.К. Папок предложил разделить на три группы: физико-химические, экс-
плуатационные и экологические [8, 18]. При этом к экологической группе
отнесены стабильность нефтепродуктов при хранении, их пожароопасность
и т.д. В работе [19] предложено делить свойства нефтепродуктов на такие
три группы: физико-химические, эксплуатационные и технические. К физи-
ко-химическим относят свойства, характеризующие состояние нефтепро-
дуктов и их состав (плотность, вязкость, теплоемкость, теплопроводность,
поверхностное натяжение, электрическую проводимость, диэлектрическую
проницаемость, элементный, фракционный и групповой углеводородный
составы и др.).
Во второй группе сосредоточены все эксплуатационные свойства нефте-
продуктов, обеспечивающие надежность и экономичность эксплуатации
двигателей, машин и механизмов. Эксплуатационные свойства характери-
зуют полезный эффект от использования нефтепродукта по назначению
и определяют область его применения. Количество таких свойств зависит
от вида нефтепродукта и может колебаться в широких пределах.
Технические свойства нефтепродуктов, выделенных в третью группу, не
связаны с их применением, а проявляются в процессах хранения и транс-
портирования. Эту группу можно разделить на две подгруппы. Первая
объединяет те свойства, которые определяют сохранность качества нефте-
продуктов в процессах их транспортирования и хранения. Все свойства
этой подгруппы могут быть отнесены к трем видам: химическая и физиче-
ская стабильность и биологическая стойкость. В понятие физическая ста-
бильность входят склонность к потерям от испарения, к расслаиванию, ги-
гроскопичность, загрязненность и т.п. Под химической стабильностью
имеется в виду способность нефтепродукта (углеводородов, неуглеводо-
родных примесей и присадок) противостоять окисляющему воздействию
кислорода воздуха, а в отдельных случаях химическому воздействию
среды. Биологическая стойкость подразумевает защищенность нефтепро-
дукта от воздействия плесени, грибков и бактерий.
Вторую подгруппу составляют технические свойства, обеспечивающие
безопасность транспортирования, хранения и применения нефтепродуктов.
Все свойства этой подгруппы также можно отнести к трем видам: токсич-
ность, пожароопасность и склонность к электризации. В понятие токсич-
ность входит степень вредности нефтепродукта для человека и окружаю-
щей среды, влияние качества нефтепродукта на состав отработавших газов
двигателей и т.д. Пожароопасность объединяет пределы воспламеняемо-
сти смеси паров нефтепродукта с воздухом, температуры вспышки, само-
10
шип11.1мепения и т.д. Такое свойство нефтепродуктов, как склонность
к >иск<ризации пояснений не требует.
Итоженная схема [19] позволяет классифицировать практически все
niuicina нефтепродуктов, в том числе нефтяных топлив любого назначе-
ния.
В предложенном делении к эксплуатационным свойствам нефтепродук-
1OII о । несены только свойства, проявляющиеся при эксплуатации. Однако
i ушесгвует мнение, что к эксплуатационным свойствам можно отнести все
<noiiciiia, проявляющиеся и при хранении и при транспортировании. Дей-
i । пи 1СЛЫЮ, в некоторых случаях трудно отделить хранение и транспорти-
pun.iiine нефтепродукта от его применения, поэтому в данной книге
< пспыо упрощения изложения материала свойства топлив рассматривают-
i и и двух группах: физико-химические и эксплуатационные.
Важное значение имеет понятие «уровень качества продуктов». Общие
определения уровня качества продукции к нефтепродуктам не всегда при-
ем немы, так как многие требования к качеству нефтепродуктов взаимосвя-
HIIII.I, а их количественное выражение имеет оптимальные пределы. Под
уровнем качества нефтепродуктов следует понимать количественную оцен-
ку iieneiiit удовлетворения требований потребителя.
(' 1очки зрения политической экономии под оптимальным уровнем ка-
|п пи нефтепродукта следует иметь в виду такой уровень, при котором
досыпается максимальное удовлетворение требований потребителя при
минимальных затратах общественного труда на производство и потребле-
ние нефтепродукта. Можно пользоваться термином «уровень» не только
л ||я всей совокупности свойств, входящих в понятие качество нефтепродук-
1.1, по и для каждого свойства в отдельности. При этом уровень качества
|цф|енродукта будет зависеть от уровня каждого свойства и значимости
тио свойства в общем понятии качества. Наиболее важный показатель
•пню используют при маркировке нефтепродуктов. Так, эксплуатационное
iiioiicrBo бензинов-детонационная стойкость-нашло отражение в марках
Остинов в виде цифр, характеризующих октановое число. Для дизельных
loiiJiiiB важное значение имеют низкотемпературные свойства, поэтому
и ывисимости от температуры застывания и помутнения топливо назы-
iiiiioi летним, зимним или арктическим.
Уровень основных свойств нефтепродуктов является сложной функцией,
и формируется с учетом следующих четырех факторов:
। ребования потребителей,
1ехнических возможностей и затрат в нефтеперерабатывающей промы-
шленности,
экономического эффекта от использования в народном хозяйстве,
взаимного влияния отдельных свойств, входящих в понятие качество
неф ге продукта.
Первые два фактора просты в оценке и их давно используют в практи-
ке; во многих случаях они определяют качество нефтепродуктов, выра-
батываемых в настоящее время. Наибольшего внимания и развития в бли-
жайшее время требуют исследования и расчеты по третьему и четвертому
направлениям. Оценка экономического эффекта от повышения качества
нефтепродуктов должна своевременно определять эффективные направле-
ния дальнейшего технического прогресса как в нефтеперерабатывающей
11
промышленности, так и в машиностроении. Недостаточная изученность
проблем эффективности улучшения качества нефтепродуктов и экономиче-
ского обоснования его оптимального уровня объясняется тем, что эта про-
блема сложная и межотраслевая.
Особенно важное экономическое значение приобретают вопросы опти-
мизации качества топлив в связи с непрерывным ростом потребления по-
следних. Использование топлив с необоснованным запасом качества при-
водит к большим нерациональным расходам, а применение топлив, не
отвечающих требованиям эксплуатации,-к снижению надежности и долго-
вечности техники.
В настоящее время вновь встает вопрос о соответствии и оптимальном
значении октановых чисел бензинов и степеней сжатия автомобильных
двигателей в связи с переходом во многих странах на применение неэтили-
рованных бензинов по экологическим соображениям. Аналогичное положе-
ние сложилось и с цетановыми числами дизельных топлив. На сегодня нет
достаточно обоснованных оптимальных требований к цетановым числам
топлив для быстроходных дизелей.
Следует подчеркнуть, что оба приведенных примера касаются важней-
ших показателей качества наиболее массовых видов топлив-автомо-
бильных бензинов и дизельных топлив, ежегодное потребление которых
в нашей стране составляет многие миллионы тонн. Поэтому незначи-
тельные неточности в оценке оптимальных значений качества повлекут за
собой миллионные и даже миллиардные убытки.
Оценка взаимного влияния отдельных свойств на общий уровень каче-
ства нефтепродуктов - одна из наименее изученных областей химмотоло-
гии. Некоторые свойства находятся в противоречии между собой: улучше-
ние одного из них может привести к ухудшению другого. Например,
добавление низкокипящих компонентов в бензин улучшает пусковые свой-
ства, но увеличивает склонность бензина к образованию паровых пробок
в двигателе; гидроочистка реактивных топлив снижает их коррозионную
активность, но ухудшает противоизносные и защитные свойства. В таких
случаях приходится устанавливать оптимальные соотношения между раз-
личными свойствами.
Каждое свойство нефтепродукта может быть охарактеризовано количе-
ственно либо абсолютным показателем, либо относительным. Многие фи-
зические характеристики нефтепродукта определяются в абсолютных пока-
зателях. При относительной оценке сопоставляют значение некоторого
показателя качества нефтепродукта с показателем эталона. Так, октановое
число бензина является относительной оценкой его детонационной стойко-
сти (за эталоны приняты изооктан и гептан).
Стандартом определены три группы количественных показателей, ис-
пользуемых при оценке качества продукции: единичные, комплексные и ин-
тегральные. Единичные показатели характеризуют какое-то одно свойство
изделия, а комплексные характеризуют изделие с различных, но взаимо-
связанных сторон и включают несколько единичных показателей. Инте-
гральный показатель качества отражает соотношение суммарного полез-
ного эффекта от эксплуатации или потребления продукции и суммарных
затрат на ее создание и эксплуатацию или потребление.
При оценке качества нефтепродуктов весьма широко используют еди-
12
ппчпые показатели: коррозионная активность топлив, моющая способ-
ное п> масел и т.д. В качестве примера комплексного показателя можно
привести понятие надежности, применяемое при оценке качества двигате-
irii, машин и механизмов. В это понятие входят долговечность, безотказ-
ное и., ремонтопригодность и сохраняемость. Изменение надежности дви-
|.ие.ия или машины при использовании нефтепродуктов с разными экс-
п iy.iiанионными свойствами могло бы служить комплексным показателем
качества этих нефтепродуктов.
Итегральный показатель качества для нефтепродукта по существу ха-
рам еризуется оптимальным уровнем его качества. Это технико-экон оми-
ческий показатель, который заставляет не просто улучшать качество про-
ема, а добиваться, чтобы интегральный показатель его качества или
ре |упьгирующая величина по возможности был бы наибольшим.
Л. Ф. Горенков [21] предлагает совокупность свойств и показателей ка-
честв нефтепродуктов в соответствии со степенью сложности этих
< попе 1в и показателей распределить по четырем уровням. На каждом
v роппс располагаются однотипные по физико-химической сущности
и пенсии сложности категории:
и. Фк продуктов
Свойства нефтепродуктов
\ |1<||1С'1ц. качества
Степень сложности
показателей
II ученой (Ко)
Первый (К,)
Нюрой (Ку)
I рг I ИИ (Ку.)
Совокупность всех эксплуа- Интегральные
тационных свойств
Эксплуатационные
Физико-химические
Элементарные (простые)
Комплексные
Комплексные и единичные
Единичные
При этом каждая категория низшего уровня должна быть составляю-
пк п соответствующего понятия более высокого уровня. Например, для
пиши о из эксплуатационных свойств топлив для авиационных газотур-
1НПИП.1Х двигателей-прокачиваемости можно представить следующую
11 рук ।урную схему категорий:
и । у hi анионное
iiiilli ню (К,)
Промниваемость (KJ
Физико-химическое
свойство (Ку)
Чистота (Кц)
Взаимодействие с водой
(К12)
Низкотемпературные свой-
ства (К13)
Элементарное
свойство (Ку-)
Содержание механических
примесей (Кш)
Содержание воды (К112)
Содержание мыл нафтено-
вых кислот (К113)
Состояние поверхности раз-
дела фаз (К12>)
Прозрачность водного и
топливного слоев (К122)
Вязкость при — 40 °C (К131)
Температура начала крис-
таллизации (Ki32)
Но мнению А.Ф. Горенкова, основанием для деления свойств на всех
уровнях являются процессы, которые протекают при использовании нефте-
продуктов и уровень сложности которых связан с соответствующими
уровнями качества этих продуктов.
13
Методы оценки качество топлив
Создание научно-обоснованной методологии количественной оценки
свойств нефтепродуктов-важнейшая задача химмотологии. Все методы
оценки эксплуатационных свойств нефтепродуктов можно разделить на
прямые и косвенные (рис. 2).
К косвенным следует отнести методы определения физико-химических
свойств и состава нефтепродуктов, которые широко применяют при конт-
роле качества отдельных дистиллятов и товарных продуктов на заводе.
Эти методы позволяют косвенно судить о том или ином эксплуатацион-
ном свойстве. Например, по фракционному составу судят о пусковых свой-
ствах бензинов, по вязкости-о пусковых свойствах масел и т.д.
РИС. 2. Методы оценки эксплуатационных свойств нефтепродуктов.
14
Методы, предназначенные для оценки эксплуатационных свойств нефте-
продуктов в ускоренных условиях, по предложению К. К. Папок [8], полу-
hiuii название квалификационных. С помощью этих методов за короткое
время можно оценить какое-либо эксплуатационное свойство нефтепродук-
। । Ст епень достоверности оценки этого свойства зависит от совершенства
кч.1 иификационного метода и достаточной корреляции получаемых резуль-
1 ион с данными эксплуатационных испытаний.
Методы квалификационной оценки разделяются на следующие:
безмоторные (метод определения коррозионной активности топлив
и условиях конденсации влаги, при повышенных температурах и т.д);
па одноцилиндровых и малолитражных двигателях (методы определе-
нии октановых и цетановых чисел);
па полноразмерных двигателях в стендовых условиях (метод оценки де-
1О11.ЩИОННОЙ характеристики по составу смеси на двигателе АШ-62ИР, ме-
о.ц ВНИИ НП оценки эксплуатационных свойств дизельных топлив на
пчпагеле ЯМЗ-236 и др.);
ыбораторно-дорожные (метод оценки детонационной стойкости в до-
родных условиях и др.);
Наиболее полную оценку всех эксплуатационных свойств можно полу-
чип. непосредственно на полноразмерном двигателе, машине или механиз-
м при проведении эксплуатационных испытаний. Однако такие испытания
। нпеньны во времени, требуют большого расхода нефтепродукта, испы-
i уемов техники и т.д.
Квалификационные методы оценки качества. Эти методы оценки каче-
цы нефтепродуктов возникли в результате тех значительных изменений
и tex пике, которые произошли в ходе научно-технической революции.
И i.i имообусловленный рост требований техники и качества применяемых
ioiiiihi и смазочных материалов привел к необходимости разработки
>иых, ускоренных методов испытаний на модельных установках, агрега-
1 к п двигателях, позволяющих в минимально короткие сроки, при малых
и р.п ах сил, средств и испытуемых образцов нефтепродуктов надежно
iin iiiiib важнейшие эксплуатационные свойства [22]. Во многих случаях
1 1кш- методы пришли на смену длительным испытаниям.
История развития квалификационных методов оценки эксплуата-
ционных свойств нефтепродуктов, по мнению К. К. Папок [18], началась
именно с нефтяных топлив в начале XX века, когда на пути развития бен-
«шовых двигателей внутреннего сгорания возникла проблема детонацион-
ною ci орания топлива. Первым квалификационным методом был метод
•пр селения октановых чисел бензинов на одноцилиндровой установке Во-
h. ш, разработанной в 1927 г. Как известно, метод октановых чисел полу-
пг1 распространение во всем мире, с ним было связано проведение широ-
। их исследований и решение серьезных проблем в области детонации.
II 10 х юдах в связи с необходимостью предотвращения загрязнения дета-
|. н двигателей углеродистыми отложениями была начата интенсивная
«работка квалификационных методов оценки качества смазочных масел.
В настоящее время квалификационные методы разработаны практиче-
1.Н [ня всех видов нефтепродуктов. Они считаются наиболее перспек-
। пнпыми. поскольку с их помощью удается не только ускорить оценку экс-
н IX.11.|ционных свойств нефтепродуктов, но и быстро решить актуальные
15
вопросы химмотологии, от которых в значительной степени ынисят на-
дежность и экономичность работы двигателей и рациональное использова-
ние энергетических ресурсов.
С помощью методов квалификационной оценки удашся исследовать
механизм того или иного явления, связанного с применением нефтепродук-
тов, дать рекомендации по выбору оптимальной композиции присадок
и их концентрации, провести сравнительную оценку их )ффективности.
Многие современные базовые нефтепродукты готовят смешением не-
скольких компонентов. Оптимальное соотношение компонентов может
быть найдено также с помощью квалификационных методов.
Одним из важнейших направлений химмотологии особенно в насто-
ящее время является унификация [23] топлив и смазочных материалов,
что невозможно без применения квалификационных методов.
Методы квалификационной оценки качества нефтепродуктов непрерыв-
но видоизменяются и совершенствуются. Нередко ужесточаются условия
испытаний (повышаются температура, давление), модельные установки ос-
нащаются более современными средствами измерений, новыми узлами
и агрегатами. Некоторые наиболее удачные методы стандартизуются, и
в дальнейшем требования к качеству нефтепродукта по такому методу мо-
гут входить в стандарт технических условий на данный нефтепродукт.
Создание нового квалификационного метода-дело сложное и трудное,
но удачно разработанный метод в течение длительного времени с успехом
используется при решении многих проблем. По методу определения окта-
новых чисел на одноцилиндровой моторной установке уже более 50 лет
надежно оценивается важнейшее свойство бензинов. К. К. Папок [18] счи-
тал, что создание нового квалификационного метода имеет не только
большую практическую ценность, но является и теоретическим вкладом
в химмотологию, если, разумеется, он позволяет получать результаты,
взаимосвязанные с результатами эксплуатационных испытаний, ускорять
решение теоретических и практических вопросов и прогнозировать напра-
вления дальнейших исследований*.
Комплексы методов квалификационной оценки
качества топлив
В конце 60-х годов в нашей стране возникло новое направление в исполь- '
зовании квалификационных методов. Их стали применять не только раз-
розненно для оценки отдельных эксплуатационных свойств, но и в виде
специальных комплексов.
Идея создания комплексов методов состояла в том, чтобы каждое экс-
плуатационное свойство, полная оценка которого требует длительного
времени «расчленить» или «разложить» на более простые составляющие,
оценку которых можно проводить ускоренными методами в лабораторных
* При Центральном правлении Всесоюзного химического общества 3
им. Д. И. Менделеева регулярно проводится конкурс на «Лучшее предложение по I
созданию новых и усовершенствованию ранее разработанных методов оценки ।
эксплуатационных свойств горюче-смазочных материалов».
16
условиях. Набор таких ускоренных квалификационных методов совместно
с методами определения физико-химических свойств должен был дать
объективную и всестороннюю оценку каждого эксплуатационного свой-
ства и оценку качества нефтепродукта в целом. Например, коррозионная
активность дизельных топлив оценивается в лабораторных условиях с по-
мощью таких показателей:
содержание общей серы (ГОСТ 19121-73),
содержание водорастворимых кислот и щелочей (ГОСТ 6307-75), г.
содержание меркаптановой серы (ГОСТ 17323-71),
содержание сероводорода (ГОСТ 17323-71),
кислотность (ГОСТ 5985-79),
коррозия на медной пластинке (ГОСТ 6321-69),
коррозионная активность при высокой температуре (ГОСТ 20449 75).
Один из главных принципов, положенных в основу разрабатываемых
комплексов,-стремление как можно полнее отразить в методах специфику
использования топлив и смазочных материалов в данном типе двигателя,
машины и механизма. Отсюда вытекает и необходимость иметь для каж-
дой группы топлив или смазочных материалов специальный комплекс ме-
тодов квалификационной оценки.
Государственной междуведомственной комиссией по испытанию то-
плив, масел, смазок и специальных жидкостей при Государственном Коми-
тете стандартов СССР в 1969 г. были организованы комиссии научной экс-
пертизы по методам квалификационной оценки различных видов топлив,
масел, смазок и специальных жидкостей - авиационных, автомобильных,
судовых и др. [22]. На эти комиссии возложены следующие задачи: разра-
ботка комплексов методов квалификационной оценки применительно
к различным видам горюче-смазочных материалов; разработка рекоменда-
ций по использованию существующих методов и созданию новых методов
квалификационной оценки; разработка рекомендаций по унификации
и стандартизации методов и комплексов методов квалификационной
оценки.
В настоящее время такими комиссиями созданы и широко применяют-
ся комплексы методов квалификационной оценки практически по всем ос-
новным видам топлив, масел, смазок и специальных жидкостей [4,
с. 21-25, 41-43 ; 21, с. 18-19]. В стране создана по существу совершенно но-
вая система оценки качества топлив и смазочных материалов, использова-
ние которой по приблизительным подсчетам дает народному хозяйству
ежегодную экономию несколько миллионов рублей и содействует техниче-
скому прогрессу во многих отраслях промышленности.
Определение свойств по комплексу методов квалификационной оценки
стало неотъемлемой частью любых испытаний новых топлив и смазочных
материалов. Эта оценка стала обязательным первым этапом испытаний
и ранее известных сортов, но полученных из нового сырья или по изменен-
ной технологии, содержащих новые компоненты, присадки и т.д. Такие
образцы топлив и смазочных материалов получили название опытных.
Результаты испытания опытного топлива или смазочного материала по
комплексу методов квалификационной оценки могут служить основанием
для принятия обоснованных решений, а именно:
17
2—30
о допуске данного нефтепродукта к применению без дальнейших
испытаний;
об объеме последующих испытаний (стендовых, дорожных, эксплуата-
ционных и др.);
о необходимости проведения функциональных испытаний (например, на
коррозионную активность по специальной программе, на токсичность
и т.д.).
Оценка результатов испытаний по комплексу методов и решение
о дальнейших испытаниях топлив и смазочных материалов или допуске
к применению их обязательно базируются на основных технико-экономи-
ческих показателях, а именно: данных по сырьевым ресурсам, особенно-
стях технологии производства, проекте цены опытного образца, данных
расчета эффекта от внедрения и т.д.
Комплексы методов находят широкое применение для решения вопро-
сов унификации, классификации, взаимозаменяемости топлив и смазочных
материалов. При этом следует отметить, что разработка новых методов
и совершенствование существующих непрерывно повышают корреляцию
результатов, получаемых по комплексу методов с данными эксплуата-
ционных испытаний и тем самым расширяют сферу применения комплек-
сов методов квалификационной оценки. Комплексы методов квалифика-
ционной оценки регулярно пересматриваются комиссиями научной экспер-
тизы и переутверждаются Государственной междуведомственной комис-
сией по испытанию топлив, масел, смазок и специальных жидкостей.
Организация и координация испытаний по комплексам методов квалифика-
ционной оценки осуществляется Государственной междуведомственной комиссией
по испытанию топлив, масел, смазок и специальных жидкостей при Госстандарте
СССР через комиссии научной экспертизы по видам нефтепродуктов. Комиссии на-
учной экспертизы, в функции которых вначале входили разработка методов, созда-
ние и внедрение комплексов методов квалификационной оценки, в настоящее время
готовят предложения по объемам и срокам проведения испытаний опытных топ-
лив, смазочных материалов и жидкостей, рассматривают результаты испытаний,
разрабатывают предложения по внедрению опытных образцов.
Решения комиссии научной экспертизы рассматриваются и утверждаются Госу-
дарственной междуведомственной комиссией по испытанию топлив, масел, смазок
и специальных жидкостей, после чего они становятся обязательными для выполне-
ния всеми министерствами и ведомствами на всей территории СССР.
В заключение наобходимо остановиться на принципах построения ком-
плексов методов квалификационной оценки и подчеркнуть различия между
комплексами методов и тем набором методов оценки качества, который
принят в стандарте технических условий на данный вид тдплива.
Технические условия на основные нефтепродукты складывались истори-
чески и представляют собой набор физико-химических показателей каче-
ства и нескольких основных показателей наиболее важных эксплуата-
ционных свойств. Анализ качества нефтепродукта на соответствие техниче-
ским условиям приходится делать довольно часто и во многих организа-
циях (на нефтеперерабатывающих предприятиях, на складах и нефтебазах,
в лабораториях потребителей и т.п.). Время на проведение анализа, как
правило, ограничено; сложное дорогостоящее оборудование может быть
использовано далеко не во всех лабораториях. Все эти обстоятельства за-
ставляют очень строго подходить к отбору показателей для включения их
в технические условия на нефтепродукты. Естественно, все методы оценки
18
качества нефтепродуктов, включенные в технические условия, стандартизо-
ваны.
В комплексы методов квалификационной оценки могут входить ме-
тоды, стандартизованные или утвержденные в качестве междуведом-
ственных Госкомиссией по испытаниям при Госстандарте СССР. Все пока-
затели и методы, входящие в состав технических условий на нефтепродукт,
входят и в состав комплекса методов его квалификационной оценки. Вхо-
дящий в состав комплекса междуведомственный метод, который отвечает
современным требованиям, может быть со временем стандартизован. Но
это совершенно не значит, что стандартизованный метод квалификацион-
ной опенки со временем обязательно будет включен в стандарт техниче-
ских условий. Следует еще раз подчеркнуть, что выбор методов и показа-
телей, включаемых в стандарт на нефтепродукт, требует глубокого
химмотологического анализа, основательного научного и экономического
обоснования.
Число методов, включаемых в комплекс, не следует так ограничивать,
как в стандартах технических условий. Комплекс методов применяется ре-
же, аппаратура для проведения всех анализов может быть установлена
лишь в некоторых лабораториях крупных исследовательских организаций
и химмотологических центров [18].
Исходя из назначения комплексов методов, очевидно, целесообразнее
их строить по основным эксплуатационным свойствам. При этом в ка-
ждом эксплуатационном свойстве необходимо указывать все методы, ко-
торые позволяют судить об этом свойстве независимо от того, входят эти
методы в стандарт технических условий на данный нефтепродукт или нет,
стандартизованы методы или они междуведомственные. Все методы, ко-
торые позволяют составить представление о данном эксплуатационном
свойстве, должны быть сосредоточены в одном месте комплекса. Ранее со-
зданные комплексы методов начинались такими словами: «В комплекс"ме-
тодов квалификационной оценки, кроме методов стандарта технических ус-
ловий, входят следующие...». Представляется более целесообразным
строить комплексы по основным эксплуатационным свойствам. Так, для
топлив при формировании комплексов ме тодов квалификационной оценки
качества рекомендуется использовать следующие эксплуатационные свой-
ства.
1. Испаряемость'оценивается:
фракционным составом;
давлением насыщенных паров;
зависимостью соотношения пар-жидкость от температуры (склонность
к образованию паровых пробок).
2. Воспламеняемость и горючесть оцениваются:
температурными и концентрационными пределами воспламенения;
пределами устойчивого горения;
температурой самовоспламенения;
теплотой сгорания;
детонационной стойкостью (октановые числа, сортность, коэффициент
распределения детонационной стойкости);
отсутствием жесткой работы в дизелях (цетановое число);
индикаторными характеристиками двигателей.
19
3. Прокачиваемость оценивается:
вязкостно-температурными свойствами (предельные значения кинема-
тической или динамической вязкости при низких температурах);
низко-температурными свойствами (температуры помутнения, начала
кристаллизации и застывания, предельная температура фильтруемости);
показателями чистоты (содержание воды и механических примесей,
коэффициент фильтруемости);
содержанием поверхностно-активных веществ (эмульгируемость с во-
дой, содержание мыл нафтеновых кислот).
4. Склонность к образованию отложений оценивается:
склонностью к нагарообразованию (общее суммарное содержание аро-
матических углеводородов, смолисто-асфальтеновых веществ, высота не-
коптящего пламени и интенсивность его свечения, зольность, коксуемость,
отложения на нагарниках);
склонностью к образованию отложений во впускной системе и системе
впрыска (содержание фактических и адсорбционных смол, иодное число,
время образования и омывания отложений на пластинке, масса смолисто-
лаковых отложений на форсунках);
термической стабильностью (количество осадка, содержание раство-
римых и нерастворимых смол после окисления, перепад давления на филь-
тре и масса отложений на трубке подогревателя специальной установки,
температура начала образования отложений).
5. Коррозионная активность и совместимость с неметаллическими мате-
риалами оцениваются:
содержанием коррозионно-активных веществ (кислотность, содержание
общей серы, сероводорода, меркаптановой серы, водорастворимых кислот
и щелочей, натрия, ванадия и других металлов);
коррозионными потерями при контакте с металлами (испытания в раз-
личных камерах, коррозионные испытания при высокой температуре);
воздействием на резину и герметики (изменение пределов прочности,
относительного удлинения и периода старения резин, изменение твердости
герметика).
6. Защитные свойства оцениваются:
воздействием обычной и морской воды на металлы в присутствии
топлива.
7. Противоизносиые свойства оцениваются:
вязкостью;
смазывающей способностью (износ плунжеров и шайбы на стенде, диа-
метр пятна износа, критическая нагрузка, критерий противоизносных
свойств, показатель износа).
8. Охлаждающие свойства оцениваются:
теплоемкостью;
теплопроводностью.
9. Стабильность оценивается:
физической стабильностью (склонность к потерям от испарения, время
расслаивания и выпадения второй фазы, гигроскопичность, совместимость
при смешении);
20
химической стабильностью (индукционный период окисления, содержа-
ние антиокислителя, период стабильности, содержание кислот, осадка
и смол после окисления);
биологической стойкостью (лабораторные испытания на стойкость
к воздействию плесени, грибков и бактерий).
10. Безопасность обращения с топливом оценивается:
токсичностью (класс токсичности, предельно допустимые концентрации
в рабочей зоне, в атмосфере населенных пунктов, водоемов, цвет и интен-
сивность окраски, концентрация свинца);
пожароопасностью (температуры вспышки в открытом и закрытом ти-
гле, температура самовоспламенения, температурные и концентрационные
пределы воспламеняемости);
склонностью к электризации (удельная электропроводность).
Представленное деление эксплуатационных свойств жидких нефтяных
топлив носит условный характер. Одни свойства, очевидно, можно объеди-
нить, другие-разделить, но такое деление позволяет правильно подойти
к формированию комплексов, определить полноту оценки каждого экс-
плуатационного свойства, систематизировать имеющиеся и наметить необ-
ходимые методы квалификационной оценки.
В современных комплексах определение некоторых эксплуатационных
свойств топлив вообще не предусмотрено. Нет пока еще методов оценки
биологической стойкости топлив, их токсичности и др. Не все свойства, да-
же важнейшие, оцениваются методами, включенными в комплекс, доста-
точно полно. Некоторые методы, предусмотренные комплексом, бази-
руются на довольно громоздких и сложных установках (например,
установка ОЦУ ЯМЗ-236 и др.). В той или иной мере эти недостатки при-
сущи всем комплексам методов. Однако для каждого комплекса имеются
свои конкретные задачи дальнейшего совершенствования, наиболее
важные пути развития, которые сформулированы ниже при их изложении.
Все комплексы методов квалификационной оценки топлив описаны
с позиций деления понятия качества топлив на указанные выше эксплуата-
ционные свойства. При этом следует иметь в виду, что для одного вида
топлив наиболее весомы одни эксплуатационные свойства, для другого
другие, поэтому порядок изложения свойств иногда нарушается. Значи-
мость некоторых эксплуатационных свойств возрастает по мере развития
техники (например, в настоящее время все большее внимание уделяется чи-
стоте применяемых топлив).
СТАНДАРТИЗАЦИЯ И АТТЕСТАЦИЯ КАЧЕСТВА ТОПЛЙ1
Улучшение качества продукции-одна из важнейших народно-хозяй-
ственных задач, способствующих повышению эффективности общественно-
го производства. В стандартах и технических условиях на топлива и их
компоненты содержатся требования лишь по некоторым показателям ка-
чества. Выбор диктуется рядом соображений. С одной стороны, в стандар-
тах желательно иметь как можно больше показателей, характеризующих
эксплуатационные свойства топлив. Однако перегружать стандарт и со-
ответственно лаборатории заводов, нефтебаз и потребителей большим
2)
числом анализов экономически невыгодно, да и продолжительность прове-
дения анализа образца топлива значительно увеличивается. В связи с этим
в стандарты включают требования по составу и фтиико-химическим свой-
ствам топлив и некоторые (важнейшие) показатели, характеризующие экс-
плуатационные свойства топлив. Методы оценки состава топлив и их фи-
зико-химических свойств широко используют при контроле процесса
производства топлива и определении его марки. Квалификационные ме-
тоды, применение которых предусмотрено стандартами на топливо, как
правило, оценивают кроме важнейших и те свойства, которые могут ме-
няться при хранении и транспортировании (например, содержание фактиче-
ских смол, октановое число и др.).
Выпуск предприятием топлив, не отвечающих требованиям ГОСТ, без
специального разрешения Госстандарта СССР или порча их при непра-
вильном хранении, смешении и т.д. относится к числу действий, нанося-
щих ущерб народному хозяйству страны и интересам отдельных гра-
ждан-потребителей топлив.
Улучшению качества товарных топлив способствует обязательный пе-
риодический пересмотр и обновление стандартов для замены в них уста-
ревших показателей и внесение новых, улучшающих качество, введение бо-
лее жестких требований к важнейшим свойствам. С этой целью
в стандарте указывают срок его действия.
За последние годы в стандарты на топлива внесено ряд изменений
и дополнений, но, пожалуй, наиболее значительные из них связаны с тре-
бованиями безопасности и особенно гарантий изготовителя. Ранее во мно-
гих стандартах на топлива, например, не было гарантированных сроков
хранения.
Кроме Государственных стандартов качество топлив, их компонентов
и присадок могут регламентировать отраслевые стандарты (ОСТ) и респу-
бликанские (РСТ), стандарты предприятий (СТП), технические условия
(ТУ).
Отраслевые стандарты на топлива и их компоненты утверждает Мини-
стерство нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности
СССР. Их обязаны соблюдать все организации и предприятия данной от-
расли, а также отрасли, применяющие или потребляющие эту продукцию.
Число отраслевых стандартов на топлива невелико.
Республиканские стандарты утверждают Советы Министров или Гос-
планы союзных республик. Такие стандарты обязательны для всех пред-
приятий и организаций республиканского и местного подчинения данной
союзной республики независимо от ведомственной подчиненности.
Широко применяются в нефтеперерабатывающей промышленности тех-
нические условия, которые разрабатывают, как правило, для продукции
малотоннажного производства или находящейся в эксплуатационной про-
верке. Технические условия могут утверждаться союзным министерством
или объединениями (например, Всесоюзным производственным объедине-
нием «Союзнефтеоргсинтез»), республиканскими министерствами и ведом-
ствами.
В тех случаях, когда возникает необходимость установления общих тре-
бований к качеству продукции, выпускаемой предприятиями нескольких
союзных республик, разрабатывают межреспубликанские технические ус-
22
ловия (МРТУ). На опытные партии новых нефтепродуктов иногда утвер-
ждают временные технические условия (ВТУ).
В борьбе за качество продукции важную роль играет государственная
аттестация качества. В нашей стране разработана Единая система аттеста-
ции качества промышленной продукции (ЕСАКП), по которой продукцию
предприятий можно отнести к трем категориям качества: высшей, первой
и второй.
Высшая категория качества должна соответствовать лучшим отече-
ственным и мировым образцам или превосходить их-быть конкуренто-
способной, иметь стабильные показатели качества, соответствовать госу-
дарственным стандартам (техническим условиям). Продукция относится
к высшей категории качества, если на нее Госстандартом СССР зареги-
стрировано решение Государственной аттестационной комиссии и выдано
свидетельство о присвоении ей государственного Знака качества. Вся про-
дукция высшей категории качества, как правило, должна выпускаться
в полном объеме плана производства.
К первой категории качества относится продукция, которая по своим
технико-экономическим показателям соответствует требованиям действую-
щих государственных стандартов и технических условий. Ко второй кате-
гории качества относится продукция, которая по своим технико-экономи-
ческим показателям не соответствует современным требованиям, мораль-
но устарела и подлежит модернизации или снятию с производства.
Порядок аттестации топлив регламентируется соответствующей инструк-
цией Министерства нефтеперерабатывающей и нефтехимической промыш-
ленности СССР.
ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТОПЛИВ
Показатели качества и методы их оценки, включенные в стандарт на топ-
ливо, должны позволять быстро определять вид топлива, его марку как
в условиях завода-изготовителя, так и у потребителя. В стандарте на то-
пливо обязательно должно быть предусмотрено определение тех свойств,
которые склонны к изменению в условиях транспортирования и хранения.
Качество топлив систематически контролируют, начиная с момента их
производства и кончая заправкой в бак машин и топочных устройств. Ана-
лизы проводят в лабораториях заводов, нефтесбытовых организаций
и крупных потребителей и по назначению их подразделяют на приемо-сда-
точные, контрольные, полные и арбитражные.
Приемо-сдаточный анализ проводят для установления соответствия поступив-
шего или запланированного к отгрузке топлива тем данным, которые указаны в со-
ответствующих документах. Контрольный может проводиться по ходу приготовле-
ния топлива («ходовой» анализ), после перекачки, в процессе хранения и т.д.
Полный анализ позволяет дать оценку качества по основным эксплуатационным
свойствам, включенным в стандарт на топливо; его проводят для партии топлива,
отгружаемой с завода, перед «закладкой» топлива на длительное хранение и в неко-
торых других случаях.
Арбитражный анализ проводят в случае возникновения разногласий между по-
ставщиками и потребителем (его выполняют во Всесоюзном научно-исследователь-
ском институте нефтеперерабатывающей промышленности или в любой другой
нейтральной лаборатории, компетентной в оценке качества топлив и выбранной по
соглашению сторон).
23
Во всех случаях анализ топлива осуществляют по тем показателям, ко-
торые включены в стандарт на данное топливо. Однако число контроли-
руемых показателей может быть различным. Например, при оценке изме-
нения качества бензина при хранении в первую очередь определяют такие
показатели, как фракционный состав, содержание фактических смол и кис-
лотность. Для арбитражного анализа определяют, как правило, только те
показатели, по которым возникли разногласия.
Объем анализов и сроки их проведения на разных этапах системы кон-
троля качества топлив регламентируются соответствующими инструкция-
ми и распоряжениями. Нефтеперерабатывающий завод или комбинат —
производитель топлива-обязан выдать нефтебазе или потребителю (при
отгрузке транзитом) паспорт качества с развернутыми характеристиками
качества.
Все особые условия по качеству топлив включают отдельными пункта-
ми в договор о поставке, заключенный между поставщиком и нефтесбы-
товыми органами или потребителями. Так, необходимость поставки авто-
мобильных бензинов неэтилированных при их использовании в отдельных
городах, районах и на некоторых предприятиях должны специально огова-
риваться в договоре о поставке с учетом потребностей потребителей и воз-
можностей производства, направления грузопотоков и т.п. [24].
Глава 2
КОМПЛЕКС КВАЛИФИКАЦИОННЫХ
МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ
БЕНЗИНОВ
Автомобильные бензины по масштабам производства, применения и зна-
чению для развития народного хозяйства страны занимают доминирую-
щее положение в первой группе нефтяных топлив. Ежегодно в мире потре-
бляется около 0,7 млрд, т автомобильных бензинов. Почти все количество
вырабатываемых бензинов расходуется в двигателях грузовых и легковых
автомобилей, эксплуатирующихся в самых разнообразных климатических
и природных условиях. Поэтому к эксплуатационным свойствам автомо-
бильных бензинов предъявляют весьма высокие и подчас противоречивые
требования, удовлетворение которых связано с использованием сложных
вторичных процессов переработки нефти и применением различных приса-
док.
Непрерывный рост потребности в автомобильных бензинах при отно-
сительно ограниченных ресурсах нефтяного сырья вызывает необходи-
мость оптимизации отдельных показателей качества бензинов, привлече-
ния для их производства синтетических компонентов, продуктов глубокой
переработки нефти и использования новых присадок.
Изменение состава и качества автомобильных бензинов требует прове-
дения стендовых, лабораторно-дорожных и эксплуатационных испытаний
соответствующих опытных образцов. До введения в практику испытаний
24
автомобильных бензинов комплекса методов квалификационной оценки
решение о допуске к применению нового компонента или присадки затяги-
валось на многие годы. Например, марганцевый антидетонатор-цикло-
пентадиенилтрикарбонилмарганец, испытывался в нашей стране около 10
лет [25]. Однако, несмотря на значительный объем стендовых и особенно
эксплуатационных испытаний, они не дали ожидаемых положительных ре-
зультатов. Неблагоприятный исход испытаний марганцевого антидетона-
тора особенно наглядно показал целесообразность всесторонней комплекс-
ной оценки опытных образцов бензинов перед проведением их широких
эксплуатационных испытаний.
Комплекс квалификационных методов испытаний автомобильных бен-
зинов был разработан в 1969 г. комиссией научной экспертизы по методам
квалификационной оценки автомобильных и авиационных бензинов и
к 1982 г. дважды дополнялся и уточнялся. Он позволил значительно сокра-
тить объем испытаний нового кислородсодержащего синтетического ком-
понента метил-отрет-бутилового эфира [26], решить вопрос о применении
в бензинах антиокислительной присадки ионол и импортной антидетона-
ционной жидкости с тетраметилсвинцом, подобрать оптимальный состав
бензинов АИ-93 на основе различных базовых компонентов без проведе-
ния стендовых и эксплуатационных испытаний.
Квалификационные испытания автомобильных бензинов, проведенные
в 70-х годах, выявили несоответствие между требованиями к качеству эти-
ловой жидкости Р-9, широко применяемой в отечественной практике, и ее
фактическими эксплуатационными свойствами и наметить направления со-
вершенствования вырабатываемых в нашей стране свинцовых антидетона-
ционных присадок [27]. Это ускорило организацию производства этило-
вой жидкости П-2 (с дибромпропаном), первая промышленная партия
которой была выработана только в 1980 г. (хотя решение о допуске ее
к применению по результатам испытаний опытной партии было принято
Государственной междуведомственной комиссией еще в 1954 г.).
Испытания по комплексу квалификационных методов показали воз-
можность длительного хранения товарных автомобильных бензинов всех
марок в подземных хранилищах различного типа без заметного изменения
их качества [28].
Квалификационные методы успешно использовались при подборе опти-
мального состава метанольных бензинов (бензино-метанольных смесей)
и обосновании требований к их эксплуатационным свойствам, а также при
отработке таблиц взаимозаменяемости автомобильных бензинов в странах
СЭВ. Экономия трудовых, материальных и капитальных затрат только за
счет уменьшения объема и сокращения длительности испытаний образцов
бензинов в описанных выше примерах использования комплекса квалифи-
кационных методов для принятия решений составила не менее 1,5 млн.
руб.
Комплексом методов квалификационных испытаний, утвержденным
Государственной междуведомственной комиссией по испытаниям нефте-
продуктов при Госстандарте в 1980 г., наряду с проверкой качества авто-
мобильных бензинов по показателям технических требований ГОСТ
2084-77 предусмотрена более углубленная оценка следующих эксплуата-
ционных свойств:
25
испаряемость,
воспламеняемость и горючесть,
прокачиваемость,
коррозионная активность,
защитные свойства,
стабильность,
склонность к отложениям в двигателе.
Ниже описаны квалификационные методы, используемые для оценки
отдельных эксплуатационных свойств. Обязательным показателем при
квалификационных испытаниях бензинов является также плотность, опре-
деляемая широко известным стандартным методом (ГОСТ 3900-47), ко-
торый в данной книге не рассматривается.
ИСПАРЯЕМОСТЬ
Испаряемость бензина характеризует условия смесеобразования и состав
горючей смеси во впускной системе двигателя, склонность бензина к обра-
зованию паровых пробок в топливной системе автомобиля, а также полно-
ту сгорания бензина и степень разжижения моторного масла бензиновыми
фракциями. Испаряемость бензина оценивается следующими комплексны-
ми и единичными показателями, определяемыми лабораторными метода-
ми: фракционным составом, давлением насыщенных паров, склонностью
к образованию паровых пробок (соотношение пар-жидкость).
Фракционный состав-содержание в бензине фракций, выкипающих
в определенных температурных пределах (выражаемое в % об.). С фрак-
ционным составом бензина связаны такие характеристики двигателя, как
легкий и надежный запуск, длительность прогрева, приемистость, полнота
сгорания и расход топлива, образование отложений в камере сгорания
РИС. 3. Прибор для разгонки нефтепродуктов:
1-колба; 2-термометр; 3 -верхний кожух нагревателя; 4-прокладка; 5-нижний кожух нагревателя; 6-холо-
дильник; 7-мерный цилиндр.
РИС. 4. Кривые перегонки автомобильных бензинов разных марок:
/-АИ-93 летнего вида; 2-А-72 летнего вида; З-А-76 зимнего вида.
26
и ряд других [29]. Фракционный состав определяют по методу ГОСТ
2177—82 разгонкой 100 см3 бензина в регламентируемых стандартом усло-
виях на специальном приборе (рис. 3).
Стандартными единичными показателями фракционного состава отече-
ственных автомобильных бензинов согласно ГОСТ 2084-77 являются:
температуры начала перегонки, перегонки 10, 50 и 90% и конца
кипения;
объем остатка в колбе;
сумма потерь при разгонке и остатка в колбе, которая равна разности
между объемом бензина, залитым в колбу, и объемом дистиллята в мер-
ном цилиндре после окончания разгонки.
Для исследовательских целей при определении фракционного состава
фиксируют температуры перегонки каждых 10% бензина и по этим
данным строят кривую перегонки бензина в координатах объем бензина
(%) - температура (°C). Типичные кривые перегонки товарных бензинов раз-
ных марок представлены на рис. 4.
Давление насыщенных парой бензина-это давление паров, находящихся
в равновесии с жидкой фазой при определенных соотношениях объемов
жидкой и паровой фаз и данной температуре. Давление насыщенных паров
дает дополнительную характеристику по содержанию и составу низкокипя-
щих фракций бензина. По величине давления насыщенных паров можно
судить: о пусковых свойствах бензина, о склонности бензина к образова-
нию паровых пробок в топливной системе двигателя, о возможных поте-
рях бензина при транспортировании и хранении.
Давление насыщенных паров бензина определяют статическим прямым
или косвенным методом. Среди первых широко распространен метод
определения в бомбах. В основном используют бомбу Рейда (рис. 5)-при-
бор, принятый в ряде стран, в том числе и в СССР, в качестве
стандартного.
Прибор Рейда состоит из двух стальных камер, соединенных на резьбе.
Верхняя камера по объему в 4 раза больше нижней и имеет штуцер для со-
единения с манометром (на рисунке не показан). Метод определения давле-
ния насыщенных паров в бомбе по ГОСТ 1756—52 соответствует зару-
бежным методам ASTMD 323 (США) и IP 69 (Великобритания).
Для определения давления насыщенных паров пробу бензина
(~ 150 см3) предварительно охлаждают в ледяной ванне, затем заливают
в нижнюю камеру прибора Рейда, также охлажденную в ледяной ванне,
и плотно соединяют нижнюю (топливную) камеру с верхней (воздушной),
ополоснутой водой. После этого прибор помешают в вертикальном поло-
жении в водяную баню, нагретую до температуры 38 + 0,3 ?С. По маноме-
тру измеряют избыточное давление в верхней камере. Обычно для измере-
ния давления используют ртутный манометр либо пружинный, отградуи-
рованный в кгс/см2.
Пересчет давления насыщенных паров, измеренного при данной темпе-
ратуре и атмосферном давлении, в другие единицы измерения в соответ-
ствии с техническими условиями (стандартами) на бензин проводят по
формулам:
1 Па = 7,5024 10” 3 мм рт. ст. = 1,02 • 10”5 кгс/см2
27
Кроме прямого метода по ГОСТ 1756-52 для определения давления на-
сыщенных паров бензина в СССР используют косвенный метод по ГОСТ
6668-53 на приборе Валявского-Бударова. Метод основан на оценке уве-
личения объема паровоздушной смеси после испарения топлива в газовой
бюретке при постоянном давлении и соотношении начальных объемов
воздуха и топлива, равном 1:1. Схема прибора Валявского-Бударова для
измерения давления насыщенных паров приведена на рис. 6.
При проведении испытания в системе с помощью уравнительной склян-
ки И создают сифон и оставляют в бюретке 2 необходимый объем возду-
ха. Затем испытуемое топливо сливают из пипетки 8 в бюретку. После до-
стижения равновесного состояния измеряют объем образовавшейся
паровоздушной смеси. Давление насыщенных паров бензина Рнас рас-
считывают по формуле:
Г — К
р СМ___ВОЗД ip __ Р \
гнас у, ' V атм гж)
*см
где Цгад и Гсм-объем чистого воздуха (до испарения) и паровоздушной смеси (по-
сле испарения) соответственно; Ратм-атмосферное давление; Рж-давление насы-
щенных паров напорной жидкости (воды).
Метод Валявского-Бударова не пригоден для испытания бензинов, со-
держащих спирты, поскольку при контакте с напорной жидкостью (водой)
РИС. 5. Прибор для определения давления насыщенных паров моторных топлив
(бомба Рейда):
/-топливная камера; 2-воз душная камера; S-штуцер; 4- газовый кран.
РИС. 6. Прибор Валявского-Бударова для определения давления насыщенных паров
моторных топлив:
2-стакан; 2-бюретка; 3-барометрическая трубка; 4-мешалка; 5,6-краны; 7-резиновая трубка; 8-пипетка; 9-тер-
мометр; 10—барометрическая трубка; //-уравнительная склянка.
28
Таблица 1. Результаты определения давления насыщенных паров образцов
автомобильных бензинов разными методами (данные Е.Я. Важник)*
Бензины
Давление насыщенных паров. Абсолютная раз-Относительное
мм рт.ст. (кПа) ность результа- отклонение от
--------------------------------тов, мм рт. ст. средней величи-
(кПа) иы, °;
ГОСТ 1766-52 ГОСТ 6668-53
АИ-93
образец 1 образец 2 316 (42,1) 326 (43,5) 10 (1,33) 8 (1,1) ± 1,6 ±0,9
444 159,2) 452 (60,3)
А-76
образец 1 641 (84,4) 642 (84,6) 1 (0,13) ±0,07
образец 2 584 (77,9) 586 (78,1) 2 (0,27) ±0,17
А-72 645 (86,0) 627 (83,4) 18 (2,5) ± 1,4
Смесь А-76 и метанола
98% + 2% 90% + 10% 700 (93,3) 603 (80,4) 97 (12,9) ± 7,4
701 (93,4) 642 (25,6) 59 (7,9) ±4,4
* 1 мм рт.ст. — 133,32 Па.
такой бензин расслаивается, и спирт переходит в водную фазу. Результаты
определения давления насыщенных паров бензинов, состоящих из обычных
углеводородных компонентов, имеют вполне удовлетворительную вос-
производимость. Данные же испытаний бензино-метанольных смесей су-
щественно различаются при использовании методов ГОСТ 1766 52
и ГОСТ 6668-53 (табл. 1).
Склонность бензина к образованию паровых пробок в системе подачи
топлива карбюраторного двигателя оценивается наиболее объективно по
величине фазового соотношения пар-жидкость, т.е. отношению объемов
паровой и жидкой фаз бензина, испарившегося при определенных усло-
виях.
В зарубежных спецификациях на автомобильные бензины, например, в специ-
фикациях ASTMD 438 США фазовое соотношение «пар-жидкость» является обяза-
тельным показателем. Для его определения применяют метод ASTMD 2633, заклю-
чающийся в измерении объема паров, образовавшихся в результате испарения 1 мл
бензина при заданной фиксированной температуре и нормальном давлении (760 мм
рт. ст.).
Фазовое соотношение пар-жидкость для каждой фиксированной температуры
нагрева бензина Ф, рассчитывают по формуле:
ф(=И/г0
где Vt-объем паровой фазы, измеренный в равновесии с жидкостью (жидким бензи-
ном) при данной фиксируемой температуре t и нормальном атмосферном давлении,
см3; Vo-начальный объем пробы бензина, см3.
В СССР фазовое соотношение пар-жидкость определяют по ГОСТ
22055-76 (аналогичному методу ASTMD 2633) с использованием установ-
ки, схема которой представлена на рис. 7. Основным узлом установки
является паровая бюретка 2, изготовленная из стекла. Нижний боковой от-
вод паровой бюретки закрывается пробкой из эластичной резины 3 Бю-
ретку 2 и уравнительную склянку 5 заполняют глицерином.
29
РИС. 7. Установка для определения
фазового соотношения пар-жид-
кость бензина:
/-водяная баня с регулируемой температурой;
2-паровая бюретка; 3-резиновая пробка; 4-ре-
зиновая трубка; 5-уравнительная склянка.
Результаты определения соотношения пар-жидкость для бензинов раз-
ных марок в зависимости от температуры приведены на графиках рис. 8.
Как видно из рисунка, бензины, мало различающиеся давлением насы-
щенных паров (например, образцы 1 и 5), существенно различны по фазо-
вому соотношению пар-жидкость при одинаковых температурах, что сви-
детельствует об отсутствии прямой взаимной зависимости этих показате-
лей.
Были исследованы условия образования паровых пробок в топливной
системе двигателя наиболее массового советского грузового автомобиля
ЗИЛ-130 [30]. Установлено, что при работе двигателя без нагрузки крити-
ческое соотношение пар-жидкость при частоте вращения коленчатого ва-
ла 1400 и 2000 мин “ 1 равно соответственно 29-32 и 22-23, независимо от
стандартной величины давления насыщенных паров, которая для испы-
танных образцов бензина А-76 составляла 413-550 мм рт.ст. (55-73 кПа).
Эти данные подтверждают, что склонность бензинов к образованию па-
ровых пробок более надежно оценивается показателем соотношение пар—
жидкость, а не давлением насыщенных паров. При испытании двигателя
ЗИЛ-130 в стендовых условиях были найдены критические значения пока-
зателя соотношение пар-жидкость, исключающие образование паровых
пробок в широком диапазоне оборотов и нагрузок (табл. 2).
Таблица 2. Температура образования паровых пробок и критическое
фазовое соотношение пар-жидкость для стандартного бензина А-76
при разных режимах работы двигателя ЗИЛ-130 в стендовых условиях [30]
Частота вращения коленчатого вала, мин-1 Нагрузка двигателя от номинальной,- % Температура образования паровой пробки, ЭС Критическое фазовое соотношение пар-жид- кость
600 0 71,0 75,5
1000 0 68,0 63,5
1400 0 66,5 57,5
2000 0 63,5 45.5
1000 30 58,0 26,0
1400 40 56,0 20,0
2000 50 52,0 10,0
30
РИС. 8. Зависимость фазового соотношения
пар- жидкость бензина разных марок от тем-
пературы:
1 -А-72 (Рнас — 469 мм рт. ст.); 2 - А-72 (Рнас — 536 мм рт. ст.);
3-А-76(Рнас = 487 мм рт. ст.); 4-А-72(Рнас = 441 ммрт.ст.);
5 - АИ-93(Рнас = 447 мм рт. ст.)
Учитывая результаты испытаний, приведенные в табл. 2, допустимое
значение соотношения пар-жидкость для бензина А-76. применяемого на
автомобилях ЗИЛ-130, составляет 26 при температуре 58 °C.
ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ГОРЮЧЕСТЬ
Воспламеняемость и горючесть определяют эффективность полезного ис-
пользования энергии, выделяющейся при сгорании бензина в двигателе,
а также пожарную опасность при его хранении, транспортировании
и применении.
Воспламеняемость бензина оценивается следующими показателями
[31]:
температурными и концентрационными пределами воспламенения,
температурой самовоспламенения.
Горючесть бензина оценивают показателями [29]:
теплотой сгорания,
детонационной стойкостью,
распределением детонационной стойкости по фракциям,
склонностью к калильному зажиганию,
содержанием антидетонатора (тетраэтилсвинца или тетраметилсвинца)
Показатели воспламеняемости бензина определяют только при прове-
дении исследовательских работ, поэтому методы их оценки не входят
в комплекс методов квалификационных испытаний.
Теплота сгорания автомобильных бензинов различных марок и разного
компонентного состава, вырабатываемых из нефти, практически одинакова
(различается на 1-2%, что находится в пределах точности измерения расхо-
да топлива при стендовых испытаниях двигателей) [32]. Поэтому теплота
сгорания в настоящее время также не определяется при квалификационных
испытаниях автомобильных бензинов. В перспективе при использовании
кислородсодержащих компонентов или продуктов переработки угля
и сланцев, значительно отличающихся по теплоте сгорания от совре-
менных товарных бензинов, может возникнуть необходимость включения
31
РИС. 9. Характеристики стендовых детонационных испытаний двигателей и бензи-
нов:
а-первичная двигателя; б, в, г первичная, промежуточная и итоговая бензина; цифры у кривых на а и б-окта-
новые числа смеси эталонных топлив; сплошные лииин иа б и в-линии для испытуемого бензина.
в комплекс методов квалификационных испытаний автомобильных бензи-
нов оценку их теплоты сгорания.
Детонационная стойкость характеризует способность бензина сгорать
в двигателе с воспламенением от искры без детонации. Этот показатель
является главным критерием, определяющим возможность эффективного
использования того или иного образца бензина в двигателе с определен-
ной степенью сжатия.
Детонационная стойкость бензина измеряется в единицах октанового
числа: чем больше октановое число, тем выше детонационная стойкость
бензина. Для оценки детонационной стойкости автомобильных бензинов
предложены методы, базирующиеся на одноцилиндровых лабораторных
и полноразмерных двигателях в стендовых и дорожных условиях, а также
на безмоторных установках.
Наибольшее распространение получили установки с одноцилиндровым
32
двигателем и переменной степенью сжатия. В СССР оценка детонацион-
ной стойкости бензинов и их компонентов проводится на одноцилинд-
ровых установках для определения октановых чисел. Это-установки
ИТ9-2М, ИТ9-2, ИТ9-6 и универсальная УИТ-65 (с цилиндром двигателя
рабочим объемом 652 мл и переменной степенью сжатия от 4 до 10). Они
оборудованы автоматическим электронным устройством, с помощью ко-
торого режим испытания поддерживается постоянным. Октановое число
автомобильных бензинов на одноцилиндровых установках определяют
двумя методами-моторным (ГОСТ 511-66) и исследовательским (ГОСТ
8226-66).
Склонность исследуемого бензина к детонации оценивается сравнением
его с эталонными топливами, детонационная стойкость которых заранее
известна. В качестве эталонных топлив используют изооктан (2,2,4-триме-
тилпентан), детонационная стойкость которого принята равной 100 окта-
новым единицам, и /(-гептан, его октановое число принято за нуль. Смеси
изооктана и гептана в разных соотношениях обладают разной детонацион-
ной стойкостью, которая характеризуется октановыми числами, равными
объемному содержанию (% об.) изооктана в данной смеси.
Октановое число бензина выше 100 единиц определяют с использова-
нием в качестве эталона изооктана, в который добавляют антидетонатор —
тетраэтилсвинец.
Моторный и исследовательский методы определения октанового числа
характеризуются следующими режимами испытаний:
Показатели Моторный метод Исследовательский метод
Частота вращения коленчатого вала двига- теля, мин-1 Температура, ’С охлаждающей жидкости воздуха перед карбюратором топливо-воздушной смеси 900 + 10 600 ± 5 100 + 2 100 + 2 40-50 52 ±1 149 + 1 Смесь не подогре- вается
масла в картере Угол опережения зажигания, 'ПВК до ВМТ 50-75 50-75 От 26 до 19° (в за- 13° висимости от сте- пени сжатия)
Режим испытания по исследовательскому методу менее напряженный,
чем по моторному. Разницу в октановых числах, определенных этими дву-
мя методами, называют «чувствительностью» бензина. Чувствительность
бензина тесно связана с его химическим составом. Чем больше в бензине
содержится ароматических и олефиновых углеводородов, тем выше чув-
ствительность бензина.
Допускаемые расхождения при параллельных определениях октанового
числа по моторному и исследовательскому методам одного и того же
образца бензина на одной установке составляют + 0,5 октановой единицы,
а при определении на разных установках + 1,0 октановой единицы от
среднего арифметического значения сравниваемых результатов.
33
3—30
В зарубежных спецификациях на бензины, как правило, нормируется ок-
тановое число по исследовательскому методу. В американской специфика-
ции на автомобильные бензины ASTMD 438 в качестве критерия оценки
детонационной стойкости принят антидетонационный индекс, который
численно равен сумме октановых чисел по моторному и исследовательско-
му методам, деленной на 2.
Сопоставление октановых чисел бензинов, определенных на
одноцилиндровых установках с их реальной детонационной стойкостью
при применении в полноразмерных автомобильных двигателях в условиях
эксплуатации показало, что исследовательский метод отражает антидето-
национные свойства бензинов при работе двигателя в условиях городской
езды при неполной нагрузке и сравнительно низкой тепловой напряженно-
сти.
При повышении теплового режима двигателя (длительная загородная
езда, плохие дорожные условия, перевозка тяжелых грузов, преодоление
перевалов и т.д.) реальная детонационная стойкость бензина в полнораз-
мерном двигателе ближе соответствует октановым числам, определенным
по моторному методу.
Различная оценка детонационной стойкости бензинов в лабораторных
и дорожных условиях послужила основанием для разработки методов ис-
пытаний на полноразмерных двигателях. В СССР методика детона-
ционных испытаний полноразмерных автомобильных двигателей и бензи-
нов была разработана и стандартизована в 1963 г. (ГОСТ 10373-63), а
в 1975 г. она была уточнена (ГОСТ 10373-75). ГОСТ 10373-75 устанавли-
вает квалификационные методы стендовых и дорожных детонационных ис-
пытаний автомобильных бензинов.
Метод стендовых детонационных испытаний предназначен для оценки
детонационных требований двигателя и фактических антидетонационных
свойств бензинов на данном двигателе при его работе на установившихся
режимах во всем диапазоне частоты вращения коленчатого вала.
Сущность метода стендовых детонационных испытаний автомобильно-
го бензина заключается в следующем. На эксплуатационном режиме ра-
боты двигателя, при котором создаются наиболее благоприятные условия
для возникновения детонации (полная нагрузка, нормальный тепловой ре-
жим, нормальная регулировка состава смеси), определяют зависимость
угла опережения зажигания, вызывающее начало слышимой детонации, от
числа оборотов двигателя на ряде смесей эталонных топлив. По результа-
там испытаний строят первичную детонационную характеристику двигате-
ля (рис. 9, а). Аналогичным образом снимается первичная детонационная
характеристика испытуемого бензина, которую совмещают с первичной
детонационной характеристикой двигателя (рис. 9,6).
На основании полученных данных строят промежуточную детонацион-
ную характеристику в координатах: октановое число-угол опережения за-
жигания (рис. 9, в). Используя промежуточную детонационную характери-
стику, строят итоговую детонационную характеристику испытуемого
бензина в координатах: фактическое октановое число бензина (ФОЧ)-час-
тота вращения коленчатого вала двигателя (рис. 9, г). Под фактическим ок-
тановым числом бензина понимают октановое число смеси эталонных то-
34
30
Время разгона автомобиля Скорость движения автомобиля, км/ч
Скорость движения автомобиля, км/ч
РИС. 10. Характеристики дорожных детонационных испытаний бензина:
о-динамическая автомобиля; б-первичная автомобиля на смесях эталонных топлив; в-итоговая автомобиля и
бензина;
/опытный образец топлива; 2-дорожное октановое число испытуемого бензина; 3-октановое число бензина, тре-
буемое автомобилю; А-оптимальный угол опережения зажигания; цифры у кривых на б-октановые числа смесей
эталонных топлив.
плив, обладающей детонационной стойкостью в данных условиях испыта-
ний, равной детонационной стойкости испытуемого бензина.
Этим же методом оценивают требования автомобильных двигателей
к детонационной стойкости бензинов и совершенство конструкции двигате-
ля, т. е. полноту использования антидетонационных свойств бензинов в ис-
пытуемом двигателе.
Метод дорожных детонационных испытаний бензинов предназначен
для оценки детонационных требований двигателя и фактических антидето-
национных свойств бензинов по детонационным характеристикам во всем
диапазоне скоростей движения автомобиля на неустановившихся режимах
работы с учетом особенностей конструкции автомобиля.
Дорожные детонационные испытания бензинов на автомобилях прово-
дят на мерном участке прямого горизонтального шоссе с асфальтовым
(бетонным) покрытием при следующих метеорологических условиях: сухо,
ветер слабый-скорость ветра не более 5 м/с. Дорожные детонационные
испытания предусматривают определение таких характеристик автомоби-
ля:
динамической по углу опережения зажигания при разгоне автомобиля
на высшей передаче в интервале его минимально стабильной скорости
35
и 0,8 максимальной скорости (указанной в технической характеристике
автомобиля);
детонационной на смесях эталонных топлив в принятом диапазоне
скоростей.
Динамическую характеристику автомобиля по углу опережения зажига-
ния снимаюз на изооктане, обеспечивающем, как правило, бездетонацион-
ную работу двигателя при всех установках опережения зажигания. Резуль-
таты этих испытаний изображают в виде зависимости угла опережения
зажигания от времени разгона (рис. 10, а).
Детонационные характеристики автомобиля определяют не менее чем
на пяти смесях эталонных топлив с разными октановыми числами. На
каждой эталонной смеси, изменяя углы опережения зажигания, определяют
скорость движения, при которой появляется детонация во время разгона
автомобиля на высшей передаче и быстром нажатии педали газа до упора
от минимальной стабильной скорости движения.
В аналогичных условиях определяют детонационную характеристику
автомобиля на испытуемом бензине. По результатам испытаний строят
первичную детонационную характеристику автомобиля на смесях эта-
лонных топлив и испытуемом бензине (рис. 10,6).
Окончательные результаты дорожных детонационных испытаний авто-
мобиля и бензина представляют в виде итоговой детонационной характе-
ристики. представляющей зависимость октановых чисел бензина, тре-
буемых двигателю и фактических дорожных октановых чисел бензина, от
скорости движения автомобиля при оптимальном угле опережения зажига-
ния (рис. 10, в).
По ГОСТ 10373-75 предусмотрен также метод ускоренных дорожных
детонационных испытаний бензинов на автомобилях. По этому методу
определяют:
экономические характеристики по углу опережения зажигания при двух
постоянных скоростях движения на высшей передаче (30 и 70 или 40
и 80 км/ч) при использовании высокооктанового бензина, обеспечивающе-
го бездетонационную работу двигателя при всех установках опережения
зажигания (рис. 11);
детонационную характеристику автомобиля на режиме разгона при
быстром нажатии на педаль газа при движении автомобиля с минималь-
ной стабильной скоростью (~ 30 км/ч) на смесях эталонных топлив
(рис. 12);
детонационную стойкость испытуемого бензина в дорожных условиях
на режиме разгона путем нахождения установочного угла опережения за-
жигания, вызывающего появление легкой детонации. Наносят на детона-
ционную характеристику автомобиля точку, соответствующую этому углу
опережения зажигания (точка ДОЧ, см. рис. 12). Эта точка определяет до-
рожное октановое число испытуемого бензина.
Стендовые и дорожные детонационные испытания автомобильных бен-
зинов требуют сложного испытательного оборудования, специальных до-
рожных и строго регламентируемых метеорологических условий, а также
высокой квалификации персонала. Такие испытания практически проводят
только на моторостроительных заводах, автополигонах и в крупных науч-
но-исследовательских центрах. Поэтому в ряде развитых капиталистиче-
36
ских стран и в СССР разработаны лабораторные методы, базирующиеся
на одноцилиндровых установках, которые позволяют с большей или мень-
шей степенью точности прогнозировать октановые числа бензинов в до-
рожных условиях. Все эти методы основаны на опенке распределения дето-
национной стойкости по фракциям бензинов.
Многочисленными исследованиями и испытаниями показано, что чем
неравномерней распределение детонационной стойкости по фракциям
бензина (октановое число низкокипящих фракций ниже октанового числа
бензина в целом), тем выше его «дорожная чувствительность», т. е. разница
между октановым числом по исследовательскому методу и дорожным ок-
тановым числом [33]. Такое явление связано с обогащением горючей сме-
си в цилиндрах двигателя легкоиспаряющимися низкооктановыми фрак-
циями бензина в момент резкого открытия дроссельной заслонки
карбюратора при разгоне автомобиля.
Имеются методы, имитирующие разделение бензина на легкие и тя-
желые (низкокипящие и высококипящие) фракции во впускной системе
с использованием специальных вставок во впускной трубопровод стан-
дартного одноцилиндрового двигателя для определения октанового числа
(рис. 13), в частности метод DON (Distribution Octane Number). Эти встав-
ки обеспечивают конденсацию части легких фракций бензина, находящихся
в паровоздушной смеси и отвод их из системы. Полученное таким мето-
дом октановое число названо «октановым числом распределения» [34].
Его величина удовлетворительно коррелируется с дорожным октановым
Угол опережения зажиеания,°ПК8 до ВМТ
РИС. 11. Экономическая характеристика автомобиля по углу опережения зажигания
при постоянной скорости движения в прямом направлении (•), в обратном направле-
нии (О ).
РИС. 12. Определение дорожного октанового числа (ДОЧ) бензина методом уско-
ренных испытаний:
О-начало детонации;#-легкая детонация; х -сильная детонация; ж -очень сильная детонация; 1 - детонационная
характеристика автомобиля на смесях эталонных топлив.
37
РИС. 13. Вставки во впускной трубопровод для определения октановых чисел по ме-
тоду DON.
числом для товарных бензинов, октановое число которых по исследова-
тельскому методу находится в пределах 91-96 единиц [35].
Другой более простой способ определения распределения детонацион-
ной стойкости по фракциям заключается в оценке октанового числа какой-
либо фракции бензина, предварительно отогнанной от бензина в стан-
дартных условиях. В ряде методик [36] отгоняется фракция, выкипающая
до 100 °C, в других методиках отгоняют 50 или 75% (об.) всего бензина
[37]. Наиболее широко за рубежом распространена методика, заключаю-
щаяся в отгоне фракции бензина, выкипающей до 100 °C, и определении ее
октанового числа (метод Rloo).
В СССР в качестве междуведомственного, включенного в комплекс ме-
тодов квалификационной оценки, принят следующий метод оценки распре-
деления детонационной стойкости бензина по фракциям [38].
Бензин в лабораторных условиях разгоняют в колбе емкостью 1 л с от-
водом без дефлегматора на две фракции: кипящую до 100°C (низкокипя-
щую) и кипящую выше 100 °C (высококипящую). Для этих фракций опреде-
ляют октановые числа по исследовательскому методу (ОЧНК и ОЧВК).
В качестве оценочного показателя установлен коэффициент распределения
детонационной стойкости по фракциям Крдс, вычисляемый с точностью до
0,01 по формуле:
Крдс = ОЧнк/ОЧв1!
Чем ближе значение Крдс к единице, тем равномернее распределение де-
тонационной стойкости по фракциям бензинов. При Крдс < 1 дорожное ок-
тановое число (ДОЧ) ниже октанового числа по исследовательскому мето-
ду ОЧ (и. м.), а при Крдс > 1 их значения совпадают или даже значения
ДОЧ превышают значения ОЧ (и.м.).
Определение величины Крдс в первую очередь необходимо для высо-
кооктанового бензина (чипа отечественного бензина АИ-93), получаемого,
38
как правило, на базе компонента каталитического риформинга и отличаю-
щегося высоким содержанием высокооктановых ароматических углеводо-
родов, выкипающих при температурах выше 100 °C. Между величинами
ДОЧ, ОЧ(и.м.) и Крдс для таких бензинов найдена следующая функцио-
нальная зависимость [39]:
ДОЧ = ОЧ(и. м.) • КрЛС + а(1 - Крдс)
Эмпирический коэффициент а учитывает количественное влияние на
ДОЧ жидкой пленки, попадающей в цилиндры двигателя при резком от-
крытии дроссельной заслонки карбюратора. Его величина зависит от кон-
структивных особенностей впускного трубопровода и главным образом от
его геометрических размеров.
В результате обработки имеющихся экспериментальных данных оценки
ДОЧ бензинов типа АИ-93 на отечественных легковых автомобилях мето-
дом ускоренных испытаний по ГОСТ 10373- 75 найдены следующие значе-
ния для коэффициента а:
Двигатель «Москвич-412» 56
Двигатель «ВАЗ-2101» 56
Двигатель «ГАЗ-24» 36
В табл. 3 приведены сравнительные данные по экспериментальным
и расчетным значениям ДОЧ по . предложенной выше формуле [39].
Относительная сложность определения детонационной стойкости бен-
зинов на одноцилиндровых моторных установках, полноразмерных двига-
телях и автомобилях стимулировала поиски более простых лабораторных
методов оценки октановых чисел бензинов. Удачным и надежным мето-
дом является лабораторный метод «Монирекс» [40]. Метод основан на из-
мерении скорости реакций окисления бензина, предшествующих детона-
Таблица 3. Результаты определения показателей детонационной
стойкости бензинов
Бензин ОЧ (и. м.) Крдс ДОЧ (для двигателя «Москвич-412») Расхождения между ДОЧ опытным н расчетным
эксперимен тальное - расчет- ное
«Экстра», неэтилированный АИ-93, неэтплированный 97,4 0,95 95,0 95,3 - 0,3
образец 1 93,4 0,92 92,0 90,4. +1,6
образец 2 94,5 0,91 90,6 91,1 -0,5
образец 3 АИ-93, этилированный 93,1 0,89 90,3 89,1 + 1,2
образец 1 93,0 0,80 86,8 85,6 + 1.2
образец 2 93,7 0,77 84,8 85,1 -0,3
образец 3 АИ-93. опытный с метил-шрст-бу- тиловым эфиром 94,9 0,83 88,2 88,3 -0,1
образец 1 94,0 0,99 94,0 93,6 + 0,4
образец 2 94,0 0,92 91,7 91,0 + 0,7
39
ционному сгоранию. Было установлено, что чем интенсивнее идет процесс
предпламенного окисления, тем ниже детонационная стойкость испытуе-
мого бензина.
Определение октанового числа бензина проводят в приборе UOP «Мо-
нирекс», оснащенном проточной реакционной трубкой, в которой можно
тшательно регулировать температуру и давление. Имеется также устрой-
ство для непрерывного введения в реакционную трубку точно измеренных
объемов топлива и воздуха. Для протекания реакций окисления в трубке
не требуется ни источника зажигания, ни катализатора. Скорость реакций,
предшествующих детонации, определяется по давлению в трубке при дан-
ной температуре и постоянной скорости подачи смеси топлива с воздухом.
Установлена четкая зависимость между давлением в реакционной трубке
и октановым числом бензина, которая графически представлена на рис. 14.
Прибор «Монирекс» нашел применение для непрерывного контроля ок-
танового числа бензина на установках каталитического риформинга, для
оптимизации процесса смешения компонентов бензина и дозирования ан-
тидетонатора на НПЗ США. Воспроизводимость результатов метода «Мо-
нирекс» в диапазоне октановых чисел 90-100 не превышает +0,2 окта-
новых единиц при испытании контрольного топлива.
В институте нефти Великобритании изучалась возможность определе-
ния антидетонационных свойств по характеристике самовоспламенения ка-
пель бензина [41]. Установлено, что температура самовоспламенения
топлива при постоянном времени задержки воспламенения, или величина
задержки .воспламенения капель топлива при постоянной температуре
практически линейно зависят от октанового числа бензина в интервале ок-
тановых чисел 82-90 (по моторному методу) и 94-100 (по исследователь-
скому методу). Таким образом, можно ожидать, что перспективные лабо-
раторные методы оценки детонационной стойкости бензинов могут
в значительной степени вытеснить традиционные моторные методы при
осуществлении внутризаводского контроля компонентов бензинов, а также
при проведении научно-исследовательских работ, когда опытные образцы
получают в ограниченных количествах.
Склонность к калильному зажиганию является показателем, характери-
зующим вероятность возникновения неуправляемого воспламенения горю-
чей смеси в цилиндрах двигателя вне зависимости от момента подачи ис-
РИС. 14. Зависимость давления в реак-
ционной трубке прибора Монирекс от ок-
танового числа бензина.
40
кры свечей зажигания. Неуправляемое воспламенение связано с появле-
нием «горячих точек» в камере сгорания: нейтральных нагретых тел
(металлических поверхностей) и активных нагретых поверхностей (нага-
ров). Появление первых обусловлено конструктивными особенностями ма-
териалов и тепловых режимов в камере сгорания, вторых количеством
и свойствами нагара, которые в значительной степени зависят от углеводо-
родного состава бензина и наличия в пем присадок.
Преждевременное воспламенение (калильное зажигание) горючей смеси
сопровождается снижением мощности и топливной экономичности двига-
теля, а в ряде случаев приводит к прогоранию и механическому разруше-
нию поршней, залеганию колец и другим механическим повреждениям де-
талей цилиндро-поршневой группы [29]. Оценку склонности бензина
к калильному зажиганию проводят по двум, принципиально разным
методикам.
Склонность бензина к калильному зажиганию от нагретой металличе-
ской поверхност и определяется па двигателе, в камеры сгорания которого
вставляется спираль, нагреваемая электрическим током. В качестве крите-
риев оценки принимают температуру спирали, при которой появляется ка-
лильное зажигание на рабочем режиме или безразмерный коэффициент —
частное от деления температуры калильного воспламенения испытуемого
топлива на температуру калильного воспламенения эталонного топлива.
Методы оценки склонности бензинов к калильному зажиганию от нага-
ра заключаются в предварительном накоплении нагара в камере при рабо-
те иа специальном режиме, и последующем определении способности на-
копленного нагара вызывать калильное зажигание.
Стандартизованные и междуведомственные методики оценки склонно-
сти бензинов к калильному зажиганию, к сожалению, в комплексе квали-
фикационных методов пока отсутствуют. Но рядом исследователей разра-
ботаны методы испытаний на одноцилиндровых стандартных моторных
установках, которые в перспективе могут быть «доведены» до квалифика-
ционных.
Для оценки склонности бензинов к калильному зажиганию от нагретых
металлических поверхностей предложен метод, базирующийся на установ-
ке ИТ-9 [42]. Калильное зажигание вызывается спиралью, которая нагре-
вается электрическим током. Величина склонности к калильному зажига-
нию по этому методу выражается через изооктановый эквивалент-и. э.:
и.э. =—• 100
где tT и t„-температуры калильного зажигания оцениваемого топлива и изооктана
при равной степени сжатия.
На базе установки ИТ-9 разработан также метод оценки склонности
бензина к калильному зажиганию от нагара [43]. Сущность метода со-
стоит в накоплении нагара на низкотемпературном режиме и регистрации
числа вспышек калильного зажигания при выжигании нагара на высоко-
температурном режиме.
Склонность топлива к калильному зажиганию по данной методике мо-
жет быть оценена дифференцированно: свойствами нагара и способностью
топлива воспламеняться от него. Для этого автором метода предложено
41
три безразмерных показателя, называемых калильными числами (КЧ):
1) калильное число нагара (КЧН) характеризует способность нагара вы-
зывать калильное зажигание эталонного топлива
КЧн = -^-100
А'э/э
2) калильное число воспламенения (КЧВ) характеризует склонность
топлива к воспламенению от эталонного нагара
КЧв=^^-100
Л'э/э
3) калильное число суммарное (КЧС) характеризует склонность топлива
к воспламенению от собственного нагара
кч 2^
N3/3
где N-число циклов с калильным зажиганием; индекс в числителе указывает на
тип нагарообразующего топлива, в знаменателе-на тип воспламеняющегося топ-
лива (и-испытуемое, э-эталонное).
С повышением склонности топлива или нагара к калильному зажига-
нию калильные числа соответственно возрастают. За 100 калильных еди-
ниц принимают склонность к калильному зажиганию бензола, содержаще-
го 0,82 г ТЭС на 1 кг топлива.
Ниже представлены калильные свойства нагаров и склонность к ка-
лильному зажиганию от эталонного нагара некоторых углеводородов,
компонентов и товарных бензинов (в числителе-без ТЭС, в знаменателе
с 0,82 г/кг ТЭС) [43]:
Вещество кч„ кчв кчс
Изооктан 0,5/4,0 21,9/— 0/0
Бензол 35,0/100,0 —/100 35/100
Толуол Бензин каталитического риформин- 36,0/129,0 81,0/— —/113
га
обычного режима 25,0/97,0 38,7/— —/39,5
жесткого режима 35,0/117,0 58,0/— —
Бензин АИ-93
неэтилированный 21,0/— 35,0/— 23.5/—
этилированный —/67,0 —/31,7 -/41
Содержание антидетонатора (тетраэтилсвинца или тетраметилсвинца)—
косвенный показатель, характеризующий особенности сгорания бензина
в двигателе. Прежде всего добавление алкилсвинцовых антидетонаторов-
наиболее эффективный и экономически выгодный способ повышения дето-
национной стойкости бензинов [44].
Антидетонатор существенно влияет на распределение детонационной
стойкости по фракциям бензина каталитического риформинга. Так, тетра-
этилсвинец, имеющий температуру кипения ~ 200 °C, концентрируясь при
фракционировании бензина в хвостовых высокооктановых фракциях, уве-
личивает неравномерность распределения детонационной стойкости; дей-
ствие тетраметилсвинца, выкипающего при НО °C вмест е с низкооктановы-
ми средними фракциями, противоположно [45].
42
Наличие алкилсвинцового антидетонатора повышает склонность бен-
зина к отложениям нагара в цилиндрах и на клапанах двигателя [46].
В настоящее время содержание алкилсвинцовых антидетонаторов
в бензинах значительно уменьшилось из-за токсичности образующихся
продуктов сгорания и отравляющего действия их на каталитическую массу
дожигателей отработавших газов. В нашей стране это проявляется в посте-
пенном ужесточении норм на допустимое содержание тетраэтилсвинца
в бензинах (г/кг):
Марка бензина ГОСТ 2084-56 ГОСТ 2084-67 ГОСТ 2084-77
А-66 Не более 0,82 Не более 0,60 —
А-72 Отсутствие Отсутствие Отсутствие
А-76 Не более 0,41 Не более 0,41 Не более 0,38 (0,24)*
АИ-93 — Не более 0,82 Не более 0.78 (0,50)*
Содержание свинца, г/кг.
Однако относительная доля этилированных бензинов в общей их выра-
ботке в ближайшей перспективе все еще будет велика. Поэтому определе-
ние содержания свинцовых антидетонаторов обязательно на НПЗ и при
квалификационных испытаниях автомобильных бензинов.
В нашей стране содержание алкилсвинцовых антидетонаторов опреде-
ляют по ГОСТ 13210-72, соответствующему рекомендации СЭВ по стан-
дартизации PC 2017-69. Сущность метода заключается в разложении ал-
кильных соединений свинца соляной кислотой и последующем комплексо-
метрическом титровании свинца.
Разложение алкильных соединений свинца проводят в приборе (рис. 15),
изготовленном из термостойкого стекла. При отсутствии стандартного
прибора применяют колбу из термостойкого стекла (по ГОСТ 10394-72
типа ПКШ или КнКШ) вместимостью 500 мл с пришлифованным к ней
холодильником (ГОСТ 9499-70) длиной 250-300 мм. В результате действия
соляной кислоты тетраэтилсвинец или тетраметилсвинец разлагается
с образованием хлорида свинца, который экстрагируют водой из реак-
ционной смеси. Экстракт осторожно упаривают на закрытой электроплит-
ке приблизительно до 2 мл. Если экстракт при упаривании приобретает
красно-коричневый цвет, то его обрабатывают азотной кислотой
и 30%-ным пероксидом водорода, а затем вновь упаривают до испарения
последней капли жидкости.
Сухой остаток в стакане тщательно растворяют в 50 мл дистиллиро-
ванной воды, добавляют 5 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты, 2 мл раст-
вора уротропина и 3-5 капель раствора или 0,1-0,08 г сухого смешанного
индикатора до получения сиреневой окраски и титруют Na-ЭДТА до пере-
хода окраски в устойчивый желтый цвет.
Параллельно проводят контрольный опыт.
Содержание свинца (X, г/кг) вычисляют по формуле:
„ - И2)Т
х —
43
РИС. 15. Прибор для определения содержания тетра-
этиле винца:
1 -отводные трубки холодильника; 2-внешняя трубка обратного холодильника;
3-шлифы; 4-экстракционная колба; 5-держатели трубки конвекции; б-кран
сливной; 7-нагревательная трубка; 8- внутренняя трубка конвекции; 9-кран за-
грузочный; 10-загрузочная воронка; 11 -внутренняя трубка обратного холо-
дильника.
где Vj и V2 —объемы 0,01 М раствора Na-ЭДТА, израсхо-
дованные на титрование испытуемой пробы и в контроль-
ном опыте, соответственно, мл; Г3-объем испытуемого
бензина, мл; T-титр раствора Na-ЭДТА, выраженный
в граммах свинца в 1000 мл раствора; d%° - относительная
плотность испытуемого бензина.
Воспроизводимость результатов метода при со-
держании свинца до 0,5 г/кг составляет +0,01,
а свыше 0,5 г/кг- +0,02.
Содержание тетраэтилсвинца (X,) и тетраме-
тилсвинца (Х2) пересчитывают по формулам;
X, = 1,561 X Х2 = 1.290-X
где 1,561 и 1,290-коэффициенты пересчета свинца в те-
траэтилсвинец и тетраметилсвинеп соответственно.
ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ
Прокачиваемость бензина характеризует возможность его беспрепятствен-
ного прохождения по трубопроводам и агрегатам системы питания авто-
мобиля. Она оценивается такими показателями, как содержание механиче-
ских примесей, воды, вязкостно-температурными и низкотемпературными
характеристиками.
Углеводороды, входящие в состав автомобильных бензинов, полу-
ченных из продуктов переработки нефти, имеют весьма низкие темпера-
туры застывания [29]. Вследствие этого такие бензины застывают при
температурах ниже — 60 °C. Эти бензины отличаются пологими вязкостно-
температурными характеристиками [47], т.е. незначительным возраста-
нием вязкости даже при понижении температуры до минус 50-60°C. По-
этому для оценки прокачиваемости нефтяных автомобильных бензинов
в условиях их применения при низких температурах на наземной технике
нет необходимости определять их температуры застывания, помутнения
или начала кристаллизации.
При использовании в перспективе кислородсодержащих компонентов
(эфиров и спиртов) целесообразность оценки низкотемпературных свойств
автомобильных бензинов вполне очевидна.
При испытаниях по комплексу методов квалификационной оценки
определяют следующие показатели для автомобильных бензинов:
44
содержание механических примесей,
содержание воды.
Содержание механических примесей при приемо-сдаточных испытаниях
определяют визуально в соответствии с ГОСТ 2084-77. Бензин, налитый
в стеклянный цилиндр диаметром 40-55 мм, должен быть прозрачным
и не содержать взвешенных и осевших па дно посторонних примесей.
При квалификационных испытаниях содержание механических приме-
сей определяют количественно по ГОСТ 10577-78 (метод А). Сущность ме-
тода заключается в определении массы механических примесей, задержи-
ваемых мембранным (нитроцеллюлозным) фильтром при фильтровании
через него испытуемого бензина.
Для определения содержания механических примесей 0,4—0,5 л испытуе-
мого бензина пропускают через нитроцеллюлозный фильтр № 4 (ГОСТ
8985-59) размером отверстий до 0,9 мкм. Содержание механических приме-
сей в бензине рассчитывают по изменению массы фильтра до и после
фильтрования, высушенного при комнатной температуре. Допускаемые
расхождения результатов двух параллельных определений содержания ме-
ханических примесей составляют не более 0,0002% (масс.); воспроизводи-
мость метода-0,001% при доверительной вероятности 0,95.
Содержание механических примесей в бензине зависит в значительной
степени от условий хранения и транспортирования, поскольку в основном
механические примеси представляют собой продукты коррозии резервуа-
ров, трубопроводов, топливных баков и лишь частично грунтовую пыль
[48]-
Содержание механических примесей (% масс.) в некоторых образцах ав-
томобильных бензинов (метод ГОСТ 10577-78) приведено ниже:
Образец
Образец 1
Образец 2
Образец 3
Бензин А-93
0,00010
0,00012
0,00005
Бензин А-76
0,0041
0,0004
0,0003
Содержание воды в автомобильных бензинах зависит от их группового
углеводородного состава и температуры. Чем больше в бензинах аромати-
ческих углеводородов, тем выше растворимость воды. При повышении
температуры растворимость воды в бензинах также увеличивается. Раство-
ренная вода всегда имеется в бензинах и практически не оказывает отрица-
тельного влияния на его эксплуатационные свойства. Но при охлаждении
бензина, например, при резком понижении температуры окружающего воз-
духа, растворенная вода частично выделяется в свободном виде (конденси-
руется). При низких температурах она может явиться причиной образова-
ния в бензине кристаллов льда, которые, отлагаясь на сетках фильтров,
значительно ухудшают прокачиваемость бензинов.
Существуют два метода определения растворенной в бензинах воды по
ГОСТ 8287-57 и ГОСТ 14870-77 (или метод Фишера). Первый метод осно-
ван на взаимодействии растворенной в бензине воды с гидридом кальция
и последующем определении количества выделившегося водорода. Сущ-
ность второго метода заключается в потенциометрическом титровании
45
топлива реагентом Фишера, представляющим собой раствор иода в мета-
ноле, насыщенный диоксидом серы (определение проводят в герметичном
приборе).
При квалификационных испытаниях автомобильных бензинов опреде-
ляю! только содержание свободной воды визуально (ГОСТ 2084-77,
пп. 4.4). Бензин, налитый в стеклянный цилиндр диаметром 40-55 мм, дол-
жен быть прозрачным и не содержать взвешенных и осевших на дно ци-
линдра капель воды.
При соблюдении правил транспортирования и хранения, установленных
ГОСТ 1510-76, попадание в бензин воды исключено. Но бензин может
«обводняться» случайно.
I
КОРРОЗИОННАЯ АКТИВНОСТЬ
Коррозионная активность характеризует скорость химического взаимодей-
ствия бензинов и продуктов их сгорания с материалами, из которых изго-
товлены средства транспортирования, хранения и перекачки горючего,
а также агрегаты топливной системы, детали камеры сгорания, впускной
и выпускной тракты двигателя. Процессы, обусловленные коррозионной
активностью бензинов, подчиняются законам химической кинетики гетеро-
генных реакций и не связаны с электрохимическими взаимодействиями
в тройной системе топливо-вода-металл.
Коррозионная активность автомобильных бензинов при их квалифика-
ционных испытаниях оценивается следующими показателями:
кислотностью,
общим содержанием серы,
содержанием меркаптановой серы,
испытанием на медной пластинке,
содержанием водорастворимых кислот и щелочей.
Кислотность характеризует общее содержание в бензине органических
кислот, в том числе:
нафтеновых кислот, переходящих в бензин из нефти и обладающих по-
вышенной коррозионной активностью по отношению к цветным металлам
[49];
кислот, образующихся при окислении бензиновых углеводородов
и включающих агрессивные алифатические низкомолекулярные кислоты;
кислот-продуктов окисления сернистых соединений, в частности, суль-
фоновых кислот, являющихся сильными коррозионными агентами [50].
Методы определения кислотности бензинов описаны ниже, в разделе
«Стабильность» этой главы.
Общее содержание серы отражает суммарное количество сернистых со-
единений всех классов и в первую очередь дает представление о корро-
зионном воздействии продуктов сгорания бензина, поскольку все соедине-
ния серы сгорают с образованием диоксида и триоксида серы, вызываю-
щих коррозию деталей камеры сгорания и узлов выпускного тракта
двигателя. Общее содержание серы в бензинах определяют методом сжи-
гания в лампе, который стандартизован в промышленно-развитых странах
(ГОСТ 19121-73, ASTMD 1266, IP 107, DIN 51771) и принят в качестве ме-
46
ждународного. Сущность метода заключается в сжигании Топлива в фи-
тильной лампочке с последующими поглощением образовавшегося диок-
сида серы раствором бикарбоната натрия и титрованием соляной
кислотой. Для определения содержания серы по ГОСТ 19121 -73 приме-
няют прибор по ГОСТ 1572-67 (рис. 16).
Содержание серы X (% в масс.) в анализируемом топливе рассчиты-
вают по формуле:
(V — К)-0,0008
Х=------—--------100
т
где V и -объемы 0,05 н. раствора соляной кислоты, израсходованной на титрова-
ние испытуемой пробы и в контрольном опыте, соответственно, мл; т- навеска ис-
пытуемого продукта, г.
Допускаемые расхождения между результатами двух параллельных
определений не более 10% величины меньшего результата при общем со-
держании серы в топливе до 0,5% (масс.).
Содержание меркаптановой серы является важнейшим показателем, ха-
рактеризующим наличие в бензине коррозионно-активных соединений.
В меркапт анах атом водорода тио-группы способен замещаться на металл
с образованием меркаптидов. При окислении меркаптанов могут обра-
зовываться сульфокислоты и серная кислота [51]. Поэтому содержание
меркаптановой серы в топливах должно быть строго ограничено.
Для количественного определения меркаптановой серы широко приме-
няют потенциометрические методы, соответствующие международному
стандарту (ISO 3012-74) и различающиеся некоторыми особенностями
в разных странах. В нашей стране содержание меркаптановой серы опреде-
ляют по ГОСТ 17323-71, по которому навеска топлива (свободного от се-
роводорода) потенциометрически титруется аммиакатом нитрата серебра.
Содержание меркаптановой серы (X, % масс.) вычисляют по формуле:
где И;-объем раствора, пошедший на титрование испытуемого топлива, не содер-
жащего сероводорода; Т- титр 0,01 и. раствора аммиаката нитрата серебра, выра-
женный в г меркаптановой серы; т-навеска топлива, г.
Допускаемые расхождения результатов параллельных определений
в зависимости от содержания серы следующие:
Содержание меркаптановой серы, % (масс.)
более 0,01 0,0010
от 0,01 до 0,005 0,0004
менее 0,005 0,0002
Зарубежными методами ASTMD 1323, ASTMD 3227, DIN 51796 предус-
мотрено при потенциометрическом титровании меркаптановой серы при-
менять спиртовой раствор нитрата серебра, стеклянный и сульфид-сере-
бряный электроды.
В результате исследования сравнительной коррозионной активности
бензинов с различным содержанием меркаптановой серы было установле-
47
РИС. 16. Прибор для определения содержания общей
серы:
7-брызгоуловитель; 2-шлифы; 3-адсорбер; 4-ламповое стекло; 5-лам-
почка; б-фитиль.
но, что при ее содержании менее 0,01% (масс.)
меркаптановая сера практически не влияет на
коррозионные свойства бензинов [52]. Поэтому
допустимым содержанием меркаптановой серы
в бензинах можно считать не более 0,005%
(масс.).
Испытание на медной пластинке - показатель,
определяющий коррозионную активность бензи-
на, зависящую от общего содержания активных
соединений серы (меркаптанов, сероводорода,
свободной серы), при повышенной температуре. Положительные резуль-
таты испытания бензина на медной пластинке свидетельствуют о том, что
содержание сероводорода в топливе не превышает 0,0003, а свободной
серы-не более 0,0015% (масс.). В таких концентрациях эти соединения
практически не влияют на коррозионную активность бензинов [53].
Испытание на медную пластинку проводят по следующим нацио-
нальным стандартам: ГОСТ 6321-69, ASTMD 130, IP 154, DIN 51759.
Имеется международный стандарт ISO 2160-72А, основанный на методи-
ках ASTM-IP, и рекомендация по стандартизации СЭВ PC 1405-72, в ос-
нову которой положен советский стандарт.
Испытание по ГОСТ 6321-69 проводят на пластинках из электролит-
ной меди, отшлифованных до чистоты поверхности V8, при температуре
50°C в течение 3 ч. Если после испытания, медная пластинка хотя бы
в одной из параллельных проб покрылась черными, темно-коричневыми
или серо-стальными налетами и пятнами, считается, что топливо не выдер-
жало испытание.
При испытаниях по методам ASTM-IP состояние пластинки оцени-
вают в баллах по прилагаемой к стандартам цветной шкале. По методам,
отвечающим требованиям ISO 2160 72А, испытание проводят в плоских
пробирках. Результаты испытаний разными методами практически равно-
значны. Преимущество методов ASTM-IP (ISO 2160-72А)-наличие цвет-
ной шкалы эталонов и более удобное устройство прибора.
Содержимое водорастворимых кислот и щелочей является качественным
показателем наличия в бензине коррозионно-активных примесей, которые
могут попасть в продукт в результате нарушения технологии очистки на
НПЗ или правил транспортирования и хранения.
Содержание водорастворимых кислот и щелочей в бензине и других
топливах определяют методом ГОСТ 6307-75, соответствующим рекомен-
дации СЭВ по стандартизации PC 1439-68. Сущность метода заключается
в извлечении водорастворимых кислот и щелочей из топлива водой или
водным раствором спирта и определении pH водной вытяжки либо реак-
ции среды с помощью индикаторов. Для определения применяют: рН-
метр любого типа со стеклянным и хлорсеребряным электродами; дели-
тельные воронки вместимостью 250-500 мл; мерную лабораторную
48
посуду. Индикаторами могут быть фенолфталеин (1%-ный раствор
в 60%-ном этиловом спирте), метиловый оранжевый (0,02%-ный водный
раствор).
ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА
Защитные свойства характеризуют способность нефтепродукта «защи-
щать» металл от коррозии в присутствии электролит а [54]. Конкретно для
топлив это означает степень уменьшения скорости электрохимической кор-
розии в системе топливо-металл-вода. Поэтому для надежной эксплуата-
ции техники, средств хранения и перекачки горючего очень важно, чтобы
топлива не только сами не были агрессивными, но и обладали доста-
точными защитными свойствами.
Для оценки защитных свойств при квалификационных испытаниях бен-
зинов в настоящее время используют два показателя:
коррозионную активность в условиях конденсации воды,
коррозионную активность в присутствии электролита.
Коррозионная активность топлив в условиях конденсации воды опреде-
ляется по методу, предложенному Е. С. Чуршуковым (ГОСТ 18597-73)
[55]. Особенность этого метода-приближение условий испытания к реаль-
ному проявлению защитных свойств топлива при конденсации растворен-
ной воды за счет перепада температуры.
Сущность метода заключается в определении потери массы стальной
пластинки (Ст. 3), находящейся в бензине в течение 4 ч при насыщении
бензина водой и ее конденсации на пластинке. Коррозионная активность
бензинов в условиях конденсации воды определяется на приборе Е. С. Чур-
шукова (рис. 17). Прибор изготовлен из термостойкого стекла и предста-
вляет собой двухстенную колбу, во внутренней части которой находится
полая стеклянная площадка 4 для размещения стальной пластинки 3. Ис-
пытание проводят следующим образом.
Прибор предварительно промывают спирто-бензольной смесью, укре-
пляют в штативе и подключают к двум жидкостным термостатам. Термо-
статы включают в сеть и нагревают в них жидкость (воду), поступающую
в полую площадку, до 30 °C, а жидкость, подающуюся в межстенное про-
странство,-до 60 °C. В нагретый прибор на стеклянную площадку поме-
щают предварительно отшлифованную, протравленную ингибированной
соляной кислотой и взвешенную стальную пластинку. Через воронку зали-
вают в колбу 60 мл профильтрованного испытуемого бензина и в желобок
5 мл дистиллированной воды; закрывают прибор холодильником и про-
должают нагрев. Через 4 ч обогрев отключают, вынимают пластинку, про-
мывают ее спирто-бензольной смесью, протравливают ингибированной со-
ляной кислотой и взвешивают.
Коррозионную активность топлива в условиях конденсации воды (Ка,
г/м2) вычисляют по формуле:
(т - mJ - h
где т и т1 -масса пластинки до и после испытания, г; h-постоянная травления
(убыль массы пластинки за счет травления ингибированной соляной кислотой), г;
49
4—30
РИС. 17. Прибор Е. С. Чуршукова для определения коррозионной активности
бензинов:
1-водяной холодильник; 2-желобок; 3-металлическая пластинка; 4 стеклянная площадка для пластинки.
РИС. 18. Прибор С. К. Кюрегяна и К. А. Демиденко для определения коррозионной
активности в присутствии электролита:
^-обратный холодильник; 2-пробирка; 3-барботер: 4-пластинки: 5-распорные втулки.
S-площадь поверхности пластинки (без учета поверхности, прилегающей к сте-
клянной площадке), м2.
Допускаемые расхождения между параллельными определениями не
должны .превышать 0,5 г/м2 при коррозионной активности до 5 г/м2
и 1,0 г/м2 при коррозионной активности выше 5 г/м2.
Для товарных и опытных образцов автомобильных бензинов ниже
представлены результаты оценки коррозионной активности в условиях
конденсации воды:
Бензин Ка, г/м2 Бензин г/м2
А-72 АИ-93, неэтилированный
образец 1 1,2 образец 1 1,7
образец 2 3,9 образец 2 2,6
А-76, неэтилированный АИ-93, этилированный
образец 1 0,7 образец 1 1,9
образец 2 1,0 образец 2 2,6
А-76, этилированный АИ-93, опытный с метил-
образец 1 3,6 mptvn-бутиловым эфиром 1,6
образец 2 6,7
А-76, опытный с метил-
mpem-бутиловым эфиром 0,4
50
Считают, что бензин обладает удовлетворительными защитными свой-
ствами и выдержал испытания, если его коррозионная активность в усло-
виях конденсации воды не превышает 6,0 г/м2.
Коррозионная активность в присутствии электролита позволяет более
дифференцированно оценить защитные свойства бензинов, обладающих
малой коррозионной активностью в условиях конденсации воды, что очень
важно при подборе и исследовании эффективности ингибиторов коррозии.
Метод оценки разработан С. К. Кюрегяном и К. А. Демиденко [56].
Испытание проводят на приборе, изображенном на рис. 18. Прибор со-
стоит из широкой пробирки 2 с обратным 10-ти шариковым холодильни-
ком 1. В пробирке размещается барботер 3, на который надеты стальные
пластинки 4. Между пластинками устанавливают распорные втулки 5 из
стекла или другого нейтрального к нефтепродуктам материала, которые
удерживают пластинки под соответствующим углом на определенном
расстоянии.
В пробирку наливают 100 мл испытуемого топлива и 20 мл воды, со-
держащей 2 г морских солей. Пробирку помещают в водяную баню (тер-
мостат), нагретую до 60 °C. Во время испытания по барботеру 3 подают
воздух со скоростью 3 л/ч. Продолжительность испытаний составляет 4 ч.
Подготовку стальных пластин и обработку их после испытания прово-
дят аналогично подготовке и обработке пластин при определении корро-
зионной активности бензинов по ГОСТ 18597-73.
Защитные свойства бензинов характеризуются потерей массы пластин
на единицу площади за время испытания. Расчет проводят по формуле
определения коррозионной активности согласно ГОСТ 18597-73 (нижняя
поверхность пластин при расчете не учитывается).
Метод определения коррозионной активности в присутствии электроли-
та применяют также для оценки эффективности защитных присадок (инги-
биторов коррозии). Для сравнения используют эталонное топливо - смесь
двух индивидуальных углеводородов: 80% эталонного изооктана (ГОСТ
5.394-70) и 20% толуола (ГОСТ 5.789-69), так называемая смесь ИТ.
Ниже представлены результаты оценки защитных свойств бензинов, ба-
зовых компонентов и присадок:
Топливо Потеря массы пластин, г/м2 (Ст. 3)
Бензин А-76, этилированный Бензин АИ-93, неэтплированный Бензин каталитического риформинга Бензин каталитического крекинга Алкилбензин Смесь ИТ Смесь ИТ + 0,005% присадки В-15/41 Смесь ИТ + 0,005% присадки БМП 7,7 10,4 9,6 10,5 8,3 12,7 0,9 0,6
СТАБИЛЬНОСТЬ
Возможность длительного сохранения качества топлива определяется та-
кими свойствами автомобильного бензина как физическая и химическая
стабильность.
51
Физическая стабильность
Физическая стабильность характеризует склонность бензина к изменению
фракционного состава (температуры начала перегонки и перегонки 10%),
давления насыщенных паров и интенсивности окраски (для этилированных
бензинов).
Физическая стабильность непосредственно связана с испаряемостью
бензина. Чем больше склонность бензина к потерям от испарения, т. е. чем
выше содержание в нем легких фракций (С4-С6), тем заметней изменяют-
ся его показатели фракционного состава при хранении, перекачках
и транспортировании.
Интенсивность окраски теоретически может изменяться вследствие по-
вышения концентрации красителя при испарении головных фракций, но,
как показала практика применения этилированных бензинов, в основном
она зависит от стойкости применяемых жирорастворимых красителей. По-
этому, как правило, интенсивность окраски постепенно уменьшается при
длительном хранении бензина.
Физическая стабильность автомобильных бензинов при квалифика-
ционных испытаниях оценивается следующими показателями:
склонностью к потерям от испарения,
интенсивностью окраски.
Склонность к потерям от испарения. Необходимость определения этого
показателя вызвана отсутствием удовлетворительной корреляции между
потерями бензина от испарения, давлением насыщенных паров и показате-
лями фракционного состава-температурами начала кипения и перегонки
Ю%.
Определение склонности бензинов к потерям от испарения проводят по
методу ГОСТ 6369-75, в основу которого положен метод Бударова [57].
Прибор для определения потерь бензина от испарения показан на рис. 19.
РИС. 19. Прибор для определения по-
терь бензина от испарения:
1 -склянка напорная; 2-трубка резиновая; 3-зажим;
4 -змеевик; 5-мерник; б-пробирка с отростками.
52
Таблица 4. Потери от испарения (физическая стабильность) и некоторые
другие показатели испаряемости товарных автомобильных бензинов
Марка бензина Потери от испарения, °,а Давление насыщенных паров, мм рт.ст. (кПа) Температура, С
и. к. перегонки 10°о
А-72
образец 1 1,21 333 (44,3) 42 70
образец 2 1,70 316 (42,1) 42 68
образец 3 2,12 458 (61,0) 38 67
А-76
образец 1 0,87 495 (65,9) 35 52
образец 2 2,34 450 (59,9) 35 51
АИ-93
образец 1 2,00 369 (49,1) 41 63
образец 2 1,01 490 (65,3) 37 52
Испытуемый образец бензина (10 мл) продувают воздухом (100 мл) при
20°C и затем рассчитывают потерю массы бензина (X, %) по формуле:
где пц и т2 -масса бензина до и после испарения соответственно, г.
Типичные результаты определения склонности к потерям от испарения
автомобильных бензинов разных марок в сочетании с некоторыми други-
ми показателями испаряемости приведены в табл. 4.
Как видно из данных, приведенных в таблице, потери от испарения не
согласуются с давлением насыщенных паров и температурами начала ки-
пения и перегонки 10% практически для всех образцов бензинов. Это сви-
детельствует о целесообразности определения показателя «потери от испа-
рения» для характеристики физической стабильности бензинов.
Интенсивность окраски (концентрация красителя) определяют стан-
дартным методом по ГОСТ 20924-75.
Сущность метода заключается в оценке интенсивности окраски (концен-
трации красителя) испытуемого бензина сравнением оптических плотно-
стей испытуемого и контрольного образцов.
Для определения применяют фотоэлектроколориметры любой марки
(ФЭК-М, ФЭК-Н-56, ФЭК-Н-57, ФЭК-60 и др.) и стандартные образцы
красителей. Испытание проводят на прозрачных бензинах без механиче-
ских примесей.
Для определения интенсивности окраски этилированных бензинов на
НПЗ готовят контрольный образец бензина из той же партии, что и испы-
туемый, но окрашенный стандартным образцом красителя. Массу навески
стандартного образца красителя на 500 г контрольного бензина опреде-
ляют по данным табл. 5 в зависимости от марки бензина.
Сравнение оптической плотности контрольного и испытуемого образ-
цов бензина проводят с использованием кювет толщиной слоя 3 см. Опти-
53
Таблица 5. Масса навески стандартного образца красителя
для бензинов разных марок
Марка бензина
Наименование красителя
Масса навески,
мг
Автомобильные бензины
А-76 Жирорастворимый желтый К 3,0
АИ-93 Жирорастворимый темно-красный Ж 2,5
АИ-98 Жирорастворимый ярко-синий антрахиноновый Авиационные бензины 2,5
Б-100/130 Жирорастворимый темно-красный Ж 3,0
Б-95/130 Жирорастворимый желтый К 3,0
Б-91/115 Жирорастворимый зеленый 6Ж или 3,0 жирорастворимый зеленый антрахиноновый
ческую плотность фотоэлектроколориметра определяют со ми, подобранными в зависимости от цвета раствора: Цвет раствора Светофильтр Синий Желтый Зеленый Красный Желтый Синий Красный Зеленый светофильтра-
Интенсивность окраски испытуемого бензина-концентрацию красите-
ля-по отношению к контрольному бензину (X, %) вычисляют по формуле:
Х=-~100
Di
где Dj и D2-оптическая плотность контрольного и испытуемого бензина соответ-
ственно.
За результат определения оптической плотности принимают среднее
арифметическое трех параллельных определений, допускаемые расхожде-
ния между которыми не должны превышать 4% среднего арифметическо-
го.
Стабильность окраски бензинов в процессе их длительного хранения
определяют сравнением оптической плотности проб испытуемого бензина,
отбираемых через определенные промежутки времени (6-12 мес). При этом
оптическую плотность бензина в начале хранения принимают за 100%.
Результаты определения интенсивности окраски автомобильных бензи-
нов свежей выработки и после длительного хранения (по ГОСТ 20924-75)
приведены ниже:
Марка бензина Срок хранения, Интенсивность
годы окраски, %
А-76
образец 1 — 100
образец 2 — 93
АИ-93
образец 1 — 48
образец 2 2 78
АИ-98
образец 1 — 108
образец 2 -7 138
54
Химическая стабильность
Химическая стабильность бензина определяет его способность противо-
стоять химическим изменениям в процессах хранения, транспортирования
и применения в двигателе (в системе питания). Для оценки химической ста-
бильности используют следующие показатели:
кислотность,
содержание фактических смол,
индукционный период,
химическую стабильность по сумме продуктов окисления (метод СПО).
Кислотность и содержание фактических смол характеризуют содержа-
ние в бензине конечных продуктов окисления к моменту определения. По
ним можно судить о «запасе качества» бензина, т. е. о разнице между допу-
стимым и фактическим содержанием продуктов окисления. Индукционный
период и химическая стабильность по методу СПО характеризуют ско-
рость окисления бензинов в процессах хранения и применения.
Кислотность бензинов определяют по методу ГОСТ 5985-79 и соответ-
ствующим ему зарубежным методом ASTMD 974 и IP 1/64. Эти методы
основаны на реакции нейтрализации органических кислот спиртовым рас-
твором щелочи. По методу ГОСТ 5985-79 бензин обрабатывают спирто-
во-водной смесью (в соотношении 85 :15).
Кислотность бензина (К) выражают в мг КОН на 100 см3 и рассчит ы-
вают по формуле:
V-1
К =-----100
50
где V-объем 0,05 н. раствора КОН, пошедшего на титрование, см3; Т-титр 0,05 н.
раствора КОН, выраженный в мг.
Допускаемые расхождения между параллельными определениями-до
0,05 мг КОН при кислотности до 2 мг КОН и до 0,1 мг КОН при кислот-
ности от 2 до 5 мг КОН на 100 см3 бензина.
Определять кислотность бензина можно также по методу ГОСТ
11362-76, в основу которого положено потенциометрическое титрование.
Содержание фактических смол определяют разными методами: по
ГОСТ 1567-56 и соответствующим ему зарубежным стандартом
ASTMD 381 и IP 131/65 или по ГОСТ 8489-58. И тот и другой методы ос-
нованы на испарении бензина в струе воздуха или пара. При этом в остат-
ке остаются не только присутствующие в бензине, но и вновь образующие-
ся при испытании смолистые вещества (особенно при испарении в потоке
воздуха). В результате вместе с фактическими смолами определяются все
нелетучие в условиях опыта продукты (высокомолекулярные присадки,
масло, попавшее в бензин и др.).
Метод по ГОСТ 8489-58 (паровой метод Бударова) наиболее распро-
странен. Для проведения испытания на приборе, схема которого показана
на рис. 20, в стаканы для воды заливают по 25 мл воды, а в стаканы для
топлива (предварительно взвешенные)-по 25 мл испытуемого образца
бензина. Устанавливают стаканы в соответствующие карманы 3 и 13 алю-
миниевой бани 4, нагретой до 160 °C. Карманы со стаканами плотно за-
крывают крышками и выдерживают их в течение часа. Через час откры-
вают крышки и вынимают стаканы из карманов, охлаждают их
в эксикаторе и взвешивают с точностью до 0,0002 г. /
55
РИС. 20. Прибор для определения
содержания фактических смол:
1 -электронагреватель; 2-канал пароперегре-
вателя; 3-карман для стакана с водой; 4-алюми-
ниевая баня; 5-крышка кармана для стакана с
водой; б-пароперегреватель' 7-термометр:
8-ииппель канала пароперегревателя; 9-крышка
кармана для стакана с топливом; 10-канал в
крышке; 1 /-центральная трубка крышки; 12-па-
роотводная трубка; 73-карман для стакана с то-
пливом; 7 воздушный холодильник; 75-кон-
денсатор; 16-сифонная трубка.
Содержание фактических смол (X, мг/100 см3) вычисляют по формуле:
(т, —тЛ
Х=-~——i—100
V
где и т2-массы чистого стакана и стакана со смолами соответственно, мг;
Г-объем топлива, налитого в стакан для испытания, см3.
Допускаемые расхождения между параллельными определениями при
концентрации фактических смол до 15 мг не более 2 мг на 100 см3.
При проведении испытания по методу ГОСТ 1567-56 стаканы с бензи-
ном помещают в гнезда масляной бани, нагретой до 150 °C. Сверху в ста-
каны направляют струю горячего (150 °C) воздуха со скоростью
10-27 л/мип. Конец выпаривания фиксируют по прекращению выделения
паров и наличию сухого или маслянистого неубывающего остатка в стака-
нах. После этого подачу воздуха продолжают еще 15-20 мин, и затем по-
следовательность испытания аналогична методу ГОСТ 8489-58.
Индукционный период является наиболее распространенным в разных
странах мира стандартным показателем стойкости бензина против окисле-
ния. Все методы оценки индукционного периода (ГОСТ 4039-48,
ASTMD 525, IP 40, DLN 51780) основаны на определении времени, в тече-
ние которого бензин, находящийся в среде кислорода при повышенных да-
влении и температуре, практически не подвергается окислению.
Испытание проводят в стеклянном стакане, который помещают в гер-
метичную стальную бомбу. Бомбу заполняют кислородом до давления
0,75 МПа (7,5 кгс/см2) и погружают в холодную воду. Проверяют герме-
тичность бомбы, устраняют обнаруженные утечки и снижают давление до
0,7 МПа (7 кгс/см2). Погружают бомбу в кипящую водяную (или другую
жидкостную) баню с температурой 100 + 1 °C. Фиксируют давление в бом-
бе через каждые 5 мин. Испытание прекращают при падении давления на
0,06 МПа (0,6 кгс/см2) от максимального
Допускаемые расхождения параллельных определений в зависимости
от индукционного периода составляют (мин):
Менее 60 5
60-400 15
Более 400 30
56
Между индукционным периодом и допустимыми сроками хранения
Остина нет четкой зависимости. Пригодным для длительного хранения
считается бензин, индукционный период которого не менее 500 мин.
Метод определения индукционного периода используют главным обра-
юм для оценки химической стабильности бензинов, содержащих значи-
юльное количество олефинов, склонных к быстрому окислению при хране-
нии (это-компоненты термического и каталитического крекинга). Совре-
менные автомобильные бензины, вырабатываемые в основном на базе
компонентов каталитического риформинга, обладают, как правило, повы-
шенной химической стабильностью при хранении, и их индукционный пе-
риод составляет 25 ч и более. Поэтому при выпуске таких бензинов на
НПЗ не определяют индукционный период, а продолжительность опыта
шраничивают в пределах норм ГОСТ или ТУ, т. е. 600-1200 мин. Это об-
стоятельство явилось предпосылкой для разработки новых более инфор-
мативных методов оценки химической стабильности бензинов. В нашей
с । ране был разработан [58] и стандартизован (ГОСТ 22054-76) метод, ус-
ловно названный «метод СПО» (по сумме продуктов окисления), при-
юдный для проведений в условиях рядовых лабораторий НПЗ и складов
। орючего.
Химическая стабильность по методу СПО оценивается по содержанию
высокомолекулярных (растворимых и нерастворимых) продуктов окисле-
ния бензина, окисленного в регламентированных условиях. Метод заклю-
чается в окислении испытуемого образца бензина кислородом воздуха при
НО °C в течение 6 ч под давлением, создаваемым насыщенными парами
испытуемого бензина, и в последующем определении суммарного содержа-
ния образовавшихся смол и осадка.
Испытание проводят на приборе ЛСА РТ (ГОСТ 9144-59) следующим
образом (рис. 21). Испытуемый бензин фильтруют через фильтровальную
бумагу и заливают по 25 мл в два стеклянных стаканчика, которые поме-
щают в бомбочки прибора ЛСА РТ, и плотно закрываю! крышками. Про-
Р11С. 21. Нриоор ЛСА 1’1
1, 78-штепсельные розетки; 2-клеммная плата; 3-трансформатор; 4-основание; 5, 9, /п i силоизоляция; 6 метал-
лическая баня; 7-металлические бомбочки; 8-обмазка Ньювеля; 10-контрольный термометр; 11-контактный тер-
мометр; 72-крышка; 73-сплав Милот; 14-электронагреватель; 75-корпус; /7-реле; /9-сигнальная лампа;
20-клемма заземления: 21-шнур с вилкой; 22-переключатель.
*
57
веряют герметичность бомбочек в водяной бане (95-98 °C), устраняют об-
наруженные неплотности и помещают бомбочки в гнезда бани прибора,
предварительно нагретой до ПО °C. По истечении 6 ч бомбочки из бани
вынимают, охлаждают до комнатной температуры, отвинчивают крышки
и извлекают стаканчики с окисленным бензином. Окисленный бензин из
каждого стаканчика фильтруют через отдельный фильтр «синяя лента»
с известной массой в чистый стакан или колбу. Осадки из стаканчика по-
сле слива бензина удаляют двумя-тремя порциями чистого ацетона. Аце-
тон после промывки стаканчиков фильтруют через тот же фильтр, ко-
торый использовали для фильтрования окисленного бензина, но фильтрат
собирают в чистые стаканы для определения содержания фактических
смол (по ГОСТ 8489-58).
Для определения содержания фактических смол в окисленном банзине
отбирают 20 мл отфильтрованного бензина из каждого стакана (колбы)
и проводят испытание по ГОСТ 8489-58.
Для определения количества смол, растворимых в ацетоне (так назы-
ваемых «ацетоновых смол»), стаканы с отфильтрованным ацетоном поме-
щают в открытые карманы бани прибора Бударова, нагретой до ПО °C,
или в гнезда прибора ЛСА РТ и выдерживают их там до полного испаре-
ния ацетона. Затем по разности массы стаканчика после испарения ацетона
и чистого определяют содержание «ацетоновых смол».
Для определения массы осадка фильтры после фильтрования окислен-
ного бензина и ацетона сушат при температуре 105+ 4 °C до постоянной
массы. По увеличению массы фильтра определяют содержание осадка, вы-
ражаемое в мг на 100 см3.
Оценочный показатель химической стабильности бензина-суммарное
количество высокомолекулярных продуктов окисления (£Х, мг/100 см3)
вычисляют по формуле:
'£Х = Х1+Х1 + Х3
где Xlt Х2, Х3-содержание фактических смол, «ацетоновых смол» и осадка после
окисления соответственно, мг/100 см3.
Допускаемое расхождение между результатами двух параллельных
определений не более 20% от меньшего результата.
Величина оценочного показателя химической стабильности удовлетво-
рительно коррелируется с результатами окисления бензина в условиях хра-
нения [58]. Проведенное длительное опытное хранение автомобильных
бензинов на складах горючего [59] позволило установить норму на этот
показатель-не более 100 мг на 100 см3.
СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ
При эксплуатации карбюраторных двигателей и автомобилей возможны
различные неполадки, связанные с накоплением отложений в агрегатах
топливной системы, всасывающем трубопроводе, на впускных и вы-
пускных клапанах и в камере сгорания. Скорость накопления и состав та-
ких отложений наряду с конструктивными особенностями и режимом экс-
плуатации двигателя и его отдельных агрегатов в значительной мере
58
I'ltC. 22. Хроматографические колонки для
определения углеводородного состава то-
плив.
определяются также групповым углево-
дородным составом бензина, наличием
в нем присадок и случайных примесей.
Оценка склонности бензина к обра-
зованию во впускной системе отложе-
ний, связанных с химической стабиль-
ностью топлива, склонность к отложе-
ниям во впускном трубопроводе, в кар-
бюраторе, на клапанах и в камере сго-
рания при проведении квалификацион-
ных испытаний оценивается следующи-
ми показателями, определяемыми лабо-
раторными и моторными методами:
групповым углеводородным составом,
содержанием выносителей в этилированном бензине,
антиобледенительными свойствами,
моющими свойствами,
склонностью к образованию отложений во впускной системе,
склонностью к нагарообразованию.
Групповой углеводородный состав (содержание ароматических углеводо-
родов) в значительной степени характеризует склонность бензинов к нага-
рообразованию в камере сгорания. В работе [60] было показано, что отло-
жение нагара особенно заметно начинает возрастать при увеличении
содержания ароматических углеводородов в бензине свыше 40-45%.
Метод для определения содержания в светлых нефтепродуктах (конец
кипения которых не превышает 315 °C) предельных, непредельных и арома-
тических углеводородов (включая ароматические олефины и соединения
с гетероатомами) разработан во ВНИИ НИ [61] и рекомендован для топ-
лив, содержащих не более 3% диолефиновых углеводородов. Этот метод
во многом соответствует методам ASTMD 1319, IP 156, DIN 5179, методу
ISO 3837-75 и рекомендациям СЭВ по стандартизации PC 3378-72. Ме-
тоды основаны на разделении микродозы в капиллярной колонке, запол-
ненной активным абсорбентом (рис. 22), на группы углеводородов. По ме-
тоду ВНИИ НП в качестве абсорбента используют активированный
силикагель (фракцию 0,07-0,16 мм).
59
Для фиксации образующихся зон различных групп углеводородов на
силикагель наносят флуоресцентный индикатор, представляющий собой
смесь Судана III с красителями (на основе непредельных й ароматических
углеводородов), растворенную в ксилоле. Такой индикатор, распределяясь
на силикагеле в соответствующих группах углеводородов, позволяет по
разной окраске в ультрафиолетовом свете определить длину зон раз-
личных групп углеводородов. Метод называется флуоресцентно-индика-
торным адсорбционным (или ФИА-метод).
Определение проводят следующим образом. Предварительно охла-
жденную пробу бензина объемом 1 мл вводят в адсорбционную колонку,
заполненную силикагелем и флуоресцентным индикатором. Для продвиже-
ния дозы бензина вниз по столбу адсорбента в колонку подают безводный
изопропиловый или этиловый спирт. Метано-нафтеновые углеводороды
группируются в нижней части столба адсорбента, над ними располагаются
непредельные углеводороды и в верхней части-ароматические.
Колонку освещают ультрафиолетовой лампой с фильтром длиной вол-
ны видимой части спектра и определяют границы зон разной флуоресцен-
ции. Зону насыщенных углеводородов отсчитывают, начиная от нижнего
края фронта жидкости до первого максимума интенсивности желтой флуо-
ресценции. Зону непредельных углеводородов отсчитывают от верхней гра-
ницы зоны предельных углеводородов до середины зоны переходных цве-
тов между желтой зоной олефиновых и голубовато-фиолетовой зоной
ароматических углеводородов. Общая продолжительность анализа 1-2 ч.
Содержание в испытуемом бензине предельных, непредельных и арома-
тических углеводородов вычисляют (в % об.) как отношение длины зоны
соответствующей группы углеводородов к общей длине всех зон.
Расхождения между двумя параллельными определениями не должны
превышать 1% (об.) при содержании данной группы углеводородов до 10%
и не более 2% при их содержании свыше 10%.
Результаты определения углеводородного состава ФИА-методом для
некоторых образпов товарных автомобильных бензинов приведены ниже
(% об.):
Марка бензина Нафтено-парафино- вые углеводороды Непредельные угле- водороды Ароматические уг- леводороды
А-72 образец 1 64,4 9,3 26,3
образец 2 66,2 10,1 23,7
образец 3 74,0 14,6 11,4
А-76 этилированный 77,8 7,7 14,5
неэтилированный 54,2 14,7 31,1
АИ-93 неэтилированный 62,3 2,5 35,2
этилированный 50,2 12,3 37,5
Содержание выносителей в этилированном бензине характеризует полно-
ту выноса из камеры сгорания соединений, содержащих свинец. Отмечены
значительные потери выносителя этилбромида при транспортировании
и хранении этилированных бензинов, что может приводить к увеличению
отложений на клапанах двигателей при применении таких бензинов [62].
60
РИС. 23. Ампула (о) и склянка (б) для омыления
бензина в бомбочках прибора ЛСА РТ.
В этой же работе показано, что количество
отложений и •'как результат износ двигате-
лей зависят от состава выносителей, т.е.
соотношения брома и хлора.
Метод для определения содержания
и состава выносителей в этилированных
бензинах был разработан в 70-х годах
в нашей стране и в 1975 г. был стандарти-
зован (ГОСТ 6073-75). Аналогичные стан-
дартные зарубежные методы отсутствуют.
Сущность метода заключается в расщеплении алкилгалогенидов ще-
лочью (омылении), отделении от бензина образовавшихся бромида
и хлорида металла и последующем количественном определении ионов
брома и хлора с помощью потенциометрического титрования 0,02 н. рас-
твором нитрата серебра.
Омыление этилированного бензина насыщенным спиртовым раствором
гидроксида калия проводят в ампулах или склянках.
При омылении в ампулах 25 мл испытуемого бензина и 5 мл насыщен-
ного спиртового раствора гидроксида калия наливают в ампулу (рис. 23, а),
охлаждают последнюю в стакане с сухим льдом и запаивают. Запаянную
ампулу помещают на 30 мин в кипящую водяную баню и во время нагре-
вания периодически встряхивают. Затем ампулу охлаждают, вскрывают
и содержимое количественно переносят в делительную воронку.
При омылении в склянках 20 мл анализируемого бензина заливают
в склянку (рис. 23,6) и взвешивают ее с точностью до 0,1 г. Затем приба-
вляют 10 мл насыщенного спиртового раствора гидроксида калия, закры-
вают склянку резиновой пробкой, обернутой фторопластовой пленкой,
и помещают в бомбу прибора ЛСА РТ. Проверяют бомбу на герметич-
ность и помещают в баню прибора, нагретую до 110°С; выдерживают при
этой температуре в течение 1 ч при определении бромэтана и дихлорэтана,
и в течение 2 ч при определении дибромэтана. Во время нагревания бомбу
встряхивают каждые 20 мин и по окончании нагревания охлаждают при
комнатной температуре; переносят содержимое склянки в делительную
воронку.
После омыления бензина и разделения слоев в делительной воронке
нижний слой сливают в стакан для титрования. Оставшийся верхний слой
промывают в делительной воронке дистиллированной водой и вновь сли-
вают нижний слой в стакан для титрования, добиваясь полного вымыва-
ния щелочи из бензина. Доводят pH раствора в стакане для титрования до
5-6, добавляя ~ 30%-ную азотную кислоту, кипятят на электроплитке
5-7 мин.
После охлаждения стакан с раствором помещают на магнитную ме-
шалку, доводят объем раствора дистиллированной водой до 100-110 мл
и титруют с помощью самопишущего автоматического электронного по-
тенциометра или ручным способом по скачку потенциала.
61
Содержание бромэтана (X, г/кг), дибромэтана (Xt, г/кг) и дихлорэтана
(Х2, г/кг) в бензине вычисляют по следующим формулам
V к 0,00218 1000 V к • 0,00188 1000
X =----------------- X, =-------------------
т т
(V1 - V) к 0,0198 1000
где У-объем 0,02 н. раствора AgNO3, израсходованный на титрование брома;
И,-объем 0,02 н. раствора AgNO3, израсходованный на титрование суммы галоге-
нов (брома и хлора); к поправочный коэффициент для приведения объема раство-
ра AgNO3 к объему точно 0,02 н. раствора; 0,00218, 0,00188 и 0,00198-массы бром-
этана, дибромэтана и дихлорэтана, соответствующие 1 мл 0,02 н. раствора AgNO3.
Допускаемые расхождения между параллельными определениями при
различном содержании Br-выносителей и С1-выносителей не должны пре-
вышать следующих значений:
Вг-выносители, г/кг
До 0,1
0,1-0,5
0,5-1,0
1,0-2,0
Расхождения. Cl-выносители, г/кг
г/яг
0,01 До 0,2
0,02 0 2-0,5
0,05
0,10
Расхождения,
г/кг
0,02
0,03
Антиобледенительные свойства характеризуют вероятность обледенения
карбюратора при эксплуатации автомобиля в условиях высокой влажности
и при температуре воздуха около 0сС.
Основную роль в возникновении обледенения карбюратора играют ат-
мосферные условия, а используемый бензин, влияет на степень охлаждения
топливо-воздушной смеси. Однако в бензин могут добавляться антиобле-
денительные присадки, которые либо снижают температуру кристаллиза-
ции воды, либо, обладая поверхностно-активными свойствами, препят-
ствуют оседанию льда на деталях карбюратора. В зависимости от
фракционного, углеводородного состава и наличия различных присадок
РИС. 24. Дооборудование установки
ИТ9-2 для определения антиобледени-
тельных свойств бензинов:
1 колонка со льдом; 2-термометр;3- водяной манометр;
4-штихпробер; 5-топливный бачок; б-вакуумметр; 7,
9-теплоизоляционные прокладки; 8-металлическая пере-
городка; 20-указатель уровня топлива; //-карбюратор.
62
влияние автомобильного бензина на обледенение карбюратора может ме-
няться в широком диапазоне.
Антиобледенительные свойства бензинов и антиобледенительную эф-
фективность присадок оценивают лабораторным квалификационным мето-
дом, разработанным ВНИИ НИ [63, с. 36-38]. Он базируется на серийной
одноцилиндровой установке УИТ-65 или ИТ9-2, оборудованной перего-
родкой между карбюратором и впускным трубопроводом (рис. 24). Метал-
лическая перфорированная перегородка 8 имеет отверстия или сетку с ква-
дратными ячейками размером 0,4 мм из нержавеющей проволоки 0,15 мм
простого плетения.
Сущность методики заключается в определении интенсивности обледе-
нения перегородки в строго регламентированных условиях, благоприятных
для обледенения карбюратора. О степени обледенения перегородки судят
по увеличению разрежения во впускном трубопроводе после перегородки
или уменьшению разрежения до перегородки. Двигатель работает в сле-
дующем режиме:
Частота вращения коленчатого вала, мин1 900
Степень сжатия 5
Расход топлива, л/ч 2,3
Температура, °C:
воздуха перед карбюратором 6
охлаждающей воды на выходе, не выше 60
Для проверки установки, сравнения результатов, получаемых на разных
установках, и количественной оценки антиобледенительных свойств бен-
зина предусмотрено использование базового топлива, состоящего из 80%
н-пентана и 20% толуола. Кроме того, применяют эталонные топлива, ко-
торые получают введением в базовое топливо различного количества изо-
пропилового спирта. Время обледенения перегородки при работе на базо-
вом топливе должно быть в пределах 0,8-1,8 мин.
Оценка антиобледенительных свойств испытуемого бензина заключает-
ся в определении скорости обледенения перегородки. За скорость обледе-
нения принимают отношение изменения давления во впускном трубопро-
воде ко времени, за которое это изменение произошло. Затем определяют
скорость обледенения перегородки на эталонных топливах, подбирая две
смеси, различающиеся содержанием изопропилового спирта не более чем
на 0,5%, и одна из которых обладает более высокой, а другая-более низ-
кой скоростью обледенения, чем испытуемый бензин.
Антиобледенительные свойства бензинов и антиобледенительная эффек-
тивность присадок выражают через изопропиловый эквивалент. Это-со-
держание изопропилового спирта в эталонном топливе, при котором ско-
рость обледенения испытуемого и эталонного топлив одинаковы. Чем
больше изопропиловый эквивалент, тем более высокими антиобледени-
тельными свойствами обладают испытуемые бензины и более эффективна
присадка. Эффективность антиобледенительных присадок оценивают при
введении их в базовое топливо. Ниже приведены результаты оценки анти-
обледенительных свойств ряда товарных автомобильных бензинов и анти-
обледенительной эффективности присадок:
63
Изопропило-
вый эквивалент
Бензин
Изопропиле- Присадка
вый эквивалент
АИ-93 № 1, 0,01% 0,5
образец 1 2,0 № 1, 0,02% 1,2
образец 2 2,5 № 2, 0,01% 2,0
А-76 № 2, 0,02% 2,4
образец 1 2,5 Этилцеллозольв, 0,5% 1,1
образец 2 1,4 Метанол, 1,0% 2,5
Моющие свойства определяют способность бензинов и присадок под-
держивать чистоту карбюратора и предотвращать его загрязнение приме-
сями, содержащимися в картерных газах при использовании принудитель-
ной вентиляции картера с отсосом картерных газов во впускную систему.
Метод оценки моющих свойств бензинов и присадок разработан во
ВНИИ НП [64] и базируется на серийной одноцилиндровой установке
УИТ-65 или ИТ9-2. Сущность метода заключается в определении времени,
за которое испытуемый бензин смывает со специальной сетки отложения,
накопленные при работе двигателя на базовом топливе с применением
специального загрязнителя.
Заданное количество загрязнителя подается воздухом через специаль-
ное устройство (рис. 25). Между карбюратором и всасывающим патрубком
устанавливается сетка фильтровальная саржевого плетения С-90, на кото-
рой остаются отложения. Сопротивление прохождению топливо-воздуш-
ной смеси через сетку измеряется с помощью водяного манометра. По ме-
ре образования на ней отложений сопротивление возрастает.
В качестве загрязнителя берут смесь мазута марки 100 и битума марки
БН-5О/5О, которые вводят в двигатель в растворе технического эталонного
РИС. 25. Дооборудование установки ИТ9-2 для определения моющих свойств
бензинов:
I -трехходовойкран;2-топливиыйжиклер;3-трубка подвода топлива; 4 -топливный край; 5-распылитель; 6-воз-
душный патрубок; 7-нагреватель воздуха; 8~подводящий шланг; 9-диффузор; 10-топливный бачок; 11-бачок для
загрязнителя; /2-указатель уровня; 13-подводящий канал загрязнителя; 74-жиклер для загрязнителя; /5-сетка;
/б-монтажная вставка; /7-всасывающий патрубок двигателя.
64
изооктана в концентрации 0,2% (масс.) каждый. В качестве базового топли-
ва применяют технический эталонный изооктан, который обладает низки-
ми моющими свойствами.
Двигатель установки при определении моющих свойств Оензина рабо-
тает в следующем режиме:
Частота вращения коленчатого вала, мин-1
Степень сжатия
Начальный расход, л/ч
базового топлива
загрязнителя
Угол опережения зажигания, °ПКВ до ВМТ
Температура воздуха перед карбюратором, °C
900
6,0
2,0
0,4
22
70
Испытание начинают при работе на базовом топливе с подачей загряз-
нителя. Накопление загрязнителя контролируют по увеличению сопроти-
вления прохождению топливо-воздушной смеси и заканчивают при увели-
чении перепада давления на сетке до 200 мм вод. ст. Это происходит
примерно через 90 мин работы двигателя. Затем переходят к оценке мою-
щих свойств испытуемого бензина. Для этого прекращают подачу базово-
го топлива и раствора загрязнителя и включают подачу испытуемого
бензина, начальный расход которого составляет 0,5 л/ч. Работу двигателя
на испытуемом бензине продолжают до тех пор. пока разрежение во
впускном трубопроводе не достигнет значения, которое было в начале ис-
пытания, т. е. до полного удаления отложений на сетке.
Результаты определения моющих свойств-время смывания отложений
на сетке - приведены ниже:
Марка бензина Время смыва- ния, мин Смесь изооктана и толуола (1:1) Время смыва- ния, мин
АИ-93 15 Без присадки 42
А-76 20 С присадкой
А-72 24 № 1, 0,02% 17
А-66 23 № 2. 0,02% 16
Б-70 31 № .3, 0,02% 21
Расхождения при параллельных определениях не должны превышать
+ 2,7 мин.
Метод позволяет также проводить оценку способности бензина предот-
вращать образование отложений в карбюраторе и впускной системе. Для
этого двигатель с чистой сеткой запускают на испытуемом бензине с на-
чальным расходом, равным 1 л/ч, и одновременной подачей раствора за-
грязнителя (0,4 л/ч). Критерием оценки является степень за!рязнения сетки
за 4 ч работы двигателя, которую определяют по перепаду давления АР на
сетке, измеряемому с точностью до 1 мм рт. ст.
Результаты оценки способности бензинов предотвращать образование
отложений и поддерживать чистоту карбюратора и впускной системы по-
еле 4 ч работы двигателя приведены ниже:
Бензин ДР, мм рт. ст. Бензин ДР, мм рт. ст.
Образец 1 без присадки 22 А-76 16
То же, 0,02% присадки 11 АИ-93 12
Образец 2 без присадки 31 Б-70 40
То же, 0,02% присадки 15 Изооктан 105
5—30
Расхождения результатов двух параллельных определений способности
бензина и присадок поддерживать чистоту агрегатов впускной системы не
должны превышать 10% среднего значения.
Склонность к образованию отложений во впускной системе двигателя не-
посредственно характеризует способность бензина к образованию смо-
листых и углеродистых отложений во впускной системе в условиях, макси-
мально приближенных к реальной эксплуатации двигателя. Для оценки
этого показателя в нашей стране разработан междуведомственный метод
[24]. Сущность метода заключается в определении массы отложений,
образующихся на пластинке, помещенной внутри впускного трубопровода
одноцилиндрового двигателя, при общем расходе 1,5 кг бензина в усло-
виях регламентированного постоянного режима.
Метод базируется на однопилиндровом двигателе установок УИТ-65
или ИТ9-2, предназначенных для определения детонационной стойкости.
Двигатель дооборудуется специальным впускным патрубком, предста-
вляющим собой вертикальную трубу с наружным электроподогревателем.
Температура стенки трубы и топливо-воздушной смеси контролируется
термопарами. В этот впускной патрубок при проведении испытания уста-
навливают сменную пластину из листового алюминия толщиной 0,2 мм
и размером 445 х 105 мм. Испытание проводят при следующем режиме
работы двигателя:
Частота вращения коленчатого вала, мин”1 Степень сжатия Расход бензина, кг/ч Угол опережения зажигания, °ПКВ до ВМТ 900 5 1,2 26
Температура, °C стенки впускного патрубка воздуха перед карбюратором охлаждающей жидкости топливо-воздушной смеси Продолжительность испытания, мин 130 52 100 60 75 ± 5
После испытания сменную пластинку извлекают из патрубка, охла-
ждают и взвешивают. Увеличение массы пластины за цикл испытания
принимают за массу смолистых отложений. Оценочным показателей
склонности бензина к образованию отложений во впускной системе
является среднее арифметическое значение массы отложений на пластинах
за два параллельных определения. Допускаемое расхождение результатов
определений не должно превышать 10% среднего арифметического значе-
ния массы отложений.
Метод позволяет хорошо дифференцировать бензины по их склонности
к отложениям во впускной системе в зависимости от компонентного соста-
ва и сроков хранения:
Бензины свежей
выработки
АИ-93
образец 1
образец 2
Отложения,
мг
14
42
Бензины после хранения
или компоненты бензинов
А-72
образец 1
образец 2
Отложения,
мг
198
62
66
А-76
образец 1
образец 2
А-72
Бензин
16 термического крекинга 105
36 каталитического ри- 29
48 форминга
прямой перегонки 20
алкилбензин 4
Установлено, что при склонности бензинов к отложениям во впускной
системе по описанному методу до 100 мг возможна длительная эксплуата-
ция автомобильного двигателя при допустимых смолистых и углеро-
дистых отложениях во впускном трубопроводе и на наружной поверхности
(тюльпанах) впускных клапанов. Величина 100 мг принята предельной для
оценочного показателя.
Склонность к нагарообразованию характеризует интенсивность отложе-
ния нагара на деталях камеры сгорания при применении данного бензина.
Квалификационный междуведомственный метод оценки склонности
бензинов к нагарообразованию базируется на серийном одноцилиндровом
малолитражном двигателе УД-15 [24, 65]. Этот двигатель спроектирован
на базе двигателя модели МеМЗ-966 автомобиля «Запорожец» и унифици-
рован с ним по деталям цилиндро-поршневой группы. Двигатель требует
небольшого расхода бензина (до 1,3 кг/ч) и может быть установлен на тор-
мозной стевд малой мощности.
Для оценки склонности к нагарообразованию современных бензинов
типа АИ-93 спепень сжатия двигателя УД-15 повышена с 6,0 до 7,5. Для
подогрева и автоматического поддержания постоянной температуры масла
в поддон двигателя введено автоматическое электронагревательное
устройство.
Для контроля за нагарообразованием в камере сгорания двигателя
УД-15 монтируется специальный сменный пробоотборник, названный на-
гарником. Он изготовлен из алюминиевого сплава той же марки, что и го-
ловка цилиндра двигателя УД-15; его площадь 15 см2. Применение смен-
ного нагарника позволяет определить массу отлагающегося нагара по
результатам взвешивания до и после испытаний. Испытание проводят при
следующем режиме работы двигателя:
Частота вращения коленчатого вала, мин-1 1600 + 10
Нагрузка на двигатель, кгм 0,34 + 0,01
Расход топлива, кг/ч 0,6
Температура масла в картере, °C 80
Продолжительность испытаний, ч 1,0
Для периодического контроля за состоянием двигателя используют
контрольное топливо-смесь 20% толуола и 80% изооктана. При техниче-
ски исправном двигателе количество нагара (нагарообразование) при испы-
тании контрольного топлива должно составлять 5,8 6,3 мг/ч. В целях
уменьшения влияния моторного масла на нагарообразование в камере сго-
рания и в двигателе применяют малозольное масло М10В2.
Расхождения результатов двух параллельных определений склонности
бензинов к нагарообразованию не должны превышать + 6% среднего зна-
чения оцениваемого параметра, а для эталонного топлива ±3%.
Метод позволяет дифференцировать бензины по их склонности к нага-
рообразованию в камере сгорания в зависимости от содержания в них аро-
67
магических углеводородов, соединений серы, свинцового антидетонатора,
что видно из следующих данных:
Бензин Нагарообразование, Бензин Нагарообразование,
мг/ч мг/ч
Бензин с содержанием Бензин с содержанием
ароматических углеводо- ТЭС, г РЬ/кг
родов, %
25 6,0 0 6,9
31 7,3 0,13 7,9
41 8,8 0,26 9,4
52 12,0 0,52 14,9
Бензин с содержанием се-
ры, % (масс.)
0,02 2,8
0,21 19,2
0,41 63,2
Показанное выше влияние сернистых соединений на нагарообразование
согласуется с данными, приведенными в работе [29]. Техническими требо-
ваниями (ГОСТ 2084 -77) содержание серы в автомобильных бензинах
ограничено до 0,12% (масс.).
Всего в действующий комплекс квалификационных испытаний, кроме
методов, предусмотренных ГОСТ 2084 -77, включено 9 стандартизованных
и 7 междуведомственных методов. Для квалификационных испытаний с ис-
пользованием всех методов, входящих в комплекс, требуется 150 л испы-
туемого образца бензина. Для исследовательских целей при оценке экс-
плуатационных свойств бензинов с новыми присадками или компонентами
можно ограничиться только некоторыми соответствующими методами,
описанными в данной главе. При установлении соответствия испытуемого
образца техническим требованиям к уровню эксплуатационных свойств
следует руководствоваться техническими требованиями ГОСТ на бензины
и следующими нормами, утвержденными на некоторые показатели квали-
фикационной оценки:
Интенсивность окраски (ГОСТ 20924-75), % 100 + 10
Химическая стабильность (ГОСТ 22054 76), мг на 100 см3 <100
Склонность к потерям от испарения для бензинов летнего вида
(ГОСТ 6369-75), % (масс.) <3,0
Коррозионная активность (ГОСТ 18597-73), г/м2 <6
Склонность к образованию отложений во впускной системе, мг <100
Распределение детонационной стойкости по фракциям
для бензина типа АИ-93 >0,75
для бензина типа А-76 >0,80
Уровень показателей остальных эксплуатационных свойств, оцени-
ваемых методами, входящими в комплекс, определяется сравнением ре-
зультатов испытания опытного образца и товарных бензинов той же мар-
ки. При этом считается, что опытный бензин выдержал испытания, если
результаты оценки показателей его эксплуатационных свойств идентичны
или выше соответствующих результатов испытаний товарного бензина.
При проведении исследований по улучшению отдельных эксплуата-
ционных свойств бензинов можно ограничиться использованием соответ-
68
ствующих квалификационных методов, но при завершении работы опыт-
ные образцы бензинов с теми или иными улучшенными свойствами
должны быть подвергнуты испытаниям по всему комплексу методов ква-
лификационной оценки.
* *
*
Описанный в настоящей главе комплекс квалификационных методов
испытаний автомобильных бензинов постоянно уточняется и пополняется
новыми методами, необходимыми для испытаний перспективных продук-
тов. В настоящее время разрабатываются квалификационные методы опре-
деления содержания метил-трети-бутилового эфира и метанола. Уточняет-
ся методика определения группового углеводородного состава бензинов,
содержащих синтетические компоненты и др.
Глава 3
КОМПЛЕКС КВАЛИФИКАЦИОННЫХ
МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ АВИАЦИОННЫХ
БЕНЗИНОВ
Объемы выработки и применения авиационных бензинов в настоящее время
составляют несколько процентов от общего количества бензинов, исполь-
зуемых в двигателях внутреннего сгорания. Тем не менее требования к каче-
ству авиационных бензинов, учитывая специфику их применения, остаются
на том же высоком уровне, какими они были в конце 40-х годов, когда про-
изводство авиационных бензинов в развитых промышленных странах дости-
гло максимума.
Особенность этих требований по сравнению с требованиями к качеству
автомобильных бензинов-ужесточение регламентации компонентного со-
става, содержания ароматических и непредельных углеводородов, а также
норм на показатели физической и химической стабильности.
Незначительные объемы производства авиационных бензинов как суще-
ствующие, так и перспективные не стимулируют развитие и совершенствова-
ние специальных технологических процессов их получения. В связи с этим в
последние годы наметилась тенденция отхода от классической технологии
производства авиационных бензинов, сложившейся в 40-х годах, и все более
широкого использования для их производства компонентов и технологиче-
ских процессов, применяемых для производства автомобильных бензинов.
Это изменение состава и технологии сопровождалось проведением испыта-
ний новых образцов авиационных' бензинов.
Организация стендовых и летных испытаний авиационных бензинов на
полноразмерных двигателях и поршневой авиационной технике неизмеримо
сложней и дороже, чем испытания автомобильных бензинов. А относитель-
ная эффективность таких испытаний, учитывая ограниченные масштабы при-
69
менения авиационных бензинов, невелика. Отсюда исключительное значение
квалификационных методов оценки эксплуатационных свойств и комплекса
этих методов для сокращения объемов и упрощения испытаний авиа-
ционных бензинов.
С помощью комплекса квалификационных методов испытаний были зна-
чительно сокращены не только объемы, а главное сроки испытаний для
принятия решений о допуске к производству и применению авиационных
бензинов с новыми компонентами. После разработки комплекса методов,
несмотря на существенные изменения компонентного состава авиационных
бензинов, их испытания в стендовых и летных условиях не проводились. Эф-
фективность испытаний авиационных бензинов квалификационными мето-
дами можно проиллюстрировать следующими примерами.
В 60-х годах на одном из НПЗ был впервые получен авиационный бензин Б-91/115
на базе компонента каталитического риформинга. Для обоснования возможности
применения его была проведена продолжительная опытная эксплуатация самолетов.
В общей сложности для решения вопроса о допуске к производству и применению
этого бензина потребовалось около трех лет. В начале 70-х годов возникла необходи-
мость получения авиационного бензина на базе компонентов каталитического рифор-
минга еще на нескольких НПЗ. Для допуска к применению соответствующие опытные
образцы бензинов были испытаны только квалификационными методами в сравне-
нии с образцами товарного бензина каталитического крекинга и бензина каталитиче-
ского риформинга, допущенных к применению ранее по данным эксплуатационных
испытаний. В результате решение о допуске к применению бензинов было принято по-
сле 2-3 месяцев.
Комплекс квалификационных методов использовали для решения сле-
дующих вопросов: возможность изменения сырья для получения компонен-
та каталитического крекинга бензинов Б-95/130 и Б-100/130; возможность
изменения технологии алкилирования (применение поверхностно-активных
веществ) при получении технического изооктана, используемого в качестве
высокооктанового компонента авиационных бензинов; возможность частич-
ной замены дефицитных ароматических компонентов в прямогонных бен-
зинах на компонент каталитического риформинга и ряд других. Всего за по-
следние 11 лет по комплексу методов были испытаны более 30 опытных
образцов авиационных бензинов и их компонентов. По приблизительным
подсчетам экономия трудовых и капитальных затрат за счет уменьшения
объема и сокращения времени испытаний этих образцов бензинов при ис-
пользовании комплекса квалификационных методов составила около
5 млн. руб.
СОСТАВ КОМПЛЕКСА КВАЛИФИКАЦИОННЫХ
МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ
Качество авиационных бензинов при квалификационных испытаниях прове-
ряется по тем же эксплуатационным свойствам, по каким испытываются ав-
томобильные бензины, т. е. для оценки эксплуатационных свойств авиа-
ционных бензинов применяют те же методы, которые используют для
испытания автомобильных бензинов. Они описаны в гл. 2. Полностью уни-
фицированными методами определяют следующие эксплуатационные свой-
ства и показатели:
испаряемость (фракционный состав по ГОСТ 2177-82 и давление насы-
щенных паров по ГОСТ 1756-52 и ГОСТ 6668-53);
70
воспламеняемость и горючесть (октановое число по моторному методу
по ГОСТ 511- 66);
прокачиваемость (содержание механических примесей по ГОСТ 10577- 78,
метод А);
коррозионную активность (кислотность по ГОСТ 5985-79, общее содер-
жание серы по ГОСТ 19121-73, испытание на медной пластинке по ГОСТ
6321-69, содержание водорастворимых кислот и щелочей по ГОСТ 6307-75);
защитные свойства (коррозионная активность в условиях конденсации
воды по ГОСТ 18597-73);
стабильность (склонность к потерям от испарения по ГОСТ 6369-75, ин-
тенсивность окраски по ГОСТ 20924- 75, кислотность по ГОСТ 5985-79, со-
держание фактических смол по ГОСТ 1567-56* и ГОСТ 8489-58, химиче-
ская стабильность по ГОСТ 22054-76);
склонность к образованию отложений в двигателе (содержание выносите-
лей по ГОСТ 6073-75, склонность к образованию отложений во впускной си-
стеме на одноцилиндровой установке УИТ-65 или ИТ9-2 по междуведом-
ственному квалификационному методу).
Для оценки ряда эксплуатационных свойств авиационных бензинов ис-
пользуют также дополнительные методы, учитывающие специфические ус-
ловия применения авиационных бензинов, главным образом требования по-
вышенной надежности эксплуатации авиационных поршневых двигателей. К
таким свойствам относятся следующие:
Воспламеняемость и горючесть (сортность на богатой смеси и теплота
сгорания):
прокачиваемость (температура начала кристаллизации);
стабильность (период стабильности, содержание и-оксидифениламина,
иодное число);
склонность к образованию отложений в двигателе (содержание аромати-
ческих углеводородов, склонность к образованию отложений на свечах, в ка-
мере сгорания и во всасывающей системе на одноцилиндровой установке с
цилиндром авиационного двигателя).
Квалификационные испытания опытных образцов авиационных бензинов
проводят в обязательном порядке по показателям технических условий
ГОСТ 1012-72 и всем методам, перечисленным в настоящем разделе, за ис-
ключением последнего, факультативного. Этот метод используют только в
случае принципиальных изменений технологии и компонентного состава
опытного бензина.
Для испытания по всему комплексу квалификационных методов требует-
ся ЗОЮ кг опытного образца авиационного бензина, в том числе 3000 кг не-
обходимо для испытания на одноцилиндровой установке с цилиндром авиа-
ционного двигателя.
Утвержденные нормы на некоторые показатели квалификационной оцен-
ки авиационных бензинов приведены ниже:
Интенсивность окраски (ГОСТ 20924-75), % 100 + 10
Химическая стабильность по методу СПО (ГОСТ 22054-76),
мг на 100 см3 < 40
* При квалификационных испытаниях авиационных бензинов определение со-
держания фактических смол по ГОСТ 1567-56 обязательно.
71
Потери от испарения (ГОСТ 6369-75), % (масс.) < 2,0
Коррозионная активность (ГОСТ 18597-73), г/м2 <6,0
Содержание ароматических углеводородов (ГОСТ 6994-74), %
(масс.) <35
Склонность к образованию отложений во впускной системе на
установке УИТ-65 (ИТ9-2), мг < 100
Ниже описаны эксплуатационные свойства, оценочные показатели и ме-
тоды испытаний, входящие в комплекс методов, включая и ГОСТ 1012-72
на авиационные бензины.
Соргность на богатой смеси-показатель детонационной стойкости авиа
ционных бензинов и их компонентов при работе на богатой смеси-ха-
рактеризует способность бензина обеспечивать существенное повышение
мощности двигателя на взлетном и других форсированных режимах
работы.
Сортность на богатой смеси определяют по ГОСТ 3338-68 на одноци-
линдровой установке ИТ9-1, оборудованной наддувом и аппаратурой, позво-
ляющей измерять мощность двигателя, расход воздуха и, следовательно,
состав рабочей смеси а. Двигатель установки-бескарбюраторный с непо-
средственным впрыском. Режим работы двигателя следующий:
Частота вращения коленчатого вала, мин '
Угол опережения зажигания, ’ПКВ до МВТ
Угол подачи топлива, °ПКВ после МВТ
Степень сжатия
Давление, МПа
масла в картере
воздуха перед измерительной шайбой
топлива перед плунжерным насосом
впрыска топлива
Температура, °C
охлаждающей жидкости
масла в картере
всасывающего воздуха
воздуха в линии перед измерительной шай-
бой
1800 ± 45
Постоянный, 45 + 1
50 ±5
Постоянная, 7
0,42 ± 0,03
0,380 + 0,003
0,1 ± 0,015
8,4 + 0,7
190 ±3
74 ± 3
107 ± 3
52 + 2
Методика испытания топлива заключается в снятии характеристики зави-
симости среднего индикаторного давления от состава смеси при переменном
наддуве на легкой детонации в сравнении с такими же характеристиками,
снятыми для эталонных топлив (рис. 26). В качестве эталонных топлив при
РИС. 26. Детонационные характеристики то-
плив:
/-стандартная эталонного топлива; 2—эталонного топлива,
снятая в день испытания; 3-испытуемого топлива; 4-состав
топливно-воздушной смеси, соответствующий максимально-
му индикаторному давлению.
72
определении сортности от 100 и выше применяют технический эталонный
изооктан с добавкой тетраэтилсвинца в виде этиловой жидкости (по
ГОСТ 988-65).
Сортность топлива на богатой смеси-есть характеристика, показываю-
щая величину мощности двигателя (%) при работе на режиме легкой детона-
ции на испытуемом топливе по сравнению с мощностью, полученной на
эталонном изооктане, сортность которого принимается за 100 единиц. При
проведении испытаний сравнивают не мощность двигателя на испытуемом и
эталонном топливах, а среднее индикаторное давление (пропорциональное
мощности) при отношении массы топлива к массе воздуха, равной 0,112 (а=
= 0,895). При этом значения сортности эталонных топлив при а = 0,895
берут из таблицы ГОСТ 3338-68.
Допускаемые расхождения при параллельных определениях сортности на
богатой смеси на одной установке не более ± 1 для авиационных бензинов и
их компонентов с сортностью до 145 и не более +2 единицы с сортностью
более 145 от среднего арифметического сравниваемых результатов. При*
определении на разных установках допускаемые расхождения результа-
тов соответственно составляют ±2 и +3 единицы сортности.
Сортность авиационных бензинов зависит от группового углеводородно-
го состава бензинов. Она возрастает при увеличении содержания в бензине
ароматических, нафтеновых и изопарафиновых углеводородов, что подтвер-
ждается приведенными ниже данными:
Углеводороды Октановое чис- ло (моторный метод без ТЭС) Сортность на богатой смеси
с 0,96 мл/л ТЭС
Парафиновые углеводороды
н-Бутан 92 150
Изобутан 99 160
н-Пентан 62 2
Изопентан 90 142
н-Гексан 26 -100
2,2-Диметилбутан 93 152
н-Гептан 0 -200
Изооктан 100 150
Непредельные углеводороды
З-Метилбутен-1 — 170
Пентен-1 — 115
Циклогексен 73 100
Октсн-2 55 -161
Нафтеновые углеводороды
Циклопентан 87 315
Метилциклопентан 80 200
Циклогексан 77 188
Метилциклогексан 72 20
Ароматические углеводороды
Бензол 106 220
Толуол 103 250
Изопропилбензол 100 250
н-Пропилбензол 99 330
Тетралин 65 215
Из приведенных данных также следует, что отсутствует зависимость ме-
жду детонационной стойкостью и сортностью углеводородов разных
классов [66].
73
При производстве отечественных авиационных бензинов Б-95/130 и
Б-100/130 их требуемая сортность обеспечивается в основном за счет вовле-
чения технического изооктана или ароматических компонентов-толуола ли-
бо алкилбензола.
Теплота сгорания характеризует способность бензина выделять при
полном сгорании то или иное количество тепла. Теплота сгорания может
быть отнесена к 1 кг (называемая удельной теплотой сгорания) или к 1 л
топлива (объемная теплота сгорания). Различают высшую и низшую тепло-
ту сгорания. При определении высшей теплоты сгорания учитывают тепло,
выделившееся при конденсации воды, которая образовалась за счет сгорания
водорода, входившего в состав углеводородов бензина. При определении
низшей теплоты сгорания это тепло не учитывается. В двигателях внутренне-
го сгорания температура отработавших газов выше температуры конденса-
ции водяных паров, поэтому важно знать низшую теплоту сгорания.
От теплоты сгорания зависит дальность полета самолета при одном и
том же количестве заправленного бензина, и для современных авиационных
бензинов она составляет 43100-44000 кДж/кг. Проверка этого показателя
обязательна при приемо-сдаточных испытаниях каждой партии авиационно-
го бензина. В последние годы в связи с использованием в качестве базового
компонента высокоароматизированного бензина каталитического рифор-
минга возникли некоторые сложности в обеспечении требований ГОСТ
1012-72 по удельной теплоте сгорания, поэтому норма была снижена до
42920 кДж/кг (10250 ккал/кг).
Удельную теплоту сгорания (в ккал/кг) бензина можно рассчитать по
формуле Д. И. Менделеева:
Qb = 81 С + 300Н - 26(O-S) <2ь = 81 С + 246Н - 26(O-S)
где Qb и Q„ -высшая и низшая удельные теплоты сгорания бензина соответствен-
но, кДж/кг: С, Н, О и S-содержание в бензине углерода, водорода, кислорода и серы
соответственно, % (масс.); 1 ккал=4,1868 кДж.
Имеется стандартный метод расчета удельной теплоты сгорания углево-
дородных топлив, в том числе и бензинов по значениям плотности и анили-
новой точки (ГОСТ 11065-75). Низшую удельную теплоту сгорания рас-
считывают по уравнению:
Qh = [9940 + (t + 17,8)k]
где t-анилиновая точка испытуемого топлива,°C (определяют по ГОСТ 12329-66); к-
коэффициент, вычисляемый с точностью до 0,01 по формуле:
, 15,65
к=----Алл—14,56
p + 4,440v
здесь р-плотность испытуемого топлива при 20°С, г/см3, v-средняя темпера-
турная поправка плотности (см. приложение 1 к ГОСТ 3900-47 «Нефтепродукты. Ме-
тоды определения плотности»).
Предложен также графический метод расчета удельной теплоты сгора-
ния, основанной на ее зависимости от плотности топлива [67]. Эта зависи-
мость выражается следующей формулой:
eh = (fc-20l5^°)rfJ°
где &-низшая теплота сгорания, ккал/кг; к-постоянная, значения которой при-
ведены в табл. 6; ^4° - относительная плотность топлива.
74
Таблица 6. Значения постоянной к при различной плотности топлива
4° к 4° к
0,700-0,710 12020 0,760-0,770 11930
0,710-0,720 12005 0,770-0,780 11915
0,720-0,730 11990 0,780-0,790 11910
0,730-0,740 11975 0,790-0,800 11900
0,740-0,750 11960 0,800-0,810 11890
0,750-0,760 11945 0,810-0,820 11880
Удельную теплоту сгорания можно найти по номограмме с наклонной
сеткой для пересчета плотности (рис. 27), использовав значения плотностей
при температуре испытаний. Теплота сгорания по этому методу отличается
от найденной экспериментально не более чем на +120 кДж/кг (±30 ккал/кг).
При проведении квалификационных испытаний для оценки теплоты сго-
рания бензинов используют экспериментальный стандартный методы ГОСТ
21261-75. Сущность метода заключается в сжигании навески испытуемого
бензина в калориметрической бомбе (при постоянном объеме) в среде сжато-
го кислорода, насыщенного водяным паром, и определении теплоты, выде-
лившейся при сгорании нефтепродукта, образовании и растворении в воде
серной и азотной кислот.
Для проведения испытания применяют жидкостный калориметр сжига-
ния с бомбой по ГОСТ 18587-73 типа В-08 или В-09 (рис. 28) либо другие ка-
лориметры, обеспечивающие расхождение результатов параллельных опре-
делений в пределах 120 кДж/кг (30 ккал/кг). Калориметр должен быть
установлен в отдельной комнате площадью не менее 10 м2 и высотой потол-
ка не менее 2,8 м. Комната должна быть защищена от прямого воздействия
солнечных лучей и оборудована плотно закрывающимися окнами и дверью,
чтобы обеспечить постоянную температуру в помещении.
Плотность, нг/м3
РИС. 27. Номограмма определения удельной len.ioibi сгорания по идейности нефте-
продуктов (1 кал=4,1868 Дж).
75
РИС. 28. Схема основной части калориметра типа В-08:
/-пропеллерная мешалка; 2-калориметрическая бомба; 3-лупа; 4-теплоизолирующая крышка; 5-ртутный термо-
метр; б-калориметрический сосуд; 7-оболочка калориметра; 8-теплоизолирующие подставки.
РИС. 29. Пробирка для определения температур помутнения и начала кристаллиза-
ции:
/-мешалка; 2-термометр; 3-метка.
Калориметрическое испытание разделяют на три периода: начальный,
главный и конечный. Начальный период предшествует сжиганию навески
бензина и служит для учета теплообмена калориметрической системы с
окружающей средой в условиях начальной температуры испытания.
Главный период, в течение которого происходит сгорание навески бензина,
передача выделившейся теплоты калориметрической системе и выравнива-
ние температуры всех ее частей. Конечный период служит для учета теплооб-
мена калориметрической системы с окружающей средой в условиях конеч-
ной температуры.
Определение теплоемкости калориметрической системы основано на
сжигании навески химически чистой бензойной кислоты в стандартных усло-
виях испытания; удельная теплота сгорания кислоты равна 26400 кДж/кг
(6320 ккал/кг). В течение начального, главного и конечного периодов испы-
тания фиксируют температуры по специальному калориметрическому тер-
мометру.
По окончании испытания вычисляют удельную теплоту сгорания по фор-
мулам, приведенным в ГОСТ 21261-75. Окончательные результаты испыта-
ния округляют с погрешностью до 40 кДж/кг (10 ккал/кг), при этом расхо-
ждение результатов параллельных определений не должны превышать
125 кДж/кг (30 ккал/кг).
76
Температура начала кристаллизации характеризует прокачиваемость
авиационного бензина при низких температурах (минус 60°С и ниже).
При таком значительном охлаждении даже при отсутствии в топливе
свободной воды возможно образование кристаллов льда или нормальных
парафинов, если в бензине велико содержание растворенной воды или высо-
комолекулярных нормальных парафинов. Появлению кристаллов при охла-
ждении топлива, как правило, предшествует его помутнение, поэтому внача-
ле определяют температуру помутнения.
Температура начала кристаллизации-это температура, при которой в
бензине невооруженным глазом обнаруживаются отдельные кристаллы льда
или парафинов. Определение температуры помутнения и начала кристалли-
зации проводят по стандартному методу ГОСТ 5066-56, соответствующему
рекомендации по стандартизации стран СЭВ PC 1426-68.
При определении температуры помутнения и начала кристаллизации бен-
зин помещают в стеклянную пробирку с двойными стенками (внутренним
диаметром 25-33 мм, наружным диаметром 35-42 мм и высотой
160-170 мм) и охлаждают пробирку в сосуде с тепловой изоляцией, в кото-
ром находится охлаждающая смесь (обычно спирт и твердая углекислота).
Пробирка снабжена кольцевой мешалкой, изготовленной из стали, алюми-
ния или стекла (рис. 29).
Наблюдение за помутнением и появлением кристаллов в бензине прово-
дят с помощью прибора с зеркальным отражением света (рис. 30) ви-
зуальным сравнением охлажденного и неохлажденного образца топлива.
Температуру охлаждающей смеси поддерживают постоянно на 15 °C ни-
же температуры охлаждаемого образца, который непрерывно перемеши-
вают мешалкой вручную или механически. Температуру, при которой в
испытуемом топливе наблюдается появление мути, принимают за темпера-
туру помутнения.
Для определения температуры кристаллизации продолжают охлаждение
бензина в таком же режиме и за 5 °C до ожидаемой температуры начала кри-
сталлизации пробирку протирают спиртом и устанавливают в прибор для
наблюдения. Температуру, при которой обнаруживают первые кристаллы,
принимают за температуру начала кристаллизации. Допускаемые расхожде-
ния результатов параллельных определений температуры помутнения и тем-
пературы начала кристаллизации по ГОСТ 5066-56 не должны быть более
2 °C.
РИС. 30. Прибор с зеркальным отражением света в сборе (а) и его крышка (б):
/-смотровые окна; 2-вентиляционные щели; 3—лампы; 4—гнезда для пробирок.
77
Температура начала кристаллизации авиационных бензинов (по дей-
ствующим ГОСТ 1012-72 и зарубежным спецификациям) не должна превы-
шать минус 60 °C. Повышение температуры кристаллизации, как правило,
связано с обводнением бензина или его случайным смешением с нефтепро-
дуктами, имеющими относительно высокую температуру застывания (ди-
зельное топливо, масла).
Период стабильности является показателем, характеризующим стабиль-
ность тетраэтилсвинца в этилированных авиационных бензинах при хра-
нении. При распаде тетраэтилсвинца наблюдается помутнение бензина и
выпадение осадков соединений свинца.
Период стабильности определяют по методу ГОСТ 6667-75 (ему со-
ответствует рекомендация стран СЭВ по стандартизации PC 1458-68). Ме-
тод заключается в окислении этилированного авиационного бензина кисло-
родом воздуха при ПО °C под давлением насыщенных паров испытуемого
бензина и определении времени от начала окисления до начала разложения
свинца (видимого помутнения бензина).
Окисление бензина проводят в приборе ЛСА РТ (применяемом для опре-
деления термической стабильности топлив по ГОСТ 9144-59). Испытуемый
отфильтрованный бензин наливают в стеклянные стаканчики прибора ЛСА
РТ по 25 мл. Стаканчики с бензином устанавливают в металлические бом-
бочки, которые плотно закрывают резьбовыми крышками, и проверяют их
герметичность. Затем бомбочки со стаканчиками помещают в прибор, в
гнезда бани, нагретой до 110 °C. При 110 °C бомбочки выдерживают в тече-
ние времени, соответствующем норме на период стабильности, установлен-
ной техническими условиями на испытуемый бензин. После выдержки бом-
бочки вынимают из гнезд бани, охлаждают 30-40 мин, отвинчивают крыш-
ки и вынимают стаканчики. Помутнение бензина или наличие осадка в од-
ном или в обоих стаканчиках свидетельствует о несоответствии качества
бензина установленным требованиям. Если период стабильности бензина
не менее 8 ч, то такой продукт можно хранить в наземных резервуарах в
течение 3-4 лет в южной климатической зоне без видимых признаков
разложения [68].
Содержание п-оксидифениламина наряду с периодом стабильности яв-
ляется показателем, определяющим возможность длительного хранения
авиационных бензинов без разложения тетраэтилсвинца [69]. Введение
антиокислительной присадки n-оксидифениламин в количестве 0,004-0,010%
(масс.) обязательно для отечественных этилированных авиационных бензи-
нов в соответствии с ГОСТ 1012-72. Этим же стандартом установлено тре-
бование контроля за содержанием присадки в бензинах.
Определение содержания n-оксидифениламина проводят по методу
ГОСТ 7423-55. Сущность метода заключается в извлечении п-оксидифени-
ламина из испытуемого бензина раствором соляной кислоты, добавлении к
полученной вытяжке пероксида водорода и калориметрировании полученно-
го раствора.
Перед определением содержания присадки в испытуемом бензине приго-
тавливают эталонные образцы бензина той же марки, что и испытуемый, но
с разным содержанием n-оксидифениламина. Различие в содержании присад-
ки в эталонных образцах должно быть в пределах 0,0008 -0,0012% (масс.).
При колориметрировании с помощью фото- элориметра устанавливают
величину светопоглощения для каждого эталонного образца и строят график
78
РИС. 31. Зависимость светопоглощеиия от
содержания л-оксидифениламина в бензи-
не.
зависимости светопоглощеиия от со-
держания n-оксидифениламина в бен-
зине (рис. 31). По этому графику, уста-
новив величину светопоглощеиия для
испытуемого образца, определяют со-
держание в нем присадки. За резуль-
тат принимают среднее арифметичес-
кое двух параллельных определений,
округляя окончательный результат до
0,001% (масс.). Допускаемые расхож-
дения между параллельными опреде-
лениями должны быть не более
+ 10% среднего арифметического срав-
ниваемых результатов.
Иодное число характеризует содержание в авиационном бензине не-
предельных углеводородов. Непредельные углеводороды наиболее склонны
к окислению при хранении бензина [70], поэтому их содержание в основном
определяет химическую стабильность бензинов, и оно должно быть строго
регламентировано.
В авиационных бензинах, вырабатываемых на базе компонента каталити-
ческого крекинга, максимальное допустимое содержание непредельных угле-
водородов составляет 4% (масс.), а в прямогонных бензинах и бензинах, по-
лучаемых на базе компонента каталитического риформинга, оно не должно
превышать 0,8% (масс.).
Иодное число определяют по методу ГОСТ 2070-82. Метод соответ-
ствует рекомендации СЭВ по стандартизации PC 1404 68. Метод заключает-
ся в воздействии на испытуемый бензин раствора иода в этиловом спирте,
титровании свободного иода раствором тиосульфата натрия и определении
иодного числа, выраженного в граммах иода, присоединяющегося к 100 г
продукта.
Иодное число (и.ч.) испытуемого бензина вычисляют по формуле:
(Г-И)Т
и.ч. =2--Р----ЮО
т
где К и Ц-объемы 0,1 н. раствора тиосульфата натрия, пошедшие на титрование в
контрольном опыте и в опыте с испытуемым продуктом соответственно, мл: Т- титр
0,1 н. раствора тиосульфата натрия, выраженный в граммах иода; т-навес. . пы-
зуемого бензина, г.
Допускаемые расхождения между двумя параллельными определениям i
не должны быть более 10% величины меньшего результата.
Содержание в испытуемом нефтепродукте непредельных углеводородов
(X, % масс.), рассчитывают по формуле:
где и.ч.-нодное число; М-средняя молекулярная масса непредельных углеводо-
родов испытуемого топлива (для авиационных бензинов М = 100); 254-молеку-
лярная масса иода.
79
Содержание ароматических углеводородов нормируется действующим
ГОСТ 1012-72 для бензина Б-70 в пределах 12-20% (масс.), а для
бензинов Б-91/115, Б-95/130 и Б-100/130 с государственным Знаком ка-
чества-не более 35% (масс.).
Нормирование нижнего предела содержания ароматических углеводоро-
дов для бензина Б-70 связано с использованием последнего во многих слу-
чаях в качестве растворителя. Увеличение содержания ароматических угле-
водородов в этилированных бензинах свыше 35% (масс.) способствует
повышенному отложению нагара в камерах сгорания и на поршне, увеличе-
нию склонности бензина к калильному зажиганию и, как следствие, к возра-
станию вероятности аварийного выхода двигателя из строя из-за перегрева и
оплавления поршней, что чревато тяжелыми последствиями для лета-
тельных аппаратов.
Содержание ароматических углеводородов для контроля соответствия
авиационных бензинов требованиям ГОСТ 1012-72 определяют весовым ме-
тодом по ГОСТ 6994-74, который соответствует рекомендации СЭВ по стан-
дартизации PC 1415-68.
Сущность метода заключается в обработке испытуемого образца топли-
ва 98,5-99%-ной серной кислотой, взаимодействующей с непредельными и
ароматическими углеводородами.
Содержание ароматических углеводородов (% масс.) определяют по раз-
ности суммарного содержания углеводородов, прореагировавших с серной
кислотой, и содержания непредельных углеводородов, вычисленного по иод-
ному числу. Допускаемые расхождения между параллельными определения-
ми не более 1 абс. % (масс.).
Для исследовательских целей содержание ароматических и непредельных
углеводородов в авиационных бензинах можно определять ФИА-методом
(см. гл. 2). При этом следует учитывать, что по ФИА-методу содержание аро-
матических углеводородов, выраженное в процентах объемных, будет на
6-9% (отн.) ниже результата определения, выраженного в процентах мас-
сс?ых по методу ГОСТ 6994-74.
Склонность к образованию отложений на свечах, в камере сгорания
и во всасывающей системе по междуведомственному методу ГосНИИГА.
Сущность метода заключается в сравнительных испытаниях эталонного
и опытного бензинов на одноцилиндровой установке. Испытательная
установка (рис. 32) состоит из одноцилиндрового двигателя с цилиндром
серийного авиационного двигателя, тормозного устройства с замером
крутящего момента, систем наддува, подачи бензина, смазки, охлаждения,
управления и контрольно-измерительной аппаратуры.
Для каждого испытания-требуются:
два комплекта новых цилиндров с клапанами, поршнями и поршневыми
кольцами (по одному комплекту для испытания эталонного и опытного
бензинов);
10 комплектов новых свечей зажигания;
3000 кг эталонного (товарного) бензина;
3000 кг опытного бензина;
200 кг авиационного масла МС-20 или МК-22.
Перед испытанием двигатель обкатывают для приработки деталей со-
гласно техническим условиям на двигатель и снимают контрольные характе-
ристики (дроссельные или по составу смеси).
80
РИС. 32. Одноцилиндровая установка для испытания авиационных бензинов:
/ электротормоз; 2- одноцилиндровый двигатель; 3 - цилиндр авиационного мотора; 4 топливная форсунка; 5- бак
для масла; б-штихпробер; 7- ресивер воздушный; S-электрообогрев; 9-мерное сопло; /0-воздушный компрессор.
Для оценки склонности бензина к отложениям нагара на свечах и в ка-
мере сгорания проводят два сравнительных испытания продолжитель-
ностью по 100 ч: одно-на опытном, другое-на эталонном бензине. Оба
испытания проводят на одной и той же партии масла 10-часовыми этапа-
ми на режимах:
Номинальный 1 ч 45 мин 0,75 номинального 3 ч
0,9 номинального 1 ч 30 мин 0,6 номинального 3 ч 45 мин
Температура масла на входе в двигатель 65-70 °C, температура головки
цилиндра 200+10 °C.
В конце испытаний снимаются конечные характеристики двигателя на
рабочих и на новых контрольных свечах. Затем проводят следующие
операции:
разбирают цилиндро-поршневую группу,
снимают отложения с поршневых колец, клапанов, днищ поршней, сте-
нок камеры сгорания и взвешивают их,
микрометрируют детали цилиндро-поршневой группы,
взвешивают поршневые кольца,
анализируют отработавшее масло,
собирают установку со вторым комплектом новых деталей, ее обкаты-
вают и проводят 100-часовое испытание эталонного бензина.
Критериями оценки качества опытного бензина в сравнении с эта-
лонным являются:
отказы в работе свечей зажигания по причине нагарообразования;
самопроизвольное падение оборотов и крутящего момента двигателя;
масса отложений нагара и состав нагара по элементам;
6—30
81
изменение характеристик свечей зажигания;
величины износа деталей цилиндро-поршневой группы;
изменение физико-химических показателей масла.
Для оценки склонности к образованию смолистых веществ в системе
всасывания также проводят сравнительные 100-часовые испытания опыт-
ного и эталонного бензинов 10-часовыми этапами на режиме:
Частота вращения коленчатого вала, мин~
Давление воздуха, МПа (мм рт. ст.)
Коэффициент избытка воздуха
Температура, °C:
головки цилиндра
во всасывающем патрубке, (этапы 1-5)
то же. этапы 6-10
1750
0,104 (780)
0,9
215-220
50
50-100
Для определения скорости образования смолистых отложений во
всасывающий патрубок монтируется цилиндрический вкладыш длиной
200 мм и толщиной 1,0-1,2 мм из сплава АМЦ или AM Г. Через каждые
10 ч работы двигателя вкладыш взвешивают. Показателем качества бен-
зина является масса отложений смолистых веществ в цилиндрическом
вкладыше всасывающего патрубка.
На заключительном этапе испытаний составляют технический отчет,
в котором дается сравнительная оценка склонности испытуемого образца
к образованию отложений нагара на свечах и в камере сгорания, а для
карбюраторного двигателя также склонность к образованию смолистых
отложений во всасывающем патрубке.
* *
*
Комплекс квалификационных методов испытаний авиационных бензи-
нов обеспечивает достаточно всестороннюю оценку их эксплуатационных
свойств для обоснования возможности внесения отдельных непринци-
пиальных изменений в технологию получения и используемое нефтяное
сырье. Учитывая в перспективе относительную стабильность основных
требований к качеству авиационных бензинов и возможность полного их
удовлетворения за счет применения традиционных технологических про-
цессов, не предполагается каких-либо существенных изменений в составе
комплекса методов в ближайшие годы. Намечаемые работы в основном
направлены на совершенствование существующих методов, повышение их
точности и воспроизводимости.
82
Глава 4
КОМПЛЕКС КВАЛИФИКАЦИОННЫХ
МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ ДИЗЕЛЬНЫХ
ТОПЛИВ
Требования к дизельным топливам зависят от частоты вращения коленча-
того вала двигателя. Чем выше скорость вращения коленчатого вала, тем
меньше времени отпускается на испарение топлива и подготовку к воспла-
менению топливо-воздушной смеси. В связи с этим для быстроходных ди-
зелей (с числом оборотов коленчатого вала выше 1000 мин”1) применяют
более легкое топливо, чем для средне- и малооборотных двигателей. Топ-
лива для быстроходных дизелей отличаются от других дизельных топлив
и более жесткими требованиями по ряду других показателей. Комплекс
методов рассчитан на оценку эксплуатационных свойств топлив для бы-
строходных дизелей.
ИСПАРЯЕМОСТЬ
Испаряемость топлив в дизельных двигателях имеет меньшее эксплуата-
ционное значение, чем испаряемость бензинов в карбюраторных двигате-
лях. Это связано, в первую очередь, с тем обстоятельством, что в дизель-
ном двигателе смесеобразование происходит при очень высокой темпера-
туре в конце такта сжатия воздуха. На испарение топлива в быстроходном
дизеле отводится 0,6-2,0 мс. Чтобы топливо за это время испарилось, раз-
мер капель его должен быть в пределах 10-20 мкм; с уменьшением диаме-
тра капель возрастает скорость их нагрева. Полнота испарения топлива
в' двигателе зависит от температуры, вихревого движения воздуха в камере
сгорания, качества распыливания и испаряемости топлива.
Испаряемость дизельных топлив в настоящее время оценивается толь-
ко фракционным составом (определение по ГОСТ 2177-82, см. гл. 2).
Фракционный состав современного стандартного летнего дизельного
топлива имеет следующие характеристики:
Температура, °C
н.к
10%
50%
Температура, СС
180-200 90%
210-230 96%
270-280
330-345
До 360
В связи с дизелизацией автомобильного парка страны и ростом потребно-
сти в топливе для быстроходных дизелей рассматривается вопрос о допол-
нительных ресурсах таких топлив за счет расширения их фракционного со-
става [21, с. 12-14, с. 15-17; 71; 72]. Это расширение может быть
достигнуто в результате снижения температуры начала кипения и повыше-
ния температуры конца кипения.
Снижение температуры начала кипения дизельных топлив возможно до ’
80 и даже до 60С. При работе на топливе с температурой начала кипения
ниже 60 °C в системе питания могут образовываться паровые пробки.
83
Топлива, получившие название топлив широкого фракционного соста-
ва, состоят из 30-40% бензиновых фракций и 60-70% стандартного дизель-
ного топлива; они исследованы и испытаны в нашей стране Л. В. Малявин-
ским, М. М. Вихертом и Ю. Б. Свиридовым [73]. Себестоимость этих
топлив на 20-25% ниже себестоимости бензинов и на 15-20% себестоимо-
сти гидроочищенного дизельного топлива [74]. В настоящее время топ-
лива широкого фракционного состава получают из некоторых газоконден-
сатов и используют в отдаленных северных и северо-восточных районах
страны, куда доставка стандартного дизельного топлива затруднительна.
По мере роста темпов дизелизации автомобильного парка топливо ши-
рокого фракционного состава будет находить все большее применение.
Для оценки его испаряемости, возможно, потребуется использовать ме-
тоды определения давления насыщенных паров (такие методы разрабо-
таны для реактивных топлив) и соотношения пар-жидкость при различных
температурах (метод описан в гл. 2).
Второй путь расширения ресурсов дизельных топлив -повышение тем-
пературы конца кипения (утяжеленные топлива). Лабораторные экспери-
менты и первые испытания свидетельствуют о возможности увеличения
ресурсов дизельного топлива на 3 4% за счет повышения температуры
конца кипения, т. е. в результате более глубокого отбора из нефти прямо-
гонных фракций с температурой выкипания на 25-30 °C выше температуры
выкипания стандартного дизельного топлива [21, с. 15-17].
В связи с тем что при атмосферном давлении температуру конца кипе-
ния, а иногда и температуру выкипания 96% утяжеленных топлив опреде-
лить трудно, в стандартах оставили только требования по температуре
перегонки 90% топлива. Так, 90% утяжеленного топлива должно выкипать
до 360 °C. В некоторых зарубежных стандартах на утяжеленное дизельное
топливо регламентируют температуру выкипания 85% топлива (норма-не
выше 350 °C).
На рис. 33 приведен фракционный состав (определение проводили в ва-
кууме, результаты пересчитаны на атмосферное давление) опытно-промы-
шленного образца утяжеленного и стандартного дизельных топлив [21,
с. 15-17]. Как видно, температура конца кипения стандартного дизельного
топлива равна 370°С,' утяжеленного-400°C. Возможно, в дальнейшем при
внедрении утяжеленных топлив придется перейти на оценку фракционного
состава под вакуумом. Метод такой разработан и применяется в комплек-
се методов на топлива для тяжелых газотурбинных топлив (см. гл. 6).
Влияние фракционного состава дизельных топлив на работу двигателя
хорошо иллюстрируется данными рис. 34. На рисунке приведены резуль-
таты исследований моторных свойств 38 образцов дизельных топлив, раз-
личающихся фракционным составом и цетановыми числами. Все образцы
по цетановому числу (ЦЧ) были разделены авторами работы [21, с. 12-14]
на три группы: первая - ЦЧ = 38—42, вторая-ЦЧ = 44-^48 и третья-
ЦЧ = 50-4-55. Моторные свойства оценивались по удельному расходу
де топлива, дымности Н отработавших газов и средней скорости на-
растания давления в цилиндре при сгорании (АР/А<р), так называемой
«жесткости» работы двигателя.
Как видно из рисунка, с повышением температур выкипания 10 и 90%
увеличивается удельный расход топлива независимо от его цетанового
84
РИС. 33. Фракционный состав дизель-
ных топлив утяжеленного (?) и стан-
дартного (2) при перегонке в вакууме.
РИС. 34. Влияние фракционного состава и цетанового числа дизельных топлив
на показатели работы одноцилиндровой установки на базе двигателя ЯМЗ-236:
а, б-соответственно для 10% н 90%-ных фракций; 1-Ш-группы топлив с цетановыми числами 38-42, 44—48,
50-55.
числа. Правда, при отборе 90% топлива при температурах 360 370 °C
удельный расход топлива практически уже не растет. Дымность отрабо-
тавших газов при повышении температур перегонки 10 и 90% применяемо-
го топлива также возрастает независимо от цетанового числа. А вот
«жесткость» работы двигателя зависит от фракционного состава только
для топлив первой группы. Эти результаты свидетельствуют о том, что
облегчение фракционного состава за счет введения бензиновых фракций
будет способствовать улучшению эксплуатационных свойств топлив с по-
вышенной температурой конца кипения. Таким образом, при значительной
дизелизации автомобильного парка весьма перспективным будет исполь-
зование единого дизельного топлива с температурой начала кипения
60 80 °C и температурой перегонки 90%-360°С.
Испаряемость дизельных топлив влияет на пуск двигателя. При пуске
двигателя создаются наиболее неблагоприятные условия для смесеобразо-
вания и самовоспламенения топлива вследствие недостаточно высокой
температуры в конце такта сжатия. При этом большое количество тепла
передается холодным стенкам, а часть сжимаемого воздуха при небольших
пусковых числах оборотов коленчатого вала будет прорываться в картер.
Степень сжатия, а следовательно, и температура воздуха в конце сжатия
будут ниже по сравнению с прогретым двигателем. Поэтому топливо дол-
жно обладать такой испаряемостью, при которой к моменту самовоспла-
менения образовалась смесь паров топлива с воздухом, соответствующая
пределам воспламеняемости.
Однако облегчение пуска двигателя с лучшей испаряемостью, наблю-
дается лишь до определенного предела облегчения фракционного состава.
85
80
РИС. 35. Зависимость времени пуска от испаряе-
мости топлива при разной температуре воздуха.
При чрезмерном облегчении воспламеняемость топлива ухудшается, так
как легкие фракции имеют плохую воспламеняемость (см. ниже). Кроме
того, происходит переобогащение смеси вблизи форсунки и обеднение
в остальной части камеры сгорания. Связать пусковые свойства с темпера-
турой выкипания 10% дизельного топлива (как сделано для бензинов) не
удается. Существует мнение [75], что пусковые свойства зависят от темпе-
ратуры выкипания 50% топлива, при этом цетановое число (если оно не
очень низкое) влияет на легкость пуска в меньшей степени, чем фрак-
ционный состав. Например, время прокручивания коленчатого вала двига-
теля до пуска при применении топлива с цетановым числом 47,5 и темпе-
ратурой выкипания 50%, (t50%), равной 225 °C, оказалось почти в 9 раз
меньшим, чем при применении топлива с цетановым числом 52, но с
Г5О% = 285°С.
На рис. 35 представлена взаимозависимость между временем пуска
и испаряемостью топлива. Показано, что если в топливе до 300 °C выки-
пает более 80%, то пусковые свойства его ухудшаются.
В заключение отметим, что работы по расширению ресурсов топлив
для быстроходных дизелей уже в ближайшее время приведут к изменению
их фракционного состава. Эти изменения, возможно, потребуют разработ-
ки и применения новых квалификационных методов оценки испаряемости.
ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ГОРЮЧЕСТЬ
Воспламеняемость и горючесть дизельных топлив характеризуются вос-
пламеняемостью при адиабатическом сжатии воздуха в двигателе и от по-
стороннего источника и протеканием процесса сгорания после воспламене-
ния.
Воспламеняемость топлива в двигателе определяет период задержки
воспламенения, т. е. время от начала впрыска топлива в камеру сгорания
до момента подъема давления в ней в результате тепловыделения при го-
рении топлива. Топлива, обладающие хорошей воспламеняемостью в дви-
гателе, обеспечивают благоприятное протекание процесса сгорания без
резкого повышения давления и появления в связи с этим стуков в цилин-
дре. Однако чрезмерное уменьшение периода задержки воспламенения не-
целесообразно, поскольку снижается полнота сгорания (увеличиваются
расход топлива, дымность отработавших газов и масса отложений нагара
в камере сгорания) [76].
86
При квалификационных испытаниях дизельных топлив оценивают по-
казатели, характеризующие воспламеняемость паров топлива от посторон-
него источника (пламени) и их самовоспламеняемость в среде окислителя
(кислорода воздуха) в результате разогрева при адиабатическом сжатии
в двигателе;
температура вспышки,
цетановое число.
Для оценки пожароопасности и при исследованиях определяют также
температуру самовоспламенения топлива.
Горючесть как свойство топлива характеризует особенности процесса
его горения в цилиндрах двигателя после воспламенения. От горючести
топлива зависят к. п.д. двигателя, состав и температура отработавших га-
зов, а также нагарообразование в двигателе. Горючесть топлива оцени-
вается следующими показателями:
дымностью,
температурой отработавших газов.
Комплексная оценка воспламеняемости и горючести топлива может
быть получена в результате определения эффективных и индикаторных по-
казателей рабочего процесса на одноцилиндровых установках различных
типов дизельных двигателей.
Температура вспышки-самая низкая температура топлива (в стан-
дартных условиях), при которой над его поверхностью образуются пары,
способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их
образования еще недостаточна для последующего горения.
Определение температуры вспышки дизельных топлив имеет принци-
пиальное значение для их классификации по пожарной опасности. Соглас-
но ГОСТ 12.1.004-76 («Пожарная опасность. Общие требования»), жидко-
сти, способные гореть, делятся на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ. имею-
щие температуру вспышки в закрытом тигле ниже 61 °C) и горючие (ГЖ,
температура вспышки которых в закрытом тигле не ниже 61 °C). Таким
образом, отечественные дизельные топлива зимнее и арктическое (по
ГОСТ 305-82) относятся, как правило, к ЛВЖ, а дизельное топливо летнее
в зависимости от температуры вспышки может быть отнесено к ЛВЖ или
ГЖ.
Температуру вспышки дизельных топлив определяют по ГОСТ 6356-75
в закрытом тигле на приборе, представленном на рис. 36. За результат ис-
пытания принимают измеренную температуру вспышки с учетом поправки
на стандартное барометрическое давление (согласно ГОСТ 6356-75). Допу-
скаемые расхождения между параллельными определениями не более 2 °C.
Температура вспышки в закрытом тигле стандартных дизельных топлив
различных марок находится в интервале 30-^-100 °C.
Для более полной оценки характеристик воспламеняемости в ряде слу-
чаев при исследовании топлив определяют температуру воспламеняемости
по ГОСТ 4333 48.
Температурой воспламенения топлива называют температуру, при кото-
рой продукт, нагреваемый в стандартных условиях, загорается при подне-
сении к нему пламени и горит не менее 5 с.
При испытании применяют прибор для определения температуры
вспышки нефтепродуктов в открытом тигле (рис. 37). Допускаемые расхо-
87
РИС. 36. Прибор для определения температуры вспышки в закрытом тигле:
/-металлический сосуд; 2-чугунная ванна; 3-латунная рубашка; 4-зажигательное приспособление; 5-мешалка;
6-пружинный рычаг.
РИС. 37. Прибор для определения температуры вспышки в открытом тигле:
/-газовая горелка; 2-наружный тигель; 3-прокаленный песок;4-внутренний тигель; 5-термометр; б-испытуемое
топливо.
ждения между двумя параллельными определениями температуры воспла-
менения не должны превышать 6 °C.
Значительное различие температур вспышки в закрытом тигле и во-
спламенения в открытом тигле может свидетельствовать о наличии в ди-
зельном топливе примесей легких продуктов (бензина, керосина, нефтяных
растворителей). Ниже приведены температуры вспышки в закрытом тигле
и воспламенения стандартных дизельных топлив разных марок:
Дизельное топливо Температура вспышки в закры- том тигле. "С Температура вос- пламенения, С
Зимнее
образец 1 49 79
образец 2 61 97
образец 3 57 82
образец 4 50 82
Летнее
образец 1 67 98
образец 2 62 81
образец 3 68 106
образец 4 78 105
образец 5 68 96
образец 6 61 87
образец 7 73 103
Цетановое число-основной показатель воспламеняемости топлива в по-
ршневом двигателе внутреннего сгорания, работающем по циклу Дизеля.
88
Оно характеризует продолжительность периода задержки воспламенения
топлива. При малом периоде задержки воспламенения двигатель работает
«мягко», без стуков, при большом периоде задержки в камере накапли-
вается топливо, которое дает взрывное сгорание. В этом случае давление
нарастает стремительно и двигатель работает «жестко», со стуками.
Цетановое число определяют на одноцилиндровой установке ИТ9-ЗМ
или ИДТ-69 по ГОСТ 3122-67 методом совпадения вспышки испытуемого
и эталонного образцов топлива. В качестве эталонов используют смеси це-
тана, воспламеняемость которого принята за 100 единиц, и а-метилнафта-
лина, воспламеняемость которого принята за нуль. Сущность метода за-
ключается в подборе степени сжатия, при которой самовоспламенение
испытуемого топлива в камере сгорания происходит точно в верхней мерт-
вой точке (ВМТ) при постоянном угле опережения впрыска, равном 13°
до ВМТ, и нахождении эквивалентной по воспламеняемости смеси эта-
лонных топлив для этой степени сжатия. Режим работы установки
следующий:
Частота вращения коленчатого вала, мин”1 Степень сжатия переменная 900 + 10 От 7 до 23
Температура, °C: охлаждающей жидкости воздуха на всасывании масла в картере Давление, МПа масла в магистрали впрыска топлива Количество впрыскиваемого топлива, мл/мин 100 ±2 65 + 1 50-65 0,17 - 0,23 10,6 + 0,4 13 + 0,5
Моменты начала впрыска и начала воспламенения определяются с по-
мощью двух неоновых безынерционных ламп, присоединенных к датчику
впрыска и индикатору воспламенения. Лампы установлены на ободе ма-
ховика со сдвигом 13°. При совпадении вспышек обеих лампочек воспла-
менение топлива происходит точно в ВМТ.
Численное выражение цетанового числа соответствует объемному со-
держанию цетана (% об.) в смеси с а-метилнафталином, которая по вос-
пламеняемости в цилиндре установки ИТ9-ЗМ или ИДТ-69 в стандартных
условиях испытания эквивалентна испытуемому топливу. Допускаемые
расхождения результатов параллельных определений цетанового числа
топлива на одной установке составляют +1,5 цетановых единиц от сред-
него арифметического сравниваемых результатов, или + 2 цетановые еди-
ницы на разных установках.
Для исследовательских целей воспламеняемость топлив, выраженную
в цетановых единицах, можно определить безмоторным лабораторным ме-
тодом [77]. По этому методу сравниваются температуры самовоспламене-
ния испытуемого топлива и смесей эталонных топлив цетана и а-метил-
нафталина, определяемые на лабораторном приборе, который представ-
ляет собой модификацию прибора Мура [78]. Схема этого прибора
приведена на рис. 38.
При проведении испытания вначале строят график зависимости темпе-
ратуры самовоспламенения смесей первичных эталонов от их состава
89
РИС. 38. Прибор для опреде-
ления температуры самовос-
пламенения топлив:
1 - электронагреватель; 2 - полирован-
ный стальной диск; 3-стальная бом-
ба; 4-ввод подогретого воздуха;
5-ввод топлива; 6, 7 - термометры.
РИС. 39. Зависимость темпе-
ратуры самовоспламенения
смесей первичных эталонов
от их состава.
(рис. 39). Затем определяют температуру самовоспламенения испытуемого
топлива и по графику находят состав смеси первичных эталонов с соответ-
ствующей температурой самовоспламенения.
Сравнительные испытания показали (табл. 7), что безмоторный лабора-
торный метод определения цетановых чисел дизельных топлив по точнос-
ти близок к стандартному моторному методу ГОСТ 3122-67.
Предложен также ряд эмпирических формул, связывающих цетановое
число топлива с другими его свойствами. Наиболее близкие результаты
определений цетанового числа (ЦЧ) топлив расчетным методом и мо-
торным по ГОСТ 3122-67 получены при использовании следующей фор-
мулы [63, с 22-24]:
ЦЧ = 524 - 20,88 |/ОЗ*1о + O,53t5o + 0,17t96 -
_________2605 р-10~3
|/о,ЗЦо ± 6,53z5O + 0,17Zg6
где t10, tjp, f96-температуры выкипания 10, 50 и 96%(об.), “С; р-плотность топлива
при 20 °C, кг/м3.
Таблица 7. Сравнительные значения цетановых чисел дизельного топлива,
определенных лабораторным методом и по ГОСТ 3122-67
Дизельное топливо Цетановое число Отклонения результатов —от среднего арифмети- ческого
лаборатор- ный метод ГОСТ 3122-67
Арктическое 36 39 ±1,5
То же + 0,3% присадки «Ц» 45 45 0,0
Зимнее, образец 1 40 42 + 1,0
То же + 0,3% присадки «Ц» 48 46 + 1,0
Зимнее, образец 2 44 43 +0,5
То же + 0,5% изопропилнитрата 50 48 ±1,0
То же + 0,5% присадки «Ц» 54 49 ±2,5
90
Относительно высокая точность определения цетановых чисел по при-
веденной формуле видна из данных сравнительных испытаний ряда образ-
цов топлив различного фракционного состава и плотности (табл. 8).
Необходимо отметить, что все эмпирические формулы для определения
цетанового числа, в том числе и приведенная, не пригодны для топлив, со-
держащих присадки, улучшающие воспламеняемость, например изопро-
пилнитрат.
Величина цетанового числа существенно влияет на показатели работы
двигателя. Последние исследования в этом направлении [21, с. 12-14; 79]
показали, что для обеспечения максимальной экономичности и минималь-
ной дымности отработавших газов современного высокооборотного дизе-
ля с объемным смесеобразованием типа ЯМЗ цетановое число топлива,
стандартного по фракционному составу, должно находиться в пределах
38-42. При этом «жесткость» рабочего процесса не будет превышать пре-
дельно допустимую. Особенно «чувствительны» дизельные двигатели к це-
тановому числу утяжеленных топлив. Такие топлива имеют цетановые чис-
ла, как правило, выше 50 единиц, что вызывает увеличение удельного
расхода и дымности отработавших газов [7, с. 41-43].
Температура самовоспламенения, как показано выше, является крите-
рием, который достаточно объективно может характеризовать воспламе-
няемость топлива в дизельном двигателе. Но этот показатель в основном
используют для установления группы взрывоопасной смеси паров топлива
в воздухе. Температура самовоспламенения является наименьшей темпера-
турой, при которой резко увеличивается скорость экзотермических реакций
окисления паров топлива в воздухе, заканчивающихся возникновением
пламенного «горения» [31].
Температура самовоспламенения топлива сильно зависит от объема
и формы сосуда, в котором проводится испытание. Поэтому сравнение во-
спламеняемости топлив по температуре самовоспламенения возможно
только при ее определении одним методом и на одинаковых приборах
(предпочтительнее на одном приборе).
Стандартную температуру самовоспламенения паров топлива в воздухе
определяют по методу ГОСТ 13920-68 с помощью прибора, показанного
на рис. 40. Прибор состоит из реакционного сосуда 1 (колбы), выполненно-
Таблица 8. Результаты определения цетановых чисел
дизельных топлив различными методами
Фракционный состав, °C Плотность при 2(ГС, кг/м3 Цетановое число
5<% 96% по ГОСТ 3122-67 расчетное
270 340 410 875 50 49,5
277 306 350 874 43 45,0
243 308 360 894 37 36,0
225 276 338 841 50 50,4
207 250 360 947 43 44,3
150 176 220 778 40 44,2
113 152 257 772 42 39,5
91
Ф130-К0
РИС. 40. Прибор для определения температуры воспламенения паров нефтепродук-
тов в воздухе:
/-реакционный сосуд; 2-электрическая печь; 3-термопары.
го из термостойкого материала (стекла, кварца или металла), электриче-
ской печи 2 и трех термопар 3.
Стандартная температура самовоспламенения дизельных топлив мало
зависит от фракционного состава, но заметно возрастает по мере сниже-
ния их цетанового числа, что подтверждается следующими данными:
Дизельное топливо Цетановое число Температура самовоспламе- нения, С
Арктическое Зимнее 39 332
образец 1 42 320
образец 2 43 315
То же + 1% изопропилнитрата 51 285
Летнее 51 280
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА
ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТИ И ГОРЮЧЕСТИ
Комплексная оценка воспламеняемости и горючести дизельного топлива за-
ключается в определении дымности и температуры отработавших газов,
удельных эффективного и индикаторного расходов топлива, периода за-
держки воспламенения, скорости нарастания давления в цилиндре и других
эффективных и индикаторных показателей работы двигателя на испьпуе-
мом образце.
92
Эти показатели в значительной степени зависят от конструктивных осо-
бенностей двигателя: типа и формы камеры сгорания, смесеобразования,
параметров топливо подающей аппаратуры, степени форсирования и др.
[80]. Поэтому эффективность сгорания одного и того же топлива в дизе-
лях разных типов и моделей может быть неодинакова.
В идеальном случае для каждого типа дизеля требуется топливо, опти-
мальное по фракционному составу, вязкости, цетановому числу и ряду
других показателей, которое позволило бы наиболее эффективно организо-
вать рабочий процесс. На практике как раз наоборот: необходимо обеспе-
чивать надежную и экономичную работу дизельных двигателей разного
типа, размерности и различной степени напряженности на топливах отно-
сительно ограниченного ассортимента. Отсюда появляется потребность
в оценке влияния изменений углеводородного и фракционного состава
и других свойств топлив на показатели рабочего процесса дизельных дви-
гателей разного типа. При этом одновременно определяют: возможность
эффективного применения опытного дизельного топлива на двигателе дан-
ного типа, необходимость оптимизации некоторых показателей качества
опытного топлива, целесообразность конструктивных доработок и измене-
ния регулировок данного дизеля для повышения экономичности и надеж-
ности работы на новом топливе.
Испытания такого рода в целях упрощения их организации и экономии
опытного топлива обычно проводят на одноцилиндровых отсеках се-
рийных дизельных двигателей. В комплекс квалификационных испытаний
дизельных топлив входят несколько методов оценки показателей воспла-
меняемости и горючести на одноцилиндровых установках, которые рас-
смотрены ниже.
Квалификационный метод оценки на одноцилиндровой установке двига-
теля типа В-2. Испытание проводят на установке, состоящей из одноци-
линдрового четырехтактного дизеля с непосредственным впрыском топ-
лива в камеру сгорания, тормозного устройства, агрегатов и систем
смазки, охлаждения, топливоподачи, наддува воздуха, контрольно-измери-
тельных приборов и пульта управления.
Основные технические показатели двигателя следующие:
Диаметр цилиндра, мм 150
Ход поршня, мм 180
Максимальная частота вращения коленчато- 2100
го вала, мин-1
Максимальная мощность, кВт 46
Рабочий объем цилиндра, л 3,18
Степень сжатия 15
Номинальное давление впрыска топлива, 20,5 + 0,05
МПа
Расход топлива на поминальном режиме, кг/ч 8,4-10,7
Сборку и регулировку одноцилиндрового двигателя производят в со-
ответствии с техническими условиями и инструкцией завода-изготовителя
по эксплуатации двигателей типа В-2 соответствующей модификации. Дви-
гатель, укомплектованный новыми деталями, обкатывают без нагрузки
в течение 2 ч.
93
дикаторные диаграммы рабочего
РИС. 41. Развернутая индикаторная диа-
грамма рабочего процесса дизеля.
Испытание опытного топлива
проводят следующим образом. Дви-
гатель прогревают на штатном (эта-
лонном) топливе летнем или зим-
нем (ГОСТ 305-82) при частоте
1000 мин -1 вращения коленчатого ва-
ла до достижения рабочих темпера-
тур. На этом топливе определяют ин-
дикаторные и эффективные показате-
ли путем снятия внешних характерис-
тик и индицирования рабочего про-
цесса во всем диапазоне рабочих
оборотов двигателя (через каждые
200 мин - ]).
Затем топливную систему промы-
вают испытуемым топливом и сни-
мают внешние характеристики и ин-
процесса при работе двигателя на
опытном топливе. Для проведения испытаний требуется не менее 16 кг (20
л) опытного образца топлива.
После испытания опытного топлива двигатель прокручивают без по-
дачи топлива электрической балансирной машиной, измеряют мощность
трения на всех режимах внешней характеристики и снимают индикаторные
диаграммы. На каждом режиме внешней характеристики двигатель дол-
жен проработать не менее 10 мин.
В протоколе испытаний регистрируют следующие параметры:
крутящий момент (точность ±0,5%), кг-м,
частота вращения коленчатого вала (точность +0,5%), мин-1;
расход топлива (точность +0,5%), кг/'ч.
По фиксируемым параметрам работы двигателя и индикаторным диа-
граммам с использованием известных уравнений теории двигателей [80]
определяют эффективные и индикаторные показатели: эффективная мощ-
ность Лге; мощность механических потерь Лгм; удельный эффективный рас-
ход топлива де; индикаторная мощность Nt; индикаторный удельный рас-
ход топлива gi и механический к.п.д. (т]м).
По развернутой индикаторной диаграмме рабочего процесса, предста-
вляющей собой графическую зависимость давлений в цилиндре двигателя
от угла поворота коленчатого вала (рис. 41) рассчитывают следующие по-
казатели : период задержки воспламенения топлива т,, максимальное давле-
ние цикла Pz, давление в конце сжатия Рс, максимальную скорость нара-
стания давления газов в цилиндре Н/(а + Ь) = АР/'А<р, степень повышения
давления при сгорании топлива в цилиндре Pz/Pc = А.
Результаты снятия эффективных показателей и индицирования рабоче-
го процесса на опытном топливе сравнивают с результатами, полученны-
ми при работе двигателя на эталонном топливе. Опытный образец и эта-
лонное топливо считаются равноценными, если разница в величинах
94
оценочных показателей их составляет не более (%):
Индикаторная мощность 5
Индикаторный расход топлива 2,5
Максимальное давление цикла 5
Период задержки воспламенения 10
Максимальная скорость нарастания давления 10
газов в цилиндре
Квалификационный метод оценки на одноцилиндровой установке ОЦУ
ЯМЗ-236. Метод, разработанный во ВНИИ НИ, позволяет определить па-
раметры рабочего процесса и топливоподачи, а также дымность отрабо-
тавших газов. Установка представляет собой одноцилиндровый отсек ав-
томобильного дизеля ЯМЗ-236, смонтированный на универсальном карте-
ре УК-5 конструкции НАМИ и оборудованный контрольно-измерительной
аппаратурой для индицирования параметров рабочего процесса и топливо-
подачи и дымомером «Картридж».
Основные технические показатели четырехтактного дизеля с непосред-
ственным впрыском топлива в камеру сгорания следующие:
Диаметр цилиндра, мм 130
Ход поршня, мм 140
Максимальная частота вращения коленчатого 2100
вала, мин-1
Рабочий объем цилиндра, л 1,89
Степень сжатия 16,5
Давление начала подъема запорной иглы 17,5
форсунки, МПа
Расход топлива на номинальном режиме, 5,3
кг/ч
Для подготовки установки к работе подбирают и регулируют детали
и узлы цилиндро-поршневой группы, шатунно-кривошипного механизма,
газораспределения, топливной аппаратуры и привода в соответствии с тре-
бованиями рабочих чертежей Ярославского моторного завода и ТУ
НАМИ на сборку универсального картера УК-5. Затем проводят 120-часо-
вую обкатку двигателя.
Обкатка проводится на штатном дизельном топливе летнем или зим-
нем ГОСТ 305-82. По окончании обкатки двигатель частично разбирают
для удаления нагаро- и лакоотложений, дефектации узлов и микрометража
деталей. В случае обнаружения дефектных деталей их заменяют и обкатку
повторяют в течение 60 ч.
После обкатки в головку блока устанавливают пьезодатчик электроме-
трического комплекса для индицирования рабочего процесса. Затем двига-
тель собирают, проводят регламентные работы и техническое обслужива-
ние стендового оборудования и заливают в расходный маслобак свежее
масло. Двигатель запускают и проводят 10-часовую приработку на режи-
мах прогрева при использовании любого подходящего топлива.
После приработки в расходный бак заливают штатное (эталонное) то-
пливо, запускают двигатель и в течение 1 ч, постепенно увеличивая число
оборотов и подачу топлива, выводят на номинальный режим, характери-
зующийся следующими параметрами:
95
Частота вращения коленчатого вала, мин"1 2100 + 5
Расход топлива, кг/ч 5,3 + 0,05
Расход воздуха, л/с 37 + 0,5
Угол опережения подачи топлива, °ПКВ до 32 + 0,25
вмт
Температура, °C
воздуха на впуске 30 + 2
воды и масла на входе в двигатель 90 + 5
После стабилизации параметров работы установки ОЦУ ЯМЗ-236,
перечисленных выше, приступают к непосредственному испытанию-сня-
тию внешней характеристики двигателя. Внешние характеристики снимают
дважды в соответствии с требованиями ГОСТ 14846-69: со снижением
оборотов от номинальных с 2100 до 1200 мин"1 и повышением от 1200 до
2100 мин-1 на эталонном и испытуемом топливах.
На каждом скоростном режиме внешней характеристики фиксируют
следующие показатели:
частоту вращения коленчатого вала, мин"1;
крутящий момент, кгм;
угол опережения подачи топлива, ЭПВК до ВМТ;
температуру охлаждающей воды, масла;
воздуха и отработавших газов, °C;
давление масла, топлива и газов в выпускном трубопроводе, МПа;
барометрическое давление, Па (мм рт. ст.);
расход топлива, г/с;
максимальное давление цикла (Pz), МПа;
максимальное давление топлива в трубопроводе высокого давления
(Ртр), МПа;
начало и конец впрыска топлива по углу поворота коленчатого вала,
°ПВК до (или после) ВМТ;
углы начала воспламенения топлива и максимального давления сгора-
ния, °ПВК до (или после) ВМТ.
По окончании испытания при выключенной подаче топлива на каждом
скоростном режиме внешней характеристики определяют затрату мощно-
сти на механические потери и давление сжатия в цилиндре Рс.
В качестве оценочных показателей топлива приняты следующие (в
скобках даны предельно допустимые значения оценочных показателей):
1) период задержки воспламенения топлива (не более 15 + О,5°ПВК);
2) максимальное давление цикла (не выше 9,0 МПа);
3) средняя скорость нарастания давления в цилиндре (не выше 0,5
МПа/'°ПКВ);
4) максимальное давление в трубопроводе топливного насоса (не ниже
18,5 + 0,5 МПа);
5) удельный индикаторный расход топлива [не выше 57 г/МДж, или
205 г/'(кВт-ч)]
При отсутствии специальных требований оценку моторных свойств ис-
пытуемого топлива проводят сравнением оценочных показателей испытуе-
мого и штатного (эталонного) топлива.
Установку ОЦУ ЯМЗ-236, на которой определяют дымность отрабо-
тавших газов, подготавливают к работе так же, как и при оценке мо-
96
торных свойств топлив. Дополнительно проверяют работоспособность ды-
момера «Картридж» в соответствии с инструкцией по эксплуатации.
Испытание начинают со снятия внешних характеристик на штатном
(эталонном) топливе в диапазоне частот вращения коленчатого вала
1200-2100 мин-1. На каждом режиме внешней характеристики кроме пока-
зателей, фиксируемых при оценке моторных свойств топлив, измеряют не
менее 3 раз дымность отработавших газов по шкале дымомера «Кар-
тридж». Затем проводят аналогичный опыт с применением испытуемого
топлива.
В начале и в конце каждой серии опытов, а также в случае каких-либо
нарушений работы прибора проверяют показания дымомера «Картридж»
по прилагаемому к нему светофильтру в соответствии с требованиями ин-
струкции по эксплуатации.
Кроме показателя дымности отработавших газов (в единицах шкалы
дымомера «Картридж», оценочными показателями работы установки
ОЦУ ЯМЗ-236 при определении дымности являются удельный индика-
торный расход топлива, суммарный коэффициент избытка воздуха и тем-
пература отработавших газов. Допускаемые расхождения в определении
дымности отработавших газов на сравниваемых режимах испытаний эта-
лонного топлива не должны превышать + 2 единицы шкалы дымомера
«Картридж».
Влияние на дымность отработавших газов испытуемого и эталонного
топлив считается равнозначным, если на одинаковых режимах работы дви-
гателя ОЦУ ЯМЗ-236 величина этого показателя не различается больше,
чем на + 2 единицы шкалы дымомера «Картридж».
Описанный метод позволил выявить четкую тенденцию в снижении
дымности отработавших газов с уменьшением цетанового числа топлива
независимо от состава последнего и наличия в нем присадок, влияющих на
воспламеняемость топлива [21, с. 12-14].
ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ
Одно из основных требований, предъявляемых к качеству дизельного
топлива, заключается в том, чтобы оно легко прокачивалось по топливной
системе и бесперебойно поступало в цилиндры двигателя. Прокачивае-
мость дизельного топлива оценивается следующими показателями:
содержанием механических примесей и воды,
коэффициентом фильтруемости,
вязкостью,
температурами помутнения и застывания,
предельной температурой фильтруемости.
Температуры помутнения, застывания и предельной фильтруемости-
эти три показателя характеризуют в настоящее время прокачиваемость ди-
зельного топлива при отрицательных температурах.
Содержание механических примесей и воды в дизельных топливах строго
регламентируется. Механические примеси и вода в топливе должны отсут-
ствовать (по ГОСТ 6370-59 отсутствие механических примесей следует
считать при их содержании менее 0,005%, по ГОСТ 10577-79-не более
97
7—30
РИС. 42. Прибор для определения коэффициента фильтруе-
мости :
7—воронка стеклянная цилиндрическая; 2—зажим; 5-трубка стеклянная градуи-
рованная; 4—корпус фильтра; 5 край стеклянный; б-стакан; 7-штатив.
РИС. 43. Зависимость вязкости дизельных топлив
летнего (7) и зимнего (2) от температуры.
0,001%, а по ГОСТ 305-82 допускается поставка топлива летнего дизельно-
го со «следами» воды, т. е. при содержании воды не более 0,03% в соответ-
ствии с ГОСТ 2477-65). Относительно недавно р73] разработан показа-
тель, характеризующий присутствие в топливе всех видов загрязнителей
(так называемый коэффициент фильтруемости Кф).
Коэффициент фильтруемости определяют в соответствии с ГОСТ
19006-73 на приборе, разработанном в ЦНИТА (рис. 42). Измеряют изме-
нение пропускной способности фильтра из бумаги БФДТ* при последова-
тельном пропускании через него 47 мл топлива. Фильтруемость оцени-
вают временем фильтрования первых двух миллилитров топлива из
каждых пяти миллилитров. Коэффициентом фильтруемости, величина ко-
торого включена в стандарт на дизельные топлива, называют отношение
времени фильтрования последних 2 мл (десятой порции) т10 ко времени
фильтрования первых 2 мл топлива Tt:
Кф=ТюЛ1
Для товарных топлив Кф не должен превышать 3.
Проведенные исследования показывают, что величина коэффициента
фильтруемости зависит от содержания механических примесей, воды, на-
триевых мыл нафтеновых кислот и смолистых продуктов окисления: чем
* Эта бумага получила наибольшее распространение в автотракторных ди-
зельных двигателях; она обеспечивает тонкость отсева 2-3 мкм. Фильтры из
этой бумаги имеют коэффициент отсева 95% и гидравлическое сопротивление
0,024 кгс/см2 при расходе топлива до 25 кг/ч.
98
больше в топливе механических примесей, тем выше коэффициент филь-
труемости. Причем отмечена интересная зависимость: механические при-
меси оказывают более существенное влияние на коэффициент фильтруемо-
сти тех топлив, в которых больше смолистых соединений.
Присутствие воды в дизельных топливах также способствует забива-
нию бумажных фильтров. В результате недостаточно тщательной отмывки
после щелочной очистки в топливе могут оставаться натриевые м-ыла наф-
теновых кисло;, которые и забивают бумажные фильтрующие элементы.
Норма на коэффициент фильтруемости дизельного топлива позволяет
ограничить содержание всех загрязнителей и поверхностно-активных ве-
ществ, вызывающих закупорку пор бумажных фильтров и мешающих ра-
боте топливной аппаратуры двигателей.
Вязкость для дизельных топлив имеет важное эксплуатационное значе-
ние. Для дизельных топлив принято определять кинематическую вязкость
при 20 °C в соответствии с ГОСТ 33-66. В технических условиях ограничи-
вают как нижний, так и верхний допустимые пределы вязкости.
Топливо слишком вязкое будет плохо прокачиваться по системе пита-
ния, недостаточно распыливаться и не полностью сгорать. Небольшая ве-
личина вязкости может служить также причиной нарушения нормальной
подачи топлива в двигатель.
В современных дизельных двигателях наиболее часто для подачи топ-
лива к форсункам используют насосы плунжерного типа. Гильза и плун-
жер являются прецизионной парой с диаметральным зазором 0,002-
0,003 мм; для нормальной работы трущихся пар необходимо применять
топливо с определенной минимальной вязкостью. При небольшой вязкости
растет утечка топлива в зазорах насоса за время хода нагнетания и чем вы-
ше вязкость, тем меньше топлива просачивается между плунжером и гиль-
зой (втулкой). Топливо в системе питания дизельного двигателя, кроме
того, выполняет роль смазочного материала. При недостаточной вязкости
топлива повышается износ плунжерных пар насоса и игл форсунок.
Вязкость дизельных топлив зависит от температуры (рис. 43). Эта зави-
симость сравнительно мала в области положительных температур и очень
велика при отрицательных температурах. Вязкость дизельного топлива
при низких температурах может настолько возрасти, что это вызовет за-
труднения в системе подачи в двигатель. В одном из испытаний отмечена
следующая зависимость производительности насоса от температуры топ-
лива:
Температура топлива, °C + 10 — 30 —40 — 50
Производительность насоса, кг/ч 850 830 810 300
С повышением вязкости увеличивается сопротивление прокачиванию
топлива по системе питания. При некотором значении вязкости сопротив-
ление системы питания настолько возрастает, что топливо перестает по-
ступать в нужном количестве.
Для примера на рис. 44 представлены кривые роста перепада давления
на фильтре типа ТФ-2 при работе на различных топливах; характеристика
топлив приведена в табл. 9. Как видно из рисунка, при достижении опре-
деленной температуры сопротивление фильтра растет довольно быстро
99
РИС. 44. Зависимость сопротивления фильтров от температуры при фильтровании
дизельных топлив.
Номера кривых расшифрованы в тексте.
и подача топлива может прекратиться при его охлаждении всего лишь
в пределах 1-2 °C.
Исследования показывают, что для обеспечения оптимального распи-
ливания топлива его кинематическая вязкость на входе в форсунку должна
составлять 0,15-0,25 м2/с. Нарушение работы топливной системы двигате-
ля чаще всего является следствием не только повышения вязкости топ-
лива, но и выпадения твердых кристаллов, забивающих фильтрующие
элементы.
Темпера! ура помутнения, определяемая по ГОСТ 5066-56, долгое время
являлась основным эксплуатационным показателем для оценки низкотем-
пературных свойств дизельных топлив. При этом считалось, что темпера-
турный предел применения топлив должен быть на 5 °C выше темпера-
туры помутнения топлива. Однако к настоящему времени накоплен
значительный опыт эксплуатации, свидетельствующий о том, что нормаль-
Таблица 9. Низкотемпературные характеристики различных образцов
дизельных топлив
Дизельное топливо Номер кривой на рис. 44 Температура, °C
помутнения застывания предельная фильтруе- мости
Летнее образец 1 1 -5 -10 -8
образец 2 2 -7 -12 -10
образец 3 5 -12 -22 -16
Смесь летнего и арктического 80% + 20% 3 -9 -18 -13
50% + 50% 7 -15 -26 -20
30% + 70% 8 -18 -35 -23
15%+ 85% 9 -22 -40 -29
Топливо карбамидной депарафинизации 6 -11 -37 -20
То же микробиологической депарафинизации^ -11 -19 -15
Зимнее образец 1 11 -27 -38 -35
образец 2 10 -27 -38 -32
100
ная работа двигателей возможна и при более низких температурах, чем
температура помутнения применяемого топлива.
Температура застывания топлива, определяемая по ГОСТ 20287-74,
лишь в некоторой степени характеризует поведение топлива в системе пи-
тания двигателей. По ней в большей мере судят о возможностях заправки,
транспортирования, слива и налива топлива.
Предельная температура фильтруемости. Метод определения предельной
температуры фильтруемости стандартизован (ГОСТ 22254-76) и включен
в комплекс методов квалификационной оценки. Он оценивает низкотемпе-
ратурные свойства в условиях, максимально приближенных к эксплуата-
ционным. Предельная температура фильтруемости -эдо та температура,
при которой топливо после охлаждения в определенных условиях способ-
но еще проходить через фильтр с установленной скоростью. Сущность ме-
тода заключается в постепенном охлаждении испытуемого топлива, пропу-
скании его при понижении температуры на каждый 1 °C через фильтр
в пипетку при постоянном вакууме и фиксировании конечной температуры,
при которой топливо проходит фильтр с установленной скоростью.
Прибор (рис. 45) состоит из сосуда для топлива, в который помещают
закрепленный фильтр (сетка фильтрационная металлическая с квадратны-
ми ячейками нормальной точности № 004 по ГОСТ 6613-73), соединенный
с бюреткой. При подключении вакуума в верхней части бюретки топливо
через отверстие в нижней части крепления фильтра поднимается в бюретку
через фильтрующий элемент. За предельную температуру фильтруемости
принимают ту минимальную температуру, при которой 20 мл топлива
проходит через фильтр менее чем за 60 с. Этот метод в настоящее время
включен и в новый стандарт на топливо ГОСТ 305-82 для оценки экс-
портных дизельных топлив.
Представленные в табл. 9 образцы дизельных топлив были использо
ваны при исследовании забивки филь-
тров типа ТФ-2 по методике ВНИИ
НП. Предельная температура филь-
труемости всех испытанных топлив
ниже температуры помутнения, но
выше температуры застывания. Одна-
ко положение ее в этом интервале мо-
жет быть разным: ближе к температу-
ре помутнения либо ближе к темпе-
ратуре застывания.
Проведены сопоставительные ис-
следования низкотемпературных
свойств ряда дизельных топлив лабо-
раторными методами и в стендовых
РИС. 45. Прибор для определения пре-
дельной температуры фильтруемости:
1 -фильтр; 2-сосуд для топлива; 3-пипетка; 4-пробка
корковая; 5-крышка; 6-сосуд-рубашка; 7-сосуд для ох-
лаждающей смеси; 8-резервуар постоянного вакуума;
9- трубка стеклянная для сообщения с воздухом.
101
Таблица 10. Характеристика исследованных образцов дизельных топлив
Показатель Номер образца
1 2 3 4 5 6 7
Цетановое число Фракционный состав, °C 53 56 52 52 52 51 54
н.к. 195 192 178 55 214 221 236
10% 241 242 224 117 247 247 261
50% 292 291 288 290 297 282 315
90% 349 363 362 362 361 336 370
98% 362 — — — — — —
Вязкость при 20°С, мм2/с Температура, °C 4,7 5,4 4,4 3,0 6,5 4,3 8,3
помутнения -8 2 -1 -2 6 -9 10
застывания -16 -6 -9 -11 -7 -17 0
предельная фильтруемости -10 -1 -3 -5 3 -11 5
вспышки Содержание серы, % (масс.) 70 71 37 -12 80 88 99
общей 0,46 0,50 0,44 0,44 0,19 0,07 0,52
меркаптановой Содержание фактических смол, 0,0029 0,0032 0,0032 0,0025 0,0073 0,0004 0,0030
мг/100 см3 8,5 24,7 9,0 64,0 .11,5 12,0 145,0
Коэффициент фильтруемости 1,4 1,6 1,5 1,2 2,0 1,8 2,5
Плотность при 20 °C, кг/м3 835 841 835 824 841 853 880
и эксплуатационных условиях на полноразмерных двигателях или агрега-
тах топливных систем. Из конструктивных факторов наибольшее влияние
оказывают расположение фильтров очистки топлива, их число, тонкость
отсева фильтрующих элементов, типы и расположение топливных насосов
и т. д.
Все применяемые методы испытаний в стендовых условиях можно раз-
делить на две группы. Первая группа предусматривает проведение испыта-
ний без циркуляции при охлаждении топлива до заданной температуры
в топливном баке без перемешивания. Эта группа методов имитирует по-
ведение топлива при пуске холодного двигателя при температуре окру-
жающего воздуха (пуск при безгаражном хранении техники).
Вторая группа методов предусматривает постепенное охлаждение топ-
лива при его циркуляционной прокачке через фильтры той или иной то-
пливной системы. Эти испытания воспроизводят условия остановки двига-
теля при эксплуатации за счет охлаждения топлива (пуск двигателя
в условиях теплого гаража с последующей эксплуатацией техники в усло-
виях низких температур окружающего воздуха).
Таким образом, конструктивные особенности и принятая методика ис-
пытаний могут повлиять на результаты оценки работоспособности топ-
лива в разных двигателях.
В качестве примера ниже приведены результаты стендовых испытаний на при-
борах и фильтрах систем топливоподачи низкого давления двух типов отече-
ственных дизелей: В-2 и ЯМЗ-740. В обоих случаях испытания проводили при цир-
куляции топлива. Для исследования были взяты 7 образцов дизельных топлив; их
характеристика приведена в табл. 10, в том числе фракция широкого состава (обра-
зец 4) и утяжеленные топлива (образцы 2, 3, 5 и 7), а также два топлива (образцы
2 и 5) с депрессорной присадкой ВЭС-238.
102
Результаты проведенных испытаний показали (табл. 11), что из всех лабора-
торных методов оценки низкотемпературных свойств температура помутнения на-
именее пригодна для прогноза температурных пределов применения дизельных то-
плив. Практически все исследованные топлива обеспечивали работоспособность
двигателя до температур намного ниже температур помутнения. При этом какой-
либо зависимости предельной температуры работоспособности двигателя на дан-
ном топливе от температуры его помутнения обнаружить не удалось. Топлива без
присадок обеспечивают работу двигателя до температур, близких к температуре их
застывания. Это обстоятельство свидетельствует о полезности данного показателя.
При введении в топлива присадки ВЖС-238 температура застывания снижается до-
вольно резко, тогда как предельная температура работоспособности двигателей
уменьшается не столь значительно.
Метод определения предельной температуры фильтруемости дает такие ре-
зультаты, которые не всегда совпадают с результатами эксплуатационных испыта-
ний. Для всех топлив предельная температура работоспособности двигателей ока-
залась ниже предельной температуры фильтруемости. Разница особенно велика для
топлива с депрессорной присадкой. Это несоответствие, очевидно, связано с разли-
чиями в допустимых перепадах давлений на фильтрах в лабораторном методе й
в топливной системе двигателя.
Близкие результаты получены при дорожных и стендовых испытаниях за рубе-
жом [81].
Анализ результатов стендовых испытаний дизельных топлив свидетельствует
о существенном влиянии конструктивных особенностей систем питания дизелей на
их работоспособность в зимних условиях. Наиболее наглядно это проявляется при
испытании топлив с депрессорной присадкой ВЭС-238, когда топливная система В-2
оказалась работоспособной при более низких температурах (на 8-25 °C), чем систе-
ма ЯМЗ-740.
Возможности использования дизельных топлив при низких температу-
рах зависят как от качеств самих топлив, так и от конструктивных особен-
ностей систем питания двигателей. Необходимо продолжить поиски новых
и совершенствование существующих лабораторных методов оценки низко-
температурных свойств дизельных топлив.
Таблица 11. Оценка низкотемпературных свойств дизельных топлив
разными методами
Дизельное топливо
Температуры, СС
помутнения застывания предельной фильтруе- мости работоспособности системы питания
В-2 ЯМЗ-740
Образец 1 -8 -16 -10 -17 -15
Образец 2 2 -6 -1 -7 -7
То же с 0,05% ВЭС 1 -18 -5 -10 -11
То же с 0,1% ВЭС 1 -28 -7 -20 -12
То же с 0,2% ВЭС 1 -37 -8 -20 —
Образец 3 -1 -9 -3 -10 — 14
Образец 4 -2 -И -5 — -15
Образец 5 6 -7 3 -5 -6
То же с 0,05% ВЭС 5 -15 0 -10 -8
То же с 0,1% ВЭС 5 -28 -3 -23 -8
То же с 0,2% ВЭС 5 -32 — 4 -27 —
Образец 6 -9 -17 -11 — -16
Образец 7 10 0 5 — -5
103
КОРРОЗИОННАЯ АКТИВНОСТЬ
Для обеспечения длительной надежной эксплуатации двигателей ди-
зельные топлива не должны химически взаимодействовать с деталями пре-
цизионной топливной аппаратуры, изготовленными из углеродистой стали
и цветных металлов. Углеводороды, составляющие основу дизельных то-
плив, практически химически инертны. Коррозионная активность ди-
зельных топлив, как впрочем, и любых нефтяных топлив, зависит от содер-
жания в них в относительно значительных количествах неуглеводородных
компонентов-кислород- и серосодержащих соединений [66].
Из кислородных соединений, содержащихся в дизельном топливе,
агрессивны нафтеновые кислоты и продукты окисления малостабильных
углеводородов, образующиеся при длительном хранении топлив. Нафте-
новые кислоты сильно корродируют цветные металлы особенно свинец
и цинк.
Коррозионная активность сернистых соединений зависит от их строе-
ния. Наиболее агрессивны сероводород, сера и меркаптаны. Сероводород
корродирует цинк, железо, медь, латунь и алюминий. Сера, если она
имеется в свободном состоянии в топливе, почти мгновенно взаимодей-
ствует с медью и ее сплавами, образуя сульфиды, вследствие чего наряду
с коррозией металла, приводящей к потере его массы, наблюдается обра-
зование отложений на металле. Коррозия металлов меркаптанами опреде-
ляется их концентрацией в топливе и строением. Ароматические меркап-
таны более коррозионно-а1рессивны, чем алифатические, при этом
бициклические меркаптаны агрессивнее моноциклических.
При сгорании дизельного топлива сернистые соединения любого строе-
ния образуют оксиды серы SO2 и SO3, которые могут вызывать коррозию
металлов при низкой и высокой температурах. Низкотемпературная кор-
розия связана с конденсацией из продуктов сгорания водяных паров на ме-
таллических поверхностях и растворением в конденсате оксидов серы
с образованием сернистой и серной кислот. Высокотемпературная корро-
зия (600-900 °C) обусловлена газовой коррозией за счет непосредственного
соединения металлов с серой.
Коррозионная активность дизельных топлив оценивается следующими
показателями:
содержанием общей серы,
содержанием меркаптановой серы,
содержанием сероводорода,
испытанием на медной пластинке,
содержанием водорастворимых кислот и щелочей,
кислотностью,
коррозионной активностью при повышенной температуре.
Содержание общей серы в дизельных топливах определяют по методу
ГОСТ 19121-73 (см. гл. 2). В зависимости от содержания общей серы со-
временные отечественные топлива для быстроходных дизелей делятся на
два вида: первый-с содержанием серы до 0,2% (масс.), второй-с содержа-
нием серы от 0,2 до 0,5% (масс.).
Содержание меркаптановой серы-обязательный показатель, опреде-
ляемый при контроле качества дизельных топлив на НПЗ потенциометри-
104
ческим методом по ГОСТ 17327 -71 (см. гл. 2). Установлено, что заметное
влияние на коррозию топливной аппаратуры оказывают меркаптаны при
их содержании в топливе выше 0,01% (масс.) [66]. Поэтому действующими
стандартами на дизельные топлива не допускается содержание в них мер-
каптановой серы более 0,01% (масс.).
Содержание сероводорода также обязательный контрольный показатель
качества топлив. Для его определения используют метод ГОСТ 17327-71,
которым предусмотрена возможность количественной оценки наличия се-
роводорода по величине начального потенциала раствора перед его титро-
ванием для определения содержания меркаптановой серы.
Для качественного определения наличия сероводорода 10 мл топлива
смешивают в делительной воронке с 10 мл 2%-ного раствора NaOH
и тщательно встряхивают. При этом сероводород в виде кислой соли би-
сульфита натрия переходит в щелочной слой. После отстоя сливают
3-5 мл водно-щелочного слоя в пробирку, подкисляют 0,5 мл концентри-
рованной соляной кислотой и нагревают при взбалтывании до 70-80 °C.
При нагревании из раствора выделяется газообразный сероводород, о чем
судят по коричневому или черному окрашиванию индикаторной свинцовой
бумаги, поднесенной к краю пробирки. Индикаторную бумагу готовят
пропиткой отрезков фильтровальной бумаги 10%-ным раствором ацетата
свинца или другими водорастворимыми солями свинца.
При обнаружении сероводорода методом ГОСТ 17327-71 или опи-
санным выше качественным методом дизельное топливо для применения
не пригодно.
Испытание на медной пластинке дизельного топлива проводят по уни-
версальному для всех моторных топлив методу ГОСТ 6321-69 (см. гл. 2).
Контроль этого показателя является обязательным при приемо-сдаточных
испытаниях. Для применения допускается топливо, выдерживающее испы-
тание на медной пластинке.
Содержание водорастворимых кислот и щелочей в дизельном топливе,
как и в других моторных топливах, определяют качественным методом по
ГОСТ 6307-75 (см. гл. 2). Определение показателя является обязательным
при контроле качества топлива на НПЗ и после его транспортирования.
Содержание водорастворимых кислот и щелочей в дизельном топливе не
допустимо.
Кислотность характеризует содержание нафтеновых кислот, перешед-
ших из нефти, и образующихся кислот в результате окисления топлива при
хранении. Влияние нафтеновых кислот на коррозионную активность ди-
зельных топлив видно из следующих данных [82]: при кислотности топ-
лива 4 мг КОН на 100 см3 производительность форсунок за один ход
плунжера после 500 ч работы двигателя уменьшилась на 1,9%, а при кис-
лотности 50 мг КОН на 100 см3-на 15,4%, соответственно средний износ
плунжерных пар составил 0,0015 и 0,0023 мм.
Кислотность дизельных топлив после длительного хранения по совет-
ским стандартам не должна превышать 6 мг КОН на 100 см3. Зарубежны-
ми спецификациями кислотность дизельных топлив либо не нормируется,
либо допускается до 0,5 мг КОН на 1 г (кислотное число) [83], что на по-
рядок выше нормы советских стандартов.
Кислотность дизельных топлив определяется методом объемного ана-
105
РИС. 46. Прибор для определения коррозионной активности
дизельных топлив при повышенной температуре:
/-пробирка; 2-топливо; 3-пластинка; ^-отверстие пластины; 5-крючок; 6-отвер-
стие шлифа холодильника; 7-шлиф; 8-холодильник.
лиза по ГОСТ 5985-79 (описанным в гл. 2) или потен-
циометрическим методом по ГОСТ 11362-76.
Коррозионная активность при повышенной темпера-
туре. Для непосредственной оценки коррозионных
свойств дизельных топлив, особенно топлив, содержа-
щих свыше 0,2% (масс.) общей серы, этот показатель
определяется по методу ГОСТ 20449-75 *. Сущность
метода заключается в воздействии дизельного топлива
на медную пластинку при температуре 170 °C и опре-
делении изменения массы медной пластинки.
Испытания проводят в приборе из термостойкого
стекла, состоящего из реакционного сосуда в форме
пробирки, шарикового или змеевикового холодильни-
ка, соединенных между собой шлифом. Шлиф холо-
дильника имеет по окружности 2-3 отверстия для под-
вешивания крючка с пластинкой (рис. 46). Испытания
проводят в три этапа, каждый по 2 ч, приливая све-
жие порции топлива.
После трех этапов испытаний пластинку снимают с крючка, промы-
вают спирто-бензольной смесью, высушивают и помещают на 10 мин
в 30%-ный раствор серной кислоты. Затем пластинку промывают водой,
сушат фильтровальной бумагой, остатки продуктов коррозии снимают
мягкой резинкой, вновь промывают спирто-бензольной смесью, сушат
и взвешивают.
Коррозионную активность топлива (Ка, г/м2) рассчитывают по форму-
ле:
т - ш,
- s
где т и т1 -массы пластинки до и после испытания, г; S-площадь поверхности
пластинки, м2.
За результат испытания принимают среднее арифметическое двух па-
раллельных определений. Допускаемые расхождения результатов парал-
лельных определений следующие: до ±0,3 г/м2 от среднего арифметиче-
ского при коррозионной активности до 2 г/м2, до ± 0,5 г/м2 при
коррозионной активности от 2 до 4 г/м2 и до +1 г/м2 при коррозионной
активности свыше 4 г/м2.
Результаты определения коррозионной активности при высокой темпе-
ратуре некоторых образцов дизельных топлив различных марок:
* Метод разработан А. А. Гуреевым, А. А. Кукушкиным и Г. Н. Герасимовой.
106
Дизельное топливо К„ г/м2 Дизельное топливо К„ г/м'
Арктическое Зимнее образец 1 2,0 Летнее сернистое 4,0
1,6 Летнее утяжеленное 3,0
образец 2 Зимнее сернистое 1,5 3,1 Газойль крекинга
Летнее образец 1 3,0 термического 1,8
образец 2 2,2 каталитического 1,0
ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА
Дизельные топлива в отличие от автомобильных и авиационных бензинов
в зависимости от технологии получения могут существенно различаться
содержанием и составом гетероорганических соединений, определяющих
защитные свойства продукта. Прямогонные дизельные топлива, особенно
топлива, полученные из малосернистых нефтей, как правило, обладают бо-
лее высокими защитными свойствами, чем гидроочищенные дизельные
топлива. Необходимость обеспечения высоких защитных свойств ди-
зельных топлив, а следовательно, и надежной оценки этих свойств, связаны
с особенностями длительного хранения техники с дизельными двигателя-
ми. В этом случае топливо, заполняющее прецизионную топливную аппа-
ратуру (насос высокого давления, насос-форсунки, форсунки и др.), должно
надежно предохранять смачиваемые детали от электрохимической корро-
зии, для развития которой имеются особенно благоприятные условия
в малых зазорах между деталями (щелевая коррозия).
Длительный опыт хранения техники на консервации свидетельствует,
что в условиях, не исключающих конденсации растворенной воды или по-
падания в топливо атмосферной влаги, как гидроочищенные, так и прямо-
гонные топлива не гарантируют 100%-ной защиты топливной аппаратуры
от коррозии и поэтому нуждаются в улучшении защитных свойств, в част-
ности, за счет введения специальных присадок [21, с. 39-41; 44]. Подбор,
разработка и улучшение антикоррозионных присадок для дизельных то-
плив также связаны с применением и совершенствованием методов оценки
их защитных свойств.
В настоящее время при квалификационных испытаниях дизельных то-
плив их защитные свойства оценивают следующими показателями:
коррозионной активностью в условиях конденсации воды,
коррозионной активностью в присутствии электролита,
коррозией металла в условиях переменного контактирования с возду-
хом, топливом и соленой водой.
Коррозионную активность в условиях конденсации воды дизельных то-
плив определяют по методу ГОСТ 18597-73 (см. гл. 2). Температурные ус-
ловия испытания дизельных топлив отличаются от условий испытаний
бензинов в связи с более высокими защитными свойствами дизельных то-
плив. В межстенное пространство прибора подают теплоноситель (масло
или силоксановую жидкость), нагретый до 120 + 0,5 °C, а в полой площадке
для пластинки циркулирует вода, подогретая до 50 + 1 °C.
107
Коррозионная активность в условиях конденсации воды для некоторых
образцов товарных топлив характеризуется следующими величинами:
Дизельное топливо К. Дизельное топливо к„
Арктическое Зимнее 5,8 Летнее
прямогонное мало- сернистое 4,1 образец 1 2,3
то же, сернистое 3,4 образец 2 5,1
гидроочищенное 7,2 Летнее сернистое 5,6
Для применения пригодно топливо, у которого этот показатель не пре-
вышает 10 г/м2.
Коррозионная активность в присутствии электролита дизельных топлив
определяются лабораторным методом С. К. Кюрегяна и К. А. Демиденко
(см. гл. 2). Этот показатель в основном характеризует эффективность ан-
тиржавейных присадок для дизельных топлив. Он позволяет также более
дифференцированно оценить защитные свойства дизельных топлив по
сравнению с методом ГОСТ 18597-73.
Некоторое представление о возможностях использования этого метода
оценки защитных свойств дизельных топлив (по потере массы пластин,
г/м2) можно получить из следующих опытных данных:
Образцы топлив и присадок
Летнее
Зимнее
То же + 0,02% присадки ХК
То же + 0,02% присадки БК
Потеря массы пластин,
г/м2
1,8
8,0
0,5
0,2
Коррозия металла в условиях переменного контактирования с воздухом,
испытуемым топливом и соленой водой. Этот показатель предназначен для
оценки защитных свойств дизельных топлив в условиях обводнения мор-
ской водой и топлив с ингибиторами коррозии и является факульта-
тивным при квалификационных испытаниях. Его определяют динамиче-
ским методом, в основу которого взята методика определения коррозий-
ности моторных масел на приборе Пинкевича (ГОСТ 5162-49).
Испытание проводят следующим образом. В стеклянные пробирки при-
бора Пинкевича (рис. 47) наливают 35 мл испытуемого топлива и 50 мл
соленой воды (17 г NaCl на 1 л) и опускают их в масляную баню, предва-
рительно нагретую до 80 °C. Металлические пластинки из стали (Ст. 3,
стали 45, стали СХЛ-4) или бронзы (БрАЖМ 10-3-1,5) размером 40 х 10 х
х 2,5 мм, обработанные шлифовальной шкуркой, промытые спирто-бен-
зольной смесью и взвешенные с точностью до 0,0002 г, закрепляют на
крючках из стальной проволоки к подвижному кольцу прибора Пинкевича.
Пускают в действие мотор и отмечают время, которое считается началом
испытания. Пластинки, совершая с помощью качающего механизма при-
бора Пинкевича возвратно-поступательные движения, находятся через
равные промежутки времени в воде, топливе или воздухе (15-16 погруже-
ний в минуту).
108
РИС. 41. Прибор Пинкевича:
2-мешалка; 2-диск; 3- направляющая труба; 4-червячный ре-
дуктор; 5-электродвигатель; 6-шатун; 7-тяга; 8-металличе-
ская пластинка; 9-стеклянная пробирка; 10-масляная ванна;
11 -электрообогрев; 12-наружный кожух.
Через 4 ч выключают мотор, сни-
мают пластинки с подвесок, промывают
их спирто-бензольной смесью, проти-
рают фильтровальной бумагой и обра-
батывают ингибированной соляной кис-
лотой (0,8-1,0 г ингибитора БА-6 или
БП-5, 55 мл концентрированной НС]
и 45 мл дистиллированной воды). Пла-
стинки из стали, ингибированные кисло-
той, обрабатывают в течение 1 мин, из
бронзы-в течение 30 с. После нейтрали-
зации 5%-ным раствором карбоната на-
трия и промывки водой пластинки су-
шат, чистят мягкой резинкой, промы-
вают спирто-бензольной смесью и взве-
шивают с точностью до 0,0002 г.
Результаты испытания-коррозию
металла (Км, г/м2)-рассчитывают по
формуле:
_ (m, -т2)-й
— с
где mi и т2- массы пластины до опыта и после опыта, г; h- постоянная трав-
ления (убыль массы пластинки за счет травления ингибированной соляной кисло-
той), г; S-площадь пластинки, м2.
Допускаемые отклонения результатов двух параллельных испытаний от
среднего арифметического следующие:
Коррозия, г/м2
До 5
5-10
Допускаемые
отклонения, г/м2
±0,5
± 1,0
Коррозия, г/м2
10-25
Более 25
Допускаемые
отклонения, г/м2
± 3,0
± 5,0
Некоторые результаты определения защитных свойств дизельных топ-
лив разных марок представлены в табл. 12.
Из приведенных данных видно, что дизельные топлива, особенно мало-
сернистые (А-0,2, 3-0,2), могут существенно различаться по защитным свой-
ствам в условиях попеременного контактирования металла с топливом, во-
дой и воздухом.
Значительная разница защитных свойств образцов 1 и 2 дизельного топлива
зимнего в соленой воде связана с различной технологией их получения. Образец 1,
выработанный прямой перегонкой из малосернистых бакинских нефтей, имеет от-
носительно высокое содержание природных кислородсодержащих соединений, про-
являющих свойства ингибиторов электрохимической коррозии. Образец 2 получен
с применением процесса гидроочистки, при котором в значительной степени уда-
109
Таблица 12. Защитные свойства дизельных топлив разных марок
на приборе Пинкевича
Марка дизельного топлива Коррозия в соленой воде, г/м2 Коррозия в пресной воде, г/м2
Ст 3 сталь 45 сталь СХЛ-4 Бронза БрАЖМ 10-3-1,5 Ст. 3 сталь 45 • сталь СХЛ-4 Бронза БрАЖМ 10-3-1,5
А-0,2 31,8 29,9 3,2 0,9 1,8 3,1 0,8
3-0,2
образец 1 4,1 1,2 7,0 2,2 0,9 1,0 2,4 1,8
образец 2 40,9 37,7 32,0 6,0 1,0 7,8 1,9
Л-0,2
образец 1 1,7 0,6 2,0 1,9 0,5 0,4 2,3 2,3
образец 2 38,4 22,2 32,4 1,2 0,8 1,4 2,6 2,1
образец 3 35,0 31,1 30,5 2,4 1,5 2,2 2,3 0,6
А-0,4 47,1 34,0 36,6 8,8 1,7 4,5 3,4 1.1
3-0,5 42,3 15,2 36,5 4,2 1,5 3,9 2,4 1,0
ляются из топлива и кислородсодержащие соединения. Этим же объясняется суще-
ственная разница в результатах оценки защитных свойств испытанных образцов
1 (прямогонного) и 2 (гидроочищенного) топлива Л.
В присутствии соленой воды защитные свойства дизельных топлив в наимень-
шей степени проявляются по отношению к стали Ст. 3, а в пресной воде по отно-
шению к стали СХЛ-4.
При квалификационных испытаниях оценка защитных свойств опытно-
го образца проводится в сравнении с товарным топливом, близким по
фракционному составу к испытуемому, которое принимается за эталон.
При подборе ингибиторов коррозии сравнивают исходное топливо и это
же топливо с различным содержанием ингибитора.
СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ
Для надежной работы дизельных двигателей применяемые топлива не
должны вызывать значительных отложений нагара, лака и осадков на де-
талях камеры сгорания и в агрегатах системы питания. Для дифференци-
рованной оценки склонности дизельных топлив к отложениям в двигателе
определяют комплексные показатели, характеризующие склонность к нага-
рообразованию, склонность к отложениям на деталях системы впрыска
топлива и термическую стабильность.
Склонность топлива к нагарообразованию оценивают единичными
показателями:
зольностью,
коксуемостью 10%-ного остатка,
испытанием на одноцилиндровой установке по методу ПЗИ.
Зольность дизельного топлива показывает содержание в нем мине-
ральных неорганических примесей, главным образом оксидов кремния, же-
леза и алюминия, а также различных неорганических солей, переходящих
в нагар и способствующих уплотнению и абразивному износу деталей ци-
линдро-поршневой группы.
110
Зольность дизельных топлив определяют по ГОСТ 1461-75. Сущность
метода заключается в сжигании испытуемого топлива и прокаливании
твердого остатка до постоянной массы. Образец топлива сжигают в тиг-
лях из прозрачного кварпевого стекла или в фарфоровых тиглях, стенки
и дно которых обкладывают беззольным бумажным фильтром.
Зольность испытуемого топлива (X, % масс.) вычисляют по формуле:
где т, т1 и т2 -массы испытуемого продукта, золы и золы двух бумажных филь-
тров (указана на упаковке фильтров) соответственно, г.
Допускаемые расхождения между результатами двух параллельных
определений при зольности до 0,01% (масс.) не превышают 0,003% (масс.).
Зольность до 0,002% (масс.) оценивается как ее отсутствие.
Пределы зольности для товарных дизельных топлив следующие
(% масс.):
Арктическое Отсутствие-0,003
Зимнее Отсутствие-0,003
Летнее Отсутствие-0,017
Коксуемость 10%-ного остатка является косвенным показателем склон-
ности топлив к нагарообразованию. Ее определяют по ГОСТ 19932-74.
Остаток получают отгонкой 90% (90 мл) топлива по методу ГОСТ
2177-66.
Остаток топлива взвешивают с точностью до 0,01 г в фарфоровом тиг-
ле, доведенном до постоянной массы. Затем фарфоровый тигель с нефте-
продуктом ставят в металлический (внутренний) тигель. Этот внутренний
тигель помещают в другой металлический (внешний) тигель, куда насыпа-
но 20 см3 песка. Оба металлических тигля, вставленные друг в друга, за-
крывают крышками и всю систему (из трех) тиглей устанавливают в ме-
таллический муфель, укрепленный на треножнике. Тигли накрывают
железным колпаком и начинают нагрев наружного тигля газовой горел-
кой. Нагревание продолжают до полного прекращения выхода пламени
и дыма из колпака прибора. После этого наружный тигель прокаливают
при красном калении еще 7 мин.
После охлаждения фарфоровый тигель помещают в эксикатор, а затем
взвешивают.
Коксуемость 10%-ного остатка топлива (X, % масс.) вычисляют по сле-
дующей формуле:
т<
Х = — 100
w2
ie иц и т2-массы кокса и 10%-ного остатка, взятого для испытания, г.
Допускаемые расхождения между параллельными определениями не
толжны превышать 10% величины меньшего результата.
Для товарных дизельных топлив коксуемость 10%-ного остатка соста-
вляет (% масс.):
Ш
Арктическое
Зимнее
Летнее
0,01-0,05
0,01-0,20
0,05-0,25
Метод ПЗИ-это прямой метод определения нагарообразующей спо-
собности топлив, предложенный для исследовательских целей его автора-
ми К. К. Папок, А. П. Зарубиным, И. Д. Иноземцевым [84]. Оценка прово-
дится по массе нагара на специальном нагарнике, помещенном в камеру
сгорания одноцилиндровой установки ИТ9-3. Нагарник изготавливается из
алюминия в виде диска диаметром 41 мм и высотой 8 мм с развитой тор-
цевой поверхностью (что создается четырьмя концентрическими выточка-
ми шириной 1,75 мм и глубиной 2,5 мм). Нагарник устанавливают на пор-
шне механизма изменения степени сжатия.
Испытание проводят при стандартном режиме работы установки ИТ9-3
и степени сжатия, равной 14 + 0,5, в течение 10 мин. После остановки дви-
гателя вынимают механизм изменения степени сжатия, снимают с него''на-
гарник, охлаждают и взвешивают. Масса нагара, образующегося на нагар-
нике, равна разности масс нагарника до и после испытаний (мг). Каждый
образец дизельного топлива испытывается 4 раза.
За окончательный результат испытания принимают среднее арифмети-
ческое четырех испытаний. Допускаемые расхождения между результатами
испытания одного топлива на одной установке не более +10% среднего
арифметического этих результатов.
Метод ПЗИ позволяет достаточно четко дифференцировать топлива по
склонности к отложениям нагара в зависимости от его фракционного со-
става и содержания нестабильных компонентов вторичного происхожде-
ния:
Топливо Масса на- Топливо Масса на-
гара, мг гара, мг
Арктическое Летнее
образеп 1 образец 2 Зимнее 27 26 сернистое утяжеленное 37 42
образец 1 33 Газойль крекинга
образец 2 Летнее 23 каталитического 60
образец 1 35 термического 85
образец 2 32
Склонность к отложениям на деталях системы впрыска топлива оцени-
вают такими показателями:
способностью топлива образовывать смолисто-лаковые отложения на
деталях форсунок;
склонностью к закоксовыванию распылителей форсунок;
содержанием в топливе смолистых соединений.
Склонность топлив к образованию смолисто-лаковых отложений на дета-
лях форсунок. Этот показатель при проведении квалификационных испыта-
ний определяют на форсуночном стенде, собранном из агрегатов топ-
ливной аппаратуры двигателя типа В-2. Гидравлическая система стенда
состоит из трех отдельных секций, позволяющих испытывать одновремен-
но три образца различных топлив.
112
Каждая секция включает: топливный бачок, топливоподкачивающую
помпу типа БНК-12ТК, фильтр тонкой очистки, одну секцию шестиплун-
жерного насоса НК-6, две топливные форсунки, две камеры распыливания
и холодильник. Форсунки устанавливают в гнезда с электрическими нагре-
вательными элементами мощностью 300 В. Для каждого испытания фор-
сунки собирают с новыми распылителями, регулируют и проверяют их на
контрольном стенде на начальное давление впрыска, равное 21 ±0,5 МПа.
В топливные бачки заливают эталонное (товарное) топливо и испытуе-
мое топливо (по 10 кг каждого образца). Включают подогреватели и при
достижении температуры распылителей 100-110 °C пускают насос высоко-
го давления форсуночного стенда. Подача топлива на одну форсунку
должна быть в пределах 0,90-0,95 кг/ч. За начало испытания принимают
момент, когда температура распылителей форсунок достигает 185 °C. Про-
должительность испытаний 15ч (два этапа по 7 ч 30 мин). Охлажденное
топливо из камер распыла возвращают в соответствующий бачок.
Оценочными показателями являются толщина смолисто-лаковых отло-
жений на игле распылителя, масса отложений на щелевых фильтрах и уси-
лие извлечения иглы из корпуса распылителя. В качестве примера приве-
дены результаты испытаний некоторых образцов товарных топлив:
Дизельное Толщина смо- Масса отложе- Усилие извле-
топливо листо-лаковых ний, мг чения иглы, кг
отложений.
3-0,2 мкм
гидроочищенное 0,4 0,3 0,2
прямогонное 0,4 0,6 0,3
то же, после 7 лет хранения 1,1 1,0 1,7
Л-0,2
образец 1, после 7 лет хранения 1,5 1,3 >15
образец 2, после 3 лет хранения 2,8 0,8 7,8
Норма на показатели, не более 3 4 15
Склонность к закоксовыванию распылителей форсунок. Этот показатель
определяют квалификационным моторным методом на двухцилиндровом
двигателе Д21А воздушного охлаждения; метод разработан во ВНИИ НП
В. М. Российским и Ф. В. Туровским.
Сущность метода заключается в проведении 6-часовых испытаний
образца топлива на режиме максимального крутящего момента, снятии
и разборке форсунок и определении коэффициента закоксовывания распы-
лителей в сборе с иглой и без иглы до и после испытаний по данным их
проливки на специальном гидростенде.
Наряду с коэффициентом закоксовывания распылителей оценочными
показателями являются относительные изменения удельного расхода топ-
лива (Ад) и дымности отработавших газов (АН) за 6-часовой опыт. Метод
является сравнительным. Оценка опытного образца проводится на основа-
нии сопоставления с аналогичными показателями стандартного дизельно-
1 о топлива, принятого за эталон.
Для проведения одного испытания требуется 27 кг опытного образца
юплива. Каждый опытный образец топлива испытывается дважды.
Коэффициент закоксовывания распылителя с запорной иглой (кр) и соп-
ловых отверстий (fcc) без иглы рассчитывается в % (отн.) по следующему
уравнению:
113
30
кр (kJ = —SPi . 100
SPo (S<=o)
где SP(.(SC())-суммарное эффективное проходное сечение распылителя (сопловых от-
верстий) перед опытом (после очистки от кокса), мм2; Sp, (SCj)-to же, после испыта-
ния, мм2.
Эффективное проходное сечение определяют по результатам проливки
распылителя с иглой и без иглы на гидравлическом стенде при давлении
топлива, равном 5 МПа.
Удельный расход топлива находят по данным измерения расхода топ-
лива и мощности, развиваемой двигателем.
Дымность отработавших газов оценивается дымомером «Хартридж».
Результаты испытаний некоторых образцов топлив дизельных топлив при-
ведены ниже (%отн.):
Топливо к. К А» АН
Л-0,5 6,0 6,3 1,4 12,0
То же + 0,06% присадки № 1 3,5 4,4 1,0 5,0
Топливо утяжеленного фракционного сос- 12,0 и,з 2,3 26,0
тава То же + 0,015% присадки № 2 3,5 3,2 1,0 5,0
Содержание фактических смол. При квалификационных испытаниях ди-
зельных топлив их определяют методом ГОСТ 1567-56 (в струе воздуха).
Содержание адсорбционных смол определяют междуведомственным
квалификационным методом. Сущность метода заключается в адсорбции
смолистых веществ из топлива активным оксидом алюминия. Испытание
проводят при комнатной температуре, пропуская 10 мл топлива через сте-
клянную колонку высотой 160 мм и диаметром 13-15 мм, заполненную
20 мл адсорбен том (размер частиц 0,25-0,40 мм). После пропускания топ-
лива колонку промывают 100 мл петролейного эфира, загем десорбируют
смолистые соединения в отдельную колбу, пропуская через колонку 100 мл
спирто-бензольной смеси (1:1). Десорбированные в растворе смолы выпа-
ривают на кипящей водяной бане и остаток взвешивают на аналитических
весах.
Термическая стабильность. Этот показатель характеризует окисляе-
мость топлива при повышенной температуре с образованием твердой
фазы и при квалификационных испытаниях является факультативным.
Оценку термической стабильности дизельного топлива проводят по
массе образующегося осадка и изменению кислотности при окислении.
Окисление топлива (70 мл) при температуре 150 °C с продувкой воздухом
в присутствии меди проводят в реакционном сосуде, представляющем со-
бой стеклянную пробирку со змеевиком снаружи и сеткой внутри для по-
дачи и барботажа воздуха через испытуемое топливо. Продолжительность
испытания 5 ч при скорости подачи воздуха 6 л/ч. Окисленное топливо
в горячем виде сливают в химический стакан и после охлаждения опреде-
ляют массу осадка и его кислотность. Оценку результатам испытания опы-
тного образца дают в сравнении с результатами испытания эталонного
(товарного) топлива.
Термическая стабильность товарных дизельных топлив:
114
Дизельное топливо Осадок, мг/100 см3 Увеличение кислотнос- ти, мг КОН/100 см3
3-0,2 23 12
3-0,5 43 16
Л-0,5 110 14
Л-0,2
образец 1 63 39
образец 2 340 41
образец 3 78 20
Наиболее низкой термической стабильностью отличаются прямо-
гонные малосернистые дизельные топлива, вырабатываемые из бакинских
нефтей. Для топлив, получаемых из западно-сибирских нефтей, при увели-
чении содержания серы термическая стабильность снижается.
ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА
Топлива в дизельных двигателях являются смазочным материалом для
движущихся деталей топливной аппаратуры, трущихся пар плунжерных
топливных насосов. В связи с этим они должны обладать хорошими про-
тивоизносными свойствами. К сожалению, противоизносные свойства ди-
зельных топлив изучены недостаточно и каких-либо специальных методов
и приборов для их оценки не разработано.
По данным некоторых опубликованных работ, оценку противоиз-
носных свойств дизельных топлив проводили в результате измерения из-
носа плунжеров полноразмерной топливной аппаратуры после проведения
длительных испытаний. Так, установлено, что при снижении содержания
серы в дизельном топливе с 1,0 до 0,03% уменьшается износ плунжеров в
2 раза, при этом особенно сильно влияют на износ меркаптаны [85]. По
аналогии с топливами для реактивных двигателей можно было полагать,
что кроме сернистых соединений на противоизносные свойства дизельных
топлив может влиять вязкость, кислотность и присутствие воды.
Для изучения влияния всех факторов на противоизносные свойства ди-
зельных топлив были проведены исследования [86] на машине трения
КНИГ А, воспроизводящей трение скольжения и дающей результаты, хоро-
шо коррелирующие с износом плунжеров топливных насосов газотур-
бинных двигателей. Противоизносные свойства оценивали по диаметру пя-
тен износа шаров (в мм), критической нагрузке (в Н) и обобщенному
показателю-критерию противоизносных свойств (в %).
На рис. 48 представлена зависимость показателей износа от вязкости
применяемого топлива. С увеличением вязкости противоизносные свойства
топлива значительно улучшаются. Товарные дизельные топлива, имеющие
вязкость в пределах, допустимых стандартами, могут различаться по про-
тивоизносным свойствам более чем в 2 раза.
Повышение кислотности дизельного топлива улучшает его противоиз-
посные свойства. Особенно это заметно при увеличении кислотности до
1,5 мг КОН/100 см3. Улучшение противоизносных свойств при действии
органических кислот подтверждено также испытанием топлива до и после
защелачивания. Кислотность такого топлива с 4,56 мг КОН/100 см3
уменьшилась при обработке 2%-ным раствором щелочи до 0,5 мг
К.ОН/100 см3, а противоизносные свойства ухудшились (износ-с 0,9 до
115
1,1 мм, критическая нагрузка с 60 до 45 Н и критерий противоизносных
свойств с 355 до 228%).
С увеличением содержания сернистых соединений в дизельных топли-
вах их противоизносные свойства (табл. 13) ухудшаются. При этом крити-
ческая нагрузка остается постоянной, а диаметр пятна износа увеличивает-
ся. Присутствие меркаптанов даже в концентрации 0,003% (масс.) ухудшает
противоизносные свойства.
В процессе гидроочистки удаляются поверхностно-активные гетероор-
ганические соединения, но противоизносные свойства дизельных топлив,
в отличие от реактивных, при этом ухудшаются незначительно. Это объяс-
няется, по-видимому, большей вязкостью дизельных топлив и высоким со-
держанием в них смолистых веществ даже после гидроочистки (содержа-
ние адсорбционных смол не падает ниже 400 мг/100 см3).
Таблица 13. Влияние сернистых соединений на противоизносные свойства
дизельных топлив
Показатель качества
Номер образца
1 2 3 4
Содержание серы, % (масс.)
общей 0,14 0,15 0,88 1,50
меркаптановой 0,0004 0,0033 0,0086 0,0100
Вязкость при 20 °C, см2/с 5,21 5,26 5,33 5,48
Кислотность, мг КОН/100 см3 1,4 1,4 1,6 1,6
Противоизносные свойства
ИЗНОС, мм 0,75 1,05 1,11 1,29
критическая нагрузка, Н 550 550 550 550
критерий противоизносных
свойств, % 400 298 240 239
116
При введении в топливо в различном соотношении воды (эмульсия со-
здавалась с помощью ультразвука) почти линейно уменьшается критерий
противоизносных свойств. Так, при введении в топливо 1,0% воды крите-
рий противоизносных свойств уменьшался в 3 раза.
В литературе опубликованы [87] результаты исследования противоиз-
носных свойств дизельных топлив производства заводов ГДР на специаль-
ном форсуночном стенде с циркуляцией. Кроме дизельных топлив испыты-
вались гексадекан, декалин и топливо ТС-1. Авторами не отмечено
какой-либо строгой связи между износом и вязкостью испытуемых топлив,
однако обнаружена очень четкая зависимость износа от содержания в то-
пливе меркаптановой серы.
Все представленные результаты свидетельствуют о том, что противоиз-
носные свойства дизельных топлив зависят от ряда физико-химических
свойств и могут изменяться в 2-3 раза для топлив, отвечающих всем тре-
бованиям стандарта. Столь существенные различия между топливами дик-
туют настоятельную необходимость изучения механизма противоизносно-
го действия дизельных топлив и разработки мер по контролю этого
важного эксплуатационного показателя.
СТАБИЛЬНОСТЬ
Современные товарные дизельные топлива представляют собой средне-ди-
стиллятные нефтяные фракции с высокой физической ст абильностью. Тем-
пература начала кипения товарных дизельных топлив обычно лежит
в пределах 18О-2ООСС и давление насыщенных паров при обычных темпе-
ратурах не превышает 1 кПа (1 Па = 7,5024-10~3 мм рт.ст.). В связи
с этим потери дизельных топлив от больших и малых дыханий резервуа-
ров невелики и составляют порядка 1,5 кг в год с 1 м3 паровоздушного
пространства.
При смешении дизельных топлив различного происхождения отмечены
случаи выпадения смолистого осадка. Это явление можно предположи-
тельно объяснить изменением растворяющей способности углеводородной
среды, изменением структуры сольватных оболочек высокомолекулярных
соединений и рядом других причин. Однако каких-либо методов оценки
этого явления не разработано.
Химическая стабильность товарных отечественных дизельных топлив
довольно высокая. Как правило, они могут храниться с незначительным
изменением качества в течение 3-5 лет. Большую часть дизельных топлив
у нас в стране получают прямой перегонкой нефти с последующей гидроо-
чисткой. Лишь на некоторых заводах в товарное топливо вовлекают не-
большое количество каталитического газойля, который также, как прави-
ло, подвергается гидроочистке.
При хранении дизельные топлива окисляются кислородом воздуха
и цвет топлива изменяется-оно темнеет, повышается кислотность и увели-
чивается содержание фактических смол. С течением времени глубина окис-
ления возрастает, первоначальные продукты окисления уплотняются и мо-
гут выпадать из топлив в виде вязких смолистых отложений и твердых
осадков. В результате длительного хранения недостаточно стабильных ди-
зельных топлив на дне резервуара и топливных баков, в складских трубо-
117
проводах, в топливной системе двигателя могут образовываться осадки.
Такие осадки содержат обычно не только смолистые вещества, но и по-
чвенную пыль, воду и продукты коррозии металлов.
Для оценки химической стабильности дизельных топлив разработан
специальный квалификационный метод, аналогичный методу, применяемо-
му в США. В основу метода положен принцип моделирования хранения
в лабораторных условиях при повышенной температуре в присутствии
медных пластинок.
Топливо (400 мл) заливают в бутылки емкостью 0,5 л из темного сте-
кла, которые помещают в сушильный шкаф и выдерживают при темпера-
туре 100 + 3 °C два этапа по 8 ч каждый. Стабильность топлива оценивают
по изменению оптической плотности топлива, кислотности, содержанию
фактических смол и осадка. Оптическую плотность топлива до и после
окисления определяют с помощью фотоэлектроколориметра ФЭК-М или
ФЭК-56. Осадок в топливе определяют путем взвешивания и доведения до
постоянной массы бумажного фильтра («синяя лента»). Кислотность и со-
держание фактических смол определяют стандартными методами.
В табл. 14 представлены данные по изменению качества дизельных то-
плив при их хранении в резервуарах и после окисления выбранным мето-
дом, с медной пластинкой и без нее. Полученные результаты подтвер-
ждают пригодность метода для оценки химической стабильности ди-
зельных топлив в условиях хранения. Обращает на себя внимание разная
чувствительность топлив к каталитическому воздействию меди. В неко-
торых топливах медная пластинка влияет, главным образрм, на оптиче-
скую плотность, в других-на кислотность или содержание смол и осадка.
Необходимы дальнейшие работы по накоплению сравнительных данных
по оценке стабильности топлив в условиях хранения и лабораторным ме-
тодом, что позволит уточнить нормы по оценочным показателям лабора-
торного метода.
Из данных таблицы видно, что показатели качества топлив после хра-
нения в течение 2 лет изменились в меньшей степени, чем при искусствен-
ном окислении. Это указывает на возможность применения лабораторного
метода для оценки стабильности топлив при хранении.
Дизельные топлива в присутствии воды способны поражаться плес-
невыми грибками и бактериями. Для оценки биостойкости дизельных то-
плив могут быть использованы методы, разработанные для реактивных
топлив. Для придания биостойкости дизельным топливам можно приме-
нять биоцидные присадки, разработанные для реактивных топлив.
При рассмотрении вопросов безопасности обращения с дизельными то-
пливами следует обратить внимание на температуру вспышки этих топлив.
Для дизельных топлив регламентируют температуру вспышки в закрытом
тигле, определяемую в соответствии с ГОСТ 6356-75. Для всех марок то-
плив эта температура не должна быть ниже 30-35°C; для дизельных то-
плив, предназначенных к применению на кораблях, температура вспышки
не должна быть ниже 61 °C. При попадании в дизельные топлива даже не-
больших количеств бензина температура вспышки резко снижается. Топ-
лива широкого фракционного состава имеют температуру вспышки в за-
крытом тигле примерно такую же, как и бензины, т. е. отрицательные
температуры.
118
Таблица 14. Изменение показателей, характеризующих стабильность
дизельных топлив после лабораторного хранения в термостате
и длительного хранения в резервуарах
Вариант хранения Срок хранения, Оптическая Содержание Кислотность, Осадок,
годы плотность фактических мг КОН/100см3 мг 100см3
смол, мг/100см3
Дизельное зимнее
В резервуаре Исходное 0,17 21 3,58
1 0,20 30 3,92
2 0,21 39 3,97
В термостате
без меди 0,22 51 4,45 0,90
с медью 0,27 58 5.55 1.60
Дизельное зимнее гидроочищенное
В резервуаре Исходное 0,04 5 0,21
1 0,05 5 0,21
2 0.05 9 0,25
В термостате
без меди 0,07 11 0,38 0,52
с медью — 0,08 15 0,71 0,40
Дизельное летнее гидроочищенное
В резервуаре Исходное 0,02 10 0,21 —
1 0,02 9 0,76 —
2 0,02 10 1,15
В термостате
без меди — 0,21 11 1Д9 0,32
с медью - 0,29 11 1,41 0,50
Дизельное летнее прямогонное
В резервуаре Исходное 0,09 10 . 2,17 —
1 0,12 14 2,20
В термостате
без меди 0,15 24 2,50 Отсутствие
с медью 0,28 33 2,50 0.50
Дизельное летнее прямогонное*
В резервуаре Исходное 0,18 64 4,76
1 0,24 73 7,46
В термостате
без меди 0,29 87 8,38 2,30
с медью 0,35 88 8,65 1,80
* Из бакинских нефтей.
Высокая температура вспышки дизельных топлив придает им высокую
безопасность в пожарном отношении. Это свойство во многих случаях
предотвращает взрывы и загорания при разряде статического электриче-
ства. Склонность дизельных топлив к электризации примерно такая же,
как у реактивных топлив, однако скорость релаксации зарядов статическо-
го электричества в дизельных топливах выше. Тем не менее, вопросы
борьбы с электризацией дизельных топлив имеют актуальное значение
в некоторых условиях эксплуатации техники.
119
В действующий комплекс методов квалификационных испытаний, кро-
ме методов оценки показателей технических требований ГОСТ 305-82,
включено 4 стандартизованных и 8 междуведомственных методов. Для ис-
пытаний по всем методам комплекса необходимо 400 л образца опытного
топлива. Утвержденные нормы на показатели квалификационных методов
испытания топлив для быстроходных дизелей приведены ниже:
Содержание механических примесей (ГОСТ 10577- <0,001
78), % (масс.)
Содержание смол, мг/100 см3
фактических (ГОСТ 1567-56) <160
адсорбционных (по междуведомственному ме- <3000
тоду)
Коррозионная активность (ГОСТ 18597-73), г/м2 <10,0
Стабильность в условиях длительного хранения
(по междуведомственному методу)
осадок, мг/100 см3 <5,0
фактические смолы, мг/100 см3 <60
кислотность, мг КОН/100 см3 <6,0
Предельная температура фильтруемости
(ГОСТ 22254-76) для топлив с температурой зас-
тывания, "С
не выше — 35°С < — 20
не выше — 45° С < — 30
Описанные в данной главе методы используются также для оценки экс-
плуатационных свойств моторных топлив для мало- и среднеоборотных
дизелей. Ввиду относительно невысоких требований к качеству таких то-
плив их испытания ограничиваются определением показателей технических
условий и стандартов на топлива. Поэтому пока нет необходимости в со-
здании специальных методов в дополнение к методам, входящим в стан-
дарт на моторные топлива. При существенном изменении сырья, напри-
мер, при использовании продуктов переработки угля и сланцев, или
технологии получения для оценки отдельных свойств моторных топлив (в
частности, воспламеняемости, прокачиваемости, коррозионной активности,
защитных свойств и др.) могут быть использованы методы, входящие
в комплекс квалификационных испытаний топлив для быстроходных дизе-
лей или топлив для судовых газотурбинных двигателей (см. гл. 6).
* *
*
Развитие комплекса методов квалификационных испытаний дизельных
топлив в основном направлено на создание модельных методов, характе-
ризующих влияние топлива на надежность и долговечность работы то-
пливной аппаратуры, на разработку квалификационных лабораторных ме-
тодов оценки воспламеняемости, на совершенствование методов оценки
прокачиваемости при положительных и отрицательных температурах. Тре-
буется также повышение надежности существующих методов оценки ста-
бильности и склонности топлив к нагарообразованию. Актуально создание
методов оценки токсичности и агрессивности продуктов сгорания ди-
зельных топлив. Важное значение для проверки квалификационных мето-
дов имеет систематическое накопление данных по корреляции между уров-
нем оценочных показателей комплекса методов и фактическими эксплуата-
ционными свойствами топлив.
120
Глава 5
КОМПЛЕКС КВАЛИФИКАЦИОННЫХ
МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ топлив для
АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
Подавляющее большинство современных самолетов и вертолетов оснаще-
но газотурбинными двигателями. Они независимо от используемого прин-
ципа тяги (за счет работы воздушного винта или истечения газов из сопла)
работают на топливах для реактивных двигателей. Реактивные топлива
представляют собой дистиллятные фракции нефти, выкипающие с учетом
топлив различных марок в пределах 60-320 °C. Характерной особенностью
применения топлив на авиационной технике являются повышенные требо-
вания к безотказности ее работы. В связи с этим реактивные топлива под-
вергают более тщательному контролю по технологии производства и ка-
честву при выработке, транспортировании, хранении и применении.
Именно для реактивных топлив впервые был разработан в 1968 г. и ус-
пешно применен комплекс квалификационных методов испытаний. Приме-
нение его в те годы позволило сократить время испытаний новых образ-
цов топлив с 3-4 лет до 3-4 недель и сэкономить в среднем около
500 тыс. рублей на каждом испытании. Учитывая, что совершенствование
авиационных двигателей связано с их дальнейшим усложнением, а следо-
вательно, и удорожанием, в настоящее время экономический эффект от ис-
пользования комплекса методов, очевидно, составляет еще большую
сумму.
Комплекс квалификационных методов испытаний топлив для авиа-
ционных газотурбинных двигателей (ГТД) используют наиболее часто.
Ежегодно по нему испытывают свыше десятка образцов реактивных топ-
лив, что дает экономию, исчисляемую миллионами рублей.
В процессе применения за последние годы указанный комплекс суще-
ственно развит. В результате - это наиболее полный по оценке эксплуата-
ционных свойств топлив комплекс методов, которым предусмотрено опре-
деление всех (за исключением токсичности) эксплуатационных свойств
реактивных топлив, в том числе испаряемости, воспламеняемости и горю-
чести, склонности к образованию отложений, совместимости с материала-
ми, прокачиваемости, противоизносных и защитных свойств, электризуе-
мости и стабильности при хранении.
ИСПАРЯЕМОСТЬ
Авиационные ГТД могут работать на топливах, имеющих испаряемость
в очень широком диапазоне. Испаряемость непосредственно характеризует
(при прочих равных условиях) скорость образования горючей смеси паров
топлива и воздуха и таким образом влияет на полноту сгорания и свя-
занные с этим особенности работы ГТД (легкость запуска, нагарообразо-
вание, дымление, теплонапряженность отдельных участков камер сгора-
ния). Кроме того, от испаряемости топлива зависит парциальное давление
121
Таблица 15 Фракционный состав современных реактивных топлив
Числитель-норма по стандарту, знаменатель-интервал фактических значений
Марка топлива Температура, °C
н. к. 10% 50% 90% 98%
Т-2 >60 «145 «195 «250 «280
69-101 95-135 155-187 222-248 239-278
ТС-1 «150 «165 «195 «230 «250
132-148 145-165 152-185 201-222 215-245
Т-1 «150 «175 «225 «270 «280
132-150 150 163 178-193 223-234 242-255
РТ >135 «175 «225 «270 «280
141-147 154-159 173-182 201-221 218-240
Т-8 >165 — — — «280
164-172 170-177 188-190 213-225 226-240
Т-6 «195 «225 «255 «290 «315
195-200 212-220 242-248 280-290 304-314
его паров в надтопливном пространстве баков летательных аппаратов, ко-
торое обусловливает потери топлива в полете и избыточное давление в ба-
ках, необходимое для обеспечения бескавитационной работы топливных
насосов. Уменьшение испаряемости топлива затрудняет организацию его
полного сгорания в ГТД, но облегчает бескавитационную работу топ-
ливных насосов и снижает потери от испарения.
Испаряемость реактивных топлив оценивают такими показателями:
фракционным составом,
давлением насыщенных паров.
Фракционный состав реактивных топлив определяют по ГОСТ 2177-82.
Испытание проводят в основном так же, как и для бензинов. Отличием
является интенсивность нагрева колбы с пробой до падения первой капли
конденсата в приемник. Время нагрева образцов реактивных топлив долж-
но составлять 10-15 мин. Кроме того, в отличие от бензинов контроли-
руемыми показателями фракционного состава реактивных топлив является
температура начала перегонки, а также перегонки 10, 50, 90 и 98% фракции.
Фракционный состав современных реактивных топлив характеризуется
данными, приведенными в табл. 15.
Давление насыщенных паров реактивных топлив по комплексу методов
определяют двумя разными методами в зависимости от фракционного со-
става топлив. Для топлив типа Т-2, содержащих преимущественно бензи-
новые фракции, давление насыщенных паров определяют по ГОСТ
1756-52 при температуре 38 °C в приборе типа бомбы Рейда (как для бен-
зинов, см. гл. 2). Давление насыщенных паров реактивных топлив по ука-
занному методу составляет:
Марка топлива Давление насыщенных паров
мм рт. ст. кПа
Т-2 60-100 7,9-13,3
ТС-1 20-30 2,6-3,9
Т-1 20-30 2,6-3,9
РТ 20-33 2,6-4,5
122
Для топлив, не содержащих бензиновые фракции, указанный метод не-
достаточно чувствителен для практических целей и не в полной мере отра-
жает температурные условия их применения. Поэтому такие топлива испы-
тывают по методу, позволяющему оценить давление насыщенных паров
при более высоких температурах.
Определение проводят на сильфонном приборе, разработанном
А. А. Соловьевым и Б. А. Маловым, предназначенном для определения да-
вления насыщенных паров реактивных топлив при температурах от 20 до
200 °C и атмосферном давлении [88]. Сущность метода заключается в сле-
дующем. Испытуемый образец топлива, помещенный в рабочую полость
герметической ячейки, нагревают, и при нагревании топлива в результате
повышения давления его насыщенных паров происходит сжатие сильфона.
Повышение давления в рабочей полости ячейки через сильфон и дегазиро-
ванное вакуумное масло, полностью заполняющее измерительную полость
ячейки, воспринимается измерительным прибором - вакуумметром.
Схема прибора показана на рис. 49. Прибор состоит из следующих ос-
новных частей: корпуса ячейки 3, крышки ячейки 10 с сильфоном 6 и огра-
ничителем его перемещения 5, дозатора 7, термометра 4, вакуумметра 2,
а также вентилей 1. Корпус ячейки-это толстостенный латунный цилинд-
рический сосуд, который герметично с помощью болтов и прокладки со-
единяется с крышкой 10. Для создания необходимой температуры служит
электронагреватель, расположенный на корпусе ячейки.
Для охлаждения в корпусе ячейки выполнены каналы, в которые по-
дается хладагент-воздух или вода. С целью уменьшения теплоотдачи
ячейки и поддержания стабильного температурного режима в ее зоне пред-
усмотрены специальные крепежные шпильки и разрезная латунная шайба
11. При этом неоднородность температуры на рабочем участке ячейки
составляет не более 0,5 °C при температуре опыта 200 °C.
Дозатор 7 и система кранов служат для заполнения ячейки иссле-
дуемым топливом и удаления его после опыта. Дозатор представляет со-
бой стеклянный сосуд со шкалой. Перед испытанием измерительную ячей-
ку и дозатор промывают испытуемым топливом.
При проведении испытания из ячейки с помощью вакуум-насоса уда-
ляют воздух. Заполняют дозатор испытуемым топливом и вводят его
в ячейку в количестве а 30 мл, обеспечивающем соотношение объемов па-
РИС. 49. Прибор для измерения да-
вления насыщенных паров жидко-
сти:
1-вентили; 2-вакуумметр; 3-корпус; 4-термо-
метр; 5-ограничитель; 6 сильфон; 7-дозатор;
8-охлаждающий канал; 9-электронагреватель;
10-крышка; 1 /-разрезная шайба.
123
рогазовой фазы к жидкой, равное 44. Включают нагреватель и с помощью
регулятора напряжения обеспечивают нагрев и выдержку заданной темпе-
ратуры топлива, при которой фиксируют показания вакуумметра 2.
Для повышения точности измерений давления насыщенных паров про-
водят опыт по определению давления воздуха, выделившегося из топлива
при испытании. Для этого плавно заполняют ячейку топливом из дозато-
ра, тем самым сжимая паровоздушную смесь, находящуюся в ячейке, до
атмосферного давления. По разности уровней жидкости в дозаторе опре-
деляют объем, занимаемый паровоздушной смесью в ячейке при атмос-
ферном давлении.
Давление насыщенных паров (Рнас, мм рт. ст.) рассчитывают по форму-
ле:
t + 273
Рнас = а [Pfl — Pt — Р (f — to)] — 22 —
tg Г / 3
где а и р-постоянные приборы, указанные в паспортных данных; Ро, Pt-показания
вакууммированного прибора и прибора при температуре опыта (в делениях шкалы
образцового вакуумметра); t0, t-температура в момент заполнения прибора и тем-
пература опыта, °C.
Допускаемые отклонения результатов параллельных определений по
этому методу не должны превышать + 5 мм рт.ст. ( + 6,5-102 Па).
Давление насыщенных паров при 150 °C составляет:
Марка топлива Давление, мм рт. ст. Давление, кПа
ТС-1, РТ 1028-1050 137-140
Т-8 285-300 38-40
Т-6 «150 «20
ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ГОРЮЧЕСТЬ
Воспламенение подготовленной к сгоранию топливо-воздушной смеси
в камере сгорания ГТД перед началом его работы происходит от электри-
ческой искры или от специальных воспламенителей. При работе двигателя
непрерывно поступающая смесь воспламеняется от образовавшегося факе-
ла.
В связи с указанными особенностями работы ГТД воспламеняемость
топлива в основном влияет на легкость запуска двигателя и форму факела
пламени горящего топлива, определяющего геометрию температурного
поля внутри камеры сгорания, а следовательно, теплонапряженность от-
дельных ее частей. Кроме того, воспламеняемость характеризует огнеопас-
ность топлива при нахождении его в топливных системах летательных ап-
паратов и при обращении с ним в процессе производства, хранения,
транспортирования и заправки.
Воспламеняемость топлив обычно характеризуется концентрационными
и температурными пределами воспламенения, температурами вспышки,
воспламенения и самовоспламенения, а также в отдельных случаях взры-
ваемостью. В комплексе квалификационных методов испытаний реак-
тивных топлив предусмотрено оценивать воспламеняемость температурой
вспышки.
124
Температура вспышки реактивных топлив-минимальная температура
жидкого топлива, при которой его пары образуют смесь с воздухом, спо-
собную загораться при поднесении пламени. Ее определяют по ГОСТ
6356-75 в закрытом тигле - специальном приборе (ГОСТ 1421-79), показан-
ном на рис. 36 (см. гл. 4). Определение ведут в основном так же, как и для
дизельных топлив (см. гл. 4). Отличие заключается лишь в режиме нагре-
ва. Скорость нагрева топлива в приборе регулируют, причем вначале она
составляет 5-8°С/мин, а за 30 °C до ожидаемой температуры вспыш-
ки-2 °С/мин. Допускаемые расхождения между параллельными определе-
ниями составляют 1°С при температуре вспышки до 50 °C и 2 °C-при бо-
лее высокой. Температура вспышки реактивных топлив приведена ниже.
Марка Температура вспышки, °C
топлива норма фактическая
Т-2
ТС-1
Т-1
-30—-40
28-38
30-40
Марка
топлива
РТ
Т-8
Т-6
Температура вспышки, С
норма фактическая
>28
>40
30-44
47-53
>60
Эксплуатационное свойство реактивного топлива, определяемое непос-
редственно процессом сгорания его в ГТД, проявляется по разным направ-
лениям. Во-первых, как и для других топлив, оно характеризуется количе-
ством тепла, выделяющегося при сгорании, во-вторых, склонностью
к неполному сгоранию, и, в-третьих, тепловой радиацией пламени. От теп-
лосодержания топлива непосредственно зависит такая важная характери-
стика летательного аппарата, как дальность полета.
Неполное сгорание топлива, имеющее место в авиационных ГТД, как
правило, незначительно влияет на количество выделяющейся энергии, од-
нако приводит к нежелательным явлениям, связанным с образованием на-
гара в камере сгорания и дымностью о работавших газов. Нагарообразо
вание в ГТД это потеря его мощности, забивка форсунок, коробление
и выход из строя камер сгорания, разрушение рабочих лопаток газовых
турбин и направляющего аппарата и ряд других отрицательных послед-
ствий. Дымность отработавших газов вызывает загрязнение окружающей
среды, а повышенная тепловая радиация пламени приводит к местным
перегревам камер сгорания ГТД с последующим их короблением и даже
растрескиванием.
В комплексе квалификационных методов горючесть принято оценивать
следующими показателями:
удельной теплотой сгорания,
плотностью топлива,
высотой некоптящего пламени,
люминометрическим числом,
содержанием ароматических углеводородов (общее и отдельно бицик-
лические),
массой нагара,
полнотой сгорания топлива в модельной камере сгорания.
Удельная теплота сгорания и плотность реактивных топлив определяют-
ся соответственно по ГОСТ 21261-75 и ГОСТ 3900-47 (см. гл. 2). Значение
этих показателей для реактивных топлив приведены ниже (числитель-нор-
ма по стандарту, знаменатель-интервал фактических значений):
125
Марка топлиаа Т-2 Удельная теплота сгорания, МДж/кг >43,40 Плотность. кг/ьг >755
ТС-1 42,9-42,93 > 43,05 768-780 >775
Т-1 43,05-43,50 > 43,05 776-786 >800
РТ 43,05-43,40 >43,4 803-828 > 775
Т-8 43,5-43,6 > 43,40 775-786 >785
Т-6 43,33-43,50 42,914 787-789 >840
* 42,91-43,13 840-843
Высоту некотящего пламени определяют по ГОСТ 4338-74. Сущность
метода заключается в сжигании навески испытуемого топлива в специаль-
ном приборе-фитильной лампе ЛВП (рис. 50) с хлопчатобумажным фити-
лем и измерении максимальной высоты некоптящего пламени.
Образец топлива (10-20 мл) сжигают в указанном приборе и, постепен-
но увеличивая пламя поднятием фитиля, фиксируют момент появления
дыма. Затем уменьшают пламя до исчезновения дыма и в этот момент из-
меряют по шкале высоту пламени.
Качество реактивных топлив по указанному показателю обычно нахо-
дится в следующих пределах:
Марка топлива Высота некоптящего пламени, мм
норма фактическая
Т-2 >25 27-29
ТС-1 >25 25-31
Т-1 >20 20-25
Марка топлива Высота некоптящего пламени, мм
норма фактическая
РТ >25 25-30
Т-8 >24 24-26
Т-6 >20 20-22
Люминометрическое число определяют по ГОСТ 17750-72. Оно характе-
ризует интенсивность теплового излучения пламени при сгорании топли-
ва -радиацию пламени. Его устанавливают по температурам газов в каме-
ре сгорания специального прибора ПЛ ЧТ-69 при сжигании опытного
и эталонных образцов топлив (тетралина и изооктана) при одинаковом
уровне монохроматического излучения пламени этих топлив в зелено-жел-
той полосе видимого спектра. Температура газов над пламенем опытного
и эталонных топлив определяется при интенсивности свечения их пламени,
равной интенсивности свечения пламени тетралина в точке дымления. Ука-
занным методом может быть найдена также максимальная высота некоп-
тящего пламени реактивных топлив.
Прибор ПЛЧТ-69 (рис. 51)-люминометр, состоящий из оптической си-
стемы измерения высоты некоптящего пламени, системы для оценки ярко-
сти пламени, системы термопар, усовершенствованной стандартной фи-
тильной лампы, оборудованной полуавтоматическим поджогом фитиля
и механизмом вертикального перемещения горелки, электронного самопи-
126
РИС. 50. Лампа фитильная ЛВП:
I вытяжная труба; 2-футляр; 3-направляющая фитиля; 4-камера; 5-втулка
для резервуара; 6-резервуар с горелкой.
шущего потенциометра, стабилизатора напряжения
и комплекта горелок для Топлива.
В горелки наливают по 10 мл эталонных и ис-
пытуемого топлив и с помощью запала поджигают
фитиль. После установления постоянной силы тока
по индикатору, соответствующей эталонной ярко-
сти пламени, определяют характеристику теплового
излучения пламени тетралина, изооктана и испы-
туемого топлива.
Люминометрическое число (ЛЧ) испытуемого
топлива вычисляют по следующей формуле:
ЛЧ=—-100
AtH3 Агтр
где AtT- разность между температурой газов над пламе-
нем испытуемого топлива и температурой воздуха, посту-
пающего к горелке, °C; Аг1р, Агиз-то же для тетралина
и изооктана, °C.
Допускаемые расхождения между параллельными определениями лю-
минометрического числа топлива не должны превышать + 1 (на практике
многие приборы дают большую погрешность, величина -которой зависит
от настройки прибора).
Значения люминометрического числа для реактивных топлив приве-
дены ниже:
Марка Люминометрическое число
топлива
норма
фактическое
Т-2
ТС-1
Т-1
63-70
56-69
51-56
Марка
топлива
РТ
Т-8
Т-6
Люминометрическое число
норма
>60
>45
фактическое
61-62
50-57
46-50
Содержание ароматических углеводородов в реактивных топливах опре-
деляют по ГОСТ 6994-74 (см. гл. 2). Для реактивных топлив различных
марок содержание ароматических углеводородов приведено ниже:
Марка Содержание ароматических угле-
топлива водородов, % (масс.)
норма фактическое
Т-2 <22 11-22
ТС-1 <22 10-22
Т-1 <20 10-20
Марка Содержание ароматических у
топлива водородов, % (масс.)
норма фактическое
РТ <22 12-22
Т-8 <20 15,5-19
Т-6 < 16 3-7
Содержание бициклических (нафталиновых) ароматических углеводоро-
дов определяют по ГОСТ 17749-72. Метод основан на различной интен-
сивности светопоглощеиия ароматическими углеводородами в ультрафио-
летовой области с длиной волны 285 нм: интенсивность поглощения
127
РИС. 51. Схема прибора ПЛЧТ-69:
1 -механизм вертикального перемещения горелки; 2-направляющая фитиля; 3-камера лампы; 4-электрозапал;
5-источник света системы дымления; 6-регулировочные винты; 7-нуль-индикатор системы дымления; 8-дымо-
уловитель; 9-термоуловнтель; /0 поворотный сектор; 11 -нуль-индикатор системы яркости; /2-индикатор
тока эталонного источника яркости; 13-источник света системы яркости; 14-термопара; 15-горелка.
бициклических в десять раз выше моноциклических ароматических углево-
дородов, а насыщенные углеводороды вообще не поглощают света в этой
области спектра. Метод предназначен для определения суммарного содер-
жания бициклических ароматических углеводородов в топливах, выкипаю-
щих до 315 °C.
Он заключается в измерении с помощью спектрофотометра (СФ-4 или
СФ-4а) светопоглощения топливом при указанной выше длине волны (в
качестве эталона применяется изооктан) и вычислении содержания бици-
клических ароматических углеводородов по среднему значению коэффи-
циентов поглощения индивидуальных углеводородов. Измерение проводят
в кварцевых кюветах, толщина слоя топлива 10 мм при ширине щели не
более 0,3 мм. При оптической плотности топлива более 0,8 его разбавляют
изооктаном до оптической плотности 0,2-0,8. На одно испытание требует-
ся около 50 мл топлива.
Содержание бициклических ароматических углеводородов в топливе (X,
% масс.) вьиисляют по следующей формуле:
где D и D1 -оптические плотности испытуемого топлива и эталонного изооктана
соответственно; 33,9-среднее значение коэффициента поглощения бициклических
128
ароматических углеводородов в топливе, выкипающем до 315 °C (для топлива с к. к.
до 250 °C оно составляет 28,7); С-концентрация топлива в испытуемом растворе,
г/л (для чистого топлива она соответствует массе 1 л его в г).
Содержание бициклических ароматических углеводородов в реактивных
топливах составляет:
Марка топлива Содержание бициклических ароматиче- ских углеводородов, % (масс.) Марка топлива Содержание бициклических ароматиче- ских углеводородов, % (масс.)
норма фактическое норма фактическое
Т-2 <1,0 0,5-1,0 РТ < 1,5 0,2-0,6
ТС-1 < 1,5 0,1-1,0 Т-8 — 0,5-0,6
Т-1 <2,5 1,4-2,5 Т-6 <1,0 0,03-0,5
Оценка характеристик сгорания топлив может быть проведена на уста-
новке ВНИИ НП с модельной камерой сгорания или на установке У-314М
также с модельной камерой сгорания.
Определение характеристик сгорания топлива на установке ВНИИ НП
с модельной камерой сгорания проводится по модифицированной методи-
ке, описанной в работе [89]. При испытании на полноту сгорания оцени-
вают пределы устойчивого горения и склонность топлив к нагарообразо-
ванию. На одно испытание требуется 50 л топлива.
Малоразмерная модельная камера сгорания выполнена по типу камеры
сгорания турбореактивного двигателя ВК-1. Жаровая труба камеры сгора-
ния разборная, что обеспечивает хорошую очистку трубы от нагара. Перед
испытанием особое внимание обращают на работу форсунки: она должна
обеспечить мелкий равномерный распыл топлива без «струйности». Угол
распыла должен быть в пределах 45-60°. Установку считают пригодной
к работе, если характеристики, снятые на контрольном топливе ТС-1, от-
личаются от ранее полученных на этом топливе не более допускаемых от-
клонений, указанных ниже:
по коэффициенту полноты сгорания ц (при составе смеси в пределах
коэффициента избытка воздуха а = 3-5) не более + 0,01;
по а при максимальном обогащении рабочей смеси не более + 0,2, при
максимальном обеднении рабочей смеси не более + 0,5.
Полнота сгорания топлив. Проведение испытаний по оценке этого пока-
зателя заключается в снятии характеристик, выражающих зависимость из-
менения г] от изменения а.
Запуск установки производится при расходе воздуха через камеру сго-
рания, равном GB = 0,1 кг/с, и температуре воздуха tB = 60 °C. При снятии
характеристики полноты сгорания эти параметры равны: GB = 0,25 кг/с и
tB = 60 °C. Изменяя расход топлива, устанавливают последовательно ре-
жим с температурой в мерном участке, равной 200, 300, 400, 500, 600
и 700 °C. На каждом режиме работают не менее 3 мин, после чего записы-
вают измеряемые параметры. Рассчитывают т] и а по тепловому балансу
и газовому анализу и по полученным данным строят график зависимости
изменения т] от а. Допускаемые расхождения между двумя параллельными
определениями не должны превышать 0,02.
Пределы устойчивого горения. Состав смеси, соответствующий появле-
нию пламени на выходе из камеры сгорания, т.е. перед сопловым аппара-
том, условно принимают за предел устойчивого сгорания топлива на бо-
гатых смесях, а состав смеси, соответствующий срыву пламени,-за предел
129
ч 30
/
РИС. 52. Схема малоразмерной однокамерной установки:
/ топливные баки; 2-фильтр: 3-шгихпроберы; 4 краны; 5-топливный насос; 6-манометр; 7 малоразмерная
камерасгорания; 8 - приборы, измеряющие расход и давление воздуха; 9 -электроподогреватель воздуха; 10 -ресивер.
устойчивого горения на бедных смесях. Проведение испытания заключает-
ся в следующем. Устанавливают расход воздуха GB = 0,25 кг/с и его темпе-
ратуру tB = 60 °C. Прогревают камеру сгорания в течение 5 мин и затем со-
став смеси постепенно обогащают, повышая давление подачи топлива до
появления на выходе из камеры сгорания начала факела. Для фиксирова-
ния предела устойчивого горения топлива на бедных смесях при указан-
ном начальном режиме работы установки плавно уменьшают подачу
топлива до срыва пламени. В моменты появления факела на выходе из ка-
меры сгорания и полного угасания пламени в ней измеряют расход топ-
лива и воздуха. Допускаемые расхождения между двумя параллельными
определениями-не более 5%.
Склонность топлива к нагарообразованию оценивают по массе отложе-
ний нагара в жаровой трубе малоразмерной камеры сгорания при по-
стоянных условиях испытания. Определение проводят при работе установ-
ки на следующем режиме: GB = 0,25 кг/с, tB = 60°C, а. = 4.
После одного часа работы камеру сгорания разбирают, среднюю часть
жаровой трубы с отложившимся на ней нагаром взвешивают и по разнице
масс камеры сгорания до и после испытаний определяют массу нагара.
Перед взвешиванием с целью удаления топлива среднюю часть жаровой
трубы опускают в бензин на 15 мин и затем высушивают при температуре
150 °C до постоянной массы. Допускаемые расхождения между парал-
лельными определениями не должны превышать 20%.
Характеристики горения реактивных топлив, определяемые с помощью
установки ВНИИ НП, приведены ниже (числитель-норма по стандарту,
знаменатель-интервал фактических значений):
130
Марка топлива Т-2 Коэффициент полноты сгорания при а — 4 >0,94 Масса .нагара за 1 ч, г
0,95-0,96 2,5-3,0
ТС-1 >0,94 <4,5
0,95-0,96 2,0-4,5
Т-1 > 0,94 <7
0,94-0,95 3,0-7,0
РТ >0,94 <4,5
0,95-0,96 2,5-4,5
Т-8 >0,94 ——
0,94-0,95 2,0-6,0
Т-6 > 0,94 < 7,0
0,94-0,95 4,2-7,0
Определение характеристик сгорания топлива на установке У-314М
с модельной камерой сгорания (рис. 52 и 53) в принципе аналогично их
определению на установке ВНИИ НП. Режим работы установки У-314М
при этом следующий: GB = 0,15 ± 0,001 кг/с, tB = 40 + 2°C, температура
топлива перед форсункой tT = 20 + 5 °C.
Установки ВНИИ НП и У-314М с модельными камерами сгорания
являются взаимозаменяемыми при оценке указанных выше характеристик
сгорания реактивных топлив. Об этом свидетельствует тот факт, что полу-
ченные на обеих установках данные по склонности топлив к нагарообразо-
ванию можно описать одной формулой:
GB = В-р2(6,3 + 0,7А)-10'18
где GH-масса нагара в модельной камере сгорания, г; В-коэффициент, зависящий
от конструкции экспериментальной установки с модельной камерой сгорания;
tcp-усредненная температура кипения топлива, °C; р-плотность топлива, кг/м3;
А-содержание ароматических углеводородов в топливе, % (масс.).
Численное значение коэффициента В составляет 215 при определении
на установке У-314М и 280-на установке ВНИИ НП.
РИС. 53. Схема малоразмерной камеры сгорания:
I лиффузор; 2-кожух; 3-жаровая труба.
131
СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ
Топливные системы летательных аппаратов с газотурбинными двигателя-
ми в сравнении с другими видами техники отличаются повышенной тепло-
напряженностью. Это связано со стремлением конструкторов к повыше-
нию к.п.д., удельной мощности двигателей и к снижению их габаритов.
Кроме того, на летательных аппаратах топливо, как правило, используется
и в качестве хладагента для охлаждения различных агрегатов, и в качестве
смазочного материала в топливорегулирующей системе двигателя.
Несмотря на то что реактивные топлива представляют собой в нор-
мальных условиях гомогенные жидкости, при нагревании, а также при дли-
тельном хранении в обычных условиях в них может образовываться вто-
рая фаза. Она представляет собой в основном продукты окисления,
полимеризации и конденсации гетероатомных соединений. Эти образую-
щиеся в топливе соединения, имеющие различное агрегатное состояние
и размеры частиц, могут приводить к отрицательным явлениям при экс-
плуатации авиационной техники, в том числе забивать фильтры, нарушать
работу топливо-регулирующей аппаратуры, форсунок, теплообменников,
загрязнять топливные баки и др.
Склонность к образованию отложений реактивных топлив оценивается
следующими показателями:
иодным числом,
зольностью,
содержанием фактических смол,
термической стабильностью (в статических и динамических условиях).
Иодное число характеризует наличие непредельных углеводородов в то-
пливе. Эти углеводороды наиболее склонны к окислению, что может слу-
жить косвенной характеристикой реактивного топлива к образованию от-
ложений окислительного характера. Определяют иодное число по ГОСТ
2070-82. Содержание непредельных углеводородов рассчитывают по вели-
чине иодного числа и по средней молекулярной массе испытуемого топ-
лива, которая для .топлив Т-2, TC-t и Т-1 принимается равной 175. Опреде-
ление указанных показателей в реактивных топливах проводят так же, как
и в авиационных бензинах (см. гл. 3).
Иодное число реактивных топлив находится в следующих пределах:
Марка топлива Иодное число, г/100 см3 Марка топлива Иодное число, г/100 см3
норма фактическое норма фактическое
Т-2 <3,5 0,3-0,8 РТ <0,5 0-0,5
ТС-1 <3,5 0,1-2,3 Т-8 <0,5 0,10-0,2
Т-1 <2 0,2-1,2 Т-6 <1,0 0,1-0,3
Зольность реактивных топлив характеризует наличие в них неорганиче-
ских примесей. Ее определяют по ГОСТ 1461-75 (см. гл. 4). Зольность ре-
активных топлив приведена ниже:
Марка топлива Зольность, % (масс.)
норма фактическая
Т-2 < 0,003 0,001-0,002
ТС-1 < 0,003 0-0,003
Т-1 < 0,003 0,002-0,003
Марка Зольность, % (масс.)
топлива норма фактическая
РТ 0,003 0,001-0,002
Т-8 < 0,003 0,001-0,002
Т-6 < 0,003 0,001-0,002
132
Содержание фактических смол определяют по ГОСТ 1567-56 или ГОСТ
8489-58, причем в том и другом методах находят массы остатка от испаре-
ния топлива в струе нагретого воздуха или водяного пара на специальных
приборах (см. гл. 2). Спецификой определения содержания фактических
смол для реактивных топлив является проведение испытаний при темпера-
туре 180 °C вместо 150-160 °C для бензинов.
Хотя смолы и называют «фактическими», в действительности ука-
занные методы позволяют определять не все смолистые вещества, присут-
ствующие в реактивном топливе, поскольку часть их уносится при испыта-
нии потоком газа (воздуха или пара). Кроме того, определяются не только
фактически присутствующие в топливе смолистые вещества, но и вновь
образующиеся в нем при высоких температурах во время испытания.
Показатель содержания фактических смол (с продувкой воздухом) не
имеет такого значения для реактивных топлив как для бензинов, где он от-
ражает в определенной степени поведение топлива в карбюраторе двигате-
ля. Для реактивных топлив этот показатель в основном является косвен-
ной сравнительной характеристикой склонности к отложениям. Значения
этого показателя для реактивных топлив находятся в следующих пре-
делах:
Марка Содержание фактических смол, Марка Содержание фактических смол,
топлива мг/100 см3 топлива мг/100 см3
норма фактическое норма фактическое
Т-2 s£5 0-5 РТ «4 04
ТС-1 <5 0-5 Т-8 <4 0 4
Т-1 sS6 2 6 Т-6 ^6 0-3
Термоокислительная стабильность. Методы определения термоокисли-
тельной стабильности реактивных топлив делятся на статические и дина-
мические. Сущность статических методов заключается в окислении образ-
ца топлива в изолированном объеме с последующим определением массы
образовавшегося осадка, содержания растворимых и нерастворимых смол.
В динамических методах в потоке топлива оценивают его склонность при
нагревании к образованию смолистых соединений в виде второй фазы, за-
бивающей фильтры и образующей отложения на нагретой поверхности.
Динамические методы по сравнению со статическими в большей степени
воспроизводят условия пребывания топлива в топливной системе самоле-
тов.
Термоокислительную стабильность в статических условиях определяют
по ГОСТ 9144-79 (для топлив Т-2, ТС-1 и Т-1) и по ГОСТ 11802-66 (для
всех реактивных топлив).
Испытание по ГОСТ 9144—79 предусматривает определение стабильно-
сти топлива к образованию осадков при нагревании его в среде воздуха.
Испытания проводят в приборах ЛСА-1 или ЛСА РТ (см. рис. 21, гл. 2)
при 150 °C в течение 4 ч в присутствии катализатора - пластинки из элек-
тролитической меди. На одно определение необходимо 50 мл испытуемого
топлива. Термоокислительную стабильность выражают массой образовав-
шегося осадка (в мг) на 100 см3 топлива. Допускаемые расхождения между
параллельными определениями на топливо составляют более 2 и 4 мг на
100 см3 при термической стабильности соответственно до и более 10 мг.
133
РИС. 54. Прибор ТСРТ-2 для опре-
деления гермоокислительной ста-
бильности реактивных топлив:
1 - металлический электротермостат; 2- мано-
метры; 3-контактный термометр; 4термометр;
5-бомба; 6-стеклянный стакан; 7-стеклянная
трубка с крышкой; 8 - медная пластинка.
Испытание по ГОСТ
11802-66 характеризует ста-
бильность топлива к образова-
нию осадков и накапливанию
смолистых соединений при на-
гревании в среде воздуха в те-
чение 5 ч (так же, как и по
ГОСТ 9144-79, но при большей
продолжительности нагрева).
Испытание ведут в приборе
ТСРТ-2 (рис. 54). В топливе по-
сле отделения осадка опреде-
ляют растворимые смолы (как
фактические). Если помимо
осадка на дно стакана выпа-
дают нерастворимые в топливе
смолы, то их растворяют спир-
то-бензольной смесью (25 мл)
и содержание этих смол опре-
деляют после испарения растворителя (как фактические смолы). Оценочны-
ми показателями являются масса осадка, а также массы растворимых
и нерастворимых смол. Показатели термоокислительной стабильности ре-
активных топлив приведены в табл. 16.
Термоокислительную стабильность в динамических условиях опреде-
ляют тремя различными квалификационными методами на установках
ДТС-1М, ДТС-2 и ДТС-2М.
Определение термоокислительной стабильности на установке ДТС-1М
регламентировано ГОСТ 17751-79. Метод заключается в оценке склонно-
сти топлива к образованию нерастворимых продуктов окисления под дей-
ствием высоких температур в условиях однократной прокачки через труб-
чатый подогреватель с оценочной трубкой и подогреватель с контрольным
фильтром. Образующиеся продукты окисления отлагаются на оценочной
трубке, изменяя ее цвет, и забивают поры контрольного фильтра, вызывая
увеличение перепада давления на указанном фильтре.
Установка ДТС-1М состоит из двух блоков: технологического и элек-
троуправления. Принципиальная гидравлическая схема установки показана
на рис. 55. Бак установки и соединительные трубопроводы выполнены из
нержавеющей стали. Трубчатый подогреватель топлива (рис. 56) имеет два
нагревающих элемента из нихромовой проволоки; один смонтирован
в оценочной трубке, другой-на наружной поверхности корпуса подогрева-
134
Таблица 16. Показатели термоокислителъной стабильности реактивных топлив
Числитель-норма по стандарту, знаменатель интервал фактических значений.
Топливо ГОСТ 9144 79 ГОСТ 11802-66
масса осадка, мг/100 см3 масса осадка, мг/100 см3 содержание раствори- мых смол, мг/100 см3 содержание нераствори- мых смол, мг/100 см3
Т-2 <10 — -
4-8 3-11 15-25 —
ТС-1 <10 < 18 — —
1,0-10 10-18 10-25 —
Т-1 <18 <35 —
10-18 17-34 15-32 —
РТ < 6 < 30 < 3
1 3 6 30 0-3
Т-8 <6 — —
1-2 26-28 —
Т-6 <•6 — <2
1-3 0-18 0-2
теля. Топливо в подогревателе движется в кольцевом зазоре, образован-
ном внутренней поверхностью корпуса подогревателя и наружной поверх-
ностью оценочной трубки.
Узел контрольного фильтра (рис. 57) представляет собой металличе-
ский корпус, внутри которого монтируется контрольный фильтрующий
РИС. 55. Гидравлическая схема установки ДТС-1М:
/-емкость слива топлива; 2-топливный бак; 3-штихпробер; 4-трехходовой кран; 5-вентили; 6-холодильник;
/ контрольный фильтр; 8-электроподогреватель; 9-термопара; 10-датчик перепада давления; 11 -манометры;
/2-ротаметр; /3-топливные фильтры; /4-насосный агрегат; /5-емкость с топливом; /6-переключатели;
/7-магнитный фильтр.
135
РИС. 56. Подогреватель установки ДТС-1М:
1 -термопара; 2-корпус; 3-внутренний подогреватель; 4-внешний подогреватель; 5-теплоизоляция; 6-трубка
оценочная.
элемент диамет ром 16 мм. изготовленный из металлической сетки сарже-
вого плетения 80/720 по ТУ 16-5380-82. Корпус контрольного фильтра
ввернут в камеру контрольного фильтра, на наружной поверхности его
смонтирован в керамической втулке электроподогреватель в виде спирали
из нихромовой проволоки и защищен металлическим кожухом.
Тепловой режим установки контролируют с помощью термопар, уста-
новленных в баке, на выходе из трубчатого подогревателя и в камере кон-
трольного фильтра. В блок электроуправления вмонтирован самопишущий
электронный потенциометр для записи измеряемых температур, панель ре-
гуляторов напряжения, обеспечивающая регулировку работы электрона-
гревателей, амперметры и пульт управления.
Перед каждым испытанием тщательно очищают узлы и' детали уста-
новки: топливный бак, контрольный фильтр, оценочную трубку подогрева-
теля, а также внутреннюю поверхность всей топливной системы установки.
После этого в топливный бак установки последовательно через фильтры
(размер пор 12-16 и 5-8 мкм) закачивают 40 л топлива и выводят установ-
ку на следующий рабочий режим:
Расход топлива, л/ч 5,60 + 0,15
Давление топлива перед подогревателем, 0,44 + 0,025
МПа
Температура топлива, ’С
в баке 20 + 10
на выходе из подогревателя 150 + 3
в камере контрольного фильтра 80 + 3
Испытание проводят в течение 5 ч или заканчивают раньше, если пере-
пад давления на контрольном фильтре достигает 83 кПа. Этот перепад
давления принят как предельный, характеризующий полную забивку
фильтра.
Термоокислительную стабильность топлива оценивают:
по изменению перепада давления на контрольном фильтре за 5 ч испы-
тания на рабочем режиме или по времени забивки контрольного фильтра
до предельного перепада давления 83 кПа;
по цвету отложений на оценочной трубке за время испытаний.
136
Значение термоокислительной стабильности определяют по среднему
арифметическому значению результатов двух определений, выполненных
на одной установке с промежутком времени между ними не более 3 сут.
Цвет отложений на оценочной трубке в баллах определяют визуально
сравнением наиболее темных участков поверхности оценочной трубки пос-
ле испытания со специальной цветовой шкалой, имеющейся в комплекте
установки.
Показатели термоокислительной стабильности реактивных топлив,
определенной в динамических условиях на установке ДТС-1М, приведены
ниже (числитель-по норме стандарта, знаменатель - интервал фактических
значений): Марка топлива Перепад давления на контрольном фильтре, кПа* Отложения на оценочной трубке, баллы Время до полной забивки фильтра, ч
Т-2 — — —
0-83 0 >5
ТС-1 <83 <2 >5
0-83 0 >5
Т-1 ^83 <2 >4
0-83 0 2,5-5
РТ <10 <2 >5
0-10 0 >5
Т-8
0-10 0 >5
Т-6 — —
— • .
0-10 0 >5
* 1 Па = 7,5024-10 3 мм рт.ст.
Как видно из этих данных, широко распространенные реактивные топ-
лива на установке ДТС-1М практически не дифференцируются по склонно-
сти к отложениям на нагретой поверхности.
Определение термоокислительной стабильности на установке ДТС-2
проводят по методу*, предназначенному для определения термоокисли-
тельной стабильности реактивных топлив по их склонности к образованию
отложений на нагретых поверхностях. Сущность метода заключается
в следующем. Испытуемое топливо прокачивается с постоянным расходом
вдоль оценочной трубки нагревателя, имеющего заданное температурное
поле. По массе образовавшихся отложений на металлической поверхности
и температуре начала их образования оценивают термоокислительную
стабильность топлива. Эти показатели определяют путем регистрации яр-
кости света, отраженного от поверхности оценочной трубки.
Установка ДТС-2 состоит из испытательного и измерительного блоков.
Испытательный блок представляет собой описанную выше установку
ДТС-1М с измененной конструкцией нагревателя. Этот нагреватель со-
стоит из двух трубок, вставленных одна в другую. Наружная трубка (дли-
на 600 мм и внутренний диаметр 20 мм) выполнена из низкоуглеродистой
стали. Внутренняя, оценочная трубка (наружный диаметр 12 мм) выполне-
* Метод разработан Г. В. Городецким, Е. П. Серегиным, Н.И. Голеневым.
137
6
РИС. 57. Узел контрольного фильтра установки ДТС-1М:
1 -патрон; 2-вкладыш; 3-корпус; 4 -термопара; 5-кронштейн; б-нагреватель.
РИС. 58. Схема измерительного
блока установки ДТС-2:
/-настроечная поверхность; 2-оценочная трубка
нагревателя; 3-лампочка подсвета; 4-считываю-
щая каретка; 5-фотосопротивление; б-автома-
тический потенциометр.
на из нержавеющей стали. Электрический нагреватель размещен внутри
оценочной трубки. Температуру топлива измеряют с помощью 6 термо-
пар, расположенных через 105 мм по длине нагревателя на расстоянии
1,5 мм от поверхности оценочной трубки.
В комплект измерительного блока (рис. 58) входят блок измерения, ре-
гистрирующий прибор (электронный потенциометр), контрольные при-
боры (микроамперметр и вольтметр), блок питания и пульт управления.
Оценочная трубка устанавливается в фокусе считывающей каретки 4, на
которой размещены две лампочки 3, освещающие участок поверхности
трубки, и фотосопротивление 5, формирующее на входе автоматического
потенциометра 6 электрический сигнал, пропорциональный яркости отра-
женного света и записываемый на диаграммную ленту потенциометра. На-
стройка прибора проводится с помощью зеркальной поверхности.
При подготовке установки к испытанию особое внимание обращают на
чистоту поверхности оценочной трубки и чистоту всей топливной системы
установки. При необходимости наружную поверхность оценочной трубки
полируют пастой и соответствующим образом промывают растворителя-
ми.
В топливный бак установки закачивают 10 л топлива через фильтр
(размер пор 12-16 мкм). Включают топливный насос и электрические на-
греватели топлива. За начало испытания считают время выхода на рабо-
чий режим, который характеризуется следующими параметрами:
Расход топлива, л/ч 1,1 + 0,05
Давление топлива перед подогревателем, 0,44 + 0,05
МПа
138
Температура топлива, °C
в топливном баке 25 + 10
на термопарах От 33 + 3 до 180 + 3
По истечений 5 ч испытания работу установки переводят в режим
охлаждения и при достижении температуры топлива у пятой термопары
130 + 5 °C отключают нагрев, увеличивают расход топлива до 40 л/ч
и прокачивают его в течение 5 мин; затем выключают установку.
Оценочную трубку вынимают из установки, выдерживают 5 мин в изо-
октане и высушивают в течение 1 ч при комнатной температуре. Изме-
ряют отражательную способность поверхности оценочной трубки в изме-
рительном блоке. Графическую запись отраженной способности проводят
на диаграмме с оценкой состояния поверхности трубки до испытания, сов-
мещая точки начала записи.
Масса отложений испытуемого топлива на оценочной трубке графиче-
ски выражается площадью, ограниченной кривыми, полученными при
оценке отражательной способности поверхности трубки до и после испы-
таний. Термоокислительную стабильность топлива выражают индексом
термостабильности (ИТ), равным частному от деления массы отложений,
образовавшихся при испытании исследуемого топлива, на массу отложе-
ний, полученных при испытании эталонной жидкости (эталонная жидкость:
91% об. гексадекана и 9% об. а-метилнафталина).
Температуру начала образования отложений гн о определяют по полу-
ченной диаграмме путем линейного интерполирования температуры тер-
мопар, расположенных слева и справа от точки, которая обозначает по-
явление первых отложений. Типичная диаграмма результатов испытаний
приведена на рис. 59.
Доверительный интервал определения при 95%-ной надежности соста-
вляет ±15% для индекса термостабильности и ± 7,0 для температуры на-
чала образования отложений.
Реактивные топлива имеют следующий диапазон значений этих показа-
телей (нормы по указанным показателям пока не установлены):
Марка ИТ топлива £и.о> е Марка ИТ топлива £Н.О> С
ТС-1 0,6-3,8 83-102 Т-8 0,3-0,8 130-178
Т-1 3,1 5,1 РТ 0,3-0,8 86-100 135-181 Т-6 0,1-0,3 178-180
Приведенные данные свидетельствуют о том, что установка ДТС-2
в отличие от ДТС-1М позволяет достаточно четко дифференцировать
топлива по склонности к отложениям на нагретой поверхности, а также
определять новый важный показатель-температуру начала образования
отложений. Этот показатель можно использовать для прогнозирования
образования термоокислительных отложений в различных узлах и агрега-
тах топливной системы летательных аппаратов и отрицательного влияния
на их работу [90-92].
Определение термоокислительной стабильности на установке ДТС-2М
проводят по методу, разработанному рядом авторов [93] и предназначен-
ному для оценки термоокислительной стабильности реактивных топлив
139
в условиях, имитирующих режимы полета сверхзвуковых самолетов. Сущ-
ность метода заключается в оценке склонности реактивных топлив к окис-
лению с образованием продуктов, способных отлагаться на металлической
поверхности и забивать поры фильтрующих элементов при одноразовой
прокачке топлива, предварительно нагретого в баке установки и узлах кон-
трольных элементов.
Термоокислительную стабильность топлива оценивают по средней ско-
рости возрастания перепада давления на контрольном фильтре, индексу
термостабильности и температуре начала образования отложений. Таким
образом, отличием этого метода от метода определения термической ста-
бильности на установке ДТС-2 является предварительный нагрев топлива
в баке, что, как считают, имитирует условия пребывания топлива в системе
самолетов при продолжительном сверхзвуковом полете.
Установка ДТС-2М (рис. 60) сочетает в себе возможности двух опи-
санных выше установок: ДТС-1М и ДТС-2. В этой установке вместо насос-
ной применена вытеснительная система подачи топлива на контрольные
элементы с помощью сжатого газа (воздуха, азота, гелия и т.д.). Введен
нагрев топлива в баке, позволяющий вести испытание на предварительно
нагретом (до 150 °C) топливе при давлении в баке до 1,0 МПа. Отсут-
ствуют участки охлаждения на пути топлива от бака к нагревательной оце-
ночной трубке и далее к контрольному фильтру за счет непосредственной
состыковки этих узлов без соединительных необогреваемых трубопрово-
дов.
Установка ДТС-2М состоит из следующих основных элементов: топ-
ливного бака 1 с барботажной трубкой 6 и заборной трубкой 5, корпуса
контрольных элементов 15, выполненных из двух соосных цилиндров раз-
ного диаметра, оценочной трубки 12, которая нагревается с помощью спи-
рали, помещенной внутри оценочной трубки по всей ее длине, узла кон-
трольного фильтра 17 с контрольным фильтроэлементом 16, располо-
женных в цилиндре большего диаметра с наружным электрообогревате-
лем.
Установка имеет систему вытеснения топлива 25, включающую баллон
со сжатым газом 26, регуляторы давления 28, предохранительный клапан
30 и запорные краны.
Система предварительного фильтрования и заправки топлива 7 вклю-
чает воронку 11, фильтры 9, насос 10, заправочную трубку 3 и запорный
кран.
РИС. 59. Диаграмма результатов испытаний
топлива Т-1 на установке ДТС-2:
/ яркость света, отраженного поверхностью оценочной труб-
ки нагревателя в исходном состоянии; 2-то же, после испыта-
ния; заштрихованная площадь пропорциональна количеству
отложений на поверхности оценочной трубки.
140
РИС. 60. Схема установки ДТС-2М для определения термоокислительной стабильно-
сти реактивных топлив:
/-топливный бак; 2-электроподогреватели; 3-заправочная трубка; 4-термопары; 5-заборная трубка; 6-барбо-
тажная трубка; 7-система предварительного фильтрования и заправки топлива; S-краны; 9-топливные фильтры;
/0-насос; //-воронка; /2-оценочная трубка; 13, /4-контрольные вставки; /5-корпус контрольных элементов
/6-контрольный фильтр; /7-узел контрольного фильтра; /S-кран перепуска топлива; 19-датчик перепада давле-
ния; 20-холодильннк; 2/-ротаметр; 22-манометры; 23-штихпробер; 24-емкость слива топлива; 25-система вы-
теснения топлива; 26-баллон; 27-редуктор; 2S-регуляторы давления; 29-кран тонкой регулировки; 30-предохра-
нительный клапан.
Установка снабжена контрольно-измерительными приборами, такими,
как манометры 22, датчик перепада давления на контрольном фильтре 19,
ротаметр 21, штихпробер 23 с трехходовым краном, термопары. Кроме то-
го, установка снабжена кранами перепуска топлива 18 и тонкой регулиров-
ки 29.
Подготовка топливного бака, оценочной трубки, контрольных филь-
тров к работе установки в принципе не отличается от аналогичных опера-
ций с установками ДТС-1М и ДТС-2.
Топливо (10 л) фильтруют через фильтровальную бумагу и закачивают
с помощью насоса в топливный бак установки последовательно через
фильтры размером пор 12-16 мкм и ^1 мкм. Испытания на установке
можно вести с нагревом топлива и без нагрева его в баке (во втором ва-
рианте оно равнозначно испытанию на установке ДТС-2). Выводят уста-
новку на следующий рабочий режим:
Показатели
Расход топлива, л/ч
Давление в баке. МПа
Газ наддува бака
С нагревом
топлива
2,0 ± 0,1
0,5
Азот
Без нагрева
топлива
1,1 ± 0,1
0,5
Воздух
141
Температура топлива, °C
в баке
на термопаре
в контрольном фильтре
130 + 3
190 ± 3
220 ± 3
20 ±5
190 ±3
220 ±3
Испытание проводят до достижения указанных температур в течение
3 ч с нагревом и в течение 5 ч без нагрева топлива в баке либо до дости
жения предельного перепада давления топлива на контрольном фильтре
равного 83 кПа.
Средняя скорость возрастания перепада давления топлива на контроль-
ном фильтре v, Па/мин-это отношение перепада давления топлива (ДР,
Па) ко времени подачи топлива через контрольный фильтр (т, мин):
V =
Индекс термостабильности и температуру начала образования отложений
определяют так же, как и при испытаниях на установке ДТС-2.
При испытаниях без нагрева топлива в баке на установке ДТС-2М мак-
симальная относительная погрешность измерения не зависит от абсолют-
ного значения полученной величины и для tHO, ИТ и v равна 3,0, 12,5
и 15,3% соответственно. При испытаниях с нагревом топлива в баке отно-
сительная погрешность измерения v составляет до 37%, если v находится
в диапазоне 13^46 Па/мин, и 8%, если v составляет 750-920 Па/мин. Отно-
сительная погрешность измерения индекса стабильности составляет
6,0-12,0% в диапазоне ее величин 0,17-0,36.
Численные значения индекса стабильности и температуры начала обра-
зования отложений, полученные на установке ДТС-2М, равны величинам,
полученным при оценке топлива на установке ДТС-2. По склонности топ-
лив к забивке фильтров установка ДТС-2М, по данным В. А. Гладких
и Ю.П. Макарова, позволяет дифференцировать топлива следующим
образом:
Марка топлива Скорость возрастания перепада давления на контрольном фильтре, кПа/мин без нагрева в баке с нагревом в баке
ТС-1 РТ Т-8 Т-6 0-1,21 0-0,81 0-0,90 0-0,32 0-0,92 0-0,32 0-0,05
Ввиду того, что температура нагрева топлива в баке установки
ДТС-2М составляет 130 °C, а температура начала образования отложений
реактивных топлив Т-2, ТС-1 и Т-1, не подвергавшихся гидрогенизации,
меньше, испытывать эти топлива с нагревом в баке установки не имеет
смысла.
СОВМЕСТИМОСТЬ С МАТЕРИАЛАМИ
При эксплуатации авиационной техники большое значение имеет совме-
стимость топлив с материалами топливных систем. При наличии в топли-
вах коррозионно-активных компонентов возможно образование продуктов
коррозии, что вызывает нарушения и даже отказы в работе техники. Так,
высокое содержание меркаптанов в топливе и наличие кадмиевых покры-
тий на некоторых деталях топливных насосов приводило к образованию
142
осадка меркаптидов меди, которые забивали узкие проходы для топлива
в регулирующей аппаратуре и приводили к самопроизвольной остановке
двигателя [94].
Наличие коррозионно-активных компонентов в продуктах сгорания мо-
жет вызывать коррозию деталей в газовом тракте двигателя, что связано
с отрицательными явлениями в его работе: снижение ресурса, снижение
мощности и др.
В топливной системе летательных аппаратов наряду с металлами ши-
роко используют резины и герметики. При воздействии топлив они могут
набухать, терять свои прочностные характеристики, растрескиваться и раз-
рушаться. Это приводит к снижению производительности насосов, наруше-
нию их герметичности, загрязнению топлива, что вызывает разнообразные
нарушения в работе техники (пожары, забивку фильтров, прекращение или
снижение подачи топлива).
Совместимость с материалами можно охарактеризовать наличием при-
месей в топливе, которые проявляют высокую коррозионную активность
непосредственно в топливе или в его продуктах сгорания. К первым отно-
сят некоторые сернистые соединения, органические кислоты, водораство-
римые кислоты и щелочи, ко вторым-сернистые соединения и металлы,
содержащиеся в топливе.
Агрессивное воздействие топлив на резины и герметики в основном
связано с вымыванием из них антиокислителя и дальнейшим разрушением,
обусловленным образованием пероксидов при окислительных процессах,
происходящих в самом топливе [95-97]. В связи с этим указанное свойство
реактивных топлив оценивают по результатам непосредственного их воз-
действия на резины и герметики, а также по индукционному периоду окис-
ления, характеризующему наличие в топливе антиокислителей и, таким
образом, его склонность к образованию пероксидов.
В комплексе квалификационных методов совместимость реактивных
топлив с материалами оценивают по следующим показателям:
содержанием общей серы (в том числе меркаптановой, сероводорода),
содержанием водорастворимых кислот и щелочей,
содержанием суммы водорастворимых щелочных соединений,
испытанием на медной пластинке,
кислотностью,
коррозионной активностью при повышенных температурах,
содержанием микроколичеств металлов,
влиянием на период старения нитрильных резин,
воздействием на резины,
воздействием на тиоколовые герметики,
содержанием антиокислителей.
Содержание общей серы определяют по ГОСТ 19121—73 (см. гл. 2). Ме-
тодика испытания реактивных топлив отличается от методики испытания
автомобильных и авиационных бензинов тем, что навеску топлива в коли-
честве 2-3 мл сжигают без разбавления.
Содержание меркаптановой серы и сероводорода определяют по ГОСТ
17323—71 потенциометрическим титрованием навески топлива аммиакатом
нитрата серебра. Описание методики определения содержания меркаптано-
вой серы дано выше применительно к автомобильным бензинам (см. гл. 2).
143
Содержание водорастворимых кислот и щелочей определяют по ГОСТ
6307-75 (см. гл. 2). Отличие при испытании реактивных топлив типа Т-1,
ТС-1, Т-8 и Т-6 заключается в том, что в делительной воронке смешивают
предварительно нагретые до 50-60 °C 100 мл испытуемого топлива и 10 мл
дистиллированной воды.
Стандартом на топливо РТ предусмотрено также определение суммы
водорастворимых щелочных соединений по следующей методике. В дели-
тельную воронку наливают нагретые до 70-80 °C 300 мл топлива и 100 мл
дистиллированной воды (предварительно проверяют отсутствие следов
щелочи в воде). Содержимое делительной воронки встряхивают в течение
5 мин и после 10 мин отстоя водную вытяжку сливают в стакан, добав-
ляют 3 капли фенолфталеина и упаривают до 10 мл. Топливо не содержит
водорастворимых щелочных соединений, если водная вытяжка не окраши-
вается.
Испытание на медной пластинке проводят по ГОСТ 6321-69, так же, как
и для автомобильных и авиационных бензинов. Реактивное топливо счи-
тается выдержавшим испытание, если после 3 ч пребывания в испытуемом
топливе при 100 °C поверхность пластинки из электролитической меди не
имеет черных, темно-коричневых или серо-стальных налетов и пятен.
Кислотность определяют по ГОСТ 5985-79. Методика испытания реак-
тивных топлив не отличается от описанной выше для автомобильных
бензинов.
Качество реактивных топлив по указанным выше показателям, характе-
ризующим совместимость топлив с материалами, приведено в табл. 17.
Коррозионная активность при повышенных температурах определяется
по ГОСТ 18598-73. Ее оценивают по изменению массы пластинок из элек-
Таблица 17. Качество реактивных топлив по показателям совместимости с ма-
териалами
Числитель-норма по стандарту, знаменатель-интервал фактических значении
Марка топлив Содержание серы, % (масс.) Содер- Испытание на медной пластинке Кислотность, мг КОН/ЮОсм3
общее меркаптановой жанис серо- водо’ водоро- Раство- да рнмых кислот н щелочей
Т-2 <0,25 < 0,005 Отсутствие Выдержи- вает <0,7 0,12-0,34
ТС-1 <0,25 < 0,005 <0,7
0,01-0,15 0,002-0,005 » » 0,2-0,7
Т-1 <0,10 — <0,7
0,01-0,08 Отсутствие » » 0,1-0,6
РТ <0,10 < 0,001 » 0,4-0,7
0,004-0,03 Отсутствие » 0,4-0,7
Т-8 <0,1 < 0,001 <0,5
0,003-0,011 Отсутствие » » 0,1-0,2
Т-6 <0,05 Отсутствие <0,15
0,003 0,011 » » 0,3-0,5
144
гролитической меди и бронзы марки ВБ 23НЦ, а также по массе отложе-
ний, образовавшихся на поверхности пластинок после их выдерживания
в топливе при соответствующих условиях. Пластинки размером (40 х
х 10 х 2) + 0,2 мм помещают на подвесках в прибор из термостойкого
стекла. Прибор состоит из реакционного сосуда в форме пробирки (диа-
метр 50 + 2 мм, высота 380 + 5 мм), холодильника (диаметр 45 мм, высота
280 мм), соединенных между собой при помощи шлифа. В два реак-
ционных сосуда заливают по 400 мл испытуемого топлива и помещают их
в термостат, нагретый до 120 °C. Топливо термостатируют при указанной
температуре в течение 5 ч, после чего приборы охлаждают на воздухе,
и топливо заменяют свежим, не удаляя выпавший осадок. Эту операцию
повторяют через каждые 5 ч испытания. Всего проводят 5 этапов испыта-
ний (25 ч), после чего пластинки вынимают из прибора, промывают от
топлива и сушат при 100 ± 2 °C. Образовавшиеся отложения на пластинках
удаляют 30%-ным раствором серной кислоты.
Коррозионную активность (Ка, г/м2) топлива определяют по следую-
щей формуле:
где тмасса пластинки до испытания, г; т1 -масса пластинки после испытания
и удаления с нее отложений, г; S поверхность пластинки, м2.
Массу образовавшихся отложений (Q, г/м2) на пластинке вычисляют по
формуле:
где т1-масса пластинки после испытания до удаления с нее отложений, г;
т2-масса пластинки после испытания и удаления с нее отложений, г; S-поверх-
ность пластинки, м2.
Коррозионная активность для реактивных топлив имеет следующие
значения (числитель-норма по стандарту, знаменатель-интервал фактиче-
ских значений):
Марка топлива Потеря массы, г/м2 Марка топлива Потеря массы, г/м2
меди бронзы меди бронзы
Т-2 — — РТ <3,0 <2,5
1,2-8,0 0,37-0,6
0,2-0,6 0,2-2,2
Т-1 < 3,0 <1,5 Т-8 — -—
1,7-2,9
0,6-1,1 0,4-0,9 0-1,3
ТС-1 <15,0 <2,5 Т-6 <3,0 <3,0
0,2-7,9 0,3-2,5 0,2-1,2 0,1-2,0
Содержание микроколичеств металлов. Определение малых количеств
ванадия, молибдена, кобальта, вольфрама и никеля проводят атомно-аб-
сорбционным методом*, основанным на измерении резонансного погло-
щения аналитических линий определяемых элементов в атомных спектрах
* Методика разработана С. К. Кюрегяпом, Л. Г. Маширевой, Л. Л. Калининым,
П. В. Смирновым.
145
10—30
анализируемых топлив. Измерение абсорбции проводят при пламенной
атомизации металлов в пламенах воздух-ацетилен и оксцд азота
(N2О)-ацетилен. Для испытания необходим атомно-абсорбционный спек-
трофотометр высокого класса (типа IL-453 или Perkin-Elmer-303).
Перед испытанием готовят эталонные растворы органических соедине-
ний ванадия, молибдена, кобальта и никеля в топливе и вольфрама в воде
в интервале концентраций этих металлов 1 10-4-1 • 1О'“5% (масс.). Пробу
топлива тщательно перемешивают и сжигают в количестве 7-8 мл/мин
в пламенах воздух-ацетилен или оксид азота (N2 О)-ацетилен в режиме,
указанном в табл. 18 (для спектрофотометра IL-453). Для определения
вольфрама сжигают водный раствор сухого остатка испытуемого топлива.
Перед растворением водой остаток обрабатывают раствором гидроксида
натрия.
По данным анализа эталонов строят градуировочные графики, с по-
мощью которых находят концентрацию металлов в испытуемом топливе.
Чувствительность определения составляет (% масс.):
Ванадий, молибден, никель 1-10“5
Кобальт 6-it)-6
Вольфрам 2,5 10 “ 6
Погрешность определения содержания указанных металлов в топливах не
превышает 50% для нижнего значения концентраций.
Реактивные топлива, как правило, содержат менее 1-10“5% (масс.) ва-
надия, молибдена и кобальта. Достаточного количества статистических
данных по концентрации в топливах никеля и вольфрама пока не
накоплено.
Период старения нитрильных резин в реактивных топливах определяют
по методу, разработанному группой авторов [97]. Метод заключается
в выдерживании образцов резины ИРП-1078 в нагретом циркулирующем
топливе, через которое барботируется воздух. Испытание ведут этапами по
3 ч со сменой топлива после каждого этапа. Период старения резины нахо-
дят по числу этапов, при которых предел прочности и относительное удли-
нение резины остаются в принятом диапазоне значений.
Таблица 18. Оптимальные параметры измерения абсорбции на спектрофотометре
IL-353
Нормируемые параметры Определяемые элементы
V Мо Со Ni W
Аналитическая линия, нм 318,4 313,3 240,7 341,5 255,1
Рабочий ток лампы с полным ка- 10 8 5 8 10
тодом, мА Ширина щели, мкм 80 160 80 80 160
Усиление ФЭУ, В 700 700 700 700 700
Шкала увеличения сигнала 0,25 0,25 0,25 1 1
Пламя N2O N2O Воздух N2O
С2н2 с2н2 с2 н2 С2Н2
Высота положения горелки, мм 10 15 10 11 7
Давление, кПа с2н2 42 42 35 24,5 37,8
n2o 3,5 3,5 — 1,4
воздуха — — 42 56
146
Определение проводят на стеклянном приборе ЦИТО-С (рис. 61). То-
пливо во внутреннем кольцевом зазоре прибора между электронагревате-
лем 5 и стеклянной трубкой 6 нагревается и, поднимаясь, выходит через
верхние циркуляционные отверстия в трубке в резервуар в верхней части
прибора, где установлены образцы резины. На смену ему через нижние
циркуляционные отверстия поступает новая порция топлива из внешнего
кольцевого зазора между корпусом 4 прибора и внутренней стеклянной
трубкой 6. Таким образом возникает термосифонная циркуляция топлива
вверх по внутреннему и вниз по внешнему кольцевым зазорам.
Контактируя через стенку с водой, находящейся в термостатирующей
рубашке, топливо отдает ей часть тепла, и вода нагревается. Когда темпе-
ратура воды достигает 100 °C и она закипает, пар через верхний штуцер
попадает в трубку 13, которая служит обратным холодильником. На смену
испарившейся в рубашке 3 воды через нижний штуцер поступает новая
порция воды. Таким образом и в водяной системе возникает термосифон-
пая циркуляция жидкости. С момента начала кипения воды в рубашке ско-
рости термосифонной циркуляции топлива и воды стабилизуются.
Перед испытаниями прибор ЦИТО-С промывают и собирают по ука-
занной на рис. 61 схеме. В приборе подвешивают 4 лопатки из резины
ИРП-1078, вырубленные по форме типа В (по ГОСТ 270-75). Заливают
в прибор 300 мл испытуемого топлива, предварительно профильтрованно-
го через биологический фильтр № 3. В охлажденную систему прибора за-
ливают 250 мл воды, устанавливают расход барботируемого воздуха,
равным 30 мл/мин, и включают электронагрев. В процессе испытания под-
держивают температуру топлива у лопаток на уровне 135+ 2 °C. Продол-
жительность этапа (3 ч) исчисляют от момента включения электропитания.
В зависимости от агрессивности топлива к резине испытание ведут тремя,
шестью или девятью этапами.
По окончании испытания для каждой из лопаток на разрывной машине
по ГОСТ 9.024-74 определяют предел прочности о и относительное удли-
нение е. На основании полученных данных вычисляют коэффициенты ста-
рения резины и КЕ по следующим формулам:
Ко = ст2/ст2 КЕ = е2/е1
<де tTj и о*2—пределы прочности резины до и после испытания соответственно, Па;
к, и е2 - относительные удлинения резин до и после испытания соответственно, %.
Период старения резины-число этапов нагрева, после которых значе-
ния коэффициентов К„ и КЕ превышают величину 0,5. При проведении ше-
сти- и девятиэтапных испытаний строят графические зависимости К„ и КЕ
от числа этапов, с помощью которых и находят период старения резины
и испытуемом топливе. Максимальное расхождение параллельных опреде-
1сний не должно превышать одного этапа испытания.
В качестве временной нормы установлено, что топливо должно обеспе-
чивать период старения нитрильной резины не менее трех этапов. Характе-
ристика современных реактивных топлив по указанному показателю-лис-
пу этапов нагрева, после которых резина остается работоспособной-сле-
дующая:
147
Марка топлива Число этапов Марка топлива Число этапов
Т-2 4-9 РТ 7-9 (и более)
Т-1 5-9 Т-8 3-9
ТС-1 5 9 Т-6 (без ионола) 2-7
Воздействие на резины. Определение воздействия реактивных топлив на
резины с помощью прибора типа ТСРТ-2 проводят по методу, разрабо-
танному Г. И. Ковалевым и А. Г. Никоновой [98]. Сущность метода за-
ключается в двухстадийной обработке образцов резины при повышенной
температуре. На первой стадии из резины обескислороженным цетаном эк-
страгируют антиокислители; на второй резину подвергают воздействию
топлива в присутствии кислорода воздуха. Степень воздействия топлива
на резину оценивают по изменению пределов прочности образцов резины
в соответствии с ГОСТ 9.024-74.
Образцы резины в форме лопаток типа В (по ГОСТ 270-75) помещают
на подвесках в цетан, залитый в количестве по 200 мл в стеклянные ста-
каны емкостью по 400 мл. Стаканы герметично закрывают в металличе-
ских бомбах и проводят обескислороживание цетана, барботируя азот или
гелий со скоростью 100см3/мин в течение 20 мин, либо вакуумируя и за-
полняя бомбу нейтральным газом трижды. Подготовленные таким обра-
зом бомбы с образцами резин выдерживают в приборе типа ТСРТ-2 в те-
чение 4 ч при температуре 150+1,5 °C. После охлаждения резиновые
РИС. 61. Прибор ЦИТО-С:
/-краны; 2-распылитель; 3-рубашка; 4-корпус; 5-электронагрева-
тель; 6-стеклянная трубка; 7-приспособление для крепления лопаток;
8- резиновые лопатки; 9-крюк; 10- крышка; / /-втулка; /2-термометр;
/3-участок конденсации водяных паров.
РИС. 62. Схема установки для определения при-
садки ионол в реактивном топливе:
/-реактор; 2-реометр; 3-хлоркальциевая трубка; 4-кран тонкой
регулировки; 5-магистраль подачи воздуха.
148
образцы сушат фильтровальной бумагой и помещают в стаканы с испы-
туемым топливом. Бомбы с помещенными в них стеклянными стаканами,
содержащими по 150 мл испытуемого топлива и по два образца резины,
герметично закрывают и выдерживают в течение 4 ч при температуре
140 °C. После этого бомбы с содержимым охлаждают, образцы резин су-
шат фильтровальной бумагой и определяют сопротивление разрыву и от-
носительное удлинение (по ГОСТ 270-75).
Допускаемые расхождения между параллельными определениями пре-
делов прочности образцов резин после испытания в реактивных топливах
не должны превышать 10% среднего арифметического значения. Считают,
что топливо прошло испытание, если после контакта с ним образцы ре-
зины имеют сопротивление разрыву не менее 8,5 МПа, а относительное
удлинение не менее 100%.
По данным Г. И. Ковалева, реактивные топлива по указанным показа-
телям характеризуются следующими величинами:
Марка топлива Сопротивление разрыву, МПа Относительное удлинение, %
Т-1 8,5-10,6 100-130
ТС-1 8,5-8,6 100-110
РТ 8,5-9,1 100-120
Марка Сопротивление Относительное
топлива разрыву, МПа удлинение, °/п
Т-8 8,5-9,7 100-106
Т-6 8,5-9,0 100-140
Воздействие на тиоколовые герметики определяют по методу *, основан-
ному на оценке изменения твердости герметика после выдержки его в ис-
пытуемом топливе при повышенной температуре.
В стеклянные стаканы емкостью 400 мл заливают по 150 мл отфиль-
трованного через бумажный фильтр испытуемого топлива и помещают
в него на подвесках два образца герметика в форме лопатки (по ГОСТ
270-75). Бомбы с содержимым закрывают герметично и выдерживают
в течение 4 ч при температуре 130+ 15 °C. Затем образцы герметика охла-
ждают и сушат фильтровальной бумагой; определяют их твердость с по-
мощью твердомера.
Допускаемые расхождения в значениях твердости образцов герметика
при четырех параллельных испытаниях не должны превышать 15% средне-
го арифметического. Считают, что топливо прошло испытание, если после
контакта с ним уменьшение твердости герметика составляет не более 10
единиц ТИР.
Содержание антиокислителей-ионола в топливе определяют по методу,
разработанному группой авторов [99]. Метод заключается в окислении
топлива кислородом воздуха при температуре 120 °C в присутствии-ини-
циатора окисления, последующем измерении периода индукции окисления
но накоплению гидропероксидов и определении концентраций ионола по
калибровочному графику, построенному в координатах период индукции—
концентрация ионола.
Для испытания применяют специальный реактор, представляющий со-
бой термостатированную стеклянную ячейку, снабженную холодильником,
* Метод разработан Г. И. Ковалевым, А. Г. Никоновой, А. В. Герасимовой,
Н.Б. Барановской, В. В. Соловей, Р. Г. Кулаковой.
149
термометром и капиллярной трубкой для ввода воздуха. Собирают уста-
новку по схеме, изображенной на рис. 62. Берут навеску кумилпероксида
около 0,0113 г, переносят количественно в реактор и заливают 70 мл испы-
туемого топлива. Термостатируют топливо в реакторе при 120+1 °C.
Отбирают начальную пробу топлива из реактора сразу после достиже-
ния его температуры 120 °C и включают подачу воздуха в реактор с расхо-
дом 65 + 5 мл/мин. Далее отбирают пробы топлива через следующие
интервалы: 30, 60, 90, 100, НО, 120, 130, 140 и 150 мин. В отобранных про-
бах йодометрическим методом определяют гидропероксиды, содержание
которых (С, моль О2 на 1л топлива) рассчитывают по следующей
формуле:
0,08 Г, К
Г' _ L
где Ц-объем топлива, взятый для анализа, мл; V2 объем 0,01 N раствора тио-
сульфата натрия, пошедший на титрование, мл; К-поправка на титр тиосульфата
натрия; 32-молекулярная масса кислорода; 0,08-коэффициент пересчета 0,01 N
раствора тиосульфата натрия на активный кислород.
По содержанию гидропероксидов в пробах испытуемого топлива
строят кинетическую кривую накопления гидропероксидов и по ней нахо-
дят индукционный период окисления следующим образом. Из точки, со-
ответствующей концентрации гидропероксидов в начальной пробе, прово-
дят прямую, параллельную оси времени. Прямолинейный участок получен-
ной кинетической кривой продолжают вниз до пересечения с этой прямой.
Точка пересечения соответствует индукционному периоду. Концентрацию
ионола находят по индукционному периоду, пользуясь калибровочным
графиком, построенным в координатах период индукции-концентрация
ионола.
Допускаемые расхождения между параллельными определениями не
должны превышать + 15% среднего арифметического. Содержание ионола,
нормируемое только для топлив РТ и Т-6, должно составлять (и фактиче-
ски составляет) при выработке их на заводах в пределах 0,003-0,004%
(масс.). Для топлив после длительного хранения допускаемое содержание
ионола, определяемое по указанному методу, пока не регламентировано.
ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ
Своевременная и бесперебойная подача топлива для работы газотур-
бинных двигателей имеет такое же важное значение, как и для работы дру-
гих двигателей. Особенности применения авиационной техники и трудно-
сти повторного запуска ГТД в полете обусловливают необходимость осо-
бо тщательного контроля указанного эксплуатационного свойства реак-
тивных топлив.
Прокачиваемость гомогенной жидкости определяется в основном ее
вязкостью и в идеальном случае для указанной цели достаточно определять
вязкость топлива в температурном диапазоне его применения. Одна-
ко реактивное топливо технический продукт, содержащий разные приме-
си, попадающие в него в процессе производства, транспортирования,
хранения и применения, которые могут существенно влиять на прокачивае-
мость топлива. Содержание этих примесей необходимо контролировать.
150
К таким примесям в частности относятся вода и механические включе-
ния, обычно представляющие собой продукты коррозии и загрязнения поч-
венной пылью. В топливе могут присутствовать также забивающие
фильтры мыла нафтеновых кислот, остающиеся в топливе в результате его
недостаточной промывки после защелачивания дистиллята для снижения
его кислотности до требуемых стандартом норм.
Подача топлива, особенно прохождение его через фильтры, кроме того,
сильно зависит от наличия в нем поверхностно-активных веществ. Эти ве-
щества обычно образуют стойкие эмульсии с водой, а также адсорбируют
на поверхности раздела фаз другие загрязнения.
Наличие гетерогенной фазы в реактивных топливах, определяющей их
прокачиваемость, может быть связано не только с примесями, но и с при-
родой самого топлива, т. е. с его углеводородным составом. В топливе мо-
гут находиться углеводороды, имеющие сравнительно высокую температу-
ру плавления, которые при достаточном охлаждении выделяются из
жидкости в виде кристаллов.
Прокачиваемость реактивных топлив оценивают следующими показа-
телями:
кинематической вязкостью,
температурой начала кристаллизации,
содержанием мыл нафтеновых кислот,
взаимодействием с водой,
содержанием воды, механических примесей.
В определенной степени на прокачиваемость реактивных топлив влияет
также склонность к образованию отложений, особенно вследствие интен-
сивного появления последних при высоких температурах. Методы оценки
этого эксплуатационного свойства описаны выше.
Кинематическую вязкость определяют по ГОСТ 33-82 (описание метода
дано в гл. 4).
Реактивные топлива по кинематической вязкости характеризуются сле-
дующими цифрами (числитель-норма по стандарту, знаменатель-интер-
вал фактических значений):
Марка топлива Вязкость, мм2/с
при + 20°С при — 40°С
Т-2 Т-1 ТС-1 РТ Т-8 Т-6 Температура начала >1,05 1,05-1,22 > 1,50 1,11-1,84 >1,25 1,22-1,48 >1,25 1,27-1,47 >1,45 1,52-1,58 <4,5 3,87—4,01 кристаллизации <6 3,00-4,10 < 16 7,00-9,45 <8 4,00-5,50 < 16 4,60-6,70 <16 8,10-8,20 <60 43,4-56,1 реактивных топлив-это макси-
мальная температура, при которой в топливе невооруженным глазом об-
151
наруживаются кристаллы. Испытание проводят по ГОСТ 5066- 56 по мето-
дике, описанной в гл. 3.
Для всех отечественных реактивных топлив до недавнего времени стан-
дартами нормировалась температура начала кристаллизации не выше —
— 60 С. Для топлива Т-8 по ТУ 38-1-217-69 норма была не ниже — 55 °C;
исследования последних лет показали, что эту норму можно распростра-
нить для всех видов топлив. Поэтому наиболее широко используемые реа-
ктивные топлива ТС-1 и РТ вырабатывают с температурой начала кри-
сталлизации от — 55 °C и ниже. Запас качества по этому показателю
определяется углеводородным и фракционным составом топлива и может
составлять несколько градусов.
Содержание мыл нафтеновых кислот определяют по методике, изложен-
ной в ГОСТ 16564-71 на топливо РТ. Испытуемое топливо (400 мл) филь-
труют через мембранный фильтр № 4, затем фильтр переносят в стакан.
Заливают в стакан 5 мл дистиллированной воды и добавляют индикатор —
фенолфталеин. Содержимое стакана кипятят в течение 2 мин. Если рас-
твор после кипячения не окрашивается, считают, что мыла нафтеновых
кислот отсутствуют. Появление слегка розовой или малиновой окраски
свидетельствует о наличии мыл нафтеновых кислот. В этом случае содер-
жимое стакана в горячем состоянии титруют 0,01 н. раствором соляной
кислоты до исчезновения окраски.
Содержание мыл нафтеновых кислот (X, % масс.) равно:
VKM
Х =-------
400-р
где Г-объем 0,01 н. раствора НО, пошедший на титрование, мл; К-поправочный
коэффициент к 0,01 н. раствору НС1; М - средняя молекулярная масса мыл нафте-
новых кислот (она равна 240 и 270 для топлив с плотностью соответственно менее
и более 800 кг/м3); р- плотность топлива при температуре определения, кг/м3.
В кондиционных реактивных топливах не допускается наличия мыл
нафтеновых кислот.
Взаимодействие с водой определяют по методу, аналогичному
ASTMD 1094.
В тщательно подготовленный цилиндр при комнатной температуре на-
ливают 20 мл дистиллированной воды или буферного раствора. Затем на-
ливают 80 мл испытуемого топлива, закрывают цилиндр пробкой, встря-
хивают в течение 2 мин, дают содержимому отстояться в течение 5 мин
и визуально отмечают состояние поверхности раздела фаз. После 30 мин
отстоя отмечают состояние фаз, пользуясь рассеянным светом и белым
фоном. Согласно ГОСТ 16564—74, результаты взаимодействия топлива с
водой в зависимости от перечисленных характеристик оценивают в баллах:
Балл 2
Состояние поверхности раздела
Поверхность раздела частиц прозрач- Плотная непрозрачная пленка или
ная; допускается наличие налета, проз- сплошной слой пены
рачной пленки, мелких прозрачных пу-
зырьков, неполностью покрывающих
поверхность раздела
152
Четкое разделение фаз, отсутствие
эмульсий внутри каждого слоя; допус-
кается наличие мути, незаметной на бе-
лом фоне
( •стояние разделенных фаз
Нечеткое разделение фаз; наличие
эмульсии внутри каждого слоя, замет-
ной на белом фоне
Топливо выдерживает испытание на взаимодействие с водой при балле,
равном единице.
Содержание воды и механических примесей в реактивных топливах на-
иболее распространенным способом оценивают визуально по виду топ-
лива, залитого в стеклянный цилиндр диаметром 40 55 мм. Отсутствие
взвешенных и осевших на дно цилиндра частиц и капель рассматривают
как отсутствие механических примесей и воды.
Арбитражным является метод по ГОСТ 10577-78. Он заключается
в определении массы механических примесей, задерживаемых мембранным
(нитроцеллюлозным) фильтром № 4 при фильтровании через него испы-
туемого топлива.
Для фильтрования используют специальные воронки (рис. 63) с цилин-
дрической или конической верхней частью, изготовленные из нержавеющей
сгали. Внутренние поверхности всех деталей полируют. Верхнюю часть во-
ронки соединяют с нижней при помощи накидной гайки. Под фильтры
подкладывают латунную сетку (№ 016-№ 02 по ГОСТ 6613-73).
При испытании обращают особое внимание на чистоту тары и количе-
ственное перенесение механических примесей на фильтр. Отфильтровы-
вают не менее 400 мл испытуемого топлива. После фильтрования этого
объема топлива фильтр с осадком промывают изооктаном или фракцией
бензина, выкипающей до 100 °C, сушат при температуре окружающего воз-
духа до постоянной массы. В случае испытания тяжелого топлива фильтр
сушат при 50-70 °C, а при наличии в топливе свободной воды-при
105-110 °C. Допускаемые расхождения между двумя параллельными опре-
делениями не должны превышать 0,0002% (масс.). При испытании по ука-
занному методу получают результаты, несколько завышенные по сравне-
нию с абсолютными значениями. Это обусловлено тем, что при
фильтровании содержащиеся в топливе смолы адсорбируются на фильтре,
при промывке его изооктаном или бензином они удаляются не полностью
и, таким образом, входят в определяемую массу механических примесей,
не являясь ими.
Содержание механических примесей
в реактивных топливах зависит от места
отбора пробы и обусловлено загрязнен-
ностью технических средств, где находится
1ОПЛИВО. Для топлива РТ стандартом нор-
мируется содержание механических приме-
сей не более 0,0003% (масс.).
1’ИС. 63. Воронка для филирования нефтепро-
IVKTOB
153
ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА
Некоторые авиационные ГТД имеют топливные насосы высокого давле-
ния, у которых износ трущихся пар (плунжер-шайба, например) очень
сильно зависит от качества топлива. Это обусловлено, с одной стороны,
конструкцией насосов и используемых для их изготовления металлов, а
с другой-значительным изменением противоизносных свойств топлива
в зависимости от содержания в нем гетероатомиых соединений.
Повышенные износы трущихся пар топливных насосов в целом сокра-
щают их ресурс работы, а в отдельных случаях, например, связанных с за-
клиниванием плунжеров, могут привести и к аварийной ситуации. Эту про-
блему можно решить подбором металлов и конструкции трущихся пар,
которые были бы нечувствительны к качеству топлива. Однако для уже
имеющихся в эксплуатации и чувствительных к топливу насосов проблема
остается актуальной.
Трение подразделяют на два вида: трение скольжения и трение качения.
В трущихся парах авиационных насосов наблюдается их сочетание, кото-
рое количественно меняется в зависимости от режима работы насосов. Это
обусловливает сложность воспроизведения в лабораторных условиях тако-
го вида трения и получения результатов, хорошо коррелирующихся с опы-
том эксплуатации авиатехники. В результате все созданные до последнего
времени лабораторные методы оценки противоизносных свойств на мо-
дельных установках имели большие ограничения, и для надежного опреде-
ления указанных свойств в основном использовали натурные топливные
насосы и длительные методы испытания с использованием больших объе-
мов топлива.
Косвенно о противоизносных свойствах реактивного топлива можно
судить также по его вязкости и кислотности. Вязкость характеризует вели-
чину угла (образующегося) клина смазывающего топлива в условиях обес-
печения гидродинамического режима смазки. Кислотность свидетельствует
о содержании органических нефтяных (преимущественно нафтеновых) кис-
лот, которые значительно улучшают противоизносные свойства углеводо-
родной основы топлив. В результате противоизносные свойства реак-
тивных топлив оценивают следующими показателями:
вязкостью,
кислотностью,
критерием износа (на приборе УПС-01),
износом и критической нагрузкой (на стенде СИССТ-1),
износным числом (на приборе ПСТ-1),
износом (на лабораторном стенде плунжерным насосом от агрегата
НР-21Ф2 и на натурном агрегате НР-21Ф2).
Вязкость и кислотность реактивных топлив определяют соответственно
по ГОСТ 33-82 ГОСТ 5985-79; описание методов и уровень каче-
ства указанных топлив по этим показателям приведены в гл. 2,4 и 5.
Критерий износа определяют на приборе УПС-01 по методу, разрабо-
танному А. Ф. Аксеновым и др. [100]. Сущность метода заключается
в оценке степени влияния топлива на критическую нагрузку схватывания
и износ контрольной пары, работающей при трении скольжения. Оце-
ночным показателем противоизносных свойств топлив является обоб-
154
щенный показатель, который характеризует их уровень относительно эта-
лонной жидкости (пентадекана) и учитывает как износ, так и критическую
нагрузку.
Парой трения в приборе (рис. 64) являются плоский диск 9 и три шара
7 диаметром 25,4 мм, выполненные из стали ШХ15 твердостью 62-66 еди-
ницы HRC. Плоский диск вращается с помощью электродвигателя 24.
Шары монтируют и фиксируют от проворачивания в специальном сепара-
торе 6. Пара трения помещена в герметичную топливную камеру 2, что
позволяет проводить испытания при избыточном давлении топлива и от-
сутствии его контакта с атмосферой.
Нагрузку на пару трения создают с помощью электропривода через
пружинный динамометр и контролируют по стрелочному индикатору 17.
Избыточное давление топлива в камере создают и регулируют с помощью
поршневого насоса и контролируют по показаниям манометра. Топливо
нагревают с помощью электрической спирали 1, помещенной в корпусе
камеры.
РИС. 64. Схема прибора УПС-01:
1 - электрическая спираль; 2 - топливная камера; 3 - ограничитель; 4 - спиральная пружина; 5 - подвижный блок; 6 - се-
паратор; 7-шар-образец;8-шайба прижимная; 9-диск-образец; /О-держатель диска-образца; 11 -топливный бак;
/2-дроссельный кран; /3-крышка топливной камеры; /‘/-концевой выключатель; /5-баллон с азотом; /6-шкив
привода плоского диска; 17 - стрелочный индикатор; 18 - вал привода; 19 переходник; 20 - уплотнительная манжета;
21 -сферический подшипник; 22-центральная ось; 23-термопара; 24-электродвигатель; 25-терморегулятор
КМП1-5О2; 26-блок автоматики; 27-усилнтель; 25-тензобалка; 29-подшипник.
155
Испытания на приборе УПС-01 проводят при скорости скольжения,
равной 1,18 м/с, и температуре топлива 60 °C. При определении величины
износа длительность испытания 30 мин, а осевая нагрузка 98,1 Н.
Для проведения испытаний в расходный бак прибора заливают 3,5 л
испытуемого топлива, затем заполняют топливом полости камеры
и поршневого насоса. Отключают дроссельным краном расходный бак от
остальной топливной системы прибора и необходимое избыточное
(73,6 кПа) давление в камере создают поршневым насосом.
При достижении температуры топлива в камере 57 °C нагружают узел
трения до усилия 98,1 Н, включая электродвигатель системы нагружения.
Когда температура топлива в камере достигнет 60 °C, автоматически
включается электропривод плоского диска. В ходе испытания необходимо
следить и корректировать избыточное давление топлива в камере и на-
грузку на паре трения.
По истечении 30 мин эксперимента срабатывает реле времени и прибор
автоматически выключается. После этого снимают нагрузку с контроль-
ной пары трения, сбрасывают избыточное давление топлива в камере с по-
мощью поршневого насоса, а затем сливают топливо.
Демонтируют узел трения и измеряют под микроскопом диаметр пят-
на износа у шаров в двух взаимно перпендикулярных направлениях с точ-
ностью до 0,01 мм. За величину износа шара принимают среднее значение
двух измерений, а за результат эксперимента-среднее арифметическое зна-
чение величин износа трех шаров. За результат испытания принимают
среднее арифметическое пяти параллельных экспериментов.
Для определения критической нагрузки испытание проводят в таком же
порядке, как и при определении износа. Отличие состоит в том, что нагру-
жение пары трения начинают в момент включения электропривода плоско-
го диска и продолжают до момента перехода износа в схватывание. В мо-
мент схватывания материалов в зоне контакта резко возрастающие силы
трения, преодолевая усилие пружины, поворачивают камеру с узлом тре-
ния. При этом срабатывает механизм автоматического выключения, и при-
бор полностью обесточивается. Прекращается вращение приводного вала
плоского диска и нагружение пары трения. По шкале индикатора снимают
показания нагрузки, а затем по тарировочной шкале переводят в значения
силы.
За конечный результат определения критической нагрузки принимают
среднее арифметическое значение пяти параллельных испытаний.
Обобщенный показатель (К, %), характеризующий противоизносные
свойства топлива, подсчитывают по следующей формуле:
Рт-1,31
К = --р-----100
240,351
где Ркр- критическая нагрузка перехода к схватыванию при испытании топлива, Н;
240,35-критическая нагрузка перехода к схватыванию при испытании пентадекана,
Н; 1-износ при испытании топлива, мм; 1,31-износ при испытании пентадекана,
мм.
Испытание пентадекана проводится заводом-изготовителем прибора
с приложением акта испытаний. Относительная погрешность метода
±6%.
156
Износ и критическую нагрузку определяют на установке СИССТ-1 по
принципу, аналогичному определению противоизносных свойств на уста-
новке УПС-01. Различие состоит в материалах контрольной пары трения
и некоторых параметрах проведения испытания. Парой трения установки
СИССТ-1 (рис. 65) является плоский диск 3 и три шара 2 диаметром
25,4 мм. Оценочными показателями уровня противоизносных свойств топ-
лив являются износ массы шаров и критическая нагрузка схватывания.
Для оценки износа применяют шары из стали ХВГ и шайбу из стали
ШХ15, а для оценки критической нагрузки-шары из стали Х12М и шайбу
из стали ЭИ347, Т. е. для пар трения используют такие же сочетания мате-
риалов, как и в реальных насосах-регуляторах.
Как и в приборе УПС-01, пара трения размещена в герметичной топ-
ливной камере 1, в которой создают такое же избыточное давление. На-
грузку на пару трения создают с помощью гидравлического узла нагруже-
ния 15.
Топливо в камеру подается из основной емкости 12 под давлением азо-
та от баллона 13. Необходимое избыточное давление топлива в камере ре-
гулируют газовым редуктором 11 и контролируют по манометру 10. То-
пливо до заданной температуры нагревают электроподогревателем 5,
смонтированным в корпусе камеры 1, и контролируют при помощи термо-
пары 6 и потенциометра 7. Приводом плоского диска является электродви-
гатель 8. Силу трения в зоне контакта контрольной пары измеряют при
помощи тензобалки 19 и тензометрической аппаратуры 20.
Испытания топлив проводят при скорости скольжения, равной 0,36 м/с,
и температуре топлива 20-25 °C. При испытании на износ эксперимент
длится 30 мин. Осевую нагрузку в первые три минуты поддерживают
49,05 Н, в последующие две минуты равномерно увеличивают до 490,50 Н
и последние 25 мин не изменяют.
РИС. 65. Схема установки
СИССТ-1:
/-топливная камера; 2-шар-образец;
3-диск-образец; 4-шпиндель; 5-электропо-
догреватель ; 6- термопара; 7— потенцио-
метр, 8-электродвигатель; 9-коробка ско-
ростей; /0-манометры; //-газовый редук-
тор; 12-топливный бак; /3-баллон с азо-
том; 14-топливная система; 15-узел нагру-
жения; /6-маховик; /7-рабочий цилиндр:
18- стальной поршень; /9-тензобалка;
20-тензометрическая аппаратура; 21-ми-
кроампермиллнвольтметр; 22-узел измере-
ния силы трения.
157
Относительная погрешность определения износа + 7% и критической
нагрузки +10%.
Износное число определяют на приборе ПСТ-2 по методу, разработан-
ному группой авторов [101]. Сущность метода заключается в определении
степени влияния топлива на износ плунжера при комбинированном трении
(трении качения и трении скольжения) в зоне контакта его с конической
шайбой. Износ плунжера оценивается косвенно по уменьшению его ча-
стоты вращения за контрольный промежуток времени испытания. Проти-
воизносные свойства топлив характеризуются показателем износа, вычис-
ляемым как отношение величин изменения частоты вращения плунжера
в испытуемом и эталонном топливах. Эталонным топливом является
смесь 96% изооктана и 4% цетана. Чем меньше величина износа, тем луч-
ше уровень противоизносных, свойств топлива.
Парой трения является плунжер 5 из стали ХВГ и коническая шайба
4 из стали ШХ15 (рис. 66). Коническую шайбу закрепляют на валу редук-
тора 2 и приводят во вращательное движение электроприводом 1.
Плунжер является серийной деталью топливного насоса-регулятора.
Его монтируют в цанговом держателе 6, который может вращаться благо-
даря радиальным 8 и упорному 9 шариковым подшипникам. Пара трения
помещена в топливный бачок 3, в корпус которого вмонтирован электро-
подогреватель для нагрева топлива до необходимой температуры. Систе-
ма нагружения пары трения рычажная. Сила нагружения создается гирей
через специальный рычаг.
В установке предусмотрено циклическое притормаживание вращения
плунжера, обеспечивающее изменение соотношения между скольжением
и качением в зоне контакта пары трения аналогично тому, как это имеет
место в зоне контакта плунжерной пары насоса-регулятора при смене ре-
жимов его работы. Для этого на хвостовике цангового держателя закре-
плено металлическое кольцо 10, к которому при включении электромагни-
та торможения прижимается постоянной силой сектор 11, создающий
тормозной момент.
Частота вращения плунжера измеряется и регистрируется с помощью
источника света 13, дискового прерывателя 12, закрепленного на хвостови-
ке цангового держателя, фотосопротивления 14, преобразователя частоты
РИС. 66. Схема установки
ПСГ-2:
1 - электродвигатель; 2 - редуктор; 3 - то-
пливный бачок; 4- коническая шайба;
5-плунжер; 6-цанговый держатель; 7-винт-
упор; 8, 9-шарикоподшипники; /0-кольцо
торможения; 11 - сектор-торможения;
/2-прерыватель; 13- источник света; /^ фо-
то сопротивление; 15- преобразователь ча-
стоты; 16-потенциометр.
158
РИС. 67. Диаграмма изменения ча-
стоты вращения плунжера при ис-
пытании на установке ПСТ-2.
О 5 10 50 55 ВО
Продолжительность испытания, мин
электрического тока в постоянное напряжение 15 и самопишущего потен-
циометра 16.
Испытания на установке ПСТ-2 проводят при осевой нагрузке, равной
500 Н, соотношении между скоростями скольжения и качения в зоне кон-
такта 0,16-0,40 и температуре топлива 30 °C. На каждое испытание исполь-
зуют новые или перешлифованные плунжер и коническую шайбу.
Плунжер закрепляют в цанговом держателе, а коническую шайбу на ва-
лу редуктора. После этого внутренние поверхности топливного бачка и па-
ру трения промывают спирто-бензольной смесью (1 :1). Перед испытанием
топливо фильтруют через бумажный фильтр АФБ-1К. В бачок заливают
500 мл топлива и нагревают до температуры 30 + 2 °C. Затем нагружают
пару трения осевой силой и включают электропривод конической шайбы.
Испытание длится 60 мин трехминутными циклами, при которых пара
трения работает без притормаживания вращения плунжера в течение
одной минуты, с притормаживанием в течение двух минут (рис. 67). Ис-
ключение составляют циклы в начале и конце контрольного периода, ког-
да пара трения работает без притормаживания в течение двух минут. По
истечении 60 мин выключают электропривод конической шайбы и кон-
трольно-измерительную аппаратуру. Затем снимают нагрузку с пары тре-
ния и демонтируют плунжер и коническую шайбу.
По диаграммной ленте самопишущего потенциометра определяют ве-
личину уменьшения частоты вращения плунжера за контрольный период
испытания топлива (Аг]т);
ДПт = Чю - Пео
где т|10-частота вращения плунжера в начале контрольного периода испытания,
с*1; г|60-частота вращения плунжера в конце испытания, с-1.
Для оценки противоизносных свойств испытуемого топлива проводят
три параллельных эксперимента и находят среднее арифметическое значе-
ние их результатов. Показатель противоизносных свойств (П) топлива рас-
считывают по следующей формуле:
где 12,5-величина уменьшения частоты вращения плунжера за контрольный пе-
риод испытания эталонного топлива, с-1.
159
Показатель износа эталонного топлива принят равным 100 усл. ед. От-
носительная погрешность метода ± 6%.
Износ на лабораторном стенде с плунжерным насосом от агрегата
НР-21Ф2 определяют по методике, разработанной группой авторов
[102, 103]. Сущность метода заключается в пятичасовой однократной про-
качке топлива (50 л), подогретого до 50 °C, через полость контрольного уз-
ла трения модифицированного насоса-регулятора НР-21Ф2 и последую-
щем измерении износа контрольных шаров, установленных в трех
плунжерах. Износ шаров выражается диаметром пятна износа, который
является оценочным показателем противоизносных свойств топлива по
этому методу.
Контрольной парой трения являются три шара 9 диаметром 12,7 мм,
закрепленных в плунжере, и наклонная шайба упорного шарикоподшипни-
ка (рис. 68). Шары изготовлены из стали ШХ15, а наклонная шайба-из
стали ЭИ347. Плунжеры с шарами и наклонную шайбу монтируют в мо-
дифицированном насосе-регуляторе НР-21Ф2, в котором дренажные отвер-
стия заглушены для разобщения полости контрольного узла трения и ос-
новной полости перекачки топлива.
Лабораторный стенд имеет две независимые топливные магистрали.
По одной прокачивается испытуемое топливо через полость контрольного
узла трения на проток, а по второй циркулирует рабочее топливо, которое
не проходит через основную полость насоса-регулятора НР-21Ф2.
Испытуемое топливо из бака 1 насосом 2 через фильтр 4 и электропо-
догреватель 6 подается в полость контрольной пары насоса-регулятора
НР-21Ф2. Пройдя эту полость, топливо смешивается с рабочим топливом,
циркулирующим по замкнутому кругу, и обратно в полость контрольной
пары трения не возвращается. Для контроля температуры испытуемого
топлива установлены термопары 7 после нагревателя и в полости кон-
трольной пары трения.
В циркуляционную магистраль входит следующее оборудование: насос-
регулятор НР-21Ф2, который вращается электроприводом системы Лео-
нардо 10, вентиль для задания нагрузки на плунжеры, манометр для кон-
троля давления на выходе из насоса-регулятора, фильтр 14, дроссель 15,
дифманометр для контроля производительности насоса и величины угла
наклона шайбы, вентиль для регулировки расхода топлива, ротаметр 13
и штихпробер 12 для контроля расхода топлива и сливная емкость 14. Ре-
жимы испытания приведены в табл. 19.
После демонтажа стенда и разборки насоса-регулятора измеряют диа-
метры пятен износа шаров в двух взаимно перпендикулярных направле-
ниях с точностью до 0,01 мм. Диаметр пятна износа-оценочный показа-
тель противоизносных свойств топлива-подсчитывается как среднее
арифметическое значение диаметров пятен износа трех контрольных ша-
ров. Относительная погрешность метода составляет + 2,5%.
Определение износа на натурных (серийных) насосах-регуляторах
НР-21Ф2 проводится по методике, разработанной во ВНИИ НП. Сущ-
ность метода заключается в том, что испытуемое топливо подвергается
100-часовой однократной прокачке серийным насосом-регулятором
НР-21Ф2 на типичных эксплуатационных режимах, нагрузках и температу-
рах. Оценочными показателями противоизносных свойств топлива
160
РИС. 68. Схема установки с модифицированным насосом-регулятором НР-21Ф2:
/-топливный бак; 2-подкачивающий насос; 3-краны; 4-фильтр; 5-манометры; 6-электроподогреватель; 7-термопары; S-модифицированный насос-регулятор НР-21Ф2; 9-шар-
образец; /0-электропривод системы Леонарда; //-механизм изменения угла наклона шайбы; 12-штихпробер; /3-ротаметр; 14-сливная емкость; 15-дроссель.
И -30
Таблица 19. Режимы пятичасового испытания на модифицированном насосе-ре-
гуляторе НР-21Ф2
Показатели работы Режим
обкатка разогрев основной изменение угла накло- на шайбы охлаждение стенда
Время работы, мин 15 15 240 15 15
Обороты ротора, с-1 Давление топлива, кПа 12,5 33,3 33,3 33,3 33,3
в узле трения 294 294 294 294 294
на выходе из насоса-регуля- тора 400 1000 1000 400-1000 1000
Температура топлива в узле тре- ния, °C 20 20-50 50 50 50-20
Расход испытуемого топлива, л/ч 10 + 0,1 10 + 0,1 10 + 0,1 10 + 0,1 10 + 0,1
Угол наклона шайбы 0° 25' 3° 3° 30'-3° 3°
являются среднее значение величины износа плунжеров и глубина выра-
ботки контактной дорожки наклонной шайбы. Для проведения каждого ис-
пытания требуется 120 т испытуемого топлива и новый насос-регулятор
НР-21Ф2. Принципиальная схема стенда для испытаний представлена на
рис. 69.
Определение противоизносных свойств реактивных топлив одноразо-
вой прокачкой на стенде с серийным насосом НР-21Ф2 комплексом квали-
фикационных методов не предусмотрено. Модельные установки обладают,
естественно, меньшей степенью достоверности результатов оценки проти-
воизносных свойств топлив по сравнению с испытаниями на серийных на-
сосах-регуляторах. Соответствие данных оценки противоизносных свойств
топлив на лабораторных установках результатам испытаний на серийном
Таблица 20. Показатели противоизносных свойств топлив
Числитель-норма по стандарту (прочерк означает, что показатель не нормируется),
Марка Установка УПС-01 Установка СИССТ-1
топлива----------------------------------------------------------------------__________________
диаметр пятна критическая критерий массовый износ критическая
износа шаров, нагрузка, кН К, % шаров, мкг нагрузка, кН
мм
Т-2 — — -—
1,31-1,92 0,24-0,27 68-108 22-86 2,7-3,8
Т-1 — — — — —
1,17-1,46 0,26-0,28 97-244 10-44 2,9-4,2
ТС-1 — — — — —
1,19-1,67 0,17-0,34 61-190 15-94 1,8 4,5
РТ — — 95 <62,2 > 1,96
1,00-1.30 0,24-0,32 103-163 7-28 2,4-4,6
Т-8 — — — — —
0,91-1,42 0,20-0,26 81-137 9-44 1,8-4,5
Т-6 — — — — —
0,68 1,30 0,26-0,38 124-303 6-26 3,2-5,1
162
РИС. 69. Принципиальная схема установки с серийным насосом-регулятором
НР-21Ф2:
I насос-регулятор НР-21Ф2; 2-жиклеры; 3-задвижки; 4-емкость слива топлива; 5-емкость для испытуемого
топлива; б-фильтры грубой очистки; 7-подкачивающий насос; 8-манометры; 9 -расходомер; 10. 7/-тепло-
обменники I и II ступеней; 12 термопары; 13-фильтры тонкой очистки.
насосе-регуляторе НР-21Ф2 характеризуется корреляционными зависимо-
стями, представленными на рис. 70-72.
Как видно, для метода УПС-01 зависимость криволинейная, а для ме-
тода с модифицированным насосом-регулятором НР-21Ф2 имеется криво-
линейный участок, что указывает на неравномерную чувствительность этих
при оценке различными методами [105, 106, 107, с. 10-15}
шаменатель- интервал фактических значений
Установка ПСТ-2 Модифицированный насос Серийный насос НР-21Ф2
НР-21Ф2, диаметр пятна износа --
показатель---------------------------------------------шаров, мм износ изиос наклонной
износа, усл. ед. плунжеров, мм шайбы, мм
15-68 2,95-3,58 <3,5
10-33 2,59 -3,37 <3,5
12-65 2,72-3,47 <3,0
7-25 2,56-3,13
10-52 2,90-3,24 <3,0
5-47 2,40-3,42
<0,6 —
0,11-0,48 <0,6 0,01-0,13
0,05-0,27 <0,6 <0,05
0,05-0,52 <0,2 <0,15
0,02-0,14 <0,1
0,03-0,53 <0,1
0,05-0.46 <0,02
163
60 100 ПО 180 220 260
Противоизносных свойства топлив, °/0
РИС. 71. Корреляционная зависи-
мость между результатами устано-
вок с модернизированным
и серйным насосами-регуляторами
НР-21Ф2:
1.3,1 / -образцы топлива Т-6; 2-образец топлива
РТ;4-/0,12-образцы топлива ТС-1; /3-образец
топлива Т-8В; 14, /6-образцы топлива Т-7.
РИС. 70. Корреляционная зависимость ме-
жду результатами прибора УПС-01 и уста-
новки с серйным насосом-регулятором
НР-21Ф2:
1-9- образцы товарных топлив.
РИС. 12. Корреляционная зависимость ме-
жду результатами установки ПСТ-2 и
стенда с серийным насосом-регулятором
НР-21Ф2.
методов при оценке топлив с разным уровнем противоизносных свойств.
Чувствительность метода УПС-01 при оценке топлив с плохими проти-
воизносными свойствами намного ниже, чем топлив с хорошими проти-
воизносными свойствами. В связи с этим указанный метод был принят
только для оценки топлива РТ, которое имеет хорошие противоизнрсные
свойства. Аналогичные ограничения имеются и у метода СИССТ-1.
Сравнение корреляционных зависимостей, а также результатов опреде-
ления противоизносных свойств реактивных топлив разными методами
(табл. 20) с учетом ограничения по возможностям оценки на приборах
164
УПС-01 и СИССТ-1 ряда топлив, а также относительной громоздкости
метода испытания на модифицированном насосе НР-21Ф2 показывает, что
в настоящее время наиболее перспективным квалификационным методом
оценки указанных свойств является метод определения на установке
ПСТ-2.
ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА
При эксплуатации авиационной техники большое внимание уделяют пред-
отвращению загрязнения реактивных топлив от воды и механических при-
месей. Как правило, периодически сливают отстой из баков и расходных
резервуаров, фильтруют и сепарируют топливо при заправке летательных
аппаратов. Эти мероприятия в значительной степени предотвращают по-
явление коррозии на деталях топливных систем независимо от защитных
свойств топлива. Однако в практике встречается много случаев, когда ре-
активные топлива все же обводняются, например при хранении в резервуа-
рах без приспособлений для слива отстоя или при длительном хранении
(особенно во влажном климате) заправленных топливом летательных ап-
паратов. Наличие воды в реактивном топливе, длительно хранящемся
в топливной системе летательных аппаратов, в технических средствах
транспортирования, заправки и хранения приводит к электрохимической
коррозии металла и вызывает связанные с этим отрицательные послед-
ствия в виде коррозионного поражения деталей указанных средств и нару-
шений вследствие этого их работы, а также загрязнения топлива продукта-
ми коррозии.
Скорость коррозии металла в обводненном топливе зависит от его за-
щитных свойств, т. е. от способности образовывать на поверхности метал-
ла прочную адсорбционную пленку, препятствующую прониканию к нему
воды и развитию электрохимической коррозии.
Защитные свойства реактивных топлив оценивают по ГОСТ 18597-73.
Сущность метода заключается в определении потери массы металлических
пластин после выдержки в топливе при насыщении его водой и конденса-
ции ее на пластинах в специальном приборе. Используемый для этой цели
стеклянный прибор и методика проведения испытания описаны в гл. 2
применительно к автомобильным бензинам.
Марка топлива Потеря массы, г/м2 Марка топлива Потеря массы, г/м2
Ст. 3 ВБ 23НЦ Ст. 3 ВБ 23НЦ
Т-2 — — РТ <8,0 <8,0
0,3-2,8 1,0-5,2 0,0-1,8 0,3-2,1
Т-1 — — Т-8 — —
1,3-1,4 1,0-2,6 0,4-2,4 0,4-2,7
ТС-1 <8,0 < 10 Т-6 <5,0 <8,0
0,4-2,7 1,0-4,5 0,6-3,0 0,0-2,5
Отличие в испытании реактивных топлив заключается в том, что кроме
стальных используют пластинки из бронзы ВБ 23НЦ таких же размеров,
Травление бронзовых пластинок осуществляют в течение 5 мин в 18%-ном
растворе соляной кислоты без ингибитора. Испытание ведут при подаче
165
теплоносителя из термостата, в котором поддерживают температуру 98 ±
±0,5 °C. ' .........
Реактивные топлива по защитной способности, определяемой ука-
занным методом, характеризуются следующими данными (числитель -
норма по стандарту, знаменатель-интервал фактических значений).
ЭЛЕКТРИЗУЕМ ОСТЬ
Углеводородные топлива при перекачках могут электризоваться, т. е. в них
может накапливаться заряд статического электричества определенного
знака. Возникновение зарядов и их величина обусловлены процессами
образования на границе топливо-твердое тело двойного электрического
слоя и разделения его обкладок. Законченной теории электризации пока не
разработано. Различными исследованиями установлено, что электризация
углеводородных топлив в основном зависит от их состава и содержания
дисперсной фазы, скорости потока, природы и вида поверхности оборудо-
вания, а также от площади соприкосновения с ней.
Накопление достаточно высокого заряда статического электричества
в топливе может привести к самопроизвольному его разряду и как резуль-
тат-к взрыву и пожару от возгорания паров топлива. Пожаро- и взрывоо-
пасность реактивных топлив от статического электричества определяется
главным образом концентрационными и температурными пределами
взрываемости их паров и силой возникающего разряда, которая во
многом зависит от конструкции и материала технических средств.
Предложены различные методы непосредственной оценки склонности
топлив к электризации [108, 109]. Однако из-за сложности воспроизведе-
ния в одном приборе многочисленных факторов, определяющих электриза-
цию топлив, и трудности получения корреляции с электризацией в на-
турных условиях эти методы пока используют только в качестве
исследовательских. В то же время они позволили установить, что реак-
тивные топлива, не содержащие специальных антиэлектростатических при-
садок, весьма сильно различаются по склонности к электризации.
Установлено также, что склонность топлив к электризации в значитель-
ной степени зависит от их удельной электрической проводимости. Эта за-
висимость имеет экстремальный характер, достигая максимума накопле-
ния зарядов при проводимости около 10 пСм/м, а при 50 пСм и более
накопления зарядов в топливе практически совсем не происходит, так как
скорость их релаксации превышает скорость генерирования.
Для борьбы с опасным накоплением зарядов статического электриче-
ства в углеводородных топливах разработаны и в ряде стран успешно при-
меняются антиэлектростатические присадки, механизм действия которых
основан на повышении проводимости топлива выше указанного предела,
при котором в топливе могут накапливаться заряды статического электри-
чества. Однако очень высокая электрическая проводимость топлива неже-
лательна из-за нарушений в работе топливо-измерительной аппаратуры
емкостного типа, устанавливаемой в баках самолетов. В связи с этим обы-
чно устанавливают верхний предел электрической проводимости, который,
166
как правило, составляет 600 пСм/м (в отдельных случаях за рубежом счи-
тают допустимым пределом 300 пСм/м)..
В связи с изложенным в Комплекс квалификационных методов включен
метод оценки электрической проводимости топлив.
Удельную электрическую проводимость определяют по методике, разра-
ботанной группой авторов [ПО].. Сущность измерения заключается в изме-
рении электрического сопротивления топлива с последующим пересчетом
его в удельную электрическую проводимость.
Для определения сопротивления топлива используют прибор, разрабо-
танный Ленинградским филиалом СКВ АНН и состоящий из измеритель-
ной ячейки ЭЖ-1 (рис. 73) и тераомметра ЕК 6-7. Измерительную ячейку
промывают 2-3 раза спирто-бензольной смесью (1:1) и петролейным эфи-
ром, а затем ополаскивают испытуемым топливом. После этого в ячейку
наливают 40 мл испытуемого топлива и подключают ее к тераомметру.
В момент, подачи на измерительную ячейку напряжения 1 В снимают по-
казания тераомметра. Сопротивление каждой пробы измеряют не менее
3 раз, каждый раз заливая новую порцию топлива. Результаты трех после-
довательных определений не должны различаться между собой более чем
на 5%.
Удельную электрическую проводимость (у, пСм/м) рассчитывают по
формуле:
y=±L.10iJ_
св R
где е0-диэлектрическая проницаемость вакуума, равная 8,854 пФ/м;
св-электрическая емкость ячейки в воздухе, равная 51 +0,5-пФ; R-сопротивление
образца топлива, Ом.
При проведении испытания большое значение имеет отбор проб топ-
лива и их хранение. Обычно пробу отбирают в сухие и чистые бутылки из
светлого стекла емкостью не менее 0,5 л. Проба пригодна для испытания
в течение не более 30 мин. При отборе пробы принимают меры к полному
предотвращению попадания атмосферных осадков и других загрязнений
в испытуемое топливо.
Измеренная указанным способом
удельная электрическая проводи-
мость реактивных топлив, не содер-
жащих антиэлектростатических при-
садок и содержащих их, находится
в пределах 1-15 пСм/м и 50-
600 пСм/м соответственно.
Удельная электрическая проводи-
мость является чувствительным по-
казателем загрязнения топлив посто-
ронними веществами, образующими
дисперсную фазу, и в ряде случаев
РИС. 73. Схема прибора для измерения со-
противления топлива с помощью ячейки
ЭЖ-1:
I, 3- измерительные электроды; 2-охранный электрод;
4- тераомметр.
167
используется для контроля чистоты топлив, не содержащих антиэлектро-
статических присадок.
СТАБИЛЬНОСТЬ
Бесперебойное обеспечение топливом техники, особенно в периоды ее мас-
сового интенсивного использования, значительно упрощается при наличии
необходимого количества запасов топлива. В наибольшей степени это от-
носится к реактивным топливам, так как авиационная техника отличается
от других транспортных средств сравнительно большими удельными рас-
ходами топлива. С экономической точки зрения рационально хранить
топлива, освежая запасы как можно реже. В связи с этим большое практи-
ческое значение имеют допустимые сроки хранения реактивных топлив на
скпядях. Эти сроки обусловлены стабильностью топлив при хранении.
Реактивные топлива Т-2, ТС-1, Т-1, содержащие прямогонные компо-
ненты, не подвергнутые гидрогенизации, умеренно термостабильны
и имеют, как правило, достаточно длительные допустимые сроки хране-
ния-5 лет и более. Высокотермостабильные же топлива РТ, Т-8 и Т-6
представляют собой углеводородные фракции, весьма глубоко очищенные
от гетероатомных соединений. Но в результате удаления из них при про-
изводстве естественных антиокислителей они обладают повышенной окис-
ляемостью, что приводит к усилению агрессивного воздействия на резину,
а также к накоплению в них продуктов окисления и быстрому ухудшению
термической стабильности. Поэтому допустимый срок хранения указанных
топлив без антиокислительных присадок в ряде случаев значительно мень-
ше, чем сроки хранения топлив Т-1, ТС-1 и Т-1.
В современные термостабильные топлива добавляют антиокисли-
тельные присадки, в частности ионол. Эффективность таких присадок зави-
сит от углеводородного состава топлива, а также от количества и состава
примесей гетероатомных соединений в нем. В связи с этим в комплексе ме-
тодов стабильность при хранений оценивают следующими показателями:
изменением термоокислительной стабильности,
химической стабильностью по скорости расхода антиокислителя.
Изменение термоокислительной стабильности. Прогнозирование измене-
ния термоокислительной стабильности реактивных топлив при хранении
проводят по методу, разработанному группой авторов [107, с. 3-8]. Испы-
туемый образец топлива непрерывно окисляется в герметично закрытых
стеклянных сосудах при температуре 100 °C и устанавливается время окис-
ления топлива до изменения сверх допустимого предела его термоокисли-
тельной стабильности, определяемой в динамических условиях. Полу-
ченные результаты пересчитывают на прогнозируемое время хранения
топлива в натурных резервуарах на складах горючего.
Термоокислительную стабильность после окисления топлива при 100 °C
определяют с помощью прибора ЦИТО-М [111]. По принципу движения
топлива и конструкции этот прибор является аналогом описанного выше
прибора ЦИТО-С (см. рис. 61). Основными отличиями является то, что он
изготовлен из нержавеющей стали и на пути максимально нагретого топ-.
лива имеется фильтр из металлической сетки саржевого плетения (размер
пор 12-16 мкм).
168
Испытание на приборе ЦИТО-М (рис. 74) проводят следующим обра-
зом. Очищают прибор от загрязнений, собирают узел контрольного филь-
тра, монтируют и опрессовывают контур циркуляции. Наливают в прибор
250 мл испытуемого топлива, предварительно отфильтрованного через
биологический фильтр (размер пор 3—5 мкм). Давление воздуха в компен-
сационном бачке 11 повышают до 0,6 МПа. Включают подачу воды для
охлаждения рабочей жидкости через рубашку холодильника 8 и циркуля-
цию рабочей жидкости в системе охлаждения, регулируя ее расход при по-
мощи крана и штихпробера б (3,0 + 0,05 мл/с). Температура поддерживает-
ся автоматически.
Нагретое топливо циркулирует по системе в течение 180 мин или менее,
если фильтры забиты (температура за фильтром измеряемая термопарой,
понижается на <30 °C). Термоокислительную стабильность топлива ха-
рактеризуют отношением (И) разности температур в нижней части корпуса
контура циркуляции в начале и конце испытания ко времени испытания.
Испытание по прогнозированию изменения термоокислительной ста-
бильности проводят по следующей методике. Заливают по 400 мл испы-
туемого топлива, предварительно отфильтрованного через биологический
фильтр (размер пор 3-5 мкм) в стеклянные сосуды емкостью 500 мл. за-
крывают их герметично и помещают в термостат, где поддерживается
температура 100+ 2 °C.
Определяют на приборе ЦИТО-М термоокислительную стабильность
исходной пробы топлива (Ио). В зависимости от полученного значения Wo
находят время термостатирования первой пробы топлива. При Wo < 3 или
от 3 до 6 и от 6 до 10 °С/ч это время соответственно должно составлять 3,
2 и 1 сут.
После установленного времени термостатирования первой пробы топ-
иива определяют ее термоокислительную стабильность И^ на приборе
ЦИТО-М Исходя из полученного значения И^, по тому же принципу уста-
навливают время термостатирования следующей пробы. И так испыты-
вают 10 проб.
По результатам испытания всех проб строят график изменения термо-
окислительной стабильности И'от времени термостатирования иснытуемо-
ю топлива и графической интерполя-
цией определяют время т, при кото-
ром W= 10°С/ч. За результат испыта-
ния принимают среднее арифметиче-
РИС. 74. Схема установки ЦИТО-М:
1 гермопары; 2—насос; 3—рубашка; 4 бачок с рабочей жид-
костью; 5-опускная труба; б-штихпробер; 7-краны; S-холо-
дильник; 9-камера контрольного фильтра; 10- фланцы;
11 компенсационный бачок; 12- манометр; 73-редуктор;
/•/-баллон сжатого воздуха; 15-подъемная труба; 16--ворон-
ка; 17- электроподогреватель; /^-корпус.
•30
ское двух параллельных определений т. Результаты двух параллельных
определений не должны отличаться от среднего арифметического более
чем на 20, 15 и 10% для т, равного соответственно <5,5-10 и >10сут.
Для прогнозирования допустимых сроков хранения провели корреля-
цию между результатами, получаемыми по описанной методике и при на-
турном хранении топлив в стальных бочках. Например, образец топлива
РТ в результате хранения в неотапливаемом хранилище при средней за пе-
риод хранения температуре 15 °C вышел за установленные пределы по тер-
моокислительной стабильности (И7= 10°С/ч) за 6 мес. Исходное топливо
имело т, равный 2,5 сут.
По результатам хранения в стальных бочках предложено принимать
допустимый срок хранения равным 0,2 т. Однако эта оценка дает большой
запас качества, так как она основана на результатах хранения в весьма
жестких условиях. Учитывая каталитическое воздействие металла на окис-
лительные процессы в топливе, срок хранения в резервуарах (где отноше-
ние площади поверхности металла к объему топлива значительно больше,
чем в бочке) должен быть более длительным по сравнению с расчетным.
Требуется накопление статистических данных по корреляции результатов
испытания и натурного хранения топлив.
Современные термостабильные реактивные топлива при испытании по
описанной методике имеют т > 20 су г для топлива РТ и т > 30 сут для
топлива Т-6.
Химическая стабильность реактивных топлив. Определение проводят по
методу*, основанному на измерении скорости образования свободных ра-
дикалов при окислении кислородом воздуха топлив, не содержащих анти-
окислительной присадки, и вычислении допустимого срока хранения то-
плив с антиокислительной присадкой при контакте их с воздухом.
Окисление испытуемого топлива (без антиокислителя) ведут в стеклян-
ном реакторе специальной установки для барботажного окисления по
схеме, применяемой в методе определения содержания антиокислителя ио-
нол (см. выше).
В реактор наливают 60 мл испытуемого топлива и добавляют ингиби-
тор М,М-ди-р-нафтил-и-фенилендиамин (диафен-NjN), предварительно пере-
кристаллизованный, в количестве 1 10“ 4 моль/л. Продувают холодное топ-
ливо воздухом в течение 15 мин с расходом 65 + 5 мл/мин. Подают
в рубашку реактора термостатирующую жидкость. В интервале 100-190 °C
через каждые 5 °C после 30-ти минутной выдержки отбирают пробу топли-
ва-около 2,5 мл. Объем топлива в реакторе, оставшийся после опыта, дол-
жен составлять не менее 2/3 первоначального. С помощью фотоколориме-
тра измеряют оптическую плотность оставшегося топлива. Изменение
оптической плотности топлива в процессе испытания характеризует ско-
рость расходования ингибитора, так как образующийся в результате его
окисления хинондиимин окрашивает топливо в розово-красный цвет.
По результатам измерения оптической плотности проб окисленного
топлива рассчитывают концентрацию хинондиимина в них, а затем ско-
рость расходования диафена-М,]Ч. Скорость образования свободных ради-
* Метод разработан Г. И. Ковалевым, Е. Т. Денисовым, Л. К. Борисовой,
Н. С. Зверевой, Б. А. Энглиным и В. М. Веселянской.
170
калов [Wj, моль/(л-с)] рассчитывают по формуле:
И[ = 2%,-2к[1п][О2]
|де к-константа скорости окисления диафена-N.N кислородом, л/(моль-с);
[In]-исходная концентрация ингибитора в топливе, равная 1-10-4 моль/л;
ГОД- концентрация растворенного в топливе кислорода в интервале температур
10(М70°С, равная 1,8-1О3 моль/л.
Константу скорости окисления диафена-NjN рассчитывают по формуле:
23000
Igk = 9,146-----------
6 4,575 7
<де 7 -темпера тура окисления топлива, К.
Строят графическую зависимость в координатах lg W, и графиче-
ской экстраполяцией находят значения W, при любых температурах хране-
ния топлив.
По этим данным можно рассчитать допустимый срок хранения топлива при за-
данной температуре, исходя из необходимого остаточного содержания ингибитора
Гак, если взять топливо с ионолом и считать, что при хранении его концентрация
не должна быть ниже 0,002% (масс.), или (0,8-10" 4 моль/л), допустимый срок хране-
ния можно рассчитать по формуле
_ 2([1п]0 - 0,8 -10~4)
।де 2-стехиометрический коэффициент ингибирования; [In]-концентрация ионола
в топливе в начале хранения, моль/л; И---скорость образования свободных радика-
лов при окислении испытуемого топлива, найденная экстраполяцией к заданной
। емпературе.
Сравнительные испытания топлив РТ и Т-6, длительно хранящихся
в сообщенных с атмосферой стеклянных емкостях при 60 °C, а также но
описанному методу показали, что найденные экстраполяцией значения И]
имеют относительную погрешность 7% при доверительной вероятности
0,95 [112]. Для характеристики товарных реактивных топлив по этому по-
казателю пока не накоплено достаточно статистических данных.
* *
*
Таким образом, комплекс квалификационных методов испытаний то-
плив для авиационных газотурбинных двигателей с учетом методов, пред-
усмотренных стандартами на эти топлива, включает 46 методов. Для ис-
пытания всеми методами с проведением параллельных испытаний
требуется около 300 л топлива. К самым длительным ‘испытаниям отно-
сятся прогнозирование изменения термоокислительной стабильности то-
плив при хранении (до 20 сут), определение коррозионной активности при
температуре 120 °C (около 7 рабочих дней) и определение термоокисли-
гельной стабильности на установках ДТС-1М и ДТС-2М (около трех рабо-
чих дней). Общая трудоемкость испытаний в полном объеме указанного
комплекса с учетом полной загрузки работников в течение рабочего дня за
счет параллельного проведения различных испытаний составляет около
200 человеко-дней.
171
Анализ перечня методов, входящих в комплекс, показывает, что ряд
эксплуатационных свойств, например испаряемость, воспламеняемость, за-
щитные свойства, электризуемосгь, стабильность при хранении, оцени-
ваются одним-двумя методами. Для оценки же других эксплуатационных
свойств, таких, как совместимость с материалами, используют до 13 мето-
дов. Подобное положение объясняется неравнозначностью эксплуата-
ционных свойств по видам проявлений их влияния на работу авиационной
техники, а также в некоторой степени стихийностью формирования пере-
чня показателей качества топлив, регламентируемых стандартами на них.
Так, показатель высоты некоптящего пламени был введен в требования на
осветительные керосины и метод его определения отражает сгорание ке-
росина в осветительных лампах. Однако этот показатель до сих пор сохра-
нился в требованиях даже на те керосины, которые уже используются не
в осветительных приборах, а в сверхзвуковых самолетах.
Показатель «содержание фактических смол» также не отражает поведе-
ния топлива в ГТД, так как его определение было введено в испытания
бензинов для характеристики полноты испарения в карбюраторе поршне-
вого двигателя.
В настоящее время комплекс квалификационных методов испытаний
топлив для авиационных ГТД достиг по сравнению с другими наибольше-
го развития. Дальнейшее совершенствование комплекса должно быть свя-
зано с накоплением статистических данных по фактическому качеству то-
плив и влиянию его на работу авиационной техники для установления
норм по вновь включенным методам испытания, по которым эти нормы
еще не установлены, а также для унификации и сокращения числа суще-
ствующих методов. Оно должно проводиться на основе данных по корре-
ляции результатов испытаний разными методами, характеризующими
одно эксплуатационное свойство топлива. Установлено, например, что на-
гарные свойства топлива, характеризуемые количеством нагара в однока-
мерной установке, высотой некоптящего пламени или люминометрическим
числом, можно выразить в виде аналитических зависимостей фракционно-
го состава топлива от плотности и содержания ароматических углеводоро-
дов [7, с. 41-43]. Это свидетельствует о наличии необходимых предпосы-
лок для сокращения методов испытаний в комплексе. Возможности
сокращения используемых методов есть при определении и других показа-
телей эксплуатационных свойств, в частности, термоокислительной ста-
бильности в динамических условиях, воздействия на резины, противоиз-
носных свойств.
Другим важным направлением совершенствования комплекса является
доработка и уточнение некоторых используемых в настоящее время мето-
дов, которые не отвечают современным требованиям по точности и чув-
ствительности. В первую очередь-это методы определения взаимодей-
ствия топлив с водой и люминометричсского числа.
Одним из главных направлений дальнейшего развития рассматривае-
мого комплекса методов, как, впрочем, и других комплексов, является так-
же совершенствование аппаратурного оформления входящих в них мето-
дов и унификация используемых приборов. Так, целесообразно было бы
разработать унифицированные термостаты, которые позволяли бы прово-
дить все работы по термостатированию топлива, предусмотренные разны-
ми методами. '
т
Глава 6
КОМПЛЕКС КВАЛИФИКАЦИОННЫХ
МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ ДИСТИЛЛЯТНЫХ
ТОПЛИВ ДЛЯ СУДОВЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ и
КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Все топлива, используемые в судовых газотурбинных установках (ГТУ),
можно разделить на две группы: дистиллятные и остаточные. В судовых
ГТУ наибольшее распространение получили дистиллятные топлива, ко-
торые не вызывают особых трудностей при их применении в ГТУ авиа-
ционного типа, характеризуемых малым временем пребывания продуктов
сгорания топлив в камере сгорания и высокой температурой газа перед
турбиной. Дистиллятные топлива, как правило, не требуют особой подго-
товки на судах перед их использованием.
Под остаточными подразумеваю) топлива, в которых в различных
соотношениях с дистиллятами содержатся компоненты, составляющие
остаток при разгонке нефти. Из отечественных топлив к остаточным
в частности относятся моторные топлива ДТ и ДМ, флотские и топочные
мазуты. Остаточные топлива пока весьма ограниченно применяют в су-
довых ГТУ, что связано с необходимостью сложной для судовых условий
обработки их (промывка водой, добавление присадок) и относительно
меньшей эффективностью работы ГТУ из-за сравнительно невысокой тем-
пературы газа перед турбиной и больших габаритов самой установки. По-
этому требования к остаточным топливам в основном определяются усло-
виями их использования в котельных установках, что более подробно
рассмотрено в гл. 7.
Комплексом методов квалификационных испытаний дистиллятных то-
плив для судовых газотурбинных и котельных установок предусмотрена
оценка следующих эксплуатационных свойств: испаряемости, воспламеняе-
мости и горючести, склонности к образованию отложений, совместимости
с материалами, прокачиваемости, противоизносных и защитных свойств,
а также стабильности при хранении. Указанный комплекс создан сравни-
тельно недавно и находится в стадии развития. Дистиллятные топлива
являются основным топливом в быстроходных дизельных двигателях, по-
тому комплексы квалификационных методов испытания топлив для ди-
зельных двигателей, а также для судовых газотурбинных и котельных
установок имеют довольно много одних и тех же показателей.
ИСПАРЯЕМОСТЬ
Испаряемость топлива для судовых газотурбинных установок имеет такое
же важное значение, как и для других двигателей внутреннего сгорания. От
нее во многом зависят качество смесеобразования, полнота сгорания топ-
шва а также форма температурного поля в камере сгорания и связанные
<. )тим явления.
Испаряемость указанных топлив оценивают фракционным составом.
Для дистиллятных топлив, выкипающих до 360-370°C, фракционный со-
173
став определяют по стандартному методу ГОСТ 2177 82 (как и для ди-
зельных топлив, см. гл. 4).
Фракционный состав дистиллятных топлив, содержащих фракции ва-
куумной разгонки нефти и выкипающих выше указанных температурных
пределов, определяют по методике, разработанной группой авторов*.
Сущность определения заключается в перегонке под вакуумом образца
топлива на стеклянной лабораторной установке, показанной на рис. 75.
Испытуемое топливо не должно содержать фракпий, выкипающих ниже
160 °C при анализе по ГОСТ 2177-82.
Нагретое до 40 °C топливо (100 мл) заливают в приемник, нагретый также
до 40 °C, а затем переливают в колбу Богданова. Для предотвращения пере-
броса жидкости во время перегонки и излишнего пенообразования в колбу
Богданова помещают 6-7 шаровых насадок и защитный конус (около отвод-
ной трубки) из металлической сетки. Соединяют колбу с вакуум-приемни-
ком, промежуточной и предохранительной склянками. С помощью вакуум-
насоса создают и поддерживают остаточное давление в приемнике, равное
1,06-1,33 кПа (8-10 мм рт. ст.). Включают электрообогрев колбонагревателя
и регулируют его так, чтобы первая капля топлива упала в вакуум-приемник
через 10-20 мин, а в последующем скорость перегонки была в пределах
4—5 мл в минуту. Фиксируют температуры перегонки различных фракций и
затем пересчитывают их на нормальное давление (рис. 76).
Описанный метод аналогичен методу по ASTM 1160-61, но базируется на
отечественном оборудовании.
РИС. 75. Схема ушановки для нереюнки
юнлнв при пониженном давлении:
1-электронагреватель; 2-насадка; 3-колба Богданова; 4-термометры; 5-сосуд для термостатирования; б-вакуум-
приемник; 7-предохранительная склянка; 8-вакуумметр; 9-буфериая емкость; ]0-вакуумный иасос ВМ-46.
* Методика разработана В.Г. Николаевой, Т.Н. Митусовой, В.Т. Бугаем,
Е. П. Серегиным.
174
II
ис1пм ‘эпнаидп'А
e? cS eS § e 5- !<. « щ 6 <g § E§ § §§ § fe В
liiiihlililililjiliiiiliiiiliiiiliiiililililililibiiiliiiiliiiiliiiiliiiiliiiililililililiiiiliiiiliiiiiiiiiliiiiliiiililililililiiiil
РИС. 76. Номограмма для определения соответствия температур кипения при пониженном атмосферном давлении (1 мм
д ‘ndfiLUDdaiMa±
ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ГОРЮЧЕСТЬ
Принципиального различия в роли воспламеняемости при организации про-
цесса сгорания топлив в судовых и авиационных газотурбинных двигателях
нет. Учитывая, что авиационные ГТД работают и должны запускаться при
более широких диапазонах температуры и давления окружающего воздуха
воспламеняемость для них играет даже большее практическое значение, чем
для судовых ГТУ.
Воспламеняемость топлив для судовых ГТУ, также как и топлив для
авиационных ГТД, оценивается только температурой вспышки.
Определение проводят по методу, описанному в гл. 4. Однако по требова-
ниям пожарной безопасности к воспламеняемости судовых топлив предъяв-
ляют более жесткие требования, чем авиационных (температура вспышки не
ниже 61 и 28 °C соответственно).
Процессы сгорания топлив в судовых ГТУ принципиально не отличаются
от процесса сгорания в авиационных ГТД. Эксплуатационное свойство топ-
лива для судовых ГТУ, связанное непосредственно с процессом горения,
оценивается:
удельной теплотой сгорания,
плотностью топлива,
люминометрическим числом,
коксуем остью,
массой нагара в модельной камере сгорания,
дымностью отработавших газов.
Методы определения удельной теплоты сгорания, плотности, люминоме-
трического числа и коксуемости описаны в гл. 3, 4 и 5.
Масса нагара в модельной камере сгорания. Определения нагарообразую-
щей способности топлив, а также дымности отработавших газов проводят
по методам, разработанным Е. П. Серегиным и В. И. Петровым и осно-
ванным на испытании топлива в известной установке У-164 с модельной ка-
мерой сгорания [ИЗ]. Эта установка состоит из газовоздушной (а) и топлив-
ной (б) коммуникаций (рис. 77), электрооборудования и пульта управления с
контрольно-измерительной и запорно-регулирующей аппаратурой.
Газовоздушная система включает: нагнетатель 1 объемного типа для
подачи воздуха в камеру сгорания, компрессор 11 для подачи воздуха в фор-
сунку, модельную прямоточную камеру сгорания 7 с разъемной жаровой
трубой (показанной на рис. 78), боксов 8 с обоймами для размещения образ-
цов сталей, испытываемых на коррозию, электромеханические заслонки 3
для регулирования подачи воздуха на горение и диафрагму 4 для измерения
расхода и давления воздуха.
Перед определением нагарообразующей способности топлив промывают
бензином форсунку, жаровую трубу и вкладыш в нее. Проверяют качество
распыла топлива форсункой на специальном стенде. Окружная неравномер-
ность распыла при избыточном давлении топлива 180 кПа и воздуха 177 кПа
не должна превышать 30%. Собирают установку для испытания. Заливают
испытуемое топливо в баки установки и запускают се. Устанавливают и под-
держивает постоянным следующий режим работы: расход топлива
4,0-4,5 кг/ч, избыточное давление в воздушной системе форсунки 177 кПа,
176
избыточное давление воздуха перед камерой сгорания 7,6 кПа, перепад да-
вления в газоходе на шайбе 0,22 кПа.
После 1 ч работы выключают установку и охлаждают в течение 30 мин.
Снимают камеру сгорания и разбирают ее. С помощью металлического
скребка количественно снимают нагар со стенок жаровой трубы и форсунки.
Собранный нагар взвешивают с точностью +0,0002 г в бюксе. Массу образо-
вавшегося в камере сгорания нагара находят по разнице масс бюкса с нага-
ром и без него. Относительная погрешность метода составляет 10%.
Дистиллятные топлива, предназначенные для использования в судовых
ГТУ, дают нагарообразование по данному методу в пределах 75-250 мг.
Временная норма по этому показателю составляет не более 250 мг.
Дымность отработавших газов. Определение этого показателя заключает-
ся в измерении среднего значения интенсивности излучения света, рассеянно-
б
РИС. 77 Воздушная (о) и топливная (б) коммуникации установки У-164:
а) / -нагнетатель, 2-электро подогреватели; 3-заслонки; 4-диафрагма с приборами, измеряющими расход н давле-
ние воздуха; 5-термопары; б-форсунка. 7-камера сгорания; 8-боксы для образцов; 9-манометр; 10-ресивер;
//-компрессор;
б) /-ручной насос; 2- краны: 3 задвижки; 4топливные баки; 5 -штихпроберы; 6-топливный насос МШ-ЗА; 7 тер-
мопары; 8-электроподогреватели; 9-форсунка: /0-фильтры; //-манометры.
177
РИС. 78. Камера сгорания лабораторной установки У-164:
Л кожух; 2-пневматическая форсунка; 3-завихритель жаровой трубы; 4-свеча зажигания; 5, 7, 8-1, II и Ш ступени
жаровой трубы; б-кольцевой вкладыш; 9-смесительные отверстия жаровой трубы.
го взвешенными частицами продуктов сгорания, в проточной части установ-
ки. С этой целью кроме описанного выше оборудования установки У-164
применяют блок измерения интенсивности излучения рассеянного света,
включающий источник света (лампа накаливания 8 В, 20 Вт, тип СЦ-61), фо-
тоумножитель ФЭУ-60, усилитель тока и регистрирующий прибор КСП-4.
Для проведения испытания подготавливают установку так же, как и для
определения нагарообразующей способности топлив. Устанавливают источ-
ник света и фотоумножитель дымомера на проточной части установки. Про-
веряют подачу воздуха для обдува их защитных стекол. Запускают установку
и поддерживают тот же режим ее работы, что и при определении нагаро-
образующей способности топлив. Испытание ведут в течение 30 мин. Дым-
ность отработавших газов оценивают по средней величине показаний реги-
стрирующего прибора, показывающего напряжение тока в мВ. Относитель-
ная погрешность метода составляет 10%.
Дистиллятные топлива для судовых ГТУ имеют дымность отработав-
ших газов по описанному методу, равную 11-45 мВ, при временной норме по
этому показателю не более 45 мВ.
СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ
Это эксплуатационное свойство топлив для судовых ГТУ оценивают по тем
же показателям, что и для других дистиллятных топлив, а именно:
содержанием фактических и адсорбционных смол,
иодным числом,
зольностью,
склонностью к отложениям на деталях форсунки (с помощью специаль-
ного форсуночного стенда).
Методы определения указанных показателей изложены в гл. 4. Дополни-
тельно определяют термоокислительную стабильность по ГОСТ 11802-66
178
(метод описан применительно к реактивным топливам, см. гл. 5). Отличие от
описанного метода заключается лишь в том, что испытание топлива ведут
при температуре 170 °C и избыточном давлении в бомбах в пределах
50-90 кПа. Используемые в судовых ГТУ топлива при оценке термоокисли-
тельной стабильности по указанному методу дают 4 -48 мг осадка на 100 см3
топлива.
СОВМЕСТИМОСТЬ С МАТЕРИАЛАМИ
Вследствие большого количества увлажненного морской водой воздуха, ис-
пользуемого в рабочем цикле судовых ГТУ, особое значение для топлив при-
обретает коррозионная активность продуктов сгорания. В связи с этим при
квалификационной оценке качества топлив для судовых ГТУ дополнительно
к показателям, оцениваемым для дизельных топлив и описанным в гл. 4,
определяют содержание коррозионно-активных металлов (Na, V и др.), а так-
же коррозионную активность продуктов сгорания.
Таким образом, совместимость с материалами топлив для судовых ГТУ
оценивается двумя указанными показателями, а также коррозией медной
пластинки, содержанием сернистых соединений (общим), сероводорода и
меркаптанов, кислотностью, содержанием водорастворимых кислот и
щелочей.
Содержание металлов в топливах для судовых ГТУ определяют атомно-
адсорбционным методом*. Дистиллятные топлива, как правило, содержат
менее 1 • 1СГ 5% (масс.) ванадия и других металлов. Исключение составляет
натрий.
При производстве топлив с защелачиванием и водной промывкой в нем
может оставаться некоторое количество натрия. Кроме того, при транспор-
тировании топлива морским путем в нем также может накапливаться натрий
за счет попадания морской воды. В результате отмечались случаи, когда по-
требитель получал топливо с содержанием до 20-10“ 5% (масс.) Na. Нормы
по содержанию натрия в дистиллятных топливах пока не установлены. За ру-
бежом считают, что для топлива, поступающего в судовые газотурбинные
установки, норма должна быть в пределах (0,5-1,0)-10 5 % (масс.) [114, 115].
Коррозионная активность продуктов сгорания определяется по методу,
разработанному Е. П. Серегиным и В. И. Петровым на установке У-164. Он
заключается в определении скорости коррозии образцов сталей под воздей-
ствием продуктов сгорания испытуемого топлива при постоянной темпера-
туре. Скорость коррозии рассчитывают по потере массы образцов после уда-
ления с их поверхности продуктов коррозии электрохимическим травлением.
Образцы готовят из сплава ЭП-99 в виде пластин (размер 35 х ЗОх 3 мм с
расширением на 4 х 2 х 3 мм в верхней части с каждой стороны для крепле-
ния их в обойме). Перед испытанием шлифуют поверхность образцов сплава
до чистоты, соответствующей 6-7 классу по ГОСТ 2789-73. Обезжиривают,
промывают, сушат и взвешивают с точностью +0,0002 г. Устанавливают
* Метод разработан С. К. Кюрегяном, Л. Л. Калининым, Л. Г. Маширевой,
К. А. Егоровой.
179
образцы в обойму, которую помещают в проточную часть установки под
углом 45° к оси газового потока. Запускают установку, устанавливают и под-
держивают температуру продуктов сгорания на срезе камеры сгорания
920 °C изменением расхода топлива.
Продолжительность испытания 5 ч, после чего установку выключают,
образцы сталей после остывания извлекают из обоймы и подвергают элек-
трохимическому травлению в расплаве 40% карбоната натрия и 60% гидро-
ксида натрия при температуре 480 °C и плотности тока 16 А/дм2. Время тра-
вления образцов сплава до полного удаления с их поверхности продуктов
коррозии составляет 6-8 мин и устанавливается визуально-по появлению
характерного металлического блеска на всей поверхности образца. После
травления образцы промывают, сушат и помещают на 1 ч в эксикатор, затем
взвешивают с точностью +0,0002 г. Скорость коррозии [К, г/(м2 -ч)] рас-
считывают по формуле:
т, —т,
Г' _ 1 2
где масса пластины до испытания, г; т2 -масса пластины после испытания и тра-
вления, г; 5-площадь пластины, м2; т-продолжительность испытания, ч.
Допускаемые расхождения между результатами параллельных испыта-
ний не должны составлять более 0,2 г/(м2-ч).
При определении указанным методом коррозионная активность продук-
тов сгорания топлив, предназначенных для судовых ГТУ, находится в диапа-
зоне 0,6-0,7 г/(м2 ч). Временная норма составляет не более 0,9 г/(м2 ч).
ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ
Прокачиваемость топлив для судовых ГТУ оценивается аналогично ди-
зельным топливам по кинематической вязкости, температуре помутнения и
застывания, коэффициенту фильтруемости, содержанию воды и механиче-
ских примесей. Особенностью применения топлив в судовых условиях
является повышенная вероятность их обводнения. В связи с этим дополни-
тельно оценивается скорость деэмульсации. Описание методов определения
показателей, оцениваемых для дизельных топлив, приведено в гл. 4.
Скорость деэмульсации топлив. Определение проводят по методу, разра-
ботанному В. Т. Бугаем и Е. П. Серегиным. Сущность его заключается в
приготовлении водо-топливной эмульсии и оценке полноты отделения
воды при отстое.
Испытуемое топливо и воду выдерживают при температуре 20 + 2 °C и
наливают в две пробирки емкостью 25 мл по 4 мл воды и по 12 мл
топлива. Объемы налитых воды и топлива определяют по шкале на стенке
пробирки. Плотно закрывают пробирки пробками и 20 раз переворачивают
их на 180е в вертикальной плоскости. Затем закрепляют пробирки в
горизонтальном положении на столе встряхивающей машины (типа Labor
2162) так, чтобы их оси совпадали с направлением перемещения стола.
Пробирки с содержимым встряхивают в течение 20 мин при 330 двойных
качаниях в минуту с амплитудой 40 мм, после этого устанавливают в
вертикальное положение и дают содержимому отстояться при температуре
20 ± 2 °C в течение 20 мин. Регистрируют время отстоя 85% (3,4 мл) воды
и общее количество воды (% об), отстоявшейся за 20 мин.
180
Допускаемые расхождения между параллельными определениями де-
эмульгирующих свойств топлив не должны превышать 10% от среднего
арифметического значения.
Топлива, предназначенные для судовых ГТУ, имеют следующие показа-
тели деэмульгирующих свойств: время отстоя 85% в пределах 0,6-5,2мин;
количество отстоявшейся за 20 мин воды-95% (об.). Временные нормы по
этим показателям составляют соответственно не более 6 мин и не менее
95% (об.).
ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА
Учитывая, что во многих судовых газотурбинных установках применяются
топливная аппаратура и насосы авиационного типа, противоизносные свой-
ства топлив для судовых ГТУ имеют важное значение. Проведенные работы
[98] показали, что дизельные и более тяжелые по фракционному составу ди-
стиллятные топлива по противоизносным свойствам значительно лучше ре-
активных топлив, и не требуется специального определения непосредственно
противоизносных свойств указанных топлив.
Противоизносные свойства топлив для судовых ГТУ оценивают кос-
венно по кинематической вязкости, кислотности и содержанию адсорб-
ционных смол. Методы определения этих показателей описаны в гл. 4.
ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА
В связи с большой вероятностью обводнения топлив в судовых условиях
большое значение приобретает определение их защитных свойств. Повы-
шение температуры пределов выкипания дистиллятных топлив, как прави-
ло, приводит к улучшению их защитных свойств. Этот показатель топлив
для судовых ГТУ определяют также, как и для дизельных топлив по
ГОСТ 18597-73 (см. гл. 4).
СТАБИЛЬНОСТЬ
В результате процессов окисления при длительном хранении топлив в них
накапливаются продукты окисления, конденсации и полимеризации углево-
дородных и гетероатомных соединений. Процессы, происходящие при хра-
нении топлива для судовых ГТУ, аналогичны таковым при окислении ди-
зельных топлив. Склонность к изменению качества или иначе стабиль-
ность при хранении топлив для судовых ГТУ оценивают по методу,
заключающемуся в определении изменения кислотности и содержания вы-
сокомолекулярных продуктов при регламентированных условиях окисле-
ния топлива (см. гл. 4).
* *
*
Итак, в комплекс квалификационных методов испытаний топлив для
судовых ГТУ с учетом стандартов на эти топлива входит 32 метода. На
испытание в полном объеме указанного комплекса (с параллельными опре-
181
делениями) требуется около 50 л топлива. Общая продолжительность
самого длительного испытания-определения коррозионной активности
продуктов сгорания топлива на установке У-164 составляет (с обработкой
пластин) около 5 сут. Общие трудовые затраты на испытания в полном
объеме комплекса методов составляют около 100 человекочасов при по-
лной загрузке работников.
Рассматриваемым комплексом методов с современных позиций преду-
смотрено определение всех важных в эксплуатации судовых ГТУ свойств
топлив. Отличительной положительной особенностью этого комплекса
в сравнении с другими является наличие в нем метода непосредственного
определения коррозионной активности продуктов сгорания на модельной
установке.
Дальнейшее развитие комплекса должно быть связано в первую оче-
редь с накоплением достаточного количества статистических данных по
фактическому качеству топлив, требованиям к нему судовых ГТУ и уста-
новлением на этой основе норм по всем определяемым показателям каче-
ства. Целесообразно использовать также и иные пути, в частности усовер-
шенствование существующих методов, разработку более современных
новых методов, определение оптимального их числа и унификацию
оборудования.
Глава 7
КОМПЛЕКС КВАЛИФИКАЦИОННЫХ
МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ ОСТАТОЧНЫХ
ТОПЛИВ ДЛЯ СУДОВЫХ КОТЕЛЬНЫХ
УСТАНОВОК И ГАЗОВЫХ ТУРБИН
В судовых котельных установках используют преимущественно флотские
и топочные мазуты, т. е. остаточные топлива. Некоторая часть судовых ко-
тельных установок, как правило, вспомогательных, работает и на более ка-
чественных топливах-моторном, дизельном, однако, это не является опре-
деляющим при формировании требований к качеству котельных топлив.
Остаточные топлива могут использоваться и для работы судовых ГТУ.
При этом обычно топлива подвергают специальной обработке на борту
судна и особых требований к его качеству не предъявляют.
Разработанный комплекс квалификационных методов испытаний оста-
точных топлив для судовых котельных и газотурбинных установок в ос-
новном базируется на методах оценки качества топлив применительно
к работе котельных установок. Указанным комплексом предусмотрена
оценка следующих эксплуатационных свойств: испаряемости, воспламеняе-
мости и горючести, склонности к образованию отложений, совместимости
с материалами, прокачиваемости, защитных свойств и стабильности при
хранении топлив.
182
ИСПАРЯЕМОСТЬ
В котельных установках, также как и в газотурбинных установках, испаряе-
мость топлива влияет на легкость запуска, полноту сгорания, геометрию
факела, а следовательно, и форму температурного поля внутри топочного
пространства. Все это имеет большое эксплуатационное значение. Однако
в стандартах на остаточные топлива не предусмотрены показатели каче-
ства, непосредственно характеризующие указанное свойство. На практике
необходимый уровень совершенства процесса сгорания в котельных уста-
новках достигают за счет обеспечения тонкого распыла топлива и регули-
рования его вязкости за счет подогрева. Вязкость флотских мазутов слу-
жит косвенным показателем их испаряемости, так как она в определенной
степени характеризует содержание дистиллятных фракций в них.
В комплексе квалификационных методов для непосредственной харак-
теристики испаряемости остаточных топлив предусмотрено определение
их фракционного состава. Испытание проводят по методике, описанной
в гл. 6. Ввиду того что остаточные топлива по сравнению с дистиллятны-
ми в целом являются более высококипягцими, разгонку проводят при от-
носительно меньшем остаточном давлении (0,066-0,133 вместо
1,066 1,33 кПа, или 0,5-1,0 вместо 8—10 мм рт. ст.). Номограмма для приве-
дения температур выкипания фракций к нормальному давлению приведена
в гл. 6 (см. рис. 76).
ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ГОРЮЧЕСТЬ
Улучшение воспламеняемости остаточных топлив облегчает организацию
процесса их сгорания в котельных установках. Как и для других топлив,
воспламеняемость остаточных топлив оценивают:
концентрационными и температурными пределами воспламенения,
температурой самовоспламенения.
При эксплуатации котельных установок различие указанных показате-
лей для применяемого ассортимента топлив существенной роли не играло.
В комплексе квалификационных методов воспламеняемость остаточных
топлив выражается только температурой вспышки, т.е. показателем, ха-
рактеризующим в основном пожарную опасность топлив.
Температура вспышки. Для остаточных топлив, содержащих дистил-
лятные фракции, температуру вспышки определяют по ГОСТ 6356-75 в за-
крытом тигле, а для топлив, представляющих собой только остаточные
фракции-по ГОСТ 4333-48 в открытом тигле. Первый метод описан в гл.
4. Сущность второго метода заключается в определении температуры, при
которой пары топлива, нагреваемого в открытом тигле, образуют с окру-
жающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней открытого
пламени.
Перед испытанием берут два тигля установленных размеров и вста-
вляют один в другой с прослойкой кварцевого песка между ними толщи-
ной 5-8 мм. Во внутренний тигель наливают топливо (около 100 мл), а на-
ружный нагревают с установленной скоростью нагрева. За 10 °C до
ожидаемой температуры вспышки через каждые 2 °C подъема температуры
по краю тигля параллельно поверхности топлива медленно проводят от-
183
крытым пламенем. За температуру вспышки принимают температуру, по-
казываемую термометром, покруженным в топливо, при которой над по-
верхностью топлива появляется первое синее пламя.
Стандартом для мазутов Ф-5 и Ф-12 установлена температура вспышки
в закрытом тигле не менее 80 и 90“С, а для мазута «40»-в открытом ти-
гле не менее 90 °C. Фактические значения этого показателя для мазутов
Ф-5 и Ф-12 составляют 80-107 и 90-110°С соответственно.
Свойство топлива, определяющее непосредственно процесс горения,
для котельных установок имеет не менее важное эксплуатационное значе-
ние, чем для других двигательных установок. Количество тепла, выделяю-
щегося при сгорании единицы топлива, определяет паропроизводитель-
ность котельной установки, а следовательно, удельный расход топлива
и автономность плавания судна. Полнота сгорания топлива, радиация
пламени, образование отложений нагара в топке, дымность отработанных
газов во многом определяют ресурс работы котельной установки, объем и
сроки регламентных работ, а также загрязнение окружающего пространства.
Формирование комплекса квалификационных методов испытаний оста-
точных топлив для судовых котельных установок еще окончательно не за-
вершено. В настоящее время горючесть, т.е. эффективность сгорания ука-
занных топлив оценивается:
удельной теплотой сгорания,
плотностью,
коксуемостью,
склонностью к нагарообразованию в модельной установке.
Удельная теплота сгорания. Этот показатель определяют по ГОСТ
21261-75. Описание метода приведено в гл. 2. Фактические значения удель-
ной теплоты сгорания мазутов Ф-5 и Ф-12 составляют 41,4-42,2 МДж/кг.
Плотность определяют по ГОСТ 3900-47 с помощью ареометра (нефте-
денсиметра), гидростатических весов и пикнометра. Плотность мазутов не
нормируется; для мазутов Ф-5 и Ф-12 она составляет 860-940 кг/м3.
Коксуемость определяют по ГОСТ 19932-74. Проведение испытания
аналогично описанному для дизельных топлив (см. гл. 4) и отличается
лишь тем, что для испытаний берут не 10%-ный остаток, а исходное оста-
точное топливо. Коксуемость мазутов Ф-5 и Ф-12 не должна превышать
6%; интервал фактических значений составляют 1,2-5,5% (масс.).
К сожалению, еще не принят квалификационный метод определения на
модельной установке склонности остаточных топлив к нагарообразованию
в судовых котельных установках. В связи с этим указанное свойство пока
определяют на полноразмерных паровых котлах малой паропроизводи-
тельности. Такое положение осложняет и удорожает испытание и внедре-
ние новых остаточных топлив, полученных по измененной технологии
с учетом современных требований по рациональному использованию
нефтепродуктов.
СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ
Остаточные топлива, как правило, представляют собой гетерогенные си-
стемы. Топливная система современных судовых котельных установок
и топливная аппаратура, обеспечивающая подачу, нагрев и распыл топ-
лива в топочное пространство, рассчитаны для работы на таких гетеро-
184
генных топливах. Однако под воздействием более высоких температур,
обусловленных повышением теплонапряженност и котельных установок,
или при изменении технологии производства и вовлечении новых компо-
нентов в остаточных топливах могут образовываться отложения в количе-
ствах, которые приводят к нарушениям в работе котельных установок, свя-
занным с забивкой фильтров, ухудшением распыла форсунками, местными
перегревами водогрейных трубок и др. Поэтому склонность к образова-
нию отложений является очень важным эксплуатационным свойством
и для остаточных топлив, используемых в судовых котельных установках;
его оценивают следующими показателями:
содержанием смолистых веществ,
содержанием смолисто-асфальтеновых веществ,
зольностью,
гермостабильностью.
Содержание смолистых веществ. Этот показатель определяют по мето-
ду (ГОСТ 2550-44), основанному на взаимодействии смол, асфальтенов
и некоторых веществ, содержащихся в мазутах, с концентрированной сер-
ной кислотой (ранее эти смолы называли «акцизными»).
Перед испытанием мазут обезвоживают, затем тщательно перемеши-
вают пробу (50 мл) испытуемого топлива со 100 мл бензина прямой гонки,
выкипающего до 120 °C и очищенного серной кислотой. В специальный
стеклянный отстойник наливают до метки 10 мл 95,0-95,6%-ной серной
кислоты, а затем 150 мл указанной смеси топлива с бензином. Содержи-
мое отстойника сильно взбалтывают в течение 3 мин и затем отстаивают
в течение 1 ч. После этого отсчитывают изменение (приращение) объема
нижнего (сернокислотного) слоя с точностью до 0,5 мл.
Содержание смолистых веществ (X, % об.) вычисляют по следующей
формуле:
АГ-100
где ЛК- приращение объема нижнего слоя, мл; К-объем топлива, взятый для опре-
деления, мл.
Содержание смолистых веществ в соответствии со стандартом на ма-
зуты Ф-5 и Ф-12 не должно превышать в них 50% (об.). Фактически эти ма-
зуты содержат 20-50% (об.) смолистых веществ.
Содержание смолисто-асфальтеновых веществ. Метод определения по
ГОСТ 11858-66 заключается в выделении асфальтенов н-гептаном или пе-
тролейным эфиром из топлива и последующем отделении их фильтрова-
нием. Смолы, растворенные в фильтрате, адсорбируются на силикагеле
и затем десорбируются спирто-бензольной смесью.
При определении смолисто-асфальтеновых веществ применяют спе-
циальный экстракционный аппарат, состоящий из круглодонных колб ем-
костью 100 и 500 мл, экстрактора и шарикового холодильника, соеди-
ненных на нормальных пглифах, а также стеклянную адсорбционную
колонку общей высотой 1420 мм. Для определения нужно 3-10 г испытуе-
мого топлива.
Фактическое содержание асфальтенов составляет 0,15-1,23% (масс.), кар-
бенов и карбоидов-0,02-3,22% (масс.) и «силикагелевых» смол-3,6-17,7%
(масс.).
13—30
185
Зольность для мазутов определяют по ГОСТ 1461-75; описание метода
дано применительно к дизельным топливам (см. гл. 4). Зольность мазутов
Ф-5 и Ф-12 не должна превышать 0,05 и 0,10% (масс.) соответственно.
Термическая стабильность. Метод определения термической стабильно-
сти мазутов разработан Т.Н. Митусовой и Б.Я. Тухватулиной. Он заклю-
чается в выдерживании испытуемого топлива в контакте с нагретой метал-
лической поверхностью в динамических условиях и определении степени
изменения внешнего вида этой поверхности (метод аналогичен ASTMD
1661 64).
Испытание проводят в специальном стеклянном приборе (рис. 79) с тер-
мосифонным принципом работы. Он состоит из нагревательной камеры 4,
стояка 5, переливной трубки 6 и отстойника 7. В нагревательную камеру
вставляют стальную гильзу Z (сталь-10)-трубку наружным диаметром
12,7 мм и длиной 102 мм с приваренным с одной стороны днищем. Наруж-
ную поверхность гильзы полируют до чистоты поверхности V0,100.
В гильзе помещены элек трический нагревательный элемент 2 и термопара
3. В отстойник вставляю! стеклянный воздушный холодильник по чипу
«труба в трубе» и термопару, а в стояк-стеклянный патрон с термопарой.
Собранный прибор устанавливают строго вертикально. На поверхность
нагревательной камеры накладывают изоляцию из термостойкого пено-
пласта.
Образец испытуемого топлива (300 мл), предварительно обезвоженный
и тщательно перемешанный, нагревают до 60-80°C и заливают через верх
отстойника до середины переливной трубки. Включают электронагрев и ус-
танавливают температуру гильзы 220 + 5°С. При этом тепловом режиме ре-
гулируют подачу воздуха в холодильник так, чтобы температура топлива
в стояке была 145 + 5 °C. Перепад температур, определяющий термосифон-
ную циркуляцию топлива, должен составлять 15+ 5 °C. Испытание про-
должают в течение 6 ч, затем отключают нагрев и из остывшего прибора
осторожно вынимают гильзу, не касаясь стенок нагревательной камеры.
После стекания топлива гильзу промывают бензолом, дают бензолу испа-
риться с ее поверхности и визуально определяют внешний вид этой по-
РИС. 79. Прибор для определения термической
стабильности мазутов:
1 -гильза; 2-электроподогреватель; 3-термопары; 4-нагрева-
тельная камера; 5-стояк; б-переливная трубка; 7-отстойник.
186
верхности. Затем гильзу протирают мягкой тканью или фильтровальной
бумагой и еще раз осматривают поверхность.
Различают три состояния поверхности гильзы:
После промывки
1. Металл блестит, незначительное из-
менение цвета, возможно образова-
ние пленки
2. Тонкий слой отложений; изменение
цвета от рыжевато-коричневого до
фи олетово-синего
3. Слой отложений различной толщи-
ны, из которого трудно вымыть
топливо
После протирки
Металл блестит, изменение цвета от-
сутствует
Небольшое потемнение
Значительное изменение цвета или по-
темнение
Считают, что первому состоянию поверхност и гильзы после испытания
соответствует стабильное топливо, третьему-не стабильное, а второму -
промежуточное по стабильности.
Вырабатываемые промышленностью мазуты марок Ф-5, Ф-12 и «40»,
по данным авторов метода, являются стабильными.
СОВМЕСТИМОСТЬ С МАТЕРИАЛАМИ
Надежная работа любой двигательной установки независимо от ее назна-
чения возможна лишь при условии совместимости топлива с материалами,
из которых выполнены конструктивные детали топливной системы. Для
остаточных топлив совместимость с материалами принято характеризо-
вать только коррозионной активностью топлив, которую оценивают:
содержанием сернистых соединений (серы и сероводорода),
содержанием водорастворимых кислот и щелочей,
содержанием коррозионно-активных металлов.
Содержание сернистых соединений (общее в пересчете на серу). Этот по-
казатель определяют по ГОСТ 1437-75 или по ГОСТ 143Г64. По первому
стандарту метод заключается в сжигании навески топлива в струе воздуха,
улавливании образующегося диоксида и триоксида серы раствором перок-
сида водорода с серной кислотой и титровании раствором гидроксида на-
трия. Сжигание навески (0,1-0,2 г) испытуемого топлива проводят на фар-
форовой лодочке в кварцевой трубке, помещенной в электрическую
трубчатую печь (рис. 80).
Определение содержания серы по ГОСТ 1431-64 заключается в сжига-
нии навески (0,1-1,0 г) испытуемого топлива в тигле со смесью пероксида
марганца и безводного бикарбоната натрия, растворении образовавшихся
сульфатов в воде и определении в полученном растворе содержания серы
объемным хроматным способом.
Содержание серы в мазутах характеризуется следующими данными:
Марка мазута
Содержание серы, % (масс.):
норма по стандарту
интервал фактических значений
Ф-5 Ф-12 «40»
<2,0
0,70-1,92
<0,6
0,24-0,56
<3,5
0,40 3,30
187
РИС. 80. Прибор для определения содержания серы в топливе:
I-склянка с марганцевокислым калием; 2- склянка с 40? о-ным раствором гидроксида натрия; 3- склянка с гигроско-
пической ватой: 4кварцевая трубка; 5-лодочка; б-электропечь; 7-кварцевое колено; 8-приемник; 9-отводная
трубка.
Содержание сероводорода определяют по ГОСТ 10585-75. Это-каче-
ственный метод, основанный на изменении цвета индикаторной свинцовой
бумаги в присутствии сероводорода от светло-коричневого до темно-ко-
ричневого. Отсутствие сероводорода нормируется только в мазуте Ф-5.
Содержание водорастворимых кислот и щелочей определяют по ГОСТ
6307-75. Методика проведения испытания описана применительно к авто-
мобильным бензинам (см. гл. 2). Отличием при испытании мазутов являет-
ся то, что перед испытанием их нагревают до 50-60 °C, разбавляют бензи-
ном (1:1) и после этого смешивают с водой. Содержимое делительной
воронки взбалтывают слегка, не допуская образования эмульсии.
Водорастворимые кислоты и щелочи в мазутах должны отсутствовать.
Содержание коррозионно-активных металлов. Определение содержания
ванадия в остаточных топливах по ГОСТ 10364 63 основано на колориме-
трировании эталонного раствора и раствора фосфорно-вольфрамово-вана-
диевого комплекса, образовавшегося после озоления испытуемого топлива
и обработки золы соляной и фосфорной кислотами и вольфраматом
натрия.
Содержание натрия и других металлов определяют с помощью пла-
менных фотометров (типа ВК4-ВТИ, ПАЖ-1, ПФМ).
Разрабатываются способы атомно-адсорбционного определения метал-
лов в остаточных топливах.
ГОСТ 10585-75 не предусматривает определение содержания металлов
в мазутах. Фактическое содержание ванадия и натрия в мазутах Ф-5 и Ф-12
составляет 0,0005-0,0075 и 0,01-0,03% (масс.) соответственно.
ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ
В судовых котельных установках необходимая прокачиваемость топлива
обеспечивается за счет его нагрева и как следствие-изменения вязкости.
Однако, как и для других топлив, прокачиваемость зависит от их чистоты,
характеризуемой наличием воды и механических примесей, а также от тем-
пературы застывания остаточных топлив. Исходя из судовых условий на
прокачиваемость большое влияние оказывает склонность топлива удержи-
вать попавшую в него воду. Особенностью остаточных топлив является
также склонность к образованию высоковязких осадков при смешении от-
188
дельных партий топлив разного состава. Это явление приводит порой
к невозможности полного забора штатными средствами всего топлива из
судовых цистерн.
В комплексе методов прокачиваемость остаточных топлив оценивают
следующими показателями:
условной и динамической вязкостью,
температурой застывания,
содержанием воды и механических примесей,
скоростью деэмульсации.
Условная и динамическая вязкости. Определение условной вязкости ма-
зутов проводят по ГОСТ 6258-52. Условной вязкостью называют отноше-
ние времени истечения из вискозиметра типа ВУ 200 мл испытуемого
топлива при температуре испытания t ко времени истечения 200 мл ди-
стиллированной воды при температуре 20 °C, являющемуся постоянной
(водным числом) прибора. Величина этого отношения выражается как чис-
ло условных градусов.
Вискозиметр чипа ВУ представлен на рис. 81. Металлический цилин-
дрический сосуд с калиброванным сточным отверстием в нижней части
днища устанавливают на треноге и термостатируют жидкостью. Под от-
верстием сосуда располагают мерную стеклянную колбу емкостью 200 мл.
Для определения условной вязкости при заданной температуре сточное
отверстие вискозиметра закрывают плотно стержнем и наполняют вну-
тренний сосуд отфильтрованным и обезвоженным испытуемым топливом.
Поддерживая необходимую температуру термостатирующей жидкости,
обеспечивают требуемую для ис-
пытания температуру. После
5 мин выдержки топлива при за-
данной температуре быстро выни-
мают стержень и фиксируют (засе-
- кают) время истечения 200 мл
топлива в мерную колбу (до мет-
ки).
Условную вязкость испытуемо-
го топлива при температуре t
(ВУ,) в условных градусах вычис-
ляют по формуле:
ВУ, = т,/т^°
где х,-время истечения из вискози-
метра 200 мл испытуемого топлива
при температуре испытания t,
^20° водное число вискозиметра, с.
РИС. 81. Прибор для определения ус-
ловной вязкости топлив:
/-мешалка; 2-термометры; 3стержень; 4 резер-
вуар; 5-крышка; 6-ванна; 7-нагреватель; 8-измери-
тельная колба; 9-регулятор мощности.
189
Допускаемые расхождения между параллельными определениями не
должны превышать 1, 3, 5 и 10 с при времени истечения соответственно
менее 250, от 251 до 500, от 501 до 1000 и более 1000 с.
Условная вязкость нормируется для мазутов Ф-5 и Ф-12 при 50°С,
а для мазута «40» при 80 °C и должна быть соответственно не более 5,0,
12,0 и 8,0°ВУ. Вырабатываемые промышленностью мазуты Ф-5 и Ф-12
имеют вязкость 1,6-3,6 и 3,О-8,О°ВУ соответственно.
Определение динамической вязкости проводят по ГОСТ 1929-51. Дина-
мической вязкостью называют сопротивление взаимному перемещению
двух слоев жидкости площадью 1 см2, находящихся на расстоянии 1 см
друг от друга и перемещающихся друг относительно друга со скоростью
1 см/с. Единица динамической вязкости - Па • с.
Динамическая вязкость определяется на ротационном вискозиметре
РВ-7 конструкции М. П. Воларовича (рис. 82). Динамическая вязкость мазу-
та Ф-5 при температуре 0°С не должна превышать 2,7 Па-с, фактические
ее значения составляют 0,023 1,05 Па-с.
Температуру застывания для мазутов определяют по ГОСТ 20287-74
(см. гл. 4). Стандартом на мазуты температура застывания установлена не
выше — 5°С для Ф-5, не выше -8СС для Ф-12 и не выше + 10°С для
марки «40». Промышленность вырабатывает мазуты Ф-5 и Ф-12 с темпе-
ратурой застывания соответственно в пределах —5-? — И °C и — 84-
-12 °C.
Содержание воды в мазутах определяют по ГОСТ 2477-65; описание
метода дано выше применительно к дизельным топливам (см. гл. 4). Отли-
чительной особенностью испытания мазутов является отбор и перемеши-
вание пробы с предварительным нагревом до 40-50 °C. Навеска испытуе-
мого продукта зависит от предполагаемого содержания воды-100+1г
при содержании воды менее 10 г или 50 +1 г при содержании воды
РИС. 82. Ротационный виско-
зиметр РВ-7:
1-подставка; 2-сосуд для наливания термо-
статирующей жидкости; 3-термостат;
4-термопары; 5-крючок; 6-шкиф; 7-тор-
моз; 8-мешалка; 9-стойка; 10-стопорный
винт; 1 /-муфта; 12-основная плита прибо-
ра; 13- термоизоляция (асбест); /4-отража-
тель; 15- внешний неподвижный цилиндр;
16- внутренний вращающийся цилиндр;
17-установочный винт.
190
10-20 г. Стандартом на топлива содержание воды в мазутах Ф-5, Ф-12
и «40» допускается соответственно 0,2, 0,3 и 1,5% (масс.).
Промышленность вырабатывает мазуты с соответствующим стандарту
содержанием воды. Однако в процессе транспортирования и хранения этот
показатель может изменяться. Учитывая высокую вязкость мазутов
и большое содержание в них поверхностно-активных веществ, отстой воды
весьма затруднителен. В связи с этим для мазута, прошедшего водные
перевозки или слитого при подогреве острым паром, установлена норма
содержания воды не более 2% (масс.) для Ф-12 и не более 5% (масс.) для
марки «40».
Содержание механических примесей определяют по ГОСТ 6370-59 так
же, как и в дизельных топливах (см. гл. 4). Отличие заключается в темпера-
туре нагрева пробы до 40-80 °C перед взятием навески. Навеску 25 г берут
с точностью до 0,5 г. В соответствии со стандартом на мазуты содержание
механических примесей в них не должно превышать 0,10% (масс.) для мар-
ки Ф-5, 0,12% (масс.)-для марки Ф-12 и 0,80% (масс.)-для марки «40».
Обычно в мазутах указанных марок содержание механических примесей
составляет 0,005-0,017 и 0,022-0,100% (масс.) соот ветственно.
Скорость деэмульсации для мазутов определяют в основном так же, как
и для топлив для судовых ГТУ по методу, описанному в гл. 6. Отличие за-
ключается в объеме воды и топлива, которые заливают в пробирки по
5 мл. Содержимое пробирок встряхивают в течение 5 мин при 220
двойных качаниях в минуту и после встряхивания отстаивают в течение
4 ч, затем регистрирую! объем отстоявшейся воды. За границу раздела во-
ды и топлива принимают уровень, ниже которого наблюдается отсутствие
сплошной непрозрачной пленки на поверхности пробирки. Скорость деэ-
мульсации оценивают по количеству воды (в % об.), отстоявшейся за 4 ч.
Этот показатель для современных мазутов колеблется в пределах 10-100%.
ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА
*
Учитывая относительно высокую вязкость и плохие деэмульгирующие
свойства остаточных топлив, вероятность значительного количества мор-
ской и пресной воды в них в судовых условиях еще более высокая, чем
в дистиллятных топливах. Ввиду того что вода, особенно морская, вызы-
вает сильную коррозию топливных систем и аппаратуры, что, как правило,
приводит к нарушению работы котельных установок и сокращению меж-
ремонтных сроков, определение защитных свойств остаточных топлив
имеет большое практическое значение. Это определение проводят по мето-
ду, описанному в работе [71].
Сущность метода заключается в оценке изменения массы металличе-
ской пластинки после ее выдержки в течение определенного времени при
переменном воздействии воздуха и нагретых топлива и морской воды. Ис-
пытание проводят в приборе Пинкевича (см. рис. 47), предназначенном для
определения коррозионности моторных масел, на пластинках из Ст. 3, ста-
ли 45, СХЛ-4 и бронзы Бр. АЖМ 10-3-1,5 размером 40 х 10 х 2,5 мм.
В стеклянные пробирки наливают по 35 мл испытуемого топлива
и 50 мл соленой воды (17 г/л NaCl), помещают их в нагретую до 80 °C
191
масляную баню прибора. Пластинки, предварительно обработанные на-
ждачной бумагой (марки БШ 160МС9 512 М 270), закрепляют на подвесках
и включают мотор. Мотор обеспечивает возвратно-поступательное движе-
ние пластинок со скоростью 15 раз в минуту, в результате они через
равные промежутки времени находятся в воде, топливе или воздухе. Во
время испытаний поддерживают температуру в масляной бане 80 + 2 °C.
После 4 ч испытания пластинки промывают спирто-бензольной смесью,
сушат фильтровальной бумагой, обрабатывают ингибированной соляной
кислотой, а затем нейтрализуют 5%-ным раствором карбоната натрия, су-
шат, чистят мягкой резинкой и взвешивают. Для каждой пластинки пред-
варительно устанавливают постоянную травления.
Защитную способность топлива характеризуют скоростью коррозии (К,
г/м2), которую вычисляют по формуле:
(т, - т2) - h
где mt и т2-массы пластинки до и после опыта, г; /г-постоянная травления, г;
S-площадь поверхности пластинки, м2.
Допускаемые расхождения между параллельными испытаниями не пре-
вышают 6 г/м2 коррозии стали Ст. 3.
Мазуты Ф-5 и Ф-12 имеют защитную способность, характеризуемую
величиной коррозии Ст. 3 соответственно 5-17-104 г/м2 и 2-4-104 г/м2.
Нормы по этим показателям пока не установлены.
СТАБИЛЬНОСТЬ
Остаточные топлива содержат значительное количество смолисто-асфаль-
теновых веществ в различных агрегатных состояниях. При хранении эти
топлива могут изменять свое качество в результате осаждения и уплотне-
ния указанных веществ, что существенно отражается на прокачиваемости
топлив. Имелись случаи, когда мазут после нескольких лет хранения не-
возможно было полностью откачать из резервуаров и других емкостей.
Поэтому весьма важно контролировать стабильность остаточных топлив
при хранении; ее оценивают по расслаиваемости. Метод* основан на вы-
делении из топлива осадка с помощью центрифугирования.
Испытуемое топливо нагревают до 20-25 °C, тщательно перемешивают
и при наличии в нем более 0,5% воды обезвоживают. Затем в две взве-
шенные кюветы вносят по 70 г топлива и центрифугируют в течение 2 ч со
скоростью вращения 4000 мин - \ После этого мазут из кюветы сливают ,
осадок осторожно отмывают изооктаном, высушивают в кювеге при тем-
пературе 100 + 5 С и взвешивают.
Расслаиваемость мазута характеризуют массой образовавшегося осад-
ка (% масс, от взятой навески). Допускаемые расхождения между парал-
лельными определениями не должны превышать 10% среднего арифмети-
ческого. Мазуты Ф-5 и Ф-12 имеют расслаиваемость, определенную
указанным методом, в пределах 0,0-9,7 и 0,1-2,5% соответственно.
* Метод разработан В. Т. Бугаем, Е. П. Серегиным и А. Ф. Горенковым.
192
* *
*
Таким образом, комплекс квалификационных методов испытаний топ-
лив для судовых котельных установок с учетом методов испытаний, пред-
усмотренных стандартом, содержит 22 метода. На испытание в полном
объеме комплекса квалификационных методов с учетом параллельных
определений требуется около 5 л топлива. Продолжительность самого
длительного испытания-определения склонности к расслаиванию в от-
стойниках-составляет около 17 сут. Учитывая, что испытания для опреде-
ления других предусмотренных комплексом показателей менее продолжи-
тельны и позволяют вести их параллельно, можно считать, что группе из
двух человек на все испытания одного образца топлива для судовых ке-
гельных установок по комплексу квалификационных методов потребуется
около трех недель рабочего времени с круглосуточным термостатирова-
нием в течение двух недель.
Однако рассматриваемый комплекс методов еще не вполне совершенен.
Как отмечалось, в нем нет модельного метода, позволяющего оценивать
характеристики сгорания остаточных топлив в котельных установках, их
склонность к нагарообразованию, а также отсутствует метод для оценки
коррозионной активности продуктов сгорания. Динамическую вязкость
предусмотрено определять на устаревшем приборе Воларовича; целесо-
образна его замена на Реотест-2.
По ряду методов, например определение стабильности, защитных
свойств, деэмульсации и склонности к расслаиванию при хранении, еще не
накоплены в достаточной степени статистические данные по фактическому
качеству мазутов, вырабатываемых отечественной промышленностью, и не
установлены нормы по оцениваемым в этих методах показателям для
принятия решения о возможности допуска к применению на технике новых
образцов топлив.
В то же время существующий комплекс квалификационных методов ис-
пытаний топлив для судовых котельных установок-хорошая основа для
его совершенствования и используется для предварительной оценки каче-
ства новых видоизмененных образцов котельных топлив и определения
дальнейшего сокращенного объема их испытаний
ЛИТЕРАТУРА
1. Федоров B.C.-Химия и технол. топлив и масел, 1981, № 2, с. 3-7.
2. Рябов В.Л- Химия и технол. топлив и масел, 1981, № 5, с. 3-4.
3. Химия и технол. топлив и масел, 1981, № 1. 64 с.
4. Химия и технол. топлив и масел, 1980, № 12. 64 с.
5. Радченко Е. Д- Химия и технол. топлив и масел, 1980, № 2, с. 3-9.
6. Сорокин Я. Г.-Химия и технол. топлив и масел, 1980, № 6, с. 3-6.
7. Химия и технол. топлив и масел, 1980, № И. 64 с
8. Папок К. К. Химмотология топлив и смазочных масел. М., Воениздат,
1980. 192 с.
9. Стандарты, эффективность, качество/Под ред. В. В. Бойцова. М.,
Изд-во стандартов, 1978. 232 с.
10. Бойцов В. В. Стандарты, повышение эффективности производства
и качества продукции. М., Знание, 1977. 50 с.
И. Горчаков Г. И., Мурадов Э Г. Основы стандартизации и контроль ка-
чества продукции. М., Стройиздат. 1977. 292 с.
12. Контроль качества продукции машиностроения/Под ред. А. Э. Артеса.
М., Изд-во стандартов, 1974. 447 с.
13. ГличевА.В. Управление качеством продукции. М., Экономика 1979.
176 с.
14. Комплексная система управления качеством продукции. Сборник нор-
мативно-методических материалов. М., Изд-во стандартов, 1979.
120 с.
15. Богатин Ю. В. Качество техники и экономика. М.. Экономика, 1973.
295 с.
16. Львов Д. С. и др. Стандарты и качество. Экономический аспект
проблемы. М., Изд-во стандартов, 1975. 85 с.
17. Вавилов А.П. Эффективность социалистического производства и каче-
ство продукции. М., Мысль, 1975. 175 с.
18. Папок К. К., Никитин В.В., Ткаченко В.В. и др.-Химия и технол. топ-
лив и масел, 1976. № 3, с. 2-6.
19. Гуреев А. А.-Химия и технол. топлив и масел, 1982, № 5, с. 18-22.
20. Гуреев А. А-Нефтеперераб и нефтехимия. 1977, № 10, с. 14-17.
21. Химия и технол. топлив и масел, 1981, № И. 64 с.
22. Папок К. К., Виппер А Б., Григорьев М.А и др. Химия и технол. топ-
лив и масел, 1974, № 4, с. 40-42.
23. Братков А. А., Никитин В. В., Радченко Е.Д.-Химия и технол. топлив
и масел, 1979, № 11, с. 3-5.
24. Гуреев А. А., Жаров Ю. М., Смидович Е. В. Производство высокоокта-
новых бензинов. М., Химия, 1981. 219 с. .
25. Аронов Д.М., Коробков М. В., Лернер М. О. и др.-В кн.: Эксплуата-
ционно-технические свойства и применение автомобильных топлив,
смазочных материалов и спецжидкостей. НИИАТ. М., Транспорт,
1974. Вып. 8, с. 10-23.
26. Азев В. С., Энглин Б. А., Радченко Е.Д. и др.-Тр. ВНИИ НП, 1977.
Вып. 20, с. 94-98.
27. Ширшов Г.М., Азев В. С.-Химия и технол. топлив и масел, 1976, № 3,
с. 51-53.
28. Азев В. С., Серегин Е.П., Кузнецова Л.Н. и др. Подземное хранение
углеводородных топлив. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1978. 61 с.
29. Гуреев А. А. Применение автомобильных бензинов. М., Химия, 1972.
364 с.
30. Славинский Е. В., Коробков М. В., Яковлева М. Г. и др-В кн.: Эксплуа-
тационно-технические свойства и применение автомобильных топлив,
смазочных материалов и спецжидкостей. НИИАТ. Транспорт, 1979.
Вып. 10, М., с. 56-67.
31. Демидов П.Г., Шандыба В. А., Щеглов П.П. Горение и свойства горю-
чих веществ. М., Химия, 1981. 272 с.
32. Оболенцев Р. Д. Физические константы углеводородов жидких топлив
и масел. М., Гостоптехиздат, 1953. 446 с.
33. Гуреев А. А., Азев В. С.-Химия и технол. топлив и масел, 1975, № 5,
с. 12-14.
34. Oil a. Gas J, 1963, vol. 61, № 11, р. 43.
35. J.Inst. Petrol., 1967, vol. 53, № 588, p. 402.
36. Brandes G., Bandte F.— Erdol u. Kohle, 1967, Bd. 20, № 1, S. 34.
37. Brockhaus H., Fischer N -Erdol u. Kohle, 1965, Bd. 18, № 6, S. 445.
38. Азев B.C. и dp-Химия и технол. топлив и масел, 1980, № 4, с. 24-26.
39. Азев В. С., Лебедев С.Р., Малыхин В.Д. и dp-Химия и технол. топлив
и масел, 1982, № 8, с. 30-31.
40. Oil a. Gas J„ 1969, vol. 67, № 16, р. 77.
41. Goodger Е.М., Valvade А.Р. Droplet Ignition as an Indicator of
Combustion Knock. Inst, of Petroleum, IP 80-002, p. 8.
42. Аронов Д.М. Докт. дис. M., Московский автодор. ин-т, 1967.
43. Роберт Ю. А. Канд. дис. М., ВНИИ НП, 1968.
44. Саблина 3. А., Гуреев А. А. Присадки к моторным топливам. 2-е изд.,
перераб. и доп. М., Химия, 1977. 258 с.
45. Азев В. С., Малыхин В.Д., Лебедев С. Р-Химия и технол. топлив и ма-
сел, 1977, № 4, с. 19-21.
46. Зайцев В. А., Лернер М. О-Химия и технол. топлив и масел, 1960,
№ 10, с. 31-34.
47. Теплофизические свойства некоторых авиационных топлив в жидком
и газообразном состоянии. М., Оборонгиз, 1961, 36 с.
48. Чертков Я. Б. и др. Предотвращение загрязнения и очистка топлив.
М., ЦНИИТЭнефтегаз, 1963. 56 с.
49. Гурвич Л.Г. Научные основы переработки нефти. М., Гостопиздат,
1940. 544 с.
50. Рубинштейн И. А., Соболев Е.П., Клейменова 3. АВ кн.: Химия сера-
и азоторганических соединений, содержащихся в нефтях и нефтепро-
дуктов. Уфа, Изд-во АН СССР, 1960. Т. 3. 469 с.
51. Рубинштейн И. А., Соболев E.U.-Химия и технол. топлив и масел,
1965, № 1, с. 45.
52. Гуреев А. А., Кривова Т.И.-В кн.: химия сероорганических соединений,
содержащихся в нефтях и нефтепродуктах. М., Высшая школа, 1968.
Т. 8. 712 с.
53. Эйгенсон А. С.. Топорова Э.П.-Нефт. хоз-во, 1948, № 2, с. 47.
54. Рабоче-консервационные смазочные материалы/Шехшер Ю.Н.,
Школьников В. М., Богданова Т. И., Милованов В. Д. М.. Химия, 1979.
254 с.
195
55. Рубинштейн И. А., Чуршуков Е.С., Рожков И.В. и др.В кн.: Химия
сероорганических соединений, содержащихся в нефтях и нефтепродук-
тах. М., Гостоптехиздат, 1963. Т. 5, с. 183.
56. Кюрегян С. К., Демиденко К. А-Химия и технол. топлив и масел,
1979, № 1, с. 60 62.
57. Моторные топлива, масла и жидкости/Под ред. К. К. Папок
и Е. Г. Семенидо. М., Гостоптехиздат, 1957. 512 с.
58. Азев В. С., Малышева И.В., Кузнецова Л.Н. и др.-Химия и технол. то-
плив и масел, 1976, № 6, с. 51-52.
59. Малышева И. В., Азев В. С., Савин Л.Н. и др,-Химия и технол. топлив
и масел, 1979, № 7, с. 18-19.
60. Гуреев А. А., Лившиц С.М., Малявинский Л.В и др-Химия и технол.
топлив и масел, 1968, № 9, с. 37-41.
61. Л улова Н. И.-Химия и технол. топлив и масел, 1973, № 10, с. 58-62.
62. Аронов Д.М. и др-В кн.: Эксплуатационно-технические свойства
и применение автомобильных топлив, смазочных материалов и спец-
жидкостей. М., Транспорт. 1972. Вып. 7, с. 15-27.
63. Химия и технол. топлив и масел, 1978, № 4.
64. Емельянов В.Е., Кюрегян С. К., Рудяк К. Б-Нефтеперераб. и нефтехи-
мия, 1980, № И, с. 8-10.
65. Гуреев А. А., Шифрин Г.Г. и др.-В кн.: Всесоюз. конф. «Научные ос-
новы переработки нефти и газа в нефтехимии». Тез. докл. М.. 1977,
с. 226-227.
66. Нефтепродукты. Свойства, качество, применение. Справочник/Под
ред. Б. В. Лосикова. М., Химия, 1966. 776 с.
67. Чулков П.В-Химия и технол. топлив и масел, 1968, № 1, с. 59-61.
68. Вольф М.Б. Химическая стабильность моторных и реактивных топ-
лив. М., Химия, 1970. 377 с.
69. Рожков й. В-Химия и технол. топлив и масел, 1959, № 12, с. 64-67.
70. Саблина 3. А. Состав и химическая стабильность моторных топлив,
М., Химия, 1972. 278 с.
71. Гуреев А. А. Химия и технол. топлив и масел, 1980, № 9, с. 22-23.
72. Гуреев А. А-Нефтеперераб. и нефтехимия, 1981, № 1, с. 5-8.
73. Свиридов Ю.Б., Малявинский Л. В., Вихерт М.М. Топливо и топливо-
подача автотракторных дизелей. Л., Машиностроение, 1979. 248 с.
74. Фейгин С. А., Норейко Л.М., Алексеева Г. И.-Химия и технол. топлив
и масел, 1973, № 9, с. 42-45.
75. Бобров Н.Н., Воропай П.И. Применение топлив и смазочных материа-
лов. М., Недра, 1968. 488 с.
76. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых
и комбинированных двигателей/Под ред. А. С. Орлина и Г. М. Круг-
лова. М., Машиностроение, 1980. 288 с.
77. Азев В. С.. Туголуков В.М., Кукушкин А. А., Лившиц С. М-Химия
и технол. топлив и масел, 1978, № 1, с. 42-44.
78. Нэш А., Хоуэс Д. Принципы производства и применения моторных
топлив. Пер. с англ. М.-Л., ОНТИ, 1938. Т. 2, 624 с.
79. Росинский В.М., Энглин Б. А-Химия и технол. топлив и масел, 1980,
№ 1, с. 19-21.
80. Автомобильные двигатели/Под ред. М.С. Ховаха. М., Машинострое-
ние, 1977. 591 с.
196
81. Энглин Б. А. Применение жидких топлив при низких температурах.
М., Химия, 1980. 207 с.
82. Лосиков Б.В., Пучков Н. Г., Энглин Б. А. Основы применения нефте-
продуктов. 2-е изд. М., Гостоптехиздат, 1959. 567 с.
83. Гайснер Д.А., Елагин Д. И. Качество зарубежных топлив. М..
ЦНИИТЭнефтехим, 1974. 88 с.
84. Моторные, реактивные и ракетные топлива. 4-е изд./Под ред.
К. К. Папок, Е. Г. Семенидо. М., Гостоптехиздат, 1962. 741 с.
85. Смирнов М. С- Химия и технол. топлив и масел, 1960, № 3, с. 42-44.
86. Серегин Е.П., Гуреев А. А., Бугай В.Т. и др.-Химия и технол. топлив
и масел, 1975, № 5, с. 21-24.
87. Hiibner Р., Borman К - Schmierungstechnik, 1976, Bd. 7, № 12,
S. 368-371.
88. А. с. 682795, 1979 г. (СССР).
89. Терещенко Е.Р., Залога Б. Д„ Максимов С.М-В кн.: Методы оценки
эксплуатационных свойств реактивных топлив и смазочных материа-
лов/Под ред. Б. Ф. Залога. М., Машиностроение, 1966, с. 5-17.
90. Городецкий В. Г., Серегин Е.П., Голенев Н. II- Химия и технол. топлив
и масел, 1978, № 12, с. 49-51.
91. А. с. 714278, 1980 г. (СССР).
92. Серегин Е.II., Городецкий В.Г., Голенев Н.П.-В кн.: V Всесоюз. на-
учн.-техн. конф. «Эксплуатационные свойства авиационных топлив,
смазочных материалов и специальных жидкостей» (вопросы авиа-
ционной химмотологии). Тез. докл. Киев, 1981, с. 37-38.
93. А. с. 947763, 1982 г. (СССР).
94. Пискунов В. А., Зрелое В. Н. Влияние топлив на надежность реак-
тивных двигателей и самолетов. М., Машиностроение, 1978. 270 с.
95. Чертков Я.Б., Гладких В. А.., Серегин Е.П. и др-Химия и технол. топ-
лив и масел, 1976, № 7, с. 50-52.
96. Ковалев Г.И., Никонова А.Г., Гогитидзе Л. Д. и др-Химия и технол.
топлив и масел, 1977, № 1, с. 53.
97. А. с. № 506807, 1976 г. (СССР).
98. Ковалев Г.И., Никонова А.Г-Химия и технол. топлив и масел, 1978,
№ 2, с. 40-43.
99. А. с. 648905, 1979 г. (СССР).
100. Аксенов А. Ф. Трение и изнашивание металлов в углеводородных жид-
костях. М., Машиностроение, 1977. 149 с.
101. Саблина 3. А., Широкова Г. Б., Ермакова Т.П. Лабораторные методы
оценки свойств моторных и реактивных топлив. М., Химия, 1978.
238 с.
102. Медведев С.II., Комаров Б.И., Сашевский В.В. и др-В кн.: Научн.-
техн. конф. «Эксплуатационные свойства авиационных топлив, сма-
зочных материалов и технических жидкостей». Тез. докл. Киев, 1973,
с. 8.
103. А. с. 731374, 1980 г. (СССР).
104. Бесполое И. Е., Коробов Б.Ф., Сашевский В.В.-В кн.: Тр. конф. «Экс-
плуатационные свойства авиационных топлив», Киев, КНИГА, 1969,
с. 120 127.
105. Рожков И.В., Энглин Б. А., Чуршуков Е.С-Химия и технол. топлив
и масел, 1971, № 5, с. 55-59.
<06. Аксенов А.Ф., Терехин В.И., Некипелов Ю.Г. и др-В кн.: Тр. конф.
«Эксплуатационные свойства авиационных топлив», Киев, 1960,
с. 60-61.
197
107. Химмотология. Материалы семинаров. М., Знание, 1981. 68 с.
108. Гуреев А. А., Туголуков В. М., Бурмистров О. А.-Электричество, 1973,
№ 12, с. 76-77.
109. Гуреев А. А., Туголуков В.М., Мардухаев И.Н. и др-Транспорт и хра-
нение нефтепрод. и углеводор сырья, 1971, № 7, с. 1-4.
110. Бушуева Е. М., Белоусов А. И., Шевякова Н. В. и др. -Тр. ВНИИ НП,
1977, вып. 20, с. 61-63.
111. Гладких В. А., Папок К. К., Серегин Е. П-Химия и технол. топлив
и масел, 1977, № 6, с. 51-54.
112. Ковалев Г. И., Слитникова В. М., Энглин Б. А. и др-Химия и технол.
топлив и масел, 1978, № И, с. 8-12.
ИЗ. Лосиков Б.В. и др. Топлива для стационарных и судовых газовых тур-
бин. М., Химия, 1970. 310 с.
114. Oilweek, 1969, vol. 20, № 25, р. 27.
115. Marine Eng./Log, 1979, vol. 75, p. 16-17.
Андрей Александрович Гуреев,
Евгений Петрович Серегин,
Валерий Степанович Азев
КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ
МЕТОДЫ
ИСПЫТАНИЙ
НЕФТЯНЫХ
ТОПЛИВ
Редактор
И. А. Захарьянц
Художник
Б. Г. Дударев
Xудожественный редактор
Н. М. Биксинтеев
Технические редакторы
О. В. Тюрина, Е. В. Цьн анок
Корректор
В. М. Беляева
ИБ № 1307
Сдано в наб. 31.03.83 г. Подп. в печ. 31 10.83 г 1-'99Н Фор <.i
(и 60 х 9O'/lt>. Бумага офсетная № 2 Гарнитура мни llc’iin. «»ф»«
Усл. печ. л. 12,5. Усл. кр.-отт. 12,75. Уч.-изд. л". 15,42. 1 ирлж 5.ЯИ).\
Цена 75 к. Изд. № 2214.
Ордена «Знак Почета» издательство «Химия» 107076, Москил < ipuMi un <
Тульская типография Союзполиграфпрома при Госудярс енноьг
комитете СССР по делам издательств, полиграфии и е -п ^ноп
торговли, г. Тула, проспект Ленина, 109.