ТОПЛИВО, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ В ПОРШНЕВЫХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ
Для использования в поршневых авиационных двигателях с принудительным (искровым) зажиганием предназначены авиационные бензины.
В России производится авиационный бензин пяти марок: Б-70, Б-92, Б-91/115, Б-95/130 и Б-100/130. В марках последних трех бензинов числитель показывает октановое число по моторному методу, а знаменатель – сортность бензина на богатой смеси. У бензинов Б-92 и Б-70 сортность не нормируется. Неэтилированным является только бензин Б-70, бензины прочих марок содержат от 2% до 3,1% тетраэтилсвинца.
На Западе распространен авиационный бензин следующих марок: неэтилированный Avgas-73, Avgas-80 и этилированный Avgas-80, Avgas-91, Avgas-100LL, Avgas-100/130, Avgas-108/135 и Avgas-115/145. В марках последних трех бензинов числитель показывает октановое число по моторному методу, а знаменатель – сортность бензина на богатой смеси. У остальных западных авиационных бензинов сортность не нормируется. Avgas-100LL - авиационный бензин с низким содержанием тетраэтилсвинца (до 0,56 г/л) производства фирмы Shell Nederlanderij D.V. – аналог отечественного бензина Б-91/115.
Как и все этилированные топлива, для безопасности в обращении и для маркировки, авиационные бензины должны быть окрашены. Бензины Б-91/115 и Б-92 окрашиваются в зеленый цвет; бензин Б-95/130 — в желтый цвет; бензин Б-100/130 — в голубой цвет.
Октановое число является мерой детонационной стойкости бензина.
Детонация – это процесс, в котором бензин в цилиндрах вместо сгорания с положенной ему скоростью 15…60 м/с начинает взрываться – детонировать со скоростью 2000…2500 м/с. Детонационная волна многократно отражается от стенок цилиндра, создавая неприятный звук, резко снижая мощность двигателя и ускоряя его износ.
|
|
|
Причина детонации – выделение энергии при повышенном образовании гидропероксидов в парах бензина при их окислении кислородом воздуха. Если концентрация гидропероксидов превысит некоторый предел, произойдет их взрывной распад. Взрыв гидропероксидов протекает по механизму разветвленно-цепных реакций.
Для повышения детонационной стойкости бензинов есть два пути. Первый – повысить в составе бензина долю разветвленных и ароматических соединений. Второй – ввести в топливо небольшие количества специальных добавок. Обычно используют оба пути одновременно.
Чтобы определить антидетонационные свойства бензина, в 1930-х годах была предложена специальная шкала, в соответствии с которой стойкость данного бензина к детонации сравнивается со стойкостью к детонации стандартных смесей. В качестве стандартов были выбраны два вещества: гептан нормального строения и один из изомеров октана – триметилпентан (его называют «изооктаном»). Смесь паров гептана с воздухом при сильном сжатии легко детонирует, поэтому качество гептана как топлива считается нулевым. Изооктан, будучи разветвленным углеводородом, устойчив к детонации, и его качество принимают равным 100.
|
|
|
Октановое число определяют следующим образом. Готовят смесь из нормального гептана и изооктана, которая по своим характеристикам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание изооктана в этой смеси и есть октановое число бензина.
Существуют горючие жидкости с более высокими антидетонационными характеристиками, чем изооктан. Добавки таких жидкостей позволяют получить бензин с октановым числом, превышающим 100. Для оценки октанового числа выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца Pb(C2H5)4. Известно, что это вещество уже в очень малых концентрациях значительно повышает октановое число бензина. Зная, сколько тетраэтилсвинца необходимо добавить в бензин, чтобы повысить его октановое число на одну единицу, можно приготовить из изооктана стандартные смеси с октановым числом 101, 102 и т.д.
Октановое число определяют разными способами. Для автомобильных бензинов применяют два метода – моторный и исследовательский. В первом случае моделируют работу двигателя в условиях больших нагрузок (движение по шоссе с высокой скоростью), во втором – в городских условиях (скорость движения невелика и происходят частые остановки). Буква «И» в марке бензина АИ-93 как раз и означает, что октановое число этого бензина получено исследовательским методом. А если указано, что октановое число бензина равно просто 76, то это означает, что оно получено моторным методом.
|
|
|
При использовании в качестве антидетонатора тетраэтилсвинца (бесцветной токсичной жидкости) происходят следующие процессы: при высокой температуре в молекулах этого соединения легко рвутся связи Pb–C, с образованием свободных радикалов:
Pb(C2H5)4 = Pb + 4C2H5.
Эти свободные радикалы и препятствуют детонации. Чтобы образовавшиеся при сгорании тетраэтилсвинца оксиды свинца не отлагались на внутренних деталях двигателя, в бензин одновременно вводят специальный «выноситель» свинца в количестве 0,3…0,4%.
Добавка всего 0,1% тетраэтилсвинца может повысить октановое число бензина на 10 единиц. В авиационные бензины добавляют до 0,3% тетраэтилсвинца. Однако это соединение высокотоксично: предельно допустимая концентрация его паров в воздухе равна всего 0,005 мг/м3 – намного меньше, чем у хлора.
|
|
|
Роль увеличения октанового числа можно проиллюстрировать на примере авиационного бензина, использовавшегося во время Второй мировой войны. Эту войну часто называют «войной моторов».
Для моторов необходимо топливо, и определенную роль в поражении Германии и ее союзников сыграла его нехватка. Менее известный, но не менее важный фактор – наличие у стран антигитлеровской коалиции лучшего по качеству бензина. У немцев и японцев октановое число авиационных бензинов не превышало 87…90, тогда как у их противников оно было не менее 100. Хотя разница может показаться небольшой, летчики оценили ее в полной мере: она позволила на 30% увеличить мощность авиационного двигателя при взлете и наборе высоты; на 20% снизить расход топлива и на столько же увеличить дальность полета, на 25% увеличить полезную нагрузку, на 10% увеличить максимальную скорость и на 12% – высоту полета. Как отметил британский министр Дэвид Ллойд Джордж, его страна не смогла бы выиграть в 1940 воздушную «битву за Британию», если бы у английских летчиков не было авиационного бензина марки «100».
Массовое производство «100-го» бензина началось в США в конце 1930-х годов, когда промышленность перешла на каталитический процесс переработки нефти, разработанный французским инженером Эженом Гудри. Он иммигрировал в США из Франции в 1930. В 1940 году Гудри удалось существенно улучшить работу реакторов, в которых происходил процесс переработки нефти.
В результате «бензин Гудри» имел октановое число 82, тогда как ранее не удавалось получить более 72. Поэтому именно бензин, получаемый на установках Гудри, стал основой для получения в широких масштабах нового высококачественного бензина с неслыханным для того времени октановым числом, достигающим 100 и более.
Армия США еще в 1934 году заинтересовалась бензином с октановым числом 100. Испытания показали, что он дает значительные преимущества и является стратегическим продуктом. Процесс Гудри позволил вдвое снизить количество дорогих добавок, необходимых для получения «бензина-100». Заслуги Гудри были оценены американским правительством: вскоре после вступления США во Вторую мировую войну он стал гражданином этой страны. В 1941–1942 годах установки, работающие на основе процесса Гудри, давали 90% всего авиационного бензина стран антигитлеровской коалиции.
Сортность на богатой смеси
Сортность на богатой смеси (показатель детонационной стойкости авиационных бензинов и их компонентов при работе на богатой смеси) характеризует способность бензина обеспечивать существенное повышение мощности двигателя на взлетном и других форсированных режимах работы.
Сортность на богатой смеси в России определяют по ГОСТ 3338-68 на одноцилиндровой установке УИТ-65(85), оборудованной наддувом и аппаратурой, позволяющей измерять мощность двигателя, расход воздуха и топлива, а, следовательно, состав рабочей смеси. Двигатель установки – бескарбюраторный, с непосредственным впрыском.
Методика испытания топлива заключается в снятии характеристик, представляющих собой зависимости среднего индикаторного давления от состава смеси при переменном наддуве на легкой детонации и сравнении их с такими же характеристиками, снятыми для эталонных топлив. В качестве эталонных топлив при определении сортности от 100 и выше применяют технический эталонный изооктан с добавкой тетраэтилсвинца в виде этиловой жидкости.
Сортность топлива на богатой смеси – это характеристика, показывающая величину мощности двигателя (в процентах) при работе на режиме легкой детонации на испытуемом топливе по сравнению с мощностью, полученной на эталонном изооктане, сортность которого принимается за 100 %.
При проведении испытаний сравнивают не мощность двигателя, работающего на испытуемом и эталонном топливах, а пропорциональное мощности среднее индикаторное давление при отношении массы топлива к массе воздуха, равном 0,112.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 431; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!