Авиационные топлива масла охлаждающие жидкости - Семов П.И., Черняк Н.В.

Author: Семов П.И. Черняк Н.В.

Tags: авиация авиатехника топливо

Year: 1948

Similar

Авиационные топлива, смазочные материалы и специальные жидкости

Топливо для авиационных двигателей

Авиационные двигатели тяжелого топлива

Общий курс авиационных двигателей легкого топлива

Text

Ц.и. СЕ MOB
Н. В. ЧЕРНЯК
АВИАЦИОННЫЕ
ТОПЛИВА, МАСЛА,
ОХЛАЖДАЮЩИЕ
ЖИДКОСТИ
ЛКВВ ИА
19 4 8

1961 г.«
С - S
П. И. СЕМОВ
Н. В. ЧЕРНЯК
АВИАЦИОННЫЕ ТОПЛИВА
МАСЛА
ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ
Под редакцией
доктора химических наук, профессора
А. Ф. ДОБРЯНСКОГО

ЛЕНИНГРАДСКАЯ КРАСНОЗНАМЕННАЯ
ВОЕННО-ВОЗДУШНАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ
Ленинград—1948
О5<Й-0Л?-3
Книга предназначена для слу-
шателей инженерного факультета
ЛКВВИА и должна служить основ-
ным учебным пособием при прохож-
дении одноименного курса.
В книге даются сведения, необхо-
димые инженер-механику ВВС по
технологии получения, физико-хи-
мическим свойствам и эксплоатапии
различных топлив, смазочных мате-
риалов и охлаждающих жидкостей.
Контролю качества ГСМ почти не
уделяется внимания ввиду того, что
эти вопросы освещены в специаль-
ном руководстве к лабораторным
работам.
Технический редактор Н. И. Таубер _
Подписано к печати 26.4.48 г. Печ. листов 14 Авт. листов 15Л
В 1 печ. листе 46.400 зн. Бумага 62%94, Зак. № 417. Г 92106а
Типо-литография ЛКВВИА
ВВЕДЕНИЕ
История возникновения русской нефтяной промышленности
-тесно связана с историей Бакинского и Грозненского нефтяных
районов и относится к началу XIX века. Первый в мире нефте-
перегонный завод был сооружен крепостными крестьянами брать-
ями Дубиниными в 1823 г. для получения фотогена (светорода)—
тогдашнего керосина.
В середине XIX века, с развитием способов бурения, нефть
получила широкое признание и применение как полезное иско-
паемое. Но в течение первых 40 лет основным продуктом пере-
работки нефти был керосин, остальные продукты, содержащиеся
в нефти, сжигались как „нефтяные остатки".
На исключительную ценность нефти, как полезного ископае-
мого, в свое время обратил внимание великий русский ученый
Д. И. Менделеев. Понимая всю важность развития нефтяной
промышленности для России, он много и плодотворно занимался
вопросами происхождения нефти, ее переработки и использова-
ния. После изучения нефтяных месторождений Пенсильвании и
Кавказа Д. И. Менделеев предложил „карбидную теорию" про-
исхождения нефти, которая благодаря своей стройности и прос-
тоте долгое время была господствующей в науке.
Д. И. Менделеев понимал, что сжигать нефть в ее естест-
венном виде нецелесообразно, ее необходимо перерабатывать.
В 1881 г. он писал: „Должно разработать сведения о действии
жара на тяжелые масла и нефти". Этим он предсказал возмож-
ность термического разложения нефти с целью получения раз-
личных продуктов. Д. И. Менделеев первый предложил способ
непрерывной дробной перегонки нефти, разработал способ опре-
деления отдельных ее погонов, указал на возможность примене-
ния селективных растворителей *.
Таким образом, великий русский химик, творец периодичес-
кой системы элементов, был страстным агитатором, пропаган-
дистом и исследователем нефтяного дела в России.
Ученики и последователи Д. И. Менделееца внесли много цен-
1 го для развития нефтяного дела в России.
РУсск Рс"0ЕОГ‘ел°жником процессов селективной очистки был знаменитый
ной Г .ученый А- Ф. Бутлеров, который в 1870 г. провел работу но холод-
фракционировке углеводородных смесей при помощи растворителей.
3
В 70 годах прошлого столетия А. А. Летний написал первый
учебник „Сухая перегонка битуминозных ископаемых". В 1877
и 1879 г. г. были опубликованы его труды: „Исследование про-
дуктов древесно-нефтяного газа" и „О действии высокой темпе-
ратуры на нефть и другие подобные вещества". Последняя работа
была напечатана за границей, и замечательное открытие А. А. Лет-
него стало достоянием не только русских, но и иностранных
специалистов.
А. А. Летний занимался также практической деятельностью
В 1879—80 г. г. под его руководством и при его участии был
построен ряд заводов для получения смазочных масел и антра-
цена из остатков нефти.
Пионером в области производства из нефти высококачествен-
ных смазочных масел был В. Рагозин, глубоко веривший в тех-
ническую целесообразность получения масел из нефти и впер-
вые продвинувший их в нашу и западную промышленность.
Русскими учеными впервые были сооружены нефтепроводы,
нефтеналивные суда, форсунки, железнодорожные наливные ци-
стерны, глубинные насосы и пр.
В Баку в 1885 г. под руководством Алексеева была построена
установка для получения бензина и керосина из нефтяных остат-
ков. В течение 1886—1891 г.т. Шухов получил три патента иа
установки для обработки нефтяных остатков (крекинг-процесс).
За русским народом окончательно было установлено первенство
этого важного изобретения. Лишь в 1915 г., почти 50 лет спустя
после Менделеева и Летнего и 25 лет после Шухова, за грани-
цей был взят патент на подобное изобретение.
Но в царской России творчество передовых людей не полу-
чило должной оценки и признания. Такая же участь постигла
и других русских ученых и изобретателей: Рагозина, Ма^ковни-
кова, Климова, Курбатова, Харичкова, Гурвича и др.
Только советскому народу оказалось под силу восстановить
справедливость и исправить ошибки царского правительства. Ра-
боты Менделеева, Летнего, Алексеева, Шухова и др. получили
должную оценку и признание в наши дни. В 1923 г, нефтяной
комитет при СТО постановил: крекинг-процесс.именовать процес-
сом Шухова и первый в СССР завод для переработки остатков
нефти построить по схеме, предложенной Шуховым.
Следуя примеру великих предшественников, советский народ
воспитал в своей среде крупнейших ученых, которые еще дальше
продвинули наши познания в освоении и использовании природ-
ных нефтяных богатств нашей Родины. Среди них можно наз-
вать академика И. М. Губкина, профессоров А. Ф. Добрянского,
К. К. Дубровая, В. Лавровского и целый ряд других ученых
и инженеров, которые повседневно увеличивают арсенал наших
знаний, силу и мощь первого в мире Социалистического госу-
дарства.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
дВИАЦИОННЫЕ ТОПЛИВА
ГЛАВА 1
СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АВИАЦИОННЫХ ТОПЛИВ
Авиационные топлива обязаны своим происхождением трем
сырьевым источникам: нефти, каменному углю, растительным
продуктам. Последние два источника имеют лишь второстепенное
значение для авиационных топлив, так как из них получаются
топлива, не играющие ведущей роли на топливном рынке, а при-
меняющиеся как примеси и присадки к основным видам топлив —
бензинам и бензолам нефтяного происхождения.
Растительное сырье является исходным материалом для
получения спиртов. Наибольшее применение имеет этиловый спирт,
получаемый путем брожения крахмала пшеницы, картофеля н дру-
гих злаков с последуюшей ректификацией сырого спирта, а также
путем гидролиза древесины. Применяются также так называемые
«высшие спирты» — бутиловый, амиловый и др., получаемые путем
переработки газов крекинга.
§ 1. Каменный уголь
Ископаемый каменный уголь является одним из основных видов
п р о,м ы ш л е н н о г о топлива. В мировом энергетическом ба-
лансе уголь составляет более 70% всех источников энергии.
Запасами каменного угля располагают почти все крупнейшие
промышленные страны мира. Каменный уголь является для челове-
чества одним из главных источников получения энергии. Он играет
первостепенную роль в жизни и деятельности всякого государства,
n НедаР°м один из крупнейших каменноугольных районов Европы—
курский бассейн—в течение многих десятков лет является причиной
постоянных раздоров между крупнейшими капиталистическими го-
сударствами Европы.
Советский Союз — богатейшая страна по всем основным видам
полезных ископаемых, в том числе и по углю. Основными каменно-
угольными бассейнами СССР являются: Донецкий, Кузнецкий и Под-
московный. Добыча каменного угля в СССР в 1939 году превысила
и млн. тонн, что ставит Советский Союз по добыче угля на одно
первых мест в мире.
5
Применение каменного угля в качестве сырья для получения авиа-
ционных топлив стало возможным сравнительно недавно, после усо-
вершенствования способа коксования каменных углей, давшего воз-
можность улавливать выделяющиеся при коксовании газы и исполь-
зовать их для получения жидких топлив. В числе продуктов коксо-
вания каменных углей находятся: бензол, толуол, ксилол. Все эти
продукты получаются как побочные, так как сам режим процесса
выбирается из соображений максимального получения кокса, подчас
даже в ущерб качеству и количеству выделяющихся при этом газов.
Все эти продукты получаются в весьма небольших количествах. На-
пример: выход бензола не достигает часто даже 1 % по отношению
к исходному сырью.
В настоящее время во многих странах получили распространение
новые методы получения жидкого топлива из низкосортных камен-
ных углей и горючих сланцев — метод гидрогенизации, заключаю-
щийся в нагревании измельченной угольной массы при температуре
до 500е Ц и давлении до 200 атмосфер в присутствии водорода и ка-
тализаторов, и так называемый синтон-процесс, заключающийся в
получении из угля смеси газов водорода и окиси углерода. В присут-
ствии специальных катализаторов из СО-водородной смеси получа-
ются углеводороды метанового ряда (синтон). Переработкой синтона
получают различные сорта моторного топлива. Эти методы дают
значительно больший выход жидкого топлива, ввиду чего им, несом-
ненно, принадлежит будущее.
§ 2. Нефть
Йефть, как было указано выше, служит основным сырьевым
источником для получения авиационных топлив. Все основные
виды авиационных топлив получаются путем
переработки не.фти. Нефть дает более 80% всех применяе-
мых в ..авиации топлив. Начиная с середины XIX века, нефт ь
стала одним из главных источников' получения энергии в мировом
хозяйстве. Посредством сжигания нефти и ее продуктов получа
ется до 20% всей мировой энергии.
Нефть представляет собою наиболее теплопроизводительный
топливный материал, ибо имеет наивысшую, по сравнению с Други-
ми видами топлива, теплотворную способность. Ниже приводится
таблица, сравнивающая теплотворную способность различных ви-
дов топлива.
Для получения одного и того же количества тепловых единиц
требуется по весу:
Нефти 1,0
Антрацита 1,4
95% спирта .1,5
Торфа . . 2,0
Березовых дров 2,3
6
Началом широкого использования нефти послужило открытие
способа бурения ее с целью промышленной добычи, а также спо-
соба отгонки из нефти более легких фракций—керосина и бензина,
занимающих одно из первых мест в качестве топлива для машин,
вырабатывающих энергию.
Значение нефти в мировом хозяйстве исключительно велико.
Уже одно перечисление различных отраслей промышленности и хо-
зяйства, применяющих нефть и ее продукты, дает яркое представ-
ление о той исключительной роли, которую выполняет нефть в раз-
витии современной техники. Прежде всего нефть идет в своем есте-
ственном виде в качестве топлива для сжигания в топках стацио-
нарных паровых котлов, паровозов и кораблей.
Путем переработки нефти на специальных заводах в настоящее
время получают свыше 120 разнообразных продуктов (рис. I). Лег-
кие фракции нефти дают бензины, используемые в авиации и в ав-
томобильном транспорте. Из более тяжелых фракций получается
керосин, применяемый, главным образом, в сельском хозяйстве для
тракторов. В связи с развитием новой авиационной техники керо-
син все'больше требуется в качестве топлива и для авиации. Даль-
нейшая разгонка нефти дает целый ряд ценных продуктов, приме-
няемых во всех отраслях техники, главным образом, в качестве
смазочных веществ: соляровое масло, трансформаторное, веретен-
ное, турбинное, машинное, автомобильное, авиационное, цилиндро-
вое и др. Перегонка нефти с разложением — так называемые п н-
р о л и з-п р о ц е с с и крекинг-процесс — дает бензин, бен-
зол, толуол, нафталин, пек и, наконец, кокс.
Этим перечислением далеко не исчерпывается все разнообразие
получаемых из нефти продуктов. Но уже и этого краткого перечня
достаточно для того, чтобы уяснить себе насколько глубоко про-
никла нефть и ее продукты решительно во все отрасли промышлен-
ности in народного хозяйства.
«Нефть и нефтяные продукты, — говорит академик И. М. Губ-
кин, — имеют огромное значение как фактор, ускоряющий строи-
тельство огромных индустриальных гигантов, механизацию сель-
ского хозяйства, улучшение материального и культурного благо-
состояния трудящихся, развитие авиационной и автомобильной
промышленности, укрепление мощи Красной Армии и обороноспо-
собности СССР».
Нефть имеет совершенно исключительное значение для авиации.
Как указывалось выше, нефть дает основные авиационные топли-
ва: газовый бензин, бакинский бензин, грозненский авиабензин,
крекннг-бензин, нефтяной авиабензол, пиробензол и др. Кроме того,
из нефти, путем пиролиза, вместе с бензолом получают также то-
луол и ксилол, которые идут на составление топливных смесей, на-
зываемых авиабензоламп. Из газообразных продуктов пиролиза и
‘-рекинга нефти приготовляются изооктан и алкилированные бен-
зины. Не меньшее значение имеет нефть также и в области про-
изводства авиационных смазочных веществ. Все основные
7
сказочные мах л а, применяемые в настоящее время в авиа
пни, получаются из нефти.
Что же представляет собой нефть?
С'едобный зки±
Сир рогат
отслои. масла\яаас^
fin те к. Оде»
глатериад
Техник.
Трансформ а гл.
г3леитр.^\
Медицинское*^*.
Топл.^пАи
Камерн - =«_
Военные суда
Аз *.
Cyppoeamtiwmou, , вакбВыи суррогат
1 | ^Пикринов.кисл
гкрасящ Вещества
ZLi/скустВ. кожа
Москатель. о в
^украсят Вещества
УКр^-Пар фмм ерия
’’^Уахарин
^^Рнгписептика
г и- "о. Ксилол, с дет _ *
ППрепарироВ. и дезинфекц.
’ чХим Qистна З/Г г
а г^^Предолранитель
а Л %.//о
XiffpZ^^^S^HaipeBaKue
Мрторн.толл
J УГ\^мрОфор^Растворители
'Р^уксисн.кислота
^'^^^^rop/u'daeas
^^кРбелент g/SJ,eBamopoB
Холесная I /Р^-'д/гпраясМиссуи
д!списка суооо
-Усел Ооромсн.
- твердая
^Лрачешн, дело
шины
WgcflO
фпотаи^
w.
iCtciho^^ J
7ономотиЬы ' ~___
'uBpofjvtr
лаллиии , |й / Г л
Покрыт. KOcr^Bro^==f^^ \ \^в^аЖнфа6р
Сохрон.мтал -^Ш^олв \л№сервнпрошит ,
HenpoHibioaeM^apBuBS^ZJ^^ _Г • Ч.Гдау™/ /!
Карая?ашФна^^^^ПокрыТ
"^род
Водояепронц!^^к' р р
составы Ластика ra30Bi o'
Воздуит. компресс —
рдтомоб.'^^.
Рероглан. —
Трактор, мт
Цилиндробу .
'Веретенное машины.

^Медицина
Восков- бумага
ВодонеСронии,
материал
дбигат
Ок
Шоейные

1' V. '^j'CneHTD ' ПалнмоВ ни
₽" i' \рвК'd/l тЯоляци^ВЛячка
Й^> утряски СШ>Снипидари'суррог
Д&я-Лаки^Нагребание
W ^4 8 1 v __-Г
Г?»
М

'^.ОсВещение
Растворители.
Освещение
—УВо31С.произ8
ЛинолеуноВ-^^'моторн. тог"
произвя^, \,._но.гре6акир

Рис. 1 Нефть и ее продукты (по Гуревичу)
Нефть —легкоподвижная жидкость от светлого до черногс
цвета, обладает способностью флуоресцировать. По химическом)
составу иефть—смесь различных углеводородов от С до С1Ю. В за
а
исимости от состава нефть может быть в трех агрегатных со-
стояниях: газообразная (СН4 до С4Н10), жидкая (СЕН,2 до C1GH84),
твердая (С >16). Агрегатное состояние нефти зависит от геоло-
гических условий ее залегания. Чаще всего встречается жидкая
нефть, насыщенная растворенными газами, известны месторождения
газообразной нефти, реже встречаются месторождения твердой
ископаемой нефти.
В 1877 г. Д. И. Менделеев, на основании накопленного к этому
времени опыта и своих собственных работ, выдвинул „карбидную
теорию" происхождения нефти. Согласно предположению Мен-
делеева, внутренность земного шара (барисфера) состоит из рас-
плавленных металлов, которые содержат некоторое количество
углерода, образуя карбиды. С наличием этих карбидов Менде-
леев связывал происхождение нефти. При взаимодействии кар-
бидов с водой, проникающей в толщу барисферы, образуются
углеводороды:
2FeC+ЗН„О -» С2Нс+Fe2Og.
Так как барисфера содержит различные карбиды металлов, то
и состав образующихся углеводородов также различен. Газооб-
разные углеводороды, поднимаясь в верхние слои земной коры,
скопляются и конденсируются в различных пустотах, пористых
и осадочных породах, где и зарождается нефть.
Теория „карбидного" происхождения нефти встретила серьез-
ное возражение со стороны геологов и физиков.
Согласно новейшим теориям происхождения нефти, последняя
образуется из так называемых органогенных пород, яв-
ляющихся в свою очередь результатом преобразования органичес
ких отложений животного и растительного мира, накопляющихся
вместе с илом на дне морен и водоемов. Эти отложения называют-.
ся сапропеля ми или сапропелита м*и. По мнению
академика И. М. Губкина, органогенные продукты положившие
начало образованию нефти через процесс битуминизации, произошли
из органических и биогенных илов, отлагавшихся в областях древ-
них мелководных морей, их заливах и прочих частях, за счет жи-
вотно-растительного материала — планктона н за счет органичес-
ких отложений прибрежной полосы моря и впадающих в море рек
11 Других водоемов.
Процесс образования нефти состоит из двух основных перво
лов преобразований. Первый период характеризуется биохимичес-
кими процессами изменений и ведет к образованию промежуточ-
° органического вещества, которое обычно называется сапро-
пелем.
р
б ЭТ°М периоде значительная роль принадлежит анаэробным
РазвиРИЯМ’ пРин11маюЩ11м участие в этих изменениях и способным
нимоИбТЬСЯ ПРИ ОТСУТСТВПИ кислорода. Второй период, несрав-
как в °°Лее пР°Должительный, носит название геохимического, так
этот период исходное вещество — сапропель претерпевает гео-
Z 9
Рис. 2. Распределение газа, нефти
и воды в складках земной коры
/—нефть, 2—песок, 3—глина,
4—конгломерат
химические изменения, происходящие под влиянием трех основных
факторов: давления, температуры и времени.
Все основные положения теории происхождения нефти подтвер-
ждаются как с точки зрения химических процессов, конечным про-
дуктом которых является нефть, так и с точки зрения геологической.
Однако в деталях есть еще много неясного, неустановленного окон-
чательно; поэтому вопрос о происхождении нефти до сих пор ос-
тается неразрешенным вполне и продолжает интересовать многих
специалистов нефтяников, химиков, геологов и даже микробнологов.
Все нефти залегают в земле на
глубине, причем глубина эта ко-
леблется в очень больших преде-
лах. Независимо от характера за
легания нефти, последнюю при
добыче всегда сопровождают газ,
вода и механические примеси из
нефтеносных пластов. Распреде
ленне газа, нефти и воды в склад-
ках земной коры показано на
рис. 2. '
Месторождения нефти распре
делены довольно неравномерно
по земной территории. Наиболее
мощными запасами нефти обла
дает Советский Союз. Вторым из наиболее богатых нефтью госу-
дарств являются США, располагающие запасом в два миллиарда
тонн нефти одних только высших категорий. Большие запасы нефти
имеют также:
Иран 500 млн. ТОНН
Венецуэла 357 » »
Индонезия 229 » »
Ирак 214 » »
Румыния 100 » »
Мексика 86 » »
собственной нефтяной
Англия почти совершенно не имеет своей
базы н всецело зависит в этом от других стран, в частности, от
США, являющихся одним из основных поставщиков нефти и ее
продуктов на мировом рынке. Поэтому борьба за нефть становится
основным фактором во внешней политике многих капиталистиче-
ских стран.
В Советском Союзе за годы Сталинских пятилеток нефтяная
география страны значительно изменилась.
Разведаны и изучены новые нефтяные районы, открыты бога
тейшие месторождения, введены в эксплоатацию многие десятк1
К)
вых скважин, разработаны методы скоростного и направленного
й°пения. Разведанные огромные запасы нефти полностью обеспечи-
яют потребность страны в нефти и ее продуктах.
Перед нашей социалистической страной открывается широчай-
шая перспектива освоения своих колоссальных нефтяных богатств
путем энергичного развития нефтедобывающей и нефтеобрабаты-
вающей промышленности. И наше правительство уделяет большое
внимание всемерному развитию этих отраслей промышленности.
Уже к концу 4-й пятилетки количество добываемой нефти превы
сит довоенный уровень и будет составлять 35,4 млн. тонн, а в бли-
жайшие пятилетия достигнет 60 млн. тонн в год.
ГЛАВА II
ТЕХНОЛОГИЯ АВИАЦИОННЫХ ТОПЛИВ
§ 1. Прямая гонка нефти
Прямой гонкой называется процесс переработки нефти,
который не сопровождается или почти не сопровождается термиче-
ским расщеплением исходного продукта — нефти. Еще недавно-
прямая’ гонка была единственным методом получения бензина, ке-
росина и др. продуктов,- но широкое внедрение крекинг-процессов
значительно ограничило количество продуктов, получаемых прямой
гонкой.
Продукты, получаемые в результате прямой гонки, делятся на
2 группы: дестиллаты и остаточные. К дести л латным
продуктам относятся: бензин, керосин, газойль и смазочые масла.
Каждый из этих продуктов в свою очередь делится на ряд фрак-
ций с более узкими интервалами температур кипения, например: бен-
зин авиационный, бензин автомобильный, керосин осветительный,
керосин тракторный и др. Ассортимент остаточных продуктов зна-
чительно меньше, это в основном — мазуты, асфальтовые гудроны.
Перегонка нефти бывает периодическая и непрерывная. В свое
премя периодическая перегонка нефти была единственным спосо-
бом получения легких дестиллатных продуктов. Установки длт пе-
риодической перегонки нефти очень просты и дешевы, но вместе
с тем обладают существенными недостатками, как-то: периодич-
ность работы, низкая производительность, недостаточно четкое
Разделение погонов, пожарная опасность.
Из методов непрерывной перегонки нефти применяются: а) пе-
р гонка в кубовых батареях и б) перегонка на трубчатых
’ становках.
бы ^убовая батарея для непрерывной перегоняй нефти впервые
чил Э пущена в 1883. г. в Баку. Впоследствии эти установки полу-
и широкое применение. В сравнении с кубами периодического
И
действия установки для непрерывной перегонки имеют ряд npeiiMv.
ществ: меньшая громоздкость, непрерывность процесса, постоян-
ный тепловой режим, более легкая регулировка и др. Но установки
для непрерывной перегонки нефти обладают недостаточной чет-
костью разделения погонов, что значительно снижает inx ценность
Кроме того, процесс перегонки сопровождается термическим раз-
ложением нефти из-за наличия местных перегревов. Наконец, в ку.
бовых батареях непрерывного действия не устранена пожарная
опасность.
За последние 20 лет в нефтеперерабатывающей промышленно-
сти большое распространение получили трубчатые установки, отли-
чающиеся большим техническим совершенством и имеющие ряд
преимуществ.
В основу перегонки нефти в трубчатых установках положен прин-
цип однократного испарения, причем роль закрытого сосуда играет
трубчатый змеевик, смонтированный в печи. Скорость движения
нефти по трубчатому змеевику рассчитывается таким образом,
чтобы нефть за время прохождения по змеевику (с момента входа
до момента выхода) получила количество тепла, необходимое для
перегонки. В силу этого трубчатый змеевик имеет большую длину,
которая и является ппичинон больших сопротивлении, достигаю-
щих в момент движения нефти 10—12 ат. Эти сопротивления прео-
долеваются насосами, прокачивающими нефть через трубчатый
змееви{"(трубчатую печь). Из змеевика трубчатой печи перегретая!
нефть поступает в эвапоратор (или эвапорационное пространство
ректификационной колонны). Благодаря разности давлений по вы-
ходе перегретой нефти из змеевика и в эвапораторе (эвапорацион-
ном пространстве) происходит интенсивное испарение легких фрак-
ций, которые окон-
чательно ректифици-
руются (разделяют-
ся) в колоннах рек-
тификации.
Таким образом,
трубчатая установка
для непрерывной
прямой перегонки
нефти состоит из сле-
дующих основных
элементов: а) труб-
чатая печь, б) эвапо-
ратор, в) колонна
ректификации. (Если
колонна ректифика-
ции имеет эвапора-
ционное простран-
ство, то необходи-
Mccib в эвапораторе
Рис. 3. Схема трубчатой установки для прямой гонки
1 — трубчатая печь, 2 — фракционирующая колонка, 3 — па-
роперегреватель, 4 — конденсатор, 5— водоотделитель, б—ре-
зервуар для орошения, а — бензин, б — лнгрсин, в-—керосин,
г—газойль, д—вод4 в канализацию
12
адает). Упрощенная схема трубчатой установки для непрерыв
°Tfi перегонки нефти изображена на рис. 3.
Я° ПроИесс проходит следующим образом. Сырая деэмульсирован-
нефть насосом прокачивается в трубчатую печь (1), в ко-
1,ао0й нагревается до температуры 300сЦ. Пройди .трубчатую печь,
Т<ерегре1ая нефть попадает в эвапорационное пространство ко-
' спны ректификации (2). Испарившиеся легкие фракции нефти под-
нимаются по колонне ректификации. В верхнюю часть колонны
ректификации вводится орошение.
Пары нефти, поднимаясь вверх по колонне, встречаются с жид
k1im продуктом,' используемым в качестве орошения. В результате
, Д Схема нефтеперегонной трубчатой установки с регенерацией тепла
•э—ie 1 ''а1ая леч* • 2—фрякцион дующая колонка, 3—конденсатор, 4—теплообменник для остатка,
1 лообменник для газойля, 6—теплообменник для керосина, 7—теплообменник для лигроина,
8—холодильники
онтакта паровой и жидкой фаз происходит конденсация фракций,
одержащихся в парообразной нефти. Вполне очевидно, что чем
с,.™е темпеРатУРа кипения нефтяной фракции, тем тяжелее ее
колоДеНСИР°Вать в колоннах ректификации. Таким образом, вверху
лее тНЬ' соб"Раю''Ся наиболее легкие фракции, а внизу — наибо-
для 4ЖеЛЫе' П’ля п°вышения интенсивности испарения, а также
в нижню 6НИя темпеРатУРы в нижней части колонны ректификации,
ponenern Часть колонны вводитря перегретый водяной пар из па
мой инреВателя (3). В качестве оросительной жидкости, называе-
ФракцииГДажРеФЛЮКС0М’ применяются наиболее легко кипящие
бензино' Не<*)тн (нацример, бензин). Собирающиеся вверху колонны
вые фракцйи, пары рефлюкса и воды направляются в холо-
13
дильник (4), затем в водоотделитель (5) и, наконец, в сборник ге
тового продукта (6).
Дестиллаты и остатки, отводимые из колонны ректификации
обладают сравнительно высокой температурой й, следовательнс
содержат значительное количество тепла. Это тепло может быт
использовано для предварительного подогрева нефти, поступающее
в трубчатую печь, что способствует улучшению использовани:
тепла, выделяемого в трубчатой печи.
Эта регенерация тепла осуществляется в специальных теплооб
менниках. Схема установки с регенерацией тепла изображена на
рис. 4. Работа установки ясна из схемы и не требует специальных
пояснений.
Более детально процессы прямой гонки освещены в специальной
литературе.
§ 2. Крекинг-процесс
Исключительно быстрое развитие авиации потребовало большш
количеств бензина. Раньше в качестве моторного топлива пользе
вались исключительно бензином прямой гонки, выход которого со-
ставлял от 5 до 15% перерабатываемой нефти. Однако количества
бензина, получаемого прямой гонкой, вскоре стало недостаточно.
Введение перегонки с разложением (крекинг-процесс) позволилс
перерабатывать остальную часть нефти в авиабензин.
Крекинг-процессом называется термине
ское разложение углеводородов жидких топ
лив (от английского слова ot сгаске — расщеплять). Крркинг
процесс заключается в изменении структуры высокомолекулярных
углеводородов под воздействием трех, факторов: 1) температуры;
2) давления; 3) времени реакции. При/крекинг-процессе происходят
следующие основные реакции: а) расщепление высокомолекуляр-
ных углеводородов на более мелкие молекулы; 'б) полимеризация
осколков молекул; в) перегруппировка молекул с образованием уг-
леводородов другого ряда.
В последнее время все более широкое применение получает
крекинг-процесс в присутствии катализаторов — так называемый
каталитический крекинг. Присутствие катализаторов, с
одной стороны, ускоряет процесс, а, с другой, позволяет получать
продукт более высокого качества.
Сырьем для крекинг-процесса обычно являются остатки от пря-
мой перегонки нефти, не содержащие бензина: мазут, газойль, со-
ляровые масла и т. д.
По характеру проведения крекинг-процессы могут осуществ-
ляться в жидкой или в паровой фазах, что обусловливается темпе-
ратурой и давлением, при которых ведется процесс.
Парофазный крекинг осуществляется при высоких
температурах (до 600'Ц) и обычных давлениях 1,0—1,5 кг/см'. По-
лучающийся крекинг-дестиллат содержит большое количество не-
предельных соединений. Поэтому парофазный крехинг-дестиллат
Н
бензин) очень плохо поддается очистке, обладает повышенной
‘клонностью к смолообразованию и малой стабильностью.
Жидкофазный крекинг осуществляется при высоких
авлениях (12—70 хт/си2) и относительно низких температурах —
0 500 Ц. Высохое давление и относительно низкая температура
•пособствуют образованию насыщенных соединений, обладающих
большой стабильностью, малой склонностью к смолообразованию,
небольшими потерями при очистке.
Как жидкофазный, так и парофазный крекинг-процессы не сво-
бодны от недостатков, но в последние два десятилетия подавляю-
щее распространение получил жидкофазный крекинг. Это объяс-
няется тем, что качество жидкофазного крекинг-дестиллата выше
парофазного крекинг-дестиллата, а стоимость примерно в 1,5 раза
ниже.
Влияние физических факторов на процессы
крекинга. Как уже указывалось, крекинг процесс осуществ-
ляется под воздействием температуры, давления и времени реак-
ции. Но основным фактором, направляющим реакции крекинга,
является температура. Углеводороды устойчивы только до опреде-
ленной температуры. Эта температура называется критической
температурой устойчивости углеводорода. При увеличении темпе-
ратуры выше критической углеводороды распадаются in образуют
легко /кипящие низкомолекулярные соединения. После распада мо-
гут наступить вторичные реакции, сопровождающиеся процессами
конденсации. Дальнейшее увеличение температуры приведет к об-
разованию новых продуктов и т. д. Таким образом, изменяя темпера-
туру процесса, можно получить различные продукты.
Температура крекинг-процессов, осуществленных в заводских
масштабах, находится в пределах 450—650°Ц и зависит от харак-
тера процесса.
Существенное влияние на качество конечного продукта оказы-
вает время реакции. При крекинг-процессах наблюдается так на-
зываемое «мгновенное равновесие». Наступление такого равнове-
сия при данной температуре для различных углеводородов зави-
сит от времени реакции. Например: равновесное состояние для
грозненского парафинис того бензина наступает при 37^14, через 48
часов, а при 575°Ц — через 2 минуты. С увеличением времени наб-
людаются реакции конденсации, замыкания кольца, образование
кокса. Продолжительное время реакции может привести к незна-
чительному выходу получаемого продукта.
Давление при крекинге оказывает влияние на характер проте-
кающих процессов и на экономику процесса. Роль давления на кре-
кинг-процессы изучена недостаточно, но все же можно констати-
ровать, что повышенное давление при крекинг-процессе способ
твует: а) проведению процесса в жидкой фазе, б) разрыву цепи
глеводородов посредине и получению продуктов с температурой
ипения более низкой, чем температура исходного сырья.

Химизм процесса крекинга. Схематически про- I
цесс крекирования углеводородов можно изобразить следующим (I
образом: 1) Распад парафинов происходит главным образом по- I
средине цепи, причем возможность такого распада увеличивается II
с повышением удельного веса; 2) Распад олефиновых углеводоро- 1
дов в некоторых случаях может сопровождаться конденсацией 1
и циклизацией олефинов в нафтены; 3) Нафтены с боковыми це-
пями распадаются так же, как и ароматические углеводороды, от-
щепляя олефины. Нафтены могут также подвергаться дегидроге- (
низации, образуя ароматические соединения.
По устойчивости при крекинг-процессе группы углеводородов I
располагаются следующим образом: парафины, олефины, наф- I
тены, ароматические углеводороды.
На рис. 5 приводится описание одной из простейших схем кре- |
Рис. 5. Принципиальная схема крекинг-установки с рисайклом
/—труфчатая печь. 2—реакцией пая ьзмера. <?—редукционный клчиан. 4— ректификационная
колонна. -5 -газосепаратор, б-насос для сырья, 7— насос для рисайкла. 8— насос для орошения, I
У— исходное сырье, 10— сырье для рисайкла н печь, Н— нагретое сырье в реакционную ргмеру, F
12— продукты крекинг?, 13—пары бензина и конденсатор, 14—конденсатор, 15— орошение
кинг-процесса с рисайклом (от английского слова recycling, что I
означает повторный).
Исходное сырье (9) насосом (6) подается в колонну разделения J
(4), где оно, частично нагреваясь, смешивается внизу колонны с j
остатками и насосом (7) прокачивается в трубчатую печь (1)- I
В трубчатой печи смесь исходного сырья и остатка (рисайкла) на- 1
гревается до нужной температуры, обеспечивающей получение 1
продукта, обладающего определенными свойствами. Если необхо- Г
димо осуществить жидкофазный крекинг, то в трубчатой печи под-
держивается давление с таким расчетом, чтобы исходный продукт 1
и рпсайкл все время нахождения в трубчатой печи были в жидком |
состоянии. Из трубчатой печи смесь переводится в реакционную I
16
амерУ <2)> гле завеРшаются реакции крекинга с одновременным
'уделением продуктов крекинга. Продукты крекинга направ-
ляются в ректификационную (разделительную) колонну (4), в ко-
торой происходит окончательное отделение крекинг-продукта от
промежуточного продукта — рисайкла.
Крекинг-продукт и газы собираются в верхней части колонны,
откуда направляются затем в конденсатор (14).
Образовавшийся конденсат и газы поступают в газосепаратор
(5) Для отделения газов Освобожденный от газов крекинг-про-
дукт отводится на очистку, а часть его подается насосом (8) в ко-
лонну ректификации для орошения. Выход крекинг-дрстиллата за-
висит от схемы крекинг-процесса и качества исходного сырья и на-
ходится в пределах от 45 до 80% исходного сырья.
с
Таблица I
Средние выходы продуктов крекинга
(в °/0 на исходное сырье)
Продукты крекинга Сырье для крекинга
Керосин Г азойль Мазут
Бензин с концом кипения 225° Ц 78-80 65—70 45-55
Остаток ..... 15-20 20-25 37-55
Кокс, газ, потерн S 9 8
В результате усовершенствования парофазного крекинг-про-
цесса появились новые, более совершенные и экономичные разно-
видности крекинг-процесса: пиролиз (пиролитическое разложение),
реформинг и полимеризация газов и легких жидких углеводоро-
дов
§ 3. Пиролиз - процесс
пиролиза осуществляется только под воздействием
ГТ — ~- -
Процесс i...t_lujioKv иод воздействием
температуры. При температурах 670—720 Ц наряду с газом и
твердыми продуктами (сажа, кокс) получаются и жидкие Про-
Дуктгя — нефтяная смола и деготь. В главной своей массе деготь
нико°ИТ И3 аР°ма™ческих углеводородов и может служить источ-
Ow НХ полУчеяИя в промышленном масштабе. Поэтому и сам
и чесс ноет название процесса ароматизации.
мож Р°5есс образования ароматических соединений при пиролизе
ет быть представлен в виде следующей схемы:
парафины —► олефины —► диолефины —* ароматики
AB‘«u«oHHble 10Плии
нафтены —» ароматики
Выход ароматических углеводородов зависит от £ырья. Нац
лучшим исходным сырьем для процессов ароматизации является
лигроин, но переработка лигроина на пиролизных установках не
может быть признана рациональной, так как лигроин и без того
представляет ценное топливо. Чаще всего в качестве сырья ддя
пиролиз-процессов используется керосин. Может примените
газойль и мазут, но пирогенетическая обработка послед^
них сопряжена с большим коксо- и сажеобразованием, что значи-
тельно усложняет ведение процесса.
Таким образом, продуктами пиролиз-процесса являются: газ
Рис. 6. Схема установки для пиролиза керосина
7—насос для исходного сырья. 2—трубчатая печь, 5—газо сепаратор, 4—газогенератор, 5—промыв-
ная колонна, 6—ректификационная колонна, 7—конденсатор, 8—газосепаратор, 9--иасос для оро-
шения, Ш—компрессор. 11—абсорбер, 12— редукционный клапан, 13— холодильник для зеленого
масла. 14— аккумулятор, 15—насос для промывного масла, 16- холодильник для жидкого пека,
17— сборник жидкого пека, 18— насос для смеси легкого н нафталинового масел, 19— теплооб-
менник, 20— подогреватель, 21—холодильник для стабилизованного продукта, 22— стабилизатор,
23- конденсатор, 24— газосепаратор
смола, кокс и сажа. Смола представляет из себя смесь различных
углеводородов с температурой кипения от 30 до 600°Ц. Для вы-
деления основных продуктов пиролиза — бензола, толуола и кси-
лола —- смола обычно подвергается разгонке. Фракции смолы с со-
держанием этих продуктов отбираются при температуре 175 —
180° Ц. Количество газов при пиролиз-процессе достигает 50 % -
Газы пиролиза состоят из водорода, метана, эт,ана, пропана, про-
пилена, бутадиена и др. соединений и используются для целей по-
догрева, либо поступают для дальнейшей обработки. Кокс и сажа
также могут быть использованы для различных целей.
На рис. 6 приводится описание схемы для пиролитической об-
18
ботки керосина с целью получения ароматических продуктов
Раи,ола, толуола, ксилола и пиробензола.
е ^сходное сырье насосом (1) прокачивается в трубчатую печь
/о) где нагревается в условиях однократного испарения. По вы-
оде из печи сь1Рье попадает в газосепаратор (3) для разделения
жидкой и газообразной фракций. Если в качестве исходного сырья
пля пиролиз-процесса применяется керосин или лигроин, то в труб-
чатой печи происходит почти полное испарение этих продуктов, и
в г азосепараторе отделяется только незначительное количество
жидкости. Освободившиеся от жидкой фракции пары сырья нап-
равляются в газогенератор (4), в котором и подвергаются пироге-
нетическому разложению. После контакта с промывным маслом в
промывной колонне (5) продукты пиролиза и пары промывного
масла поступают в колонну ректификации (6). Жидкий пек из
промывной колонны, проходя холодильник (16). собирается в сбор-
ник жидкого пека (17).
В колонне ректификации (6) продукты пиролиза разделяются
на зеленое масло и смесь легкого и нафталинового масел. Зеленое
масло в дальнейшем используется для промывки. Смесь легкого и
нафталинового масел из колонны ректификации направляется в
конденсатор (7). После конденсации смесь легкого и нафталино-
вого масел направляется в газосепаратор (8). Из газосепаратора
сырой газ, будучи предварительно сжатым в компрессоре (10), на-
правляется в абсорбер (11) для улавливания ароматических сое-
динений. Сухой газ отводится из верхней части колонны абсорб-
ции (11), снабженной редукционным клапаном (12).
Для извлечения из смеси легкого и нафталинового масел смесь
насосом (18) прокачивается через теплообменник (19) и подо-
греватель (20), попадая в стабилизатор (22). Стабилизированная
смесь через холодильник (21) отводится в приемник. Выделившие-
ся при стабилизации газы собираются вверху стабилизатора (22)
и, проходя через конденсатор (23) и газосепаратор (24), отводятся
в свой приемник. В дальнейшем они могут быть использованы для
синтеза органических соединений.
Таким образом получаются четыре продукта: 1) сухой газ;
2) непредельные углеводороды — этилен, пропилен, бутилен, ко-
торые выделяются после стабилизации смеси легкого и нафтали-
нрвого масел; 3) гудрон, как отход производства; 4) смесь легкого
и нафталинового масел. Легкое масло содержит в себе бензол, то-
луол и ксилол, которые отделяются в сыром виде в результате рек-
тификации.
Полученные сырые ароматические продукты после очистки сер-
ной кислотой подвергаются вторичной ректификации, при которой
происходит разделение бензола, толуола и ксилола.
пр ^ри выработке авиационного топлива полученное после первой
и КтиФикации легкое масло подвергается очистке серной кислотой,
луо2Сле вт°РИчной ректификации, во время которой отделяется то-
у • получается продукт, называемый пиробензолом. Пиробензол
2«
19
является хорошей добавкой к авиационному бензину прямой гонки,
так как значительно улучшает антидетонационные свойства пос-
леднего.
§ 4. Реформинг-процесс
Применение авиационных двигателей с высокой степенью сжа-
тия и большим давлением наддува сильно повысило требования
на антидетонационные качества выпускаемого моторного топлива.
В связи с этим за последние годы в СССР большое промышленное
значение начал приобретать особый вид крекинга — так называе-
мый реформинг-процесс. В отличие от крекинга, сырьем для ре-
форминга служат легкие дестиллаты прямой.. гоцк.и.
По данным исследовательских работ, проведенных в Советском
Союзе, следует, что посредством процесса реформинга можно
сильно повысить октановое число бензинов прямой перегонки, об-
легчить их фракционный состав и снизить содержание серы, если
таковая имеется в исходном сырье.
Сущность реформинг-процесса с технологической точки зрения
заключается в следующем. Сырье: бензин, лигроин или смесь этих
продуктов, при помощи насоса загружается в трубчатую печь,
откуда оно выходит при температуре около 560°Ц под давлением
13—20 ат. Из печи продукт направляется в эвапоратор, откуда че-
рез теплообменники, реформированным, поступает в ректифика-
ционную колонну. В этой колонне происходит разделение: рефор-
мированный бензин направляется в сборник, флегма же из ниж-
ней части ректификационной колонны идет на подмешивание к
сырью перед поступлением его в печь.
В Советском Союзе имеются большие возможности для про-
мышленного развития реформинг-процесса. Известно, что грозней
ский бензин 2-го сорта не удовлетворяет требованиям даже авто-
мобильных моторов, а грозненский лигроин прямой гонки имеет
октановое число около 26—25, что делает его неприменимым даже
для „тракторных парков. Реформирование указанных и подобных им
дестиллатов (особенно из сернистых нефтей «Второго Баку») в вы-
сокооктановое топливо является актуальной задачей. При рефор-
минг-процессе можно получить бензины с октановым числом 70 и
выше. С увеличением конверсии или глубины крекинга, возрастает
октановое число и повышается летучесть, а выход бензина умень-
шается.
Хотя повышение октановых чисел является главной целью ре-
форминга, однако, он дает и другие преимущества: например,
заметное повышение летучести. Летучесть повышается меньше для
спрьи с высокой первоначальной летучестью и больше — для тяже-
лого лигроина.
Реформинг дает уменьшение содержания серы на 30—75% для
большинства видов сырья. Сырье с высоким содержанием серы (из
нефтей «Второго Баку») дает продукт с низким содержанием серы,
20 z-
так как большинство сернистых соединений нефтей при этом раз-
рушается.
На газ (и потери) при реформинге бензина приходится 10—
12%- Газ, образующийся при реформинге, является топливом с
большой теплотворной способностью и содержит олефиновые
соединения, из которых получают различные химические продук-
ты и бензин полимеризации с высоким октановым числом.
Давление и температура являются теми основными факторами,
которые предопределяют характер конечных продуктов рефор-
миигй.
С теоретической стороны, улучшение антидетонационных свой-
ств бензинов прямой гонки в условиях высокой температуры и
Рис. 7. Технологическая схема {установки для реформинга
давления процесса реформинга можно объяснить изменением
структуры углеводородов, входящих в состав бензина. В этом
процессе наряду с разложением имеют место процессы превра
щения углеводородов нормального строения в изо-соединения, об-
ладающие высокой октановой характеристикой и ароматизацией
бензина.
Выход реформинг-бензинов с октановым числом 57—80 колеб-
лется в пределах 38—88% в зависимости от технологических ре
жимов крекинг-установок и типа используемого сырья.
Наиболее распространенной установкой для производства
Реформинга является установка, изображенная на рис. 7.
21
Установка имеет: трубчатую печь для реформинга (3), эвапоря
тор (4), ректификационную колонну (8), конденсаторы (10), гааосг
параторы (13), насосы, емкости и трубопроводы.
Сырье (бензин), предназначенное для реформирования, заб|
рается из резервуара (1) насосом (2) и подается под давление!
15 ат в трубчатую печь (3), где оно подвергается реформингу пр
температуре 510°Ц и давлении 15 ат., после чего направляете
в эвапоратор (4). Низ эвапоратора имеет температуру 300°Ц и даь
ление 3 ат. При выходе из трубчатой печи (3) давление сырья по-
нижается при помощи редукционного вентиля (5), а температура—
смешением реформированного сырья с реформинг-остатКом, име
ющим температуру 100°Ц. Подача реформинг-остатка осущест
вляется насосом (6), который подает его в тройник смешания (7),
находящийся на линии между редукционным клапаном и эвапо-’
ратором (4). Процесс, происходящий в эвапораторе (4), сводится
к испарению из смеси реформинг-газа, реформинг-дестиллата и
тяжелого дестиллата. Полученная смесь паров нз эвапоратора
(4) направляется в ректификационную колонну (8), а реформинг-
остаток отводится в холодильник (9), откуда, охладившись до
температуры 100°Ц, идет в остатковый резервуар.
Циркулирующий остаток насосом (6) подается на смешение в
тройник (7). <
В результате ректификации смесь паров, поступающих в рек-
тификационную колонну (8), отделяет тяжелый реформинг-оста-
ток от реформинг-газа и реформинг-дестиллата. Тяжелый рефор-
минг-остаток собирается в виде флегмы внизу ректификационной
колонны, остальное же через верх колонны в виде паров направ-
ляется в конденсатор (10). Работа ректификационной колоны ре-
гулируется орошением, подаваемым наверх колонны насосом (12)
снизу газосепаратора (13). Из конденсатора смесь, проходя хо-
лодильник (14), поступает в газосепаратор (13), где происходит
отделение реформинг-газа от реформинг-дестиллата-. Реформинг-
газ уходит в абсорбционную установку, а реформинг-дестиллат
снизу газосепаратора — в емкость, причем часть его идет на оро-
шение ректифгГкационной колонны.
Тяжелый реформинг-дестиллат отводится в специальную ем-
кость, пройдя холодильники (11).
Выход таким образом реформированного бензина на описанной
установке достигает 85—87% от сырья. Октановое число получа •
мого бензина поднимается до 80.
Процесс крекинга в настоящее время стал применяться в раз-
личных модификациях. Помимо уже описанного реформинга, сле-
дует указать еще на так называемый редюссинг или полу-
крекинг тяжелых продуктов. Цель процесса — предваритель-
ное расщепление тяжелых углеводородов, в результате чего полу-
чается увеличенный выход газойлевых фракций, которые затем
подвергаются нормальному крекингу. Применяется также окисли-
тельный крекинг, крекинг при пониженном давлении и пиролиз газов
22
пОфазного крекинга для получения бензинов высоких антидетона-
циоиных качеств.
Для увеличения выхода пресс-дестиллатов в настоящее время
твоят установки комбинированного типа, прибегая иногда даже
С комбинации парофазного и жидкофазного крекинга с присоеди-
нением к ним установок прямой гонки, а также установок для ста-
билизации, газоулавливания и др.
§ 5. Получение бензинов путем полимеризации крекинг-газов
Процесс полимеризации крекинг-газов явился следующим за
крекинг-процессом этапом в нефтяной технологии, ведущим к еще
более углубленному исродузован нефти как сырья для получе-
ния моторного топлива.
При углублении крекирования разложение тяжелых углеводо-
родов на углеводороды типа бензиновых сопровождается образо-
ванием газообразных продуктов, которые в состав крекинг-бен-
зина включены быть не могут и являются обременительным отбро-
сом производства. Решение вопроса об использовании газа было
найдено в полимеризации. Полимеризация тем или иным методом
позволяет превращать газы в жидкие продукты, которые могут
быть использованы в качестве моторного топлива. Самый процесс
полимеризации лабораторно изучен давно, но его широкое про-
мышленное применение разработано было только в последнее время.
Особенностью полимерного бензина является его высокая аптиде-
тонационная активность, выражающаяся в том, что при при-
бавке к низкосортному бензину он повышает октановое число пос-
леднего больше, чем это делают другие антидетонаторы (чистый
изэоктан или бензол).
Применяются два вида промышленной полимеризации крекинг-
газа: 1) полимеризация при высоких давлениях и температурах без
катализаторов; 2) полимеризация с катализатором при низких
давлениях и температурах. При отсутствии катализаторов приме-
няется температура от 482 до 704е Ц при давлении до 200 ат. При
каталитических процессах температура должна быть около 204' Ц
пРи давлении 13,5 ат.
Данные анализов типичных крекинговых газов собраны в таб-
лицах 2, 3, и 4.
Таблица 2
Типичный жидкофазный крекинг
— Составляющие, Образцы газа
в проц. 1 2 3 4
Водород ....... ^тилен ^РОпилен . Бутилен .... 11аРафины 1,9 1,9 0,8 7,4 88,0 5,0 4,7 1.7 2,0 81,6 3,0 2.7 7,6 6,5 80,2 1,7 1,3 12,0 7,1 72,9
23
Таблица 3
Типичный парофазный крекинговый газ
Составляющие
%
Углекислота и сероводород
Окись углерода..........
Водород ................
Этилен .................
Пропилен ...............
Бутилен ................
Бутадиен ...............
Парафины................
0,25
0,15
7,0
27,0
16,0
9,0
1,0
39,6
Таблица 4
Составляющие,
в проц.
Процесс Процесс
Кросса Джайро
Метан и водород .
Этилен .........
Этан ...
Пропилеи.........
Пропан..........
Бутены и бутадиен
Бутаны..........
Пентаны и выше .
46,3
1,23
16,6
5.6
16,2
4,3
. 6,1
3.7
35,4
22,9
13,3
13,1
0,0
5,5
1.4
3,4
Под полимеризацией понимается уплотнение молекул, причем
основной комплекс, образующий молекулы, сохраняется без из-
менений.
Метод термической полимеризации, ввиду применения высоких
давлений и температуры, широкого распространения не имеет. Тре-
буется дорогая аппаратура, и эксплоатация установок обходится
очень дорого.
При каталитической полимеризации наиболее подходящим ка-
тализатором является фосфорная кислота на таких носителях, как
шамот, кизельгур, активированный уголь и т. д. Действие этих ка-
тализаторов на непредельный углеводород сводится, в первую оче-
редь, к образованию полимеров с выделением свободной кислоты.
На примере пропилена и фосфорной кислоты эта реакция может
быть выржена следующим образом:
ОН
О = Р^-ОН +сн,=сн—сн,-
х он
ОН\ /СН3
О-- р —О —сн<
он/ с"'
24
I
L
сн .он сн3
3\сн—О—Р=О + ^сн —»
CHZ Хон СНо
сн„х .СН3
>сн-с<
сн/ Vh.
+ HUPO4.
Типовая схема каталитической полимеризации крекинг-газов
приведена на рис. 8.
Крекинг-газы, содержащие пропилен и бутилены, нагреваются
полимеризационной печи (2) до темйературы 204°Ц й поступают
в четыре катализационные камеры (3), последовательно проходя
каЖДУ10 Катализационные камеры заполнены катализатором, со-
стоящим из твердой фосфорной кислоты. Реакция полимеризации
Рис. 8. Типовая схема каталитической полимеризации
крекинг-газов
экзотермична, и поэтому температура газов подымается на 70°Ц
Из катализационных камер продукты полимеризации через кон-
денсатор (4) поступают в приемную колонну (5), откуда отрабо-
танные газы уходят через газопровод (6).
Жидкие полимеры с помощью насоса (7) подаются по газопро-
воду в стабилизационную колонну (8). Здесь происходит доведе-
ие Варов до нормы упругости с помощью парциального конден
т0Ра (9), через который циркулирует вода по трубопроводам (11).
вот ?аботанный газ отводится из конденсатора (9) по трубопро-
чепе '0). Через трубопроводы (12) пропускается пар, проходящий
бещ3 ВЬШарной змеевик стабилизационной колонны. Полимерный
(131 1Н И3 стабилизационной колонны поступает в холодильник
Д откуда поступает в специальную емкость на хранение
даетРИ 26% содержании олефинов в крекипг-газе полимеризация
на |(/Ь1Х0д полимерного бензина в количестве, примерно, 67 л
бенз и т3 Газа> поступающего в переработку. Возможный выход
яв,цЯ(,На полимеРизации из исходного газа, содержащего олефины,
ся Функцией содержания пропилена и бутилена и их соОт-
25
ношения. Чем выше содержание этих углеводородов, тем больв
выход бензина полимеризации. Возможные выходы бензина пол
меризации с упругостью паров 0,7 яг/см2, по Рейду, на 1000 ।
газа приводятся в таблице 5.
Таблица
Выход бензина полимеризации из газов с различным содержанием
пропилена и бутилена
% пропилена и бутилена в кре- кинг-газах Выход бензина по- лимеризации, (в л на 1000 л3) % пропилена и бутилена в кре- кинг-газах .J, — — , *. Выход бензина по димеризации (в л на 1000 л3)
14,1 320 24,1 ' 652
17,8 400 27,1 705
18,0 412 27,5 770
18,9 492 33,3 932
21,3 560 34,3 970
Полимерный бензин, получаемый из газов крекингси
обладает очень высокими антидетонационными свойствами и при
меняется, главным образом, для примеси к прочим бензинам (пря
мой гонки и крекингу).
§ 6. Спирты
Одним из заменителей нефтяного и жидкого топлива являюто
спирты. Из них особенное значение имеют метиловый и этиловь;
спирты. Внешне спирты употребляются для стабилизации спирто
бензиновых смесей. Спиртовые топлива получили ограниченно,
распространение, так как ои.
Рис. 9. Схема установки по синтезу
метанола
I—приток свежего газа (водород и окись ?гле-
родл), 2—компрессор, 3— дополнительный 'ком-
лоессор, 4 — газоочиститель, 5—рециркулирую-
щий газ. 6— катализатор, 7—конвертор. 8- кон-
денсатор, 9— сепаратор высокого давления,
Ю— газ, 11 — сепаратор низкого давления. 12
нагревательный аппарат, 13 — к перегонной
установке
26
дороже обычных моторны
топлив и обладают целым рг
дом специфических особенна
стей.
Производство метиловом
спирта с помощью сухой пере-
гонки дерева почти не произ-
водится, так как найдены но-
вые, более рациональные ме-
тоды синтеза этого продукта
Себестоимость 'синтетического
метанола (метилового спирта!
много ниже метанола, полу-
чаемого сухой перегонкой де-
рева.
Исходным сырьем для сив
теза метанола служит «во-
дяной газ», представляющие
смесь СО2 и Н2. Получается этот газ обработкой кокса водяным па-
ром при температуре 1 000° Ц, Кроме указанного пригоден
также газ, выделяющийся при процессах брожения, который
так же, как и газы коксовых печей, представляет собой смесь
СО2, СО, Н2. При пропускании «водяного газа» соответствующего
состава над катализатором, состоящим, главным образом, из оки-
сей металлов (Zn, Cr, Ni) при температуре 350—400° Ц и давлении
200 ат., получается метанол.
На рис. 9 дана схема установки для синтеза метанола. Работа
установки понятна без подробных описаний.
Этиловый спирт получается, главным образом, с помощью про-
цессов брожения растительных продуктов: кукурузы, свеклы, кар-
тофеля, клетчатки (переводимой предварительно в сахаристые ве-
щества, способные к брожению), пальмового сока, земляных
груш, травы, соломы, растительных отходов и др.
ПОЛУЧЕНИЕ ЭТИЛОВОГО СПИРТА И| ДРЕВЕСИНЫ
Для получения этилового спирта древесные опилки, являющие-
ся отходами лесопильной промышленности, нагревают с разбав-
ленной серной кислотой при температуре 175—180°Ц. В результате
этого значительная часть (до 70%) древесины, представляющая
смесь высокомолекулярных полисахаридов, подвергается осахари-
ванию (гидролизу) с образованием легко сбраживаемых на этило-
вый спирт сахаров. Получающийся кислотный раствор сахаров
(в смеси с другими продуктами разложения древесины) после ней-
трализации кислот известью, фильтрации и охлаждения до 28—30°
сбраживается дрожжами на этиловый спирт, который затем отго-
няется на брагоперегонном аппарате.
В СССР технология этого процесса осуществляется следующим
образом (см. рис. 10).
Опилки (1), доставляемые с лесопильных заводов ленточным
транспортером (2), подаются в верхнюю горловину гидролизап-
парата (3). Гидролизаппарат представляет собою стальной ци-
линдр, .оканчивающийся с обоих концов усеченными конусами,
Причем верхний конус, служащий ДлЦ загрузки, закрывается пло-
ской крышкой, прикрепляемой болтами, а к нижнему конусу при-
способлен затвор с выводной трубой, служащей для выгрузки не-
гидролизуемого остатка древесины — лигнина. Гидролизаппарат
снабжен трубопроводами, через которые подводится пар и 0,8—1 %
серная кислота, нагретая до 175—180°, и выводится кислый сахар-
ный раствор — гидродизат.
Гидролиз осуществляется путем непрерывной подачи горячей
Разбавленной кислоты в гидролизаппарат в 'виде дождика, при
непрерывном выводе. Из гидролизаппарата гидролизат подается в
испаритель (4), напоминающий гидролизаппарат, но значительно
меньшего размера, с целью снижения давления пара и темпера-
туры гидролизата до 120°. В результате сильного перепада давле-
27
ния в испарителе происходит быстрое испарение воды, удаление]
части летучих веществ и охлаждение гидролизата со 180° до]
120—130°Ц. Пары из испарителя отводятся в теплообменник (5)
целью использования содержащегося в них тепла для подогрева
воды, а также некоторых полезных веществ (фурфурол, метило -I
вый спирт).
Частично охлажденный гидролизат направляется по трубопрс.-|
воду в деревянные чаны (6), снабженные мешалками, для нейтрали-
Рис. 10. Принципиа льная схема пояснения этилового спирта из древесины
зации известковым молоком (7) содержащихся в нем серной и ча-
сти органических кислот. После-нейтрализации получающийся
пейтрализат центробежным насосом прокачивается последователь-
но через фильтропресс (8) (для отделения шлака) и теплообменник
(9) (для охлаждения до 30°), а затем для окончательной очистки
снова фильтруется на холоДу (10).
В некоторых случаях охлаждение нейтрализата достигается с
помощью градирни.
Очищенный и охлажденный нейтрализат, называемый суслом,
подается в чаны, емкостью 100—150 и3 (11), куда одновременно
подается дрожжевая суспензия. После сбраживания сусло направ-
ляется в сепараторы (12) для частичного отделения дрожжей (13),
?8
используемых снова для брожения, а большая часть сбраженного
сусла — бражки (14) направляется на сгонку спирта. Для отгонки
спирта бражка подается в напорный чан (15), откуда самотеком,
последовательно проходя через калоризатор (16), дефлегматор (17),
бардяный теплообменник (18) и нагреваясь до 95—100°, поступает
в среднюю часть колонны (19).
Снизу в колонну (19) подается острый пар для подогрева жид-
кости с целью отгонки спирта.
Поступающая в колонну бражка, стекая вниз, обедняется спир-
том, пары которого, поднимаясь вверх, укрепляются и выводятся
сверху из колонны в холодильник (20). В средней части колонны
имеется отвод, позволяющий отделять сивушные масла, отводимые
через отделитель (21) в сборник. Стекающая на дно аппарата горя-
чая жидкости — барда выводится из .^колонны и проходит бардяной
теплообменник (18), где отдает свое тепло бражке, а затем направ-
ляется либо в цех для кормовых дрожжей, либо в канализацию.
В барде остается небольшая часть несброжениого сахара, исполь-
зуемого для выращивания кормовых дрожжей.
Лигнин после гидролиза под давлением пара выдувается из
гидролизаппарата в сцежу (22). Лигнин после обезвоживания до
50—55% содержания влаги используется для топки под паровыми
котлами. -
Гидролизный спирт обычно получается крепостью 92° и содер-
жит значительное количество органических кислот, эфиров и аль-
дегидов, фурфурол и т. д.
Путем дополнительной отгонки и обработки может быть полу-
чен чистый спирт.
ПОЛУЧЕНИЕ СПИРТА ИЗ СУЛЬФИТНОГО ЩЕЛОКА
Сульфитным щелоком называется раствор различных органиче-
ских и минеральных веществ, образующийся при получении целлю-
лозы сульфитным способом (варка древесины в растворе, содержа-
щем серную кислоту и сернистокислый кальций).
'Главной составной частью органических веществ является сое-
динение лигнина древесины с серной кислотой; но наряду с этим
содержатся и сбраживаемые сахары. Для получения спирта суль-
фитный щелок, поступающий с целлюлозно-бумажного комбината,
подвергается нейтрализации известью или известняком в больших
закрытых чанах, в которых перемешивание достигается продува-
нием сжатого воздуха. Нейтрализованный щелок отстаивается для
отделения шламма, затем направляется на градирню для охлажде-
ния. Охлажденный нейтрализованный щелок поступает в нижнюю
часть бродильного чана. Бродильный чан на высоте 0,5 м имеет
ложное дно, на котором уложены стружки, прикрытые сверху вто-
рым ложным дном. В стружках закрепляются дрожжи. Щелок по-
ступает снизу, при этом сахар сбраживается дрожжами, и в виде
бражки выводится сверху и направляется на сгонку спирта в спе-
циальный аппарат. •
29
Примерный состав сульфитного спирта следующий: крепость
92—93°; органических кислот 114—498 млг\ альдегидовых спирт, н
130—280 млг и серы (связанной с органическими веществами) 15—<
173 млг в 1 л.
§ 7. Получение топлив из угля
Причины, вызвавшие необходимость применения ащртовь |
топлив, о чем уже говорилось ранее, побудили также уделить боль-
шое внимание процессу гидрогепезации, с помощью котороро мож-
но получить моторные топлива из угля и других твердых углеродо-
содержащих продуктов, а также из нефтяных остатков. Процесс
гидрогенизации в настоящее время применяется для получения все-
возможных сортов моторных топлив и смазочных масел. '
Сущность процесса заключается в обработке твердых (уголь)
или высокомолекулярных жидких углеродосодержащих соединений
(нефть) водородом с применением высоких температур и Давлений
в присутствии катализаторов. В результате реакции получаются
продукты, состоящие из углеводородов с низкой температурой ки
пения, содержащие небольшое количество ненасыщенных углево-
дородов (ввиду чего продукт отличается большой стабильностью).
СХЕМА ГИДРОГЕНИЗАЦИИ БУРОГО УГЛЯ
Гидрогенизация (или гидрирование) твердых топлив основана на
расщеплении .модекул гидрируемого продукта и обогащении его
водородом.
Процесс гидрирования осуществляется с применением катали-
заторов при высоких Температурах и давлениях и разбивается на
две последовательные стадии. В первой стадии из перерабатывае-
мого сырья получаются средние и тяжелые масла, во второй — лег-
кие моторные топлива — бензины.. Схема процесса гидрогенизации
представлена на рис. 11.
Уголь из бункера подается в мельницу (1), где тонко измель-
чается и смешивается с маслом, подаваемым насосом (а). Приго-
товленная в мельнице паста поступает по трубопроводу в сборник
(2), откуда насосом высокого давления (в) нагнетается через тепло-
обменник (3) и далее через подогреватель (4) в камеру гидрирова-
ния (5). Одновременно в трубопровод, подводящий пасту к теплооб-
меннику с помощью циркуляционного насоса (с) нагнетается водо-
род. В камере гидрирования под влиянием температуры 450—
460°Ц и давлении до 200 ат. происходит расщепление молекул и ,
обогащение их водородом при действии специального катализа-
тора, вводимого заранее в пасту.
Продукты распада, получаемые в камере гидрирования, посту-
пают в газосепаратор (6), где происходит отделение газообразных
продуктов от жидких. Газы ц пары из газосепаратора проходят
через теплообменник, отдавая теплоту поступающей из сборника
пасте,»и далее охлаждаются в холодильнике (7). Пары, конденси-
30
пуясь в жидкость, стекают в приемник конденсатора (8). Остаю-
щийся же водород идет к циркуляционному насосу и нагнетается
вместе со свежим водородом на гидрирование свежего заряда.
Жидкий продукт из конденсатора (8) поступает в дестилляцион-
нуЮ установку (9). Низхокипящие фракции (бензиновые) из дестил-
д'яционой установки непосредственно поступают ла очистку (10).
Белее высоко сипящие фракции (средние 'масла) с жонцо.м кипения
300—340° Ц являются продуктом для второй стади\ процесса гид-
Жидкий продукт из газосепаратора (6) поступает в разделитель
(11), где твердые остатки удаляются, а тяжелые масла забираются
насосом (а) и подаются в мельницу для образования угольной
пасты.
Вторая стадия переработки среднего масла заключается в сле-
дующем. Полученное среднее масло насосом вместе с водородам,
подаваемым насосом (е), прокачивается в теплообменник (3'), откуда
через подогреватель (4') — в камеру гидрирования (5'). Полученные
продукты гидрирования проходят через теплообменник, отдавая
теплоту поступающей в камеру смеси, направляются в холодиль-
ник (7') и газосепаратор (6')- Сконденсировавшиеся пары в виде
жидкости поступают в дестилляциопную установку. Освобожден-
ный водород идет на гидрирование, а легкие фракции из дестилля
Ционной установки идут на очистку (10). Более тяжелые фракции,
в случае их образования, поступают вместе со средним маслом вто-
рично на переработку.
31
Вся установка регулированием температуры и давления може
быть настроена на максимальный выход легких продуктов (бензина
составляющих около 650 кг на 1 т чистой угольной массы.

Рнс. 12. Схема установки для гидроге-
низации тяжелых смол, нефти и т. п.
§ 8. Гидрогенизации тяжелых смол нефти
Гидрирование тяжелых масел и нефти вполне осуществимо и
установках для гидрирования угольной пасты, описанных panel
Схематически установка для гидрирования тяжелых масел пока
зана на рис. 12 и 13.
Подлежащее гидрированию масло (с температурой кипени
250—400сЦ) нассГсом высокого давления (2) подается из резервуар:
(1) в трубчатую печь (3), з?
хватывая по пути наглежа
щий катализатор. В трубчато
печи сырье нагревается до тем
пературы 425° Ц. Другая тру*
чатка этой же печи (4) произвс
дит нагрев водорода до это
же температуры. Из трубчато
печи нагретое масло и водоро
поступают в реакционную ка
меру (6). В реакционной камере под давлением в 200 ат происхо
дит реакция с выделением теплоты до 450" Ц.
Сырье _
бензин _
н2^=
Рис. 13. Схема установки для гидрирования нефти
/—насос, 2—теплообменник, 3—первая трубчатая печь. 4—реакционная [камера, 3—компрессор
б—вторая трубчатая печь, 7—вторая реакционная камера, 8—конденсатор, 9- газоотделитель
10—газоочиститель
Полученные продукты направляются в холодильник (7) и затем
в сепаратор-приемник (8), где происходит их разделение. Газы, в
32
том числе неиспользованный водород, отводятся в резервуар для
водорода (11), а жидкие продукты в перегонный куб (10).
Из куба (10), работающего при обыкновенном давлении, про-
исходит разгонка жидких продуктов. Сырой бензин (темпе-
ратура кипения 155°) поступает по трубопроводу (13) в очиститель
(15) и далее на колонную установку (5) для получения товарного
бензина. Среднее масло (температура кипения 156—300е!
идет по трубопроводу (12) на повторную гидрогенизацию через труб
чатую печь (16). В трубчатке (17) подогревается водород. Среднее
масло и водород, нагревшись до температуры 480 Ц, поступают
в реакционную камеру (18), где температура вновь поднимается до
500—510". Продукты реакции поступают в свой особый холодиль-
ник (19), а затем — в сепаратор-приемник (20).
Из сепаратора газы отходят в резервуар для водорода (11),
жидкие же продукты поступают в тот же разгонный куб (10), г др
и производится вторичная разгонка. Получаемый в разгонном кубе
осадок (температура кипения 300—410°) направляется по трубопро-
воду (14) на подмешивание к сырью для новой гидрогенизации.
Смесь, поступающая в реакционную камеру для гидрирования,
содержит обыкновенно 7,5% водорода и 92,5% жидкого сырья.
Выход готовых продуктов по объему составляет нередко 100—
105%, причем реакцию по желанию можно направлять в сторону
получения либо керосина, либо бензина.
Необходимо отметить, что при гидрогенизации в присутствии
специальных катализаторов, легко достигается обессеривание ко-
нечных продуктов.
§ 9. Очистка моторных топлив
Бензины, получаемые прямой перегонкой нефти при крекинг-
процессе или получаемые другими способами, которые были описа-
ны ранее, содержат примеси, делающие невозможным их использо-
вание для работы мотора. В зависимости от способа получения,
они могут содержать большие количества смол, способствующих
нагарообразованию, могут содержать сернистые соединения, вы-
зывающие коррозию, или нестойкие соединения, делающие бензин
не стабильным, изменяющимся при хранении.
Наибольшие трудности представляет очистка крекинг-бензинов.
Бензины прямой гонки и газовые бензины требуют минимальной
очистки.
Методов очистки очень много. Из них сернокислотный метод,
применяемый к бензинам прямой гонки и газовым бензинам, ока-
зался непригодным для очистки крекинг-продуктов, так как послед-
ние в большей части состоят из продуктов, легко реагирующих с
верной кислотой, ввиду чего очистка сопровождалась очень боль-
шими потерями серной кислоты и сырого бензина и малыми выхо-
дами целевого продукта. Этот недостаток сернокислотного метода
очистки вызвал появление ряда других методов. Были применены не
Юлько новые реактивы для очистки, но изменилась и методика ра-
3 Авиационные топлива 33
Рис. |14. Периодическая очистка легких
дестиллатов
Л—кислотная мешалка, В—щелочная мешалка
а—ввод дестиллата, в -ввод воздуха, с—монжус,
И—спуск судрепа
боты — аппараты периодического действия были заменены непре-
рывно действующими установками
На рис. 14 показана схема периодически действующей уставов
ки для очистки легких дестиллатов серной кислотой.
По трубопроводу (а) очищаемый дестиллат подается в мешалку
(А), после чего из монжуса (С) в мешалку подается заданное коли-
чество кислоты определенной крепости. Перемешивание дестиллата
с кислотой производится ли-
бо механической мешалкой—
в случае легких дестиллатов
(бензин), либо энергичной
продувкой воздухом, пода-
ваемым по трубопроводу (в).
После перемешивания произ-
водится отстаивание. Кис-
лотный слой (кислый гудрон)
собирается внизу мешалки и
отделяется от дестиллата по
трубопроводу (d). Если тре-
буется, эта операция повто-
ряется.
Очищенный кислотой де-
стиллат по трубопроводу са-
мотеком поступает в мешал-
ку (В), где он нейтрали-
зуется перемешиванием вод-
ным раствором
которая подается
жуса (С). После
лизацип щелочью,
замывается водой в
щелочи,
из мон-
нейтра-
которая
этой же
опускается через штуцер 7, дестиллат
щелочной мешалке и после отстаивания и отделения от воды пере-
пускается в емкости для хранения.
Периодический метод очистки в последнее время стал вытес-
няться методом непрерывного процесса. Основной принцип
его заключается в том, что серная кислота и дестиллат подаются
непрерывно и одновременно через инжекторы в диафрагменные
смесители, с помощью которых достигается тщательное переме-
шивание кислоты и дестиллата. В остальной части аппаратуры про-
исходит отстаивание и отделение отработанной кислоты, нейтрали-
зация кислотного дестиллата щелочью и последующая промывка
водой.
Вся очистка протекает в герметически закрытой аппаратуре,
поэтому потери на улетучивание легких частей сильно сокра-
щаются. Эффективное перемешивание значительно уменьшает рас-
ход серной кислоты.
На рис. 15 дана примерная схема непрерывно действующей
установки. Бензин в каждый аппарат поступает снизу и выходит
34
сверху. Снизу же поступают серная кислота н раствор едкого нат-
ра. Из последнего аппарата выходит чистый бензин.
Из прочих методов очистки дестиллатов укажем на абсорбци-
онный метод. Очистка в данном случае может происходить в паро-
вой или жидкой фазе.
Очистка крекинг-бензина в паровой фазе флоридином широко
распространена. Однако этот метод не дает столь стабильного бен-
Рис. 15. Схема непрерывной очистки бензина
зина, как метод сернокислотный, ввиду чего очистка флоридином
применяется, когда очищенный бензин не будет подвергаться дли-
тельному хранению. Экономически парофазная очистка флоридя-
20ь°Ц
Рис. 16. Схема очистной установки
7— колонна крекинг-установки, 2— конденсаторы, 3— газосепаратор, 4— на-
сосы для орошения. 5—вода, 6—га^з, 7—камеры Грея, 8— сборник для по-
лимеров, 9—насос, 10 —холодильник, // — выход полимеров, /2—дополни-
тельная колонна, 13— газосепаратор, 14 бензин
ном много выгоднее сернохислотной очистки. Бензин получается
более высоких антидетонационных свойств.
На рис. 16 дана схема установки для очистки бензина
Пары бензина из ректификационной колонны крекинг-уста-
новки проходят через специальные башии (7) наполненные фло-
3*
35
ридином. На нижнем конусе имеется патрубок для спуска обра-
зующихся полимеров. Установка имеет две камеры с флориди-
ном. В то время, когда работает одна из них, другая загружается
свежим флоридином.
ГЛАВА Ш
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВ
§ 1. Основные требования,
предъявляемые к авиационным топливам
Развитие современной авиации, особенно увеличение боерой
мощи военной авиации, идет по пути разрешения двух основ-
ных вопросов: повышения скорости полета и увеличения высоты
полета. Десять лет тому назад скорость бомбардировщиков со-
ставляла в среднем 250 км/час, а истребителей—около 350 км/час-,
в настоящее время скорость бомбардировщиков достигает уже
600 км/час, а истребители летают со скоростью до 1 000 км/час
и выше.
Столь же быстрыми темпами идет рост боевой высотности
военной авиации. Иллюстрацией этого могут служить показа-
тели рекордов высоты полета самолетов за последнее десятиле-
тие. В 1930 г. мировой рекорд высоты не достигал еще 13 000 м,
а рекорды последних лет уже превосходят 17000 м. Быстрый
рост высотности военной авиации объясняется, с одной стороны,
желанием сделать самолет менее уязвимым от действий земных
средств обороны и со стороны авиации противника, а с другой
стороны, — возможностью значительного повышения скорости по-
лета на высоте за счет меньшей плотности воздуха.
Повышение высотности самолета достигается путем приме-
нения наддува, позволяющего сохранить мощность мотора с на-
бором высоты. Увеличение горизонтальной скорости полета до-
стигается как улучшением аэродинамики самолета, так и повы-
шением мощности мотора. Оба эти фактора — применение над-
дува и повышение мощности авиационного мотора—предъявляют
вполне определенные требования к 'авиационному топливу. Так
как повышение мощности за последнее время достигается, глав-
ным образом, за счет повышения давления наддува, то основ-
ными требованиями, предъявляемыми к авиационному топливу
для обеспечения правильности процесса сгорания его в цилинд-
рах двигателя, являются:
,/1. Антиде тон апнойные качества. Наряду с развитием
авиационной техники, с повышением летных качеств самолетов
и увеличением мощности авиамоторов, происходит одновремен-
ное изменение и повышение антидетонационных свойств авиа-
ционного топлива.
36
Таблица 6 показывает динамику роста антидетонационных
качеств авиационного топлива, применяемого .военной авиа-
цией.
Таблица 6
Годы 1932 1933 1934 1935 1936 1937 1938 1941
Среднегодовые октановые
числа............ 82 87 90 91 93 95 98 100
-.2. Испаряемость, определяемая упругостью паров и фрак-
ционным составом топлив.
Авиационное топливо должно содержать вполне определенное
количество легко испаряющихся фракций, обеспечивающее нор-
мальную работу мотора при любых условиях эксплоатации. Ма-
лое содержание легкокипящих фракций не обеспечивает легкий
запуск мотора, особенно в зимних условиях эксплоатации. Боль-
шое количество нх может привести к образованию газовых про-
бок в системе питания мотора горючим и вызывает большие по-
тери горючего от испарения.
Авиационное топливо должно также содержать малое коли-
чество тяжело испаряющихся фракций, увеличивающих нагаро-
образование и приводящих к неполному испарению во всасы-
вающей системе.
3. Минимальное содержание смолообразующих ве-
щее т.в. j
.Высокая теплотворная способность.
,5. Антикоррозийные свойства.
46. Стойкость топлива при длительном хранении. Ка-
чество это носит название „стабильности”.
.7. Низкая температура застывания.
"8. Мала я-гигроскопичность. В случае большой гигро-
скопичности топлива (бензольные и пиробензольные смеси) к нему
приходится применять специальные методы обезвоживания (на-
пример, при помощи хлористого кальция).
§ 2. Оценка качеств авиационных топлив
Оценить топливо с точки зрения его эксплоатационных ка-
честв—это значит дать характеристику применения данного топ-
лива в отношении мощности и расхода топлива, надежности ра-
боты двигателя н, наконец, в отношении хранения, транспорта
и распределения.
Современные авиационные двигатели, работающие на боль-
ших скоростях н с большой мощностью на'единицу объема ци-
линдров, предъявляют высокие требования к авиационным топ-
ливам. Стремление добиться минимального веса самолета порож-
дает требование высокой теплотворной способности топлива.
Для правильной работы карбюратора необходимо наличие у топ-
лива определенных свойств, как-то: хорошей испаряемости, не-
ч 37
высокой скрытой теплоты парообразования. Большую роль играют
предел воспламеняемости и антидетонационные свойства, опреде-
ляющие степень сжатия двигателя.
При оценке авиационных Топлив должно быть уделено особое
внимание качествам, определяющим режим работы авиадвига-
ф19*3
Рнс. 17. Стандарт-
ный нефтяной арео-
метр
Ф5*г
телей, их мощность и экономичность. Помимо
всех этих качеств, немалое значение имеют
также удель Ный вес топлива, температура за- 1
мерзания, наличие тех или иных примесей и.
внешние признаки, как цвет, запах и др.
Рассмотрим основные характеристики авиа-
ционных топлив.
§ 3. Удельный вес
Удельный весом топлива принято считать I
отношение Веса единицы объема топлива при 1
20° Ц к вес^ единицы объема воды при 4° Ц.. :
Условно это обозначаетси d^K. Для определе-
ния удельного веса пользуются пикнометром,
ареометром или весами Вестфаля (показаны
на рис. 17, 18, 19).
Определение удельного веса пикномет-
ром отличается большой точностью и при-
меняется лицдь в исключительных случаях. Для
ходовых анализов пользуются весами Вестфаля
и ареометром.
Для определения удельного веса пикномет-
ром взвешивают равные объемы продукта и
воды. Разделив вес продукта на вес воды, по- I
лучают удельный вес продукта.
В ес ы Мара-Вестфаля дают почти такую же
точность, что и пикнометр. Этим методом ана-
лиз выполняется во много раз быстрее, чем
пикнометром. Для определения удельного веса
весами Мора-Вестфаля наливают в цилиндр ана-
лизируемый продукт и опускают подвешенный
к коромыслу на платиновой нити поплавок, в
котором находится термометр. Вес поплавка
подобран так, что в воздухе он точно держит
коромысло & разновесии. При погружении в
жидкость равновесие нарушается, и его восста-
навливают подвешиванием на коромысло разно-
весов. Коромысло разделено на десять делений.
Подсчитывая, разновесы и принимая во внима-
ние места, на которых они находятся, получают
удельный вес продукта.
Наиболее просто и быстро удельный вес определяется при
помоши ареометра. Для определения удельного веса ареометр-
зв
погружают в продукт, залитый в цилиндр. Деление, совпадаю-
щее с мениском жидкости, показывает удельный вес. Иногда
ареометры снабжаются термометрами. Если же термометра при
ареометре нет, температура замеряется отдель-
ным термометром. Г )
В технических нормах удельный вес По- =£==![=,
казан при 20 Ц°. Поэтому, если определение |________|
Рис. 1S. Весы Мора-Вестфаля
Рис. 19
Пикнометр
удельного веса производилось при другой температуре, то его
необходимо привести к 20°Ц. Для этой цели пользуются следую-
щей формулой:
d^-d,' + a(f-20),
где: а—коэфициент объемного расширения на 1°; t—темпера-
тура, при которой производилось определение удельного веса.
В таблице 7 на стр. 40 приведены величины « в зависимости
от удельного веса топлива. .
Удельный вес авиационных топлив обычно лежит в пределах
0,690 до 0,870.
Значение удельного веса при контроле, ввиду простоты его
определения в эксплоатационных условиях, весьма велико. Срав-
нение удельных несов одного и того же сорта топлива может
служить хорошим показателем выгодности его применсвия.
Однако нельзя судить о качестве топлива только по одному
Удельному весу. Удельный вес может служить лишь грубым по-
казателем важнейших эксплоатационных свойств, как например,
испаряемости и склонности к детонации.
39
Таблица 7
Уд. вес а на 1СЦ Уд. вес а на ГЦ
до 0,71 0,000897 0,84 — 0,85 0,000705
0,71 — 0,72 0,000883 0.85 — 0,86 0,000694 »
0,72 — 0,74 0,000851 0 86 - 0,87 0,000678
0,74 — 0,76 0,000820 0,87 — 0,88 0,0X10662
0,76 — 0,78 0,000790 0,88 — 0,89 0,000651
0.78 — 0,80 0,000759 0,89 — 0,90 0,000632
0,80 — 0.82 0,0007.39 0,90 — 0,905 0,000630
0,82 — 0.83 0,000727 0,905-0,910 0,000620
0,83 — 0,84 0,000712 0,91 — 0,92 0,000600
В общем, характеристика топлива по удельному весу мож'ет
быть сведена к следующему положению: чем выше удель-
ный вес бензина, тем хуже его испаряемость и тем
больше склонность к детонации для данного сорта.
§ 4. Испаряемость
Испаряемостью топлива называется способность топлива
переходить из жидкого состояния в парообразное. Способность
топлива к испарению зависит от его фракционного состава.
Испаряемость топлива имеет
so
W0
80
7С
7оис тот мренного ибо t-30°c
t-30r
pi--"

Авиабензин бакинск
50
—— Абиобензин грозненец.
го зо w
большое значение, так как она
определяет пусковые свойства
двигателя, приемистость, воз-
можность образования газовых
пробок в бензопроводах. Поми-
мо того, испаряемостью опре-
деляются потери при перелива-
нии топлива и пожарная опас-
ность. Скорость испарения топ-
лива зависит, кроме прочих фак-
торов, так же и от скорости
движения воздуха по отношению
к жидкости.
Равличают испаряемость ста-
тическую и динамическую. По-
следняя зависит всецело от ско-
Рис. 20. Испаряемость авиационных
топлив в зависимости от скорости
и температуры всасываемого воздуха
(при а=1, по Ирисову).
рости движения.
На рис. 20 показана зависи-
мость скорости испарения жид-
кости от скорости воздуха, про-
40
сасываемого над плоской поверхностью. Аналогичное явление
имеет место и в карбюраторе при испарении капель топлива
в струе воздуха.
Испаряемость определяется по методу Энглера разгонкой
топлива в стандартном аппарате. Особенностью аппарата, показан-
ного на рис. 21, является металлический кожух, в который
Рис. 21. Аппарат для разгонки, по Энглеру
помещена колба и горелка Бунзена с целью устранения влия-
ний токов воздуха, которые искажают температуру при перегонке
продукта.
Холодильник представляет собой металлический ящик, напол-
ненный водой (на рис. не
показан). В ящике поме-
щена трубка, в которой
конденсируются пары. Пе-
регонная колба имеет
строго определенные раз-
меры, и для перегонки
берется 100 см- жидкости.
Разгонкой, по Энглеру,
устанавливается процент-
ное содержание фракций,
выкипающих при опреде-
ленных температурах, что
и служит характеристи-
кой испаряемости.
Результаты разгонки
могут быть занесены в
Рис. 22. Кривые разгонки авиационных
бензинов
7—авиабензин Б-50, 2—авиабензин Б-70
41
график,то есть может быть построена так называемая „кривая
разгонки" (рис. 22, стр. 41).
Между некоторыми точками разгонки и эксплоатационными
качествами топлива существует следующая зависимость.
Начальная температура кипения характеризует пусковые свой-
ства топлива, так как дает указание на присутствие легких
фракций. Температура, при которой выкипает 10% топлива,
характеризует его пусковые свойства и способность образова-
ния газовых пробок в системе питания мотора.
Температура выкипания 5О°/о бензина дает представление
о средней испаряемости, характеризующей в свою очередь при-
емистость, среднюю испаряемость ^устойчивость работы мотбра.
Чем ниже температура выкипания 50% топлива, тем выше его
испаряемость, тем лучше его приемистость и устойчивость-
работы мотора на данном сорте топлива.
Температура выкипания 90% бензина указывает на присут-
ствие тяжелых фракций. Чем ниже эта температура, тем полнее
испарение топлива при карбюрации, тем равномернее распределе-;
ние его по цилиндрам. Конец кипения показывает количество
примесей к топливу (тяжелых фракций, загрязняющих топливо).
Испаряемость топлив, применяемых в СССР, видна из
таблицы 8.
Таблица 8
Испаряемость топлив, применяемых в СССР
Топлива Начало ки- пения, в ° Ц Температуры выкипания, в °Ц конец кипения, в ГЦ Упругость паров, по Рейду, при 38° Ц
10% 50% 9О0/о
Б-78г .... 40—75 86 112 150 170 330
Б-78Й - 1 - 40—75 86 112 150 170 330
Б-74 . . 40-75 83 112 150 170 330
Б-70 . . 40-75 88 112 150 170 350
§ 5. Упругость паров
Упругость насыщающих паров является одной из важнейших
ковстант авиационных топлив. Чем больше упругость паров
топлива (при одних и тех же условиях — температуре и давле-
нии), тем больше его испаряемость. Далее, по величине упру-
гости насыщающих паров можно судить о наличии в топливе
легких фракций, необходимых для хорошего запуска двигателя.
Знание упругости паров необходимо для учета потерь
легких фракций при хранении и транспортировке топлива, а также-
для выяснения склонности топлива к образованию газовых про-
бок в системе питания двигателя.
42
Газовые пробки в авиационных двигателях сильнее всего дают
чувствовать себя на больших высотах. Когда самолет набирает
высоту, температура окружающего воздуха падает приблизи-
тельно на 6,5°Ц на каждое 1 ООО л/ подъема. В то же время увели-
чение высоты полета сопровождается уменьшением атмосферного
давления. Атмосферное давление для высоты до 11 000 м над
уровнем моря можно вычислить по следующей формуле:
/ Н \ 5.256
р— р и___________1
44300 )
°C
Ь
756
too
нм
pm ent
300 5
355 i
IS? S
508
559^
60S I
77/ §
7» £
e -г2.г
^-178
Qi
~‘,Dметры 1526 3068 6572 6090 ' 7620 9КЛ
Высота под уровнем поря
рис. 23. Изменение барометрического давле-
ния и температуры с изменением высоты
над уровнем моря
то
5»
газо-
где: Я— высота над уровнем моря (в метрах), Р— давление на
земле.
На рис. 23 представлена зависимость давления и темпера-
туры от изменения высоты- С падением давления температура
кипения падает, и испа-
ряемость увеличивается,
что может привести к
образованию газовых
пробок и нарушению нор-
мальной работы мотора.
Образующиеся пары топ-
лива скопляются преиму-
щественно в изгибах
бензинопроводов и нару-
шают подачу топлива к
карбюратору.
Условия и последствия
образования газовых про-
бок следующие.
Если бензинопровод от
бензинового бака к кар-
бюратору нагревается,
что может случиться в
вые пробки, которые частично могут тормозить приток топлива
к карбюратору. При взлете самолета эта задержка в подаче
топлива может быть причиной аварии.
Если топливо, когда самолет находится на земле, имеет
температуру, близкую к температуре образования газовых про-
бок, то при подъеме, ввиду понижения атмосферного давления,
образование газовых пробок может привести к остановке мотора.
Если самолет очень быстро набирает высоту, то из-за пони-
жения давления топливо начнет закипать, и пары его прекратят
доступ горючего к карбюратору.
Упругость паров топлива определяется, по Рейду, прибором,
показанным на рис. 24. В нижний сосуд этого аппарата
заливается исследуемое топливо, а верхний заполняется воз-
духом. Затем прибор погружается в водяную баню, в которой
43
'поддерживается определенная температура (37,8° Ц). Записываются
показания манометра. По показанию манометра упругость пара
определяется уравнением:
Р = Рт-Р0
t0—t
273 + t ’
где. Ро - атмосферное давление; t — температура окружающей
среды; — температура опыта (водяной бани).
Рис. 25. Зависимость образо-
вания газовых пробок от упру-
гости паров топлива
7 - ня уровне моря, 2 — на высоте
3S00 м, 3 — на высоте — 6000 м, 4 — на
высоте—9000 м
Величину упругости паров ограничивают 350 мм рт. ст. при
37,8°Ц (100° F), полагая, что дальнейшее увеличение упругости
паров ведет к эксплоатационным затруднениям.
Зависимость между упругостью паров, по Рейду, при ЮСР F
и температурой образования газовых пробок выражается уравне-
нием:
t — 259—140 1g Pr,
где: t—температура образования газовых пробок, b°F, Рг—упру-
44
гость паров воздуха, по Рейду, при 37,8 °Ц в фунт./дм2. Эта фор-
мула дает возможность определить температуру образования газо-
вых пробок при работе мотора на различных высотах.
Таблица 9
Упругость насыщенных паров топлива при соотношении жидкой
_ . 1 /ЖИДКА
и паровой фаз — (~пар 1 Е зависимости от температуры
Темпера- тура, в “Ц Упругость паров топлива при соотношении между объемами жидкой и паровой фаз т-, в мм рт. ст.
Бакинский бензин Грозненский беизии Грознейск. бензин автомоб. Крекинг беизии автомоб. Авиа- бензол
0 88 132 40 60 44
10 114 156 50 81 60
20 154 188 70 108 86
30 210 266 98 144 120
40 283 372 136 197 176
50 377 512 180 276 250
60 512 666 248 388 345
70 688 848 329 532 464
80 892 — 432 710 620
Бриджмен, Росс и Уайт вывели, что для любой высоты над
уровнем моря температура образования газовых пробок в бен-
зине определяется уравнением:
7 = 259—140 log—,
где Р —атмосферное давление в фунт./дм2 на данной высоте
иад уроввем моря. По этой формуле строят' график, иа осно-
вании которого можно заранее определить для каждой высоты
температуру, при которой начинается образование газовых
пробок (рис. 25, стр. 44).
В таблицах 9 и 10 приведены упругости паров различных
топлив.
Для обеспечения нормальной эксплоатации упругость паров
бензина должна равняться 330—350 мм рт. ст.
45
Таблица 10
Упругость насыщенных паров бензина в зависимости от отношения
паровой и жидкой фаз и от температуры
Температуры, в Ц Упругость насыщенных паров бензина при разном « . пар отношении паровой и жидкой фаз , в мм рт. ст, г т ЖИДКОСТЬ ’ г
1 т з 10 1 25 1 50 1 100 1
5 53 51 48 45 43 42
10 65 63 59 56 52
20 97 91 89 84 79 75
30 139 136 129 121 113 106
40 201 197 187 172 160 148
50 284 277 262 240 222 199
§ 6. Скрытая теплота парообразования
Скрытой теплотой парообразования называется количество
тепла в ккал, необходимое для превращения одного кг топлива
в пар той же температуры. Эта константа имеет большое зна-
чение в работе двигателя, так как от нее зависит температура
смеси, выходящей из смесительной камеры карбюратора. При
понижении температуры снижается испаряемость топлива, что
ведет к падению мощности за счет обеднения смеси. Правда,
понижение температуры вызывает увеличение коэфициента на-
полнения но этот фактор в данном случае имеет меньшее
значение, чем первый. Этим вызывается необходимость подогрева
карбюратора.
Наконец, при низкой температуре поглощение тепла при
испарении топлива может привести к замерзанию влаги, всегда
имеющейся в воздухе, к осаждению ее на стенках смесительной
камеры и к нарушению или полному отказу от работы кар-
бюратора. Вот почему скрытая теплота парообразования топлива
принимается как одна из величин,- характеризующих его ка
чество.
Таблица 11
Скрытая теплота парообразования топлива
Бензины Бензол Этиловый спирт Метиловый спирт Изопропи- ловый эфир
Скрытая тепло- та испарения, в ккал)кг . . . 75 106 221 589 68
46
Таблица 12
Скрытая теплота испарения спирто-бензиновых смесей
Состав смеси, весовые % Скрытая теплота испарения Z, в ккал}кг Падение темпе- ратуры смеси при испарении топлива, в °Ц
Спирт этиловый абсол. Бензин авиационный
0 100 75 18
10 90 88 21
20 80 101 25
30 70 115 30
40 60 128 36
50 50 142 42
60 40 155 48
70 30 168 55
80 20 182 62
90 10 196 71
100 0 210 80
Определение скрытой теплоты парообразования топлива
довольно сложно и в лабораториях не производится; обычно
пользуются справочным материалом.
Обращает внимание особо высокое значение для скрытой
теплоты испарения спирта. Поэтому в случае применения спир-
товых смесей со значительным содержанием спирта приходится
прибегать к подогреваний засасываемого,воздуха.
Для приближенного определения скрытой теплоты испарения
топлив пользуются эмпирической формулой:
Z = L(60 —0,090,
где; Z—скрытая теплота испарения в ккал!кг, у—удельный вес
при 15° Ц, t—средняя температура кипения ,в ° Ц.
§ 7. Теплотворная способность
Теплотворной способностью, или теплопроизводительностью
топлива, считают количество тепла в калориях, выделяемое 1 кг
топлива при полном сжигании последнего с избыточным ко-
личеством воздуха.
Различают высшую и низшую теплотворные спо-
собности. Высшей теплотворной способностью называется сумма
тепла, получаемого от сгорания топлива, и тепла, которое
освобождается при конденсации водяных паров, находящихся
47
Рис. 26 Калориметри-
ческая бомба
в продуктах сгорания. Низшая теплотворная способность—это
высшая теплотворная способность, из которой вычитается
скрытая теплота испарения воды, образующейся при горении
водорода, находящегося в единице топлива. Если испытуемое
топливо содержит воду, то нужно вычесть также скрытую
теплоту испарения этой воды.
В авиационном двигателе мы имеем дело обычно с низшей
теплотворной способностью, так как продукты сгорания вместе
с водяными парами выбрасываются в выхлопную трубу при
температуре выше 100°Ц.
Определение теплотворной способности обычно производится
при помощи калориметра. Одним из простейших калориметров,
является широко распространенный кало-
риметр Юнкерса. В нем навеска топлива
(около 70 г) помещается в специальную го-
релку, где подвергается нагреву и испа-
рению. Далее пары топлива смешивают
с избыточным количеством воздуха. Пол-
ное испарение и избыточное количество
воздуха обеспечивают полное сгорание
топлива. Продукты сгорания поступают
в специальный холодильник, где охлаж-
даются протекающей водой. Теплотвор-
ная способность топлива может быть легко
вычислена, если известна разность темпе-
ратур воды до охлаждения и после охла-
ждения, количество протекающей воды и
количество сгоревшего топлива. Резуль-
таты ие отличаются большой точностью,
а именно ± 1 %.
Для более точных определений прини
мают другие системы калориметров. На-
пример, более точным, ио зато более гро-
моздким, является калориметр Бертло —
Малер. В этом приборе навеска топлива
помещается в стальную бомбу (рис. 26),
выдерживающую высокое давление. После
этого бомба наполняется кислородом до
давления 25 ат. Бомба герметически за-
крывается крышкой и помещается в сосуд
с водой, окруженный оболочкой теплоизолирующего материала.
С помощью накаливающейся спирали навеска топлива зажигается
и сгорает. Развиваемое при этом тепло передается воде, окру-
жающей бомбу. По степени повышения температуры воды, пу-
тем соответствующих пересчетов определяют теплотворную спо-
собность топлива.
Как следует из описания, бомбой Бертло—Малера определя-
ется высшая теплотворная способность.
48
Теплотворная способность может быть также установлена
путем подсчета по данным элементарного состава топлива. Для
этого употребляют известную формулу Менделеева:
Q = 81С + 300H—26(0—S),
где: Q—теплопроизводителыюсть, в ккал)кг-, С, Н, Он S—со-
держание углерода, водорода, кислорода и серы, в проц.
Точность подобного подсчета для бензинов колеблется в пределах
2—3%, а для спиртовых и бензольных топлив 5—6%.
В таблицах 13 и 14 приводятся данные о теплотворной спо-
собности некоторых авиационных топлив.
Таблица 13
Теплотворная способность различных топлив
Бензин прямой гонки Бензино- бензольная смесь Спирт эти- ловый (96%) Авиа газойль (дизельное топливо) Авиабен- зол
Теплотворная спо- собность (низшая), в ккал/кг , . . 10450 10 000 6100 10400 9600
Таблица 14
Теплотворная способность рабочей смесн при теоретически необходимом
количестве воздуха для сгорания
Название топлива Теоретич. необх. кол-во воздуха для сгорания 1 кг топлива, в кг Теплотворная спо- собность рабочей смеси при 1, в ккал/кг
Бензин авиационный . . 15 $24
Бензин автомобильный . 15 826
Крекинг-беизии 15 828
Керосин тракторный ... 15 832
Авиабензол .... ... 13,44 820
Пиробензол . . 14 822
Этиловый спирт . . 9 821
Этиловый спирт очищенный . . 8,4 825
Метиловый спирт 6,53 823
Как видно из приведеииой таблицы, в каждом случае, неза-
висимо от сорта применяемого топлива, выделяется почти оди-
наковое количество тепла. Следовательно, м о щ и о с т ь д в и г а-
4
Авиационные топлива
49
пяботе на любых сортах топлцва
теЛя при Р чески постоянной. Небольшие Откло.
остается прак происходят обычно под действием
пения, которые имеют есто, мость и т д у
других Фа“™₽°в Топлива обратно пропорционален теплотвоРНой
3 к° топлива. Увеличение расхода топлива за счет мень.
способности топ ельнОсТи имеет в авиации большое Значе.
шей ^еплопрои Жкется на раДиусе действия самолета. В
ние, гак как о енее выгоднЫм топливом являются спирто-
этом с^™ и вследствие сравнительно низкой их теплопроизводи-

§ 8. Температура вспышки топлива
т₽. „PnaTVDOft вспышки топлива называется та наинизшая Тем.
Т~ яР пои которой пары топлива, нагреваемого В стандарт.
пера^Ура. "Р" СОЗдаЮт с воздухом смесь, которая воспл;1ме.
ных УС*ОВ“Я ’ взрывом при наличии открытого пламени или
няеТ£ „еекой искры. По температуре вспышки судят о „е.
электрической № Ри Чемниже температура
^пЧшки, теСм огнеопаснее топливо.
Таблица 15
Температура вспышки нефтяных топлив (по ГурВИЧу)
Наименование топлива Уд. вес при 15°ц Температура вспышки. в
Бензин прямой гонки . 0,710 — 0,740 от — 35 до —38
Крекинг-бензин .... 0,739 — 41
Авиабеизол 0,864 — 24
Бакинский керосин . . 0,846 + 35
Грозненский керосин . 0,814 + 28
Соляровое масло . . , 0.871 + 135
Ттемпература вспышки этилового и метилового спнптя
сит «от концентрации и равна от+9,5 до+58,7°ц. р Зави-
§ 9. Пределы воспламенения
воспламенения играют не малую роль в процессе
ОреДели ионного двигателя. Они определяют краивие Гра-
рабО тЫ авиац которых возможно ее воспламенецие.
НИ1Х§1 качесгв воспламеняемости свежей горючей сМеси
такое содержание топлива в воздухе, при котором
называется тако ение то|]дива делает смесь невоспламе1|яю.
дальнейшее у
ще**',ся-
50
Низким пределом воспламеняемости свежей горючей смеси
называйся такое содержание топлива в воздухе, при котором
дальнейшее уменьшение топлива делает смесь также невоспла-
меияюцейся.
На пределы воспламеняемости топлив в цилиндрах двигателя
оказывают влияние: начальная температура смеси, давление, сте-
пень загрязненности свежей смеси продуктами сгорания, хими-
ческий состав топлива.
Повешение начальной температуры смеси расширяет пределы
восплаиеняемости (см. табл. 16 и 17). Так же действует на расши-
рение пределов воспламеняемости повышение давления. Про-
дукты г-орания: углекислый газ, пары влаги, инертная примесь —
азот сужают пределы воспламеняемости.
Таблица 16
Предцы воспламеняемости смесей бензина с воздухом в зависимости
от температуры смеси
Темпеитура смеси, в °Ц 0 50 100 150 200 250 300
Содержание мг бензина на 1 л воздуха . . 65-150 55-150 50-203 50-203 50—202 48-201 43-200
Таблица П
Пределы воспламеняемости топлив
Содержание топлива Бензин 1 сорт Бензол Спирт эти- ловый
Максимум, мг/л . 146,3 308 256
295 45,7 73,3
Пределы воспламеняемости топлив заметно зависят и от хи-
мического состава. Наименьшими пределами воспламеняемости
обладают бензины и большая часть углеводородов, входящих в
состав бензинов. Более широкими пределами воспламеняемости
обладают спирты и эфиры.
§ 10. Температура самовоспламенения
Темература самовоспламенения топлива есть та наинизшая
темпергтура, при которой топливо воспла ся без воздей-
ствия постороннего источника зажигания.
Температура самовоспламенения зависит от того, в какой
среде она определяется, и от материала, из которого изготов-
ляется прибор. Поэтому значения температур самовоспламенения,
определенные в разных приборах, получаются различными. При
4»
51
определении температуры самовоспламенения по одному и тому
же методу наименьшую температуру имеют нормальные пара-
финовые углеводороды, затем следуют нафтеновые углеводороды.
Наибольшими температурами самовоспламенения обладают арома-
тические углеводороды.
Таблица W
Температура самовоспламенения топлив
(в аппарате Енча)
Наименование топлив Температура само- воспламенения, в °Ц
Авиабензин бакинский 516 ’
„ грозненский 508
Крекииг-бензии бакинский 508
в „ грозненский. . 510
Керосин . 435
Газойль 336
Авиабензол . . . 720
Температура самовоспламенения играет большую роль для
дизельных топлив, и чем она ниже, тем лучше дизельное топ-
ливо.
§ II. Теплоемкость топлива
Теплоемкостью называется то количество тепла, выраженное
в калориях, которое необходимо затратить для нагревания еди-
ницы веса топлива на ГЦ.
Таблица 18
Теплоемкость топлив в пределах от 0 до 50 'Ц
Наименование топлив Химическая формула Теплоемкость, ъкал]гр °Ц
Беизии — 0,512
Бензол Сйн6 0,450
Спирт ЭТИЛОВЫЙ . . . C2HSOH 0,615
Спирт метиловый . . . СН3ОН 0,600
Различают удельную и молекулярную теплоемкость. Удель-
ной теплоемкостью топлива называется количество тепла, выра-
женное в малых калориях, потребное для нагревания 1 г топ-
лива на ГЦ. Молекулярная теплоемкость — это количество те-
52
пла, выраженное в м^лых калориях, потребное для нагревания
одной граммолекулы на ГЦ. Поэтому молекулярная теплоем-
кость равна удельной теплоемкости, помноженной на молекуляр-
ный вес.
Для определения теплоемкости авиационных топлив, пред-
ставляющих сложную смесь углеводородов, можно пользоваться
формулой:
с= -4= (0,103 + 0,008111),
где: с — теплоемкость при данной температуре; d — удельный вес
топлива при температуре 15°Ц; t — температура, при которой
определяется теплоемкость.
§ 12. Теплопроводность
Теплопроводностью называется число калорий, проходящих
через Площадь в 1 смг к другой пдощади, тоже 1 см2, находя-
щейся на расстоянии 1 см, при разности температур ГЦ.
Х, = Х.(1 + <rf),
где: X, —. теплопроводность при температуре определения; —
теплопроводность при (Г (по Губкину, \>= 0,000311); «— темпе-
ратурный коэфициент теплопроводности (а = 0,011).
Средняя теплопроводность для бензинов Х(= 0,00058 при
температуре 50°Ц.
§ 13. Электропроводность топлив
Под электропроводностью топлив понимается их способность
проводить электричество. Если принять электропроводность
ртути при 0° за единицу, то для других веществ она выразится
следующими величинами:
Табл пчя 20
Электропроводность различных тел
Ртуть Желе- зо Медь Вода Бен- зол Толуол Ксилол Бен- зин Парафин
Злектропрс. водность . 1,0 <£67 59 10-14 10-14 10-14 ю-14 Ю-14 io-14
Бензины являются диэлектриками, потому при трении о ме_
галлы они образуют статическое электричество высокого иапря
Например, при движении бензина по трубке диам етром
Д U,b J 2 см со скоростью 0,5—1,5 м/сек возникает ста тичес-
К°е электричество напряжением 3 500 — 4 800 вольт. Искра гложет
53
возникнуть при напряжении 350 вольт и вызвать воспламенение
паров топлива и, как следствие этого, пожар. Поэтому при за-
правке самолетов топливом средства заправки необходимо обя-
зательно заземлять.
§ 14. Температура замерзания
Современная авиация, достигающая значительных высот по-
лета, прокладывающая воздушные трассы над необъятными про-
сторами сибирской тундры и Арктики, совершающая полеты
Таблица 21 Температура замерзания различных топлив Таблица 22 Температура замерзания бензоль- ных смесей»
Наименование топлива Температура замерзания. Состав в смеси, %- Температура
в Ц Авиабензол Авиабензин замерзания.
зимний в°Ц
Бензол хнмич. чистый 15,4
Авиабензол летний . . — 10 20 80 -64
„ зимний . . — 28 35 65 -58
Спирт этиловый . - - — 144 40 60 —52
Толуол — 95 50 50 —45
Пиробензол зимний . . — 32 60 40 —41
. летний . . - 20 70 30 —37
Бензины прямой гонки ниже—100 75 25 —35
80 20 —зз
Таблица 23
Температура замерзания пиробензольных смесей
Состав смесей, Температура
В и/о замерзания, в и Ц
Пиробензол Авиабензин Пиробензол зимиий Пиробензол летний
40 60 -56 -46
50 50 —50 -46
60 40 -45 —38
70 30 -40 —33
80 20 —38 —30
90 10 -35 -25~
100 0 —32 -20
54
,iepe.-i Северный полюс, естественно, требует от авиационного
топлива еще одного нового качества — незамерзаемости, вернее,
достаточно низкой температуры замерзания.
Спиртовые смеси имеют довольно низкую температуру замер-
ания. Наоборот, бензольные смеси в этом отношении неудов-
летворительны.
Испытание на температуру замерзания производится следую-
щим образом. В специальный сосуд наливают пробу топлива,
туда же помещают термометр и мешалку, и плотно закрывают
сосуд. После этого сосуд погружается в охлаждающую смесь;
температура замерзания фиксируется в момент начала выпада-
ния твердых кристаллов.
§ 15. Гигроскопичность
Гигроскопичностью топлива называется его способность впи-
тывать в себя влагу. Гигроскопичность бензинов очень незначи-
тельна и не влияет на работу мотора.
Ai иабензолы и бензино-бензольные смеси, в противополож-
ность бензинам, растворяют в себе довольно большое количество
воды, которая создает реальную угрозу при применении бензоль-
ных топлив в зимнее время. Растворенная вода при охлаждении
может выпасть в системе бензопроводов и в карбюраторе в виде
кристаллов льда или выделиться в виде ледяной корки.
О гигроскопичности топлива судят по температуре помутне-
ния; чем ниже температура помутнения, тем меньше раствори-
мость воды в топливе.
Таблица 24
Растворимость топлив в воде и воды в топливах
Наименование топлив К-во топлива, способное раствориться в 1 кг воды, в г К-во воды, способное раствориться в 1 кг топ- лив, в г
пр ю-ц | и; 22 Ц при:
Ю’Ц | 22°Ц
Авиабензин бакинский . . 0,017 0,017 0.044 0.074
„ грозненский . 0,03 0,034 0,072 0,113
Бензин грозн. 1 сорта . 0,011 0,012 0,05 0,08
, 2 , . . 0,009 0,01 0,062 0,083
Авиабензол 0,155 0,265 0.36 0,523
Бензол чистый 1.75 1,865 0,51 0,662
Толуол 0,365 0,492 0,42 0,526
55
§ 16. Антикоррозийные свойства
Разъедающее действие топлива иа металлы при хранении
топлива в баках и при эксплоатации на двигателе имеет весьма
иажное значение при выборе авиатоплив бензины прямой гонки
корродируют с металлом в случае содержания в них сернистых
соединений. Крекинг-бензииы корродируют в случае плохой очи-
стки от ненасыщенных соединений, способных легко окисляться.
Корродирующая способность увеличивается с увлажнением топ-
лива. Гигроскопические топлива, к которым принадлежат'в5$пир-
товые и бензольные смеси, а также топлива с повышенной спо-
собностью растворять углекислоту и кислород, обладают повы-
шенными корродирующими свойствами.
Для определения в топливах содержания сернистых соедине-
ний производят так называемую „докторскую пробу". К 10 см3
топлива прибавляют 5си3 водного раствора плумбита натрия
и взбалтывают в течение 15 сек. После этого прибавляют нем-
ного серного цвета, и опять взбалтывают 15—20 сек. Если цвет
продукта изменится, а серный цвет илй останется желтым или
слегка посереет,—продукт считается выдержавшим испытание.
Если серный цвет станет густо-оранжевый или даже коричне-
вым, то продукт считается не выдержавшим испытание.
*
ф *
Значение в эксплоатации имеют и такие признаки, как цвет,
прозрачность, запах и механические примеси. Хорошее топливо
должно быть бесцветно, без постороннего запаха, без механи-
ческих примесей. Пожелтение топлива служит признаком на-
личия в нем ржавчины; пожелтение крекинг-бензина указывает на
его осмоление. Топливо, содержащее тетраэтиловый свинец, спе-
циально окрашивают в розовый цвет для отличия от других
бензинов. Помутнение топлива указывает на наличие в нем влаги.
Содержание механических примесей определяется фильтрова
нием через бумагу 100 см3 топлива.
В свинцовых бензинах при неправильном хранении наблю-
дается выпадение хлопьевидных осадков, появляющихся вслед-
ствие неустойчивости тетраэтилового свинца.
56
ГЛАВА IV
УГЛЕВОДОРОДЫ В АВИАЦИОННОМ ТОПЛИВЕ
Авиационные топлива как нефтяного происхождения, так и
полученные путем синтеза, в подавляющем большинстве содер-
жат углеводороды, которые по их физико-химическим свойствам
могут быль разделены на несколько основных групп. Рассмотрим
к< жд'’ю из этих групп в отдельности.
§ 1. Парафины
Парафины относятся к алифатическим углеводородам с от-
крытой цепью и не содержат колец. Они имеют общую фор-
мулу СлН2„+2, где п—число атомов углерода в цепи.
Парафины делятся на нормальные парафины и изо-
парафины, имеющие одинаковые эмпирические формулы, но
разную структуру. Изопарафины характерны наличием боковых
цепей.
Н
I
н —С —н
н н н н н н
III II
н —с—с—с—с—н н—с—с—с—н
Illi III
Н Н Н Н ИНН
п—бутан (С*Н10) изобутан (i—C*H10J
Таблица 25
Физико-химические свойства парафиновых углеводородов
Угле- водороды Химичес- кая фор- мула Удельный вес при ~15®Ц Темпера- тура ки- пения, в ° Н Пример- ная упру- гость па- ров при 38е Ц Октано- вое число (мотор- ный метод)
Метай . . . сн4 0,4613 (при—83°Ц) —161 544 ат по
Утаи . с,н6 0,5462 (при—88°Ц) - 88 54,4 „ 104
Пропан . . с3н8 0,5824 (при—25°Ц) — 25 12,7 , 100
ьУтан . . . С4Н10 0.5788 —0.6 3,6 „ 92
Пентан СЙН,Е 0,6264 36 1,08 „ 58
1 ексан с8н4 0,6594 69 248 г 34
*ептан . , С7Н16 0,6838 98 72,2 , 0
Октан . С8Н18 0,7028 126 51,7 , —28
Ноиан 0,7179 151 51,7 „ —45
Декан. . . C10HJ2 0,7999 174 51,7 „ —53
57
Нормальные парафины обладают самой высокой ста-
бильностью из всех групп углеводородов. Это объясняется их
насыщенностью. Парафины химически не активны, но легко раз-
лагаются от воздействия температуры. Плотность и температура
кипения парафиновых углеводородов повышаются с увеличением
количества атомов углерода в цепи. С увеличением количества
атомов углерода в цепи снижается летучесть (упругость паров
уменьшается), а также снижаются антидетонационные свойства.
Таблица Л
Физико-химические свойства изопарафинов
Углеводороды Химичес- кая формула Структурная формула Удельный вес Температура ки- пения, в °ц Примерная упру- гость паров при 38"Ц, в мм рт. ст. Октановое число (моторный метод)
2-метилбутан (изопен с 1
тан) 2-метнлпентан (изогек- С5НИ с-с-с-с с 1 0,6200 28 1085 90
сан) 2,2-дикетилбутан (нео- с-с—с—с-с с 1 0,6562 60 337 73
гексан) 2,2,3-триметилбутан С6н14 С—С-С—с 1 с с с 1 1 0,6494 50 517 95
(триптан) 2 2,4-триметилпентан C-C-C-C 1 с с с 1 1 0,6901 81 160 101
(изооктан) .... ^8Н18 с—С-С-С-С 1 . с с с 0,6919 94,0 77,5 100
2,2,3-триметилпентан . CrH18 С—С-С-С—с 1 с с с 0,7162 110 51.7 101
3,3,4,4-тетраметилгексан CioH22 С-С-С—с—с-с 'с 1 0,770 161 — 123
58
В состав топлив входят парафиновые углеводороды с коли-
чеством атомов углерода от 5 до 12.
Изопарафины от С5 до С9 являются весьма денной со-
гавной частью топлива. Имея развитую структуру и обладая
теми же физико-химическими свойствами, что и нормальные па-
рафины (л-парафины), изопарафины по своим антидетонациониым
качествам превосходят и-парафииы. Зависимость основных свой-
ств изопарафинов от числа атомов углерода в основной цепи
иллюстрируется таблицей 26.
§ 2. Ароматические углеводороды
Ароматические углеводороды, являясь производными бензола,
характеризуются циклическим строением и наличием двойных
связей. Эмпирическая формула ароматических углеводородов:
С„Н2»-б. В авиационном топливе преобладают моиоциклические
ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями. Ти-
пичными моноциклическими углеводородами являются бензол и
некоторые его гомологи (таблица 27).
Таблица 27
Физико-химические свойства моноциклических ароматиков
Углеводороды Химическая формула Структурная формула 1 Удельный вес 1 Температура ки- пения, в °Ц Примерная упругость паров при 38°Ц, в мм рт.ст Октановое число (моторный метод)
Бензол ... С6Н6 С_С Cz' /С с~с 0,8790 80 165 >100
Толуол . CjHe с_с /С-с с~с 0,8669 110,6 — >100
О’КСИЛОЛ ..... ОНю с_с C^_/C—С с“с-с 0,8801 144 — >100
^“КСИЛОЛ c8H10 с_с С^ /С— с с-с~ с 0,8641 137 — >100
59
Продолжение таблицы
Углеводороды
Структурная формула
р-ксилол . . . С8Н10
Этилбензол . . С3Н10
/г-пропилбензол CgHl2
Изолропилбен- С9Н12
зол (кумол)
п-бутилбензол С10Н14
п-амилбензол СИН)6
и-гелтилбензол С13Н20
С_С
С—/С—с
с—с
( с с
с\— /с-с-с
с~ с
с_с
^с-с—с-с
с~с
с_с
с 7/_Ъс-с—с-с-с
(Tt
с_с
^С-С-С-С—с-с
сГЕ
0,8610
0,8669
0,8621
0,8633
0,8606
0.8582
С_С
С // ^С-С-С-С—-С—С-С-С 0,8570
W I
138
136
159,5
67
183
205
235
- >100
98
52 99
52 99,3
Ароматические углеводороды—соединения химически актив-
ные, вступают в реакцию с кислотами, галоидами и кислородом.
При окислении дают органические кислоты. Температура кипе-
ния возрастает с увеличением атомов углерода в боковых це-
пях. При увеличении атомов углерода в боковой цепи антиде-
тоиационные свойства понижаются.
60
§ 3. Олефины
Олефины — этиленовые углеводороды с общей формулой:
С Нгп- Они имеют двойную связь между двумя углеродными
атомами (таблица 28).
Группу олефинов можно разделить на нормальные оле-
фины и изоолефины. Присутствие нормальных олефинов в
топливе является результатом реакций дегидрогенизации и рас-
щепления, присущих крекинг-процессам. Большая способность
олефинов к окислению делает их нежелательной частью топлива.
Таблица 28
Физико-химические свойства олефиновых углеводородов
У глеводороды Химическая формула Структурная формула Удельный вес Температура ки- пения, в °Ц Примерная упру- гость паров при 38'11, в мм рт.ст. Октановое число
Этен с2н4 с=с 0,6104» —102 63500 81
Пропен . . . с2н6 с-с=с 0,6104» — 48 11770 КЮн**
Бутен* 1 С4Н8 С=С—С-С 0,6255* — 30 3410 80 м
Бутен-2 . . С4НЙ с—с=с—с 0,6303* 1,1 при 741,1 мм 2580 83 м
Пентен-1 СаН10 с=с-с-с—с 0,6429 30 980 92 и
Гексен-1 . . . QH12 с=с-с-с-с-с 0,6747 63 305 80 и
Гексен-2 . С6н13 С—С=С—С—С-С 0,6792 при 23,3 Ц 66 285 89 и
Гексен-3 . . . сен18 С—С-С=С—с-с 0,6779 66,5 279 97 и
Температура кипения и плотность углеводородов этих рядов
повышаются с увеличением числа атомов углерода в цепи. Уп-
ругость паров и антидетонационные свойства олефивовых угле-
водородов снижаются при возрастании числа атомов углерода в
Цепи. Антидетонапиоиные свойства олефинов зависят от поло-
жения двойной связи и будут тем лучшими, чем ближе двой-
ная связь к центру молекулы (для одной и той же молекулы).
* При температуре кипения.
** м—моторный метод, и—исследовательский метод 1939 г.
61
Изоолефины, в отличие от я-олефинов, имеют боковые цегц
С
С—С = с-с
12-метил бутен-2
Изоолефины обладают всеми особенностями олефинов, склон-
ны к полимеразации и обладают более высокими антидетонацю
онными свойствами, чем /г-олефины (таблица 29).
Физико-химические свойства изоолефииов
Таблица
Углеводороды
Изобутен
2-мегилбутен-2
З-метилпентен-2 . .
2,3-диметилпентен-2 . .
2,2-диметилпентеи-4 . .
Химическая формула Структурная формула Удел ьный вес 1 Температура кипения, в 'Ц __ _ Примерная упругость па- ров при 38,'Ц, 1 в мм рт. ст.
с4н8 с 1 с=с 0,601 -6,7 3250
С5н1с 1 с с 1 с — с = с — с 0,6596 38,5 748
С6Н12 с С—C=C—С-С 0.6948 67.5 263,5
CgHjj с с 1 1 с—с=с-с 0,7197 92 98
С7Н14 с 1 с-с—с—с=с при 25"Ц 72 212
1 с 0,6883
98 и'
79 м'
Л*
87 м'
§ 4. Нафтеновые углеводороды
Нафтеновые углеводороды, имея общую формулу С„Н2П, от-
личаются от олефинов тем, что имеют циклическое строение.
Углеродные атомы в иих соединяются простыми связями:
С С
С с
________ циклогексан
* м — моторный метод; и—исследовательский метод 1939 г.
62
Нафтены химически относительно неактивны. Антидетоиаци-
оиные свойства зависят от величины молекулы. Чем легче мо-
1екула нафтенового углеводорода, тем выше его антидетонаци-
онные свойства. Удлинение боковых цепей для данного кольца
снижает октановое число углеводорода (таблица 30).
Таблица 30
Физико-химические свойства нафтеновых углеводородов
Углеводороды Химическая формула Структурная формула Удельный вес Температура кипения, в "Ц Примерная упру- гость паров при 38° Ц, S мм рт. ст. число гель- .)
Октановое (исследовач ский метод
Циклопентан . . с-.ню С С 1. >С 0,7460 517 100
1 -метилциклопеитан ^6^12 С с сс 1 /с-с 0,7488 72 217 91
1-этилциклопентан с7н14 с с с_с C-C-C 0,7657 103 57 62
1л-пропил циклопентан CgH16 с с с с 1 С-С-С-С 0,7765 131 52 31
1 -пропил циклопентан сьн16 и 1 и 1 о 1 о и О /х L о1_ 0.8062 132
Циклогексан . . . CeHB С с С_С С< 0,7781 80,5 165 83
1-метил циклогексан с,н14 с“с с_с с/ ^С-С 0,7692 101 62 75
1 ‘Этн л циклогексан сс с с С-С-С 0,7878 123 46
сс 63
§ 5. Элементарный состав топлив
Элементарный состав топлив зависит от тех углеводородов
которые вхрдят в состав топлив. Для различных авиационных бен?
зинов элементарный состав изменяется в сравнительно малой
степени, и можно принять средний весовой состав авиационного
бензина: С = 85,5%, Н=14,5%.
Элементарный состав некоторых авиационных топлив и
отдельных углеводородов приведен в таблице.31.
Таблица 31
Элементарный состав авиационных бензинов и отдельных углеводородов
Наименование авиацион- ных топлив и углеводо- родов Химическая формула Молеку- лярный вес Элементарный состав по весу:
с Н °
Бензин Б-78г — 96 0,853 0,147
Б-786 — 96 0,852 0,148 —
. Б-74 — 98 0,854 0,146 —
, Б-70 — 105 0,852 0,148 —
, КБ-70 — ИО 0,853 0,147 — 1
Изооктан CbHjs 114 0,842 0,158 —
Изопентан . . .... QH.2 72 0,834 0,166 —
Неогексаи с6нн 86 0,837 0.163 — 1
Триптаи ........ 100 0,810 0,160 — i
Бензол С6Нс 78 0,923 0,077 —
Спирт этиловый (абсолют- ный) С2Н6ОН 46 0,522 0,130 0,348
Спирт метиловый . . снвон 32 0,375 0,125 0,500
Ацетон (СН-^СО 53 0,621 0,103 0,276
Метил кетон (СН3),СН2СО Т2. 0,666 0,112 0,222
ГЛАВА V АНТИДЕТОНАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВ § 1. Процесс сгорания рабочей смеси в цилиндрах двигателя
Процесс сгорания рабочей смеси топлива с воздухом в цилин-
драх авиационного двигателя можно разделить на два периода.
Первый период начинается с момента начала сжатия рабо-
чей смеси в цилиндре и продолжается во все время сжатия
64
0 момента воспламенения смеси свечей. В этот период происхо-
дит как бы подготовка рабочей смеси к сгоранию, откуда и само
название периода—„период подготовки рабочей смеси" или „пе-
риод предпламенного окисления".
и Второй период является периодом собственно сгорания и
заканчивается в значительно более короткий промежуток вре
мени. \
Пока рабочая смесь меет температуру ниже 200 Ц, практи-
чески еще в ией ие наблюдается химических процессов окисле-
ния. С нагревом смеси выше указанной температуры уже начи-
наются процессы разложения углеводородов (выделение отдель-
ных атомов водорода) и последующего окисления с образова-
нием перекисей.
Повышение температуры обусловливает дальнейшее развитие
процессов окисления. Развитие это следует двумя путями: во-
первых, за счет количественного увеличения числа реакций пер-
вичного окисления между все новыми и новыми молекулами, и
во-вторых, за счет развития вторичных реакций окисления с об-
разованием альдегидов. Выделяющаяся в процессе интенсивного
окисления теплота дополнительно повышает температуру смеси
и тем самым развивает процесс окисления; снова, еще больше,
поднимает температуру и, наконец, Доводит смесь до такого
состояния, когда искра свечи приводит к воспламенению смеси.
С этого момента начинается второй период сгорания—собствен-
но сгорание.
Воспламенение смеси искрой происходит в междуэлектродном
пространстве свечи, откуда процесс воспламенения начинает рас-
пространяться по всему объему камеры сгорания в виде фронта
пламени, располагающегося по сферической поверхности, имею-
щей центром междуэлектродное пространство свечи. Этот фрбнт
пламени за счет своей теплоты нагревает близлежащие молекулы
топлива, доводя их температуру до воспламенения, и тем самым
увеличивает радиус сферы, постепенно распространяя воспламе-
нение иа всю массу горючей смеси.
Движение фронта пламени совершается со скоростью, которая
обусловлена притоком энергии, потребной для ускорения реак-
ции окисления рабочей смеси и ее воспламенения. Скорость эта
зависит от химической природы топлива.
Углеводороды бензольного ряда имеют меиьшую скорость
Распространения фронта пламени, по сравнению с парафиновыми
и олефиновыми.
На скорость распространения фронта пламени влияет также
состав рабочей смеси—ее концентрация. Наибольшая скорость
имеет место при коэфициенте избытка воздуха а = 0,85 -s-0,90.
Обычно скорость эта в двигателях составляет 20— 30 м/сек
(.при этом большое влияние на увеличение скорости оказывает
Завихрение рабочей смеси в камере сгорания авиационного дви-
гателя).
5 ,
авиационные топлива
65
Кроме состава рабочей смеси на процесс предпламенног<
окисления и иа процесс воспламенения влияют, прежде всего
температура и давление.
Помимо сказанного, иа процесс предпламенного окисления
оказывают влияние еще различные факторы: примесь ннертногс
газа, форма и поверхность камеры сгорания, природа металла
поверхности и ее состояние, температура. Скорость окисленщ
топлива может быть изменена путем введений в топливо специаль
ных присадок: для увеличения скорости—ускорителей, а для
уменьшения скорости—антиускорителей или антидето-
наторов.
На работу авиационных двигателей оказывают немалое влияние
также и так называемые пределы воспламенения горючей смеси.
Под пределами воспламенения понимают крайние величины про
центного (по объему) содержания паров топлива в воздухе, зг
которыми воспламенение невозможно. Различают высший к
низший пределы воспламенения (см. главу „Физико-химические
свойства топлив", § 9).
В случае переобогащения смеси процентное содержание па-
ров топлива может выйти за верхний предел воспламенения г
воспламенение станет невозможным; мотор или даст перебои
в работе, или заглохнет совершенно. Так и бывает в действи-
тельности при резком „убирании газа", то есть переводе мотора
с больших оборотов на малые. Наоборот, при резком открытии
дроссельной заслонки происходит резкое обеднение смеси (пом-
па приемистости отсутствует). В этом случае процентное содержа-
ние паров топлива может превзойти нижний предел воспламе-
нения, и мотор также даст перебои или совершенно остановится.
И в том, и в другом случае причиной изменения состава смеси
является разная инертность топлива и воздуха, возникающая
при резком изменении скорости движения их во всасывающей
системе мотора.
Низкая испаряемость топлива, не соответствующая темпера-
турным условиям эксплоатации, также может привести к перео-
беднению смеси в момент запуска мотора. Если в этом случае
процентное содержание паров топлива выйдет за низший предел
воспламенения, то мотор может не запуститься.
Теоретически количество воздуха, необходимое для полногс
сгорания топлива, может быть подсчитано, исходя из химиче-
. ского состава последнего. В этом случае применяется формула,
определяющая количество воздуха L0,b кг, потребное для полногс
сгорания одного килограмма топлива:
_ 2.67С + 8Н - 0
Z-0
0,232
где: С— содержание в топливе углерода
Н— „ „ водорода
О— „ „ кислорода
66
На пределы воспламенения действует ряд факторов:
1) Химический состав топлива (см. таблицу 32).
Таблица 32
Пределы воспламенения некоторых топлив
Наименование топлив Химическая формула Содержание па- ров в воздухе, (в объемных %)
Бензий ..... — 1.1 — 5,4
Бензол . . с6н6 1,5 —5,6
Толуол С7Н8 1,4 — 5,4
Метиловый спирт . . . сняон 3,4-17,4
Этиловый спирт . . . СгН5ОН 3,6 — 18,0
2) Начальная температура смеси. Повышение темпе-
ратуры расширяет пределы воспламенения: нижний предел не-
сколько снижается, а верхний значительно повышается. Напри-
мер, метан при начальной температуре 100° Ц имеет пределы
5,954-13,7, при температуре 300° 5,10-;-15,5.
Начальная температура смеси влияет не только на изменение
пределов воспламенения, ио влияет также и иа скорость сгора-
ния. С повышением начальной температуры скорость сгорания
возрастает.
3) Давление, с повышением которого пределы расширя-
ются, с понижением—суживаются.
4) Примесь остаточных газов. С увеличением при-
меси остаточных газов пределы воспламеняемости сближаются,
передвигаясь в сторону обогащения.
Подытоживая изложенное, замечаем, что на второй период
процесса сгорания рабочей смеси — период собственного сго-
рания—влияют следующие факторы: химический состав топлива;
состав рабочей смеси; начальная температура ее; загрязнение
смеси отработанными газами, замедляющими скорость сгорания;
факторы конструктивного порядка: положение свечи, форма ка-
меры сгорания и т. д.
§ 2. Антидетонационные свойства топлив
Постоянное стремление получить возможно большую мощ-
ность в одном агрегате, стремление повысить литровую мощность
и снизить расход горючего, привело к необходимости повышения
степени сжатия. Однако вскоре выяснилось, что само топливо
ставит определенный предел увеличению степени сжатия.
5« 67
Так как смесь перед воспламенением подвергается действЛ
температуры и давления, то при некоторых определенных ус^Я
виях нормальное сгорание топлива становится взрывным. ТаютИ
сгорание топлива называется детонационным. При этс1
скорость сгорания топлива возрастает до 2000 — 3000 м/сек щД
сто обычных скоростей 20—30 м/сек. Кроме прочих факторЛ
(степень сжатия, давление наддува, температурный режим д Д
гателя и др.), влияние которых на детонацию подробно разбЯ
рается в курсах теории авиационных двигателей, в возникновен Л
детонации огромную роль играет химическая природа топлив!
Внешними признаками двигателя, работающего с детонацщД
являются: падение мощности и снижение экономичности; по в Л
шение температуры головок цилиндров, поршней и электродЯ
свечей, а у двигателей жидкостного охлаждения — повышеиЯ
температуры охлаждающей жидкости (повышение температур!
деталей двигателя может привести к пригоранию и поломке
поршневых колец, обгоранию электродов свечей и т. д.); появде!
ние в выхлопных патрубках неравномерных хлопков черного
дыма; тряска двигателя.
Из этого можно заключить, что детонация в двигателе север!
шеино недопустима, и все преимущества, связанные с увеличеI
иием степени сжатия или давления наддува, при наличии де-1
тонации могут быть полностью уничтожены.
Природа детонации полностью еще не изучена. На основании
работ акад. Семенова, проф. Соколика, Калеидера и др можно!
считать, что причиной возникновения детонационного горения
топлива являются химически активные перекиси и гидроперекиси,!
которые образуются в результате первичного окисления молекул
топлива *. Эти сложные соединения вида R—О—О—R и R—О—
—О—Н относятся к нестойким соединениям, обладают боль-1
той избыточной энергией и, давая начало реакционным цепям,!
могут вызвать активное окисление большого числа молекул.]
Распадаясь, перекиси и гидропернкиси образуют активные ради-
О
калы ОН н альдегиды ** R—С^
\н
Активные радикалы, вступая во взаимодействие с другими
молекулами топлива, вновь приводят к образованию перекисей
или пероксидов, при распаде которых вновь образуются альде-
гиды и активные радикалы и т. д. Альдегиды, окисляясь, дают
кислоты н окисли в виде воды и углекислоты. Таким образом,
сгорание углеводорода представляет собой сложный процесс,
* Окислением называются ве только те реакции, которые ведут к уве-
личению содержания кислорода в соединении, но и такие, при которых сое-
динение теряет водород.
** Слово альдегид произошло от сокращения двух латинских слов: .алко-
голь-—спирт и .дегидрогенатус"—лишенный водорода.
(по Архангельскому)
t
I
69
сопровождающийся образованием промежуточных продукте^
реакции, которые значительно влияют на дальнейшее заверше-
ние реакции окисления (см. схему сгорания гексана, стр. 69).
Через такую цепь промежуточных реакций протекает процесс;
сгорания гексана при условии достаточного количества кисло!
рода (а=1). Но поскольку сгорание топлива в цилиндре двигти
теля происходит с недостатком кислорода, течение реакции
сопровождается образованием соединений типа R—О—О—R 3
^0
'Н
Таким образом, возникновение детонации можно представит]
следующим образом:
1) Вначале происходит активация молекул топлива и кисло,
рода от воздействия температуры в процессе сжатия и от сопри
косиовения с горячими деталями двигателя. В результате активации
молекул образуются соединения R —О —О—R, R—О—О—Н,
О
R—С\ . Но в первый момент, до воспламенения смеси, кон-
центрация активных соединений невелика.
2) После воспламенения смеси выделяющееся тепло способ-
ствует ускорению реакций предварительного окисления, и к
концу сгорания концентрация их может быть столь значитель-
ной, что несгоревшая часть смеси мгновенно воспламеняется,
приводя к спонтанному сгоранию, то есть к сгоранию с боль-
шими скоростями (детонации).
Таким образом, детонация в двигателе является следствием1
чисто химической предварительной подготовки смеси и носит
местный характер, то есть возникает в той части смеси, которая,
сгорает в последнюю очередь.
Сравнительная оценка антидетонационных свойств различных
топлив и смесей производится опытным путем ва специальных!
двигателях с переменной степенью сжатия.
§ 3. Методы определения детонационной стойкости
авиационных' топлив
Метод критической степени сжатия был предложен и разра-
ботай Рикардо в 1919 г. Оценка детонационной стойкости про-
изводится иа одноцилиндровом двигателе (рис, 27) с переменной
степенью сжатия при строго определенных условиях (см. таб-
лицу 35).
Степень сжатия, при которой на-слух возникает детонация, и
является критерием, по которому оценивается качество топлива.
Определяемая таким образом степень сжатия называется „крити-
ческой" степенью сжатия или наивысшей полезной степенью
сжатия (НПСС).
70
каперс
сжатия-
Подвижной
\\/цилинвр
Метод топливных эквивалентов. На величину „при-
ческой" степени сжатия влияет ряд факторов (атмосферное
Явление, влажность, нагар и др.). Для большей точности
Оценки детонационной стойкости топлив был предложен ме-
тод сравнения испытуемого топлива с эталонными образцами.
На одноцилиндровом дви-
гателе с переменной е*, изме-
няя степень сжатия, застав-
ляют топливо детонировать с
выбранной интенсивностью де-
тонации н затем подбирают
такую смесь из эталонных
топлив, которая детонирует
при той же степени сжатия
с выбранной интенсивностью
детонации. В качестве эталон-KpugBUJ
ных топлив применялись раз-
личные по детонационной
стойкости топлива, например,
толуол—парафиновый бензин,
бензол— /г-гептан и др. Де-
тонационная стойкость топли-
ва выражалась процентом со-
держания в смеси компонен-
та с высокими антидетона-
ционными свойствами, то есть
бензола или толуола (отсюда
и название „бензольный экви-
валент"). Метод топливных эк-
вивалентов дает более вос-
Зубчатка
Штурвал
Станина,
Сойка
маховик
Рис. 27. Двигатель Рикардо с перемен-
ной степенью сжатия
производимые цифры, чем метод критической степени сжатия.
Метод октановых чисел. С 1927 г. в качестве эталонных
топлив, при оценке детонационной стойкости с помощью топлив-
ного эквивалента, применяются индивидуальные углеводороды
парафинового ряда: изооктан и /г-гептаи. Эти углеводороды, обла-
дая почти одинаковыми физико-химическими свойствами, в то же
время обладают большим различием антидетонационных свой-
ств. Антидетонационные свойства изооктана (2, 2, 4, триметил-
пентана) приняты за 100 октановых единиц, а п-гептана за 0.
Применение двух индивидуальных углеводородов в качестве
эталонных топлив позволило получить сравнимые результаты, что
исключалось при применении случайных бензинов.
Октановым числом (ОЧ) топлива называется процентное
содержание (по объему) изооктана в смеси изооктана с «-геп-
таном, которая (смесь) по своим антидетонационным свойствам
равноценна испытуемому топливу.
* е—степень сжатия.
71
Физико-химические свойства эталонных топлив
Таблица 33
Изооктан С8Н18 л-гептаи С7Н16
Минимум Максимум Минимум Максимум
Октановое число по мотор- ному методу 99,9 101,1 —0,2 02
Удельный вес прн 20/4сЦ 0,69180 0,69200 0,68370 0,68390
Коэфициент рефракции при 20эЦ 1,39146 — 1,38770 1,38785
Точка замерзания, (°Ц) . . —107,52 — -90,78 —
Выкипание (50% выкипает при СЦ) — 99,30 98,38 98,49
Повышение т-ры при вы- кипании от 20 до 80% (СЦ) — 0,061 — 0,20
§ 4. Двигатель Вокеша с переменной степенью сжатия для
испытания топлива на детонацию
Испытание топлива на детонацию путем сравнения испытуе-
мого топлива с принятым за эталонное для получения сравни-
мых результатов потребовало, чтобы метод испытания и аппара-
тура испытания были едиными для всего мира. После рассмотре-
ния всех существующих для этой цели типов двигателей амери-
канская специальная комиссия по этому вопросу выбрала спе-
цификацию такого единого двигателя. По этой спецификации
на заводе Вокеша был спроектирован и построен двигатель,
изображенный на рис. 28.
Двигатель Вокеша представляет собой одноцилиндро-
вую машину. Цилиндр имеет диаметр З1/*" и ход поршня 41/,".
Степень сжатия изменяется в пределах от 4 до 10 посредством
вращения рукоятки. Цилиндр двигателя отжимается вверх
четырьмя сильными пружинами, чем достигается хорошая устой-
чивость цилиндра во время работы и тем самым уточняются резуль-
таты испытания.
Переменная степень сжатия (от е — 4 до е — 10) достигается
изменением высоты (а следовательно, и объема) камеры сгора-
ния путем перемещения цилиндра вверх и вниз при неизменном
положении оси коленчатого вала. Перемещение цилиндра осуще-
ствляется вращением рукоятки. Червяк, укрепленный на этой
рукоятке, приводит во вращение гайку. Последняя, будучи одета
на цилиндр, снабженный снаружи резьбой, перемещает его вдоль
оси. Это перемещение может быть осуществлено без остановки
двигателя.
72
Величина степени сжатия определяется микрометром, установ-
ленным иа цилиндре двигателя.
Для быстрого и удобного перевода работающего двигателя
с одного топлива на другое карбюратор выполнен с двумя по-
плавковыми камерами, из которых каждая питается из особого бака.
Карбюратор двигателя представляет собой систему поплавко-
вых камер, соединяющихся между собой одним жиклером. На-
личие особого распределительного устройства в карбюраторе
обеспечивает питание
двигателя из любой
поплавковой камеры,
причем уровень топли-
ва виден наблюдателю.
Регулировка смеси воз-
духа и топлива произ-
водится только коли-
чеством впускаемого
воздуха через специ-
альный регулирующий
кран. Выпуск смеси
производится краном,
расположенным в от-
водном патрубке к дви-
гателю.
Первичный ток бе-
рется от генератора по-
стоянного тока, смон-
тированного вместе с
прерывателем тока над
синхронным мотором.
Кроме того, имеется
магнето в прямом сое-
динении с главным ва-
лом мото.ра. Двигатель
таким образом может
работать на первой и
второй системе зажи-
гания. Величина опере-
Рис. 28. Двигатель Вокеша с переменной сте-
пенью сжатия
жения зажигания ме-
няется автоматически
вместе с изменением
степени сжатия. Охла-
ждение. двигателя—принудительное: путем подачи насосом воды.
Насос делает прй этом двойное число оборотов. Для определе-
ния интенсивности детонации двигатель снабжен прибором с
прыгающей иглой (иглой Миджлея), электролитической важ-
ной и специальный прибором „нокметром" для регистрации де-
тонации.
73
Игла Миджлея (рис. 29, 30) состоит из стального цилиндра
(1), ввертываемого в головку цилиндра двигателя, имеющего
в нижней части диафрагму (2) толщиной около 0,4 мм и диамет-
ром около 13,6 мм. На эту диафрагму опирается игла (3) с баке-
литовым наконечником (4).
На фланце цилиндра установлен замыкатель тока с пластин-
чатыми медными пружинами и с пластиковыми контактами. Пру-
жина нажимает на наконечник иглы, а пружина укреплена не-
сколько выше; зазор. между контактами пружин может регули-
Рис. 29. Игла Миджлея с электролити- Рнс. 30. Игла Миджлея со стуко-
ческой ванночкой мером (нокметром)
/—цилиндр, 2—диафрагма, 3—игла, 4—контакты, /—цилиндр, 2—диафрагма, 3— игла, 4—
5—ванночка, 6—электроды контакты, 5—спираль, 6—термопара,
7- указатель
роваться нажимным винтом. Нормально зазор должен быть
0,10 — 0,13 мм. При детонации игла подпрыгивает и замыкает
контакты, включая в цепь нокметр. Нокметр представляет собой
электрогальванометр теплового типа, показывающий время, в
течение которого контакты были замкнуты. Отклонение стрелки
нокметра за определенный промежуток времени характеризует
интенсивность детонации. За стандартную интенсивность детона-
ции принята интенсивность, которая возникает на эталонной
смеси, состоящей из 65% нзооктана и 35% л-гептана при степени
сжатия на единицу больше степени сжатия, соответствующей
началу детонации. При этом показание нокметра должно быть
50 — 55 делений.
Если в качестве индикатора детонации применяется темпера-
турная свеча, то за стандартную интенсивность детонации при-
нимается детонация, при которой температура головки цилиндра
двигателя при работе двигателя на двух поверочных топливах
будет одинаковой. В качестве поверочных топлив применяются:
87 — 88% смесь изооктана с п-гептаиом и б) химически чистый
бензол или бензол, выкипающий в пределах 80—81° Ц.
§ 5. Определение октанового числа топлива
на двигателе Вокеша
После прогрева и установления рабочего режима двигателя
в один из порожних бачков заливается топливо, подлежащее
испытанию, и двигатель переключается на испытуемое топливо.
Включают нокметр и регулируют состав смеси иа максимальную
детонацию. Это достигается изменением уровня поплавкоиой ка-
меры. Затем нокметр выключается и включается вновь при уста-
новке на стандартную интен-
сивность детонации. Изменяя
степень сжатия, добиваются
стандартной интенсивности де-
тонации.
Интенсивность детонации
имеет очень большое значение
для точности определения ок-
тановых чисел, поэтому регу-
лировка иглы Миджлея долж-
на производиться ежедневно.
Когда степень сжатия, соот-
ветствующая стандартной ин-
тенсивности детонации, уста-
новлена, в порожние бачки за-
ливаются эталонные топлива,
и двигатель переключается
для работы из бачков с эталон-
ными топливами. Не изменяя
степени сжатия, подбирают
две смеси изооктана с нор-
мальным гептаном, различаю-
щиеся между собой не более
чем на 2 единицы октанового
Таблица 34
Переходная шкала от вторичных
эталонов к первичным
Вторичные эталоны Первичные эталоны
Бензол Бензин Б-70 Изооктан Гептан
0 100 70 30
10 90 71 29
20 80 73 27
30 70 75 25
40 60 77 23
50 50 78 22
60 40 82 18
70 30 85 15
80 20 90 10
90 10 100 0
числа, и с таким расчетом,
чтобы испытуемое топливо по интенсивности детонации лежало
между ними. Среднее значение процента изооктана в смеси
изооктана с л-гептаном и будет октановым числом топлива.
Так как первичные эталонные топлива дороги, то для_рядо-
вых испытаний йвиационных топлив пользуются вторичными
эталонными топливами, которые тарируются по первич-
ным. В качестве вторичных эталонных топлив применяются смеси
бензола и бакинского бензина Б-70.
75
Для того, чтобы получить одинаковые характеристики анти-
детонационных свойств, кроме типовой установки и единых эта-
лонных топлив, необходим единый метод, который включал бы
в себе все условия работы двигателя, от которых в большой
степени зависит способность топлива сопротивляться детонации.
Наиболее распространенные методы испытания приводятся в та-
блице 35.
Моторный метод. Предложен в 1932 г. и является не-
сколько измененным исследовательским методом (см. таблицу 35).
В сравнении с исследовательским моторный метод дает занижен-
ные октановые числа
в среднем на 5 еди-
ниц. Является основ-
ным методом оценки
антидетонационных
свойств авиационных
топлив, принятым в
СССР.
Армейский ме-
тод. Разработан в
1932 г. из тех сообра-
жений, что в вопросах
надежности работы дви-
гателя значительную
роль играет температу-
рный режим. В этом
методе температура го-
ловки цилиндра яв-
ляется мерой детона-
ции. Топливо считает-
ся имеющим тем более
высокую детонацион-
ную стойкость, чем
меньше температура
головки цилиндра при
работе на этом топли-
ве. Стандартная интен-
сивность детонации ус-
Рис. 31. Детонационные характеристики (стиок-
тановых топлив)
танавливается на двух
поверочных топливах и соответствует температуре головки цилин-
дра 320—340° Ц.
Если октановое число топлива—до 85 единиц, то при оценке
его по_ моторному, измененному моторному и армейскому мето-
дам получаются одинаковые результаты. Если качество топлива
выражается октановым числом более 85, то при оценке его по
армейскому методу получаются октановые числа на 2 — 3 еди-
ницы выше, чем при испытании по моторному и измененному
моторному методам.
76

Авиационный мето 1-С, Является развитием армейского
метода и предназначается для оценки авиационных топлив
с высокими антидетонационными свойствами (так называемых
стооктановых топлив). Отличается повышенным температурным
режимом и увеличенным углом опережения зажигания. В ка-
честве эталонного топлива, с которым сравнивается антидетона-
ционная стойкость испытуемого топлива по методу 1-С, приме-
няется химически чистый изооктан (2, 2, 4 триметипентан) с раз-
личным содержанием ТЭС.
’Метод 3-С. Применяется для оценки антидетонационных
свойств стооктановых топлив. Оценка качества производится
на одноцилиндровом двигателе Вокеша несколько измененной
конструкции. Число оборотов двигателя повышено до 1 800 об/мин.
Топливо в цилиндр подается впрыскивающим насосом. Имеется
аппаратур^ для создания наддува от 0,9 до 3 ат. Антидетона-
ционные свойства топлива выражаются в виде кривых, показы-
вающих зависимость среднего индикаторного давления в цилин-
дре двигателя от у, где у — отношение веса топлива к весу
воздуха. Детонационные характеристики снимаются при постоян-
ной степени сжатия, равной 7, при постоянной температуре
всасываемого воздуха 107°Ц (225°F), на границе начала детонации,
которая определяется на-слух и поддерживается изменением
наддува (см. график на рис. 31, стр. 76).
Численная оценка испытуемых топлив производитси по эта-
лонным топливам и оценивается характеристическим числом, или
числом отдачи. „Характеристическое число”—это отношение
мощности, получаемой на эталонном топливе (равноценном при
том же коэфициенте избытка воздуха испытуемому топливу),
к мощности,получаемой на изооктане (топливо сорт 100).
В качестве первичных эталонных топлив применяется хими-
чески чистый изооктан с различным содержанием ТЭС (топливо S).
В качестве вторичных эталонов применяется технический
изооктан с различным содержанием ТЭС (топливо S—1, S—2).
Для оценки топлив с ОЧ<100 по методу 3-С применяются
смеси химически чистого изооктана с мичиганским бензином.
§ 6. Сравнительная оценка различных методов определения
детонационной стойкости углеводородов
Детонационная стойкость в сильной степени зависит от условий
работы двигателя. Наибольшие расхождения получаются при
определении „наивысшей полезной степени сжатия” (НПСС).
Меньшие расхождения получаются при оценке антидетонационных
качеств топлив с помощью топливных эквивалентов. Так, например,
при оценке по моторному методу разница в определении того
же образца на двух установках допускается ±0,1 а при повтор-
ном испытании образца па той же установке ± 0,5. Для исследо-
78
вательских работ, при более тщательном выдерживании условий
испытания (корректировка давления всасывания, влажности и
т. д.), разница в определениях может быть доведена до ±0,1
единицы 04.
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕТОНАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ ТОПЛИВ
С 0Ч>100
Оценка детонационной стойкости топлива с помощью окта-
новых чисел распространяется только до 100 единиц. Для оценки
топлив с антидетонационны'ми свойствами, лучшими чем у изо-
октана, необходимо применять другую шкалу, то есть вместо
изооктана следует принять другой углеводород с более высо-
кими антидетонационными свойствами. Но тогда октановые числа
превратились бы в другие числа—по названию нового компонента.
Такого компонента, обладающего более высокими антидетона-
ционными свойствами (чем изооктан), который мог бы произво-
диться в больших количествах, пока не предложено.
Ранние методы оценки топлив с 04>100 заключаются в экст-
раполяции кривых: а) кривой, выражающей зависимость
процентного содержания бензола СеН6 в смесях со стандартным
низкооктановым бензином и октанового числа смеси, и б) кривой,
выражающей зависимость 04 смесей первичных эталонов от сте-
пени сжатия, при которой эти смеси детонируют в эксперимен-
тальном двигателе со стандартной интенсивностью детонации.
Практика применения этих методов показала,‘что они страдают
существенными недостатками, из-за чего эти методы и не полу-
чили распространения.
В результате большого количества проведенных экспериментов
было найдено, что высота камеры сгорания в двигателе Вокеша
и октановое число первичных эталонов хорошо согласуются
в эмпирической формуле:
1,369-//
1,954—// ’
где: //—высота камеры сгорания в дюймах. Пользуясь приве-
денной формулой, можно построить кривую октановых чисел
выше 100 и ниже нуля в пределах высоты камеры сгорания от
0,00 до 1,5 дюймов.
По вышеприведенной формуле абсолютно недетонирующий
углеводород или смесь имеют ОЧ = 125, а сильно детонирую
щий 04=51,3.
МЕТОДЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА ПО ЭМПИРИЧЕСКИ ФОРМУЛАМ
Преимущества этих методов, связывающих физико-химиче-
ские константы топлива или углеводорода с 04, заключаются в том,
что для испытания необходимы малые количества вещества,
79
упрощенное лабораторное оборудование и меньшие затраты
времени.
Для оценки антидетонационных свойств отдельных углеводо-
родов можно воспользоваться парахором, который выражаетс'я
формулой
где: Р—парахор, □—поверхностное натяжение, rf—удельный вес.
Сравнение октановых чисел с парахором показало, что они из-
меняются обратно пропорционально парахору. Но такая зависи-
мость наблюдается только для углеводородов нормальной струк-
туры. При переходе к изомерам эта зависимость сильно нару-
шается, что дает значительные расхождения в ОЧ, определенном
иа моторе и подсчитанном по формуле с парахором.
Значительное количество эмпирических формул, которые были
предложены для вычисления ОЧ бензинов, не получили приме-
нения, так как они не дают требуемой точности.
Из методов вычисленвя октанового числа углеводородов за-
служивают внимания методы Френсиса и Мисшбапа. Френсис на-
шел, что ОЧ является функцией индекса углеводорода:
J=1000d“ —24,
где: J— индекс углеводорода, d2°—удельный вес, 4 —темпера-
тура кипения.
Для смесей углеводородов Френсис предложил формулу, в ко-
торую входит постоянная С, различная для каждого типа угле-
водородов.
Мисшбан, исходя из положений, по которым детонационная
стойкость возрастает с увеличением компактности молекулы,
предлагает оценивать антидетонационную стойкость углеводоро-
дов по индексу централизации, входящему в формулу ОЧ.
Индекс централизации находится как сумма чисел
позиции атомов углерода прямой цепи минус сумма чисел пози-
ции боковых цепей. Число позиций боковой метильной группы
равно числу позиций соответствующего атома углерода прямой
цепи.
С С С
С ^2^ р С q ' = (1 + 2 4-3-f-2-J-1) — (2 + 2 + 3) = 2.
1 2 3 2 1
ОЧ определяется по формуле:
04 = 123,1 -7,7 Jc.
Чем выше индекс централизации, тем хуже антидетонациоиные
свойства углеводорода. ОЧ изооктана, определенное по этой
формуле, равно 100, а нормального гептана равно 0.
80
Для углеводородов типа я-октан, л-нонан, л-декап и др. дается
другая зависимость:
04=131,6 - 11 Л+0.179.7Д
Большое число исследований-по определению зависимости нор-
мальной работы двигателя от ОЧ, проведенных в последнее время,
показывает несоответствие между ОЧ топлива и его поведением
в мощном двигателе. Это объясняется тем, что методы испыта-
ния топлив не затрагивают химической природы и состава топ-
лива, от которых в большой степени зависит бездетонацион-
ная работа двигателя. Топлива с большим процентом наф-
теновых или ароматических углеводородов, будучи менее чувст-
вительными к ТЭС и имея более низкое ОЧ, обеспечивают нор-
мальн ю работу двигателя. В тоже время более чувствительные
к ТЭС топлива, с большим содержанием изопарафиновых и
парафиновых углеводородов и с относительно большими октано-
выми числами, не обеспечивают нормальной работы двигателя.
ОЧ может служить мерилом детонационной стойкости только
для топлив одного и того же химического состава.
В настоящее время можно разделить все топлива на 3 группы:
парафиновые, с содержанием парафиновых и изопарафи-
новых углеводородов в количестве не менее 60 %;
нафтеновые, с содержанием не менее 60% нафтеновых
углеводородов;
ароматические, с содержанием более 30% ароматиче-
ских углеводородов.
Типичными представителями этих групп топлив являются:
парафиновых: бензин прямой гонки Б-78 грозненский; амери-
канские топлива Б-95 и Б-100;
нафтеновых: бензин прямой гонки Б-78 бакинский;
ароматических: бензин С-3, американские топлива сорт 130 и
сорт 1С.0-
Более совершенным методом испытания антидетонационных
качеств топлив следует считать определение детонационных
характеристик, выражающих зависимость среднего индикатор-
ного давления от коэфициента избытка воздуха (Pj—a).
ГЛАВА VI
АНТИДЕТОНАТОРЫ
§ 1. Виды антидетонаторов
Основным средством повышения антидетонационных качеств
авиационных топлив и, следовательно, средством борьбы с дето-
нацией, является применение топлив со специальными добавками,
/Z.
81
6 Авиационные топлива
понижающими способность топлив к детонации. Эти добавки
носят название антидетонаторов.
Известно большое количество соединений, которые могут
применяться в качестве антидетонаторов. Эффективность различ-
ных антидетонаторов Показана в таблице 36.
Таблица 36
Относительная эффективность действия различных антидетонаторов
На топливо
Антидетонаторы Химическая формула Относит, эффективность по крнтич. степ, сжатия
Бензол . . СбН6 1,0
Толуол .... С7Н„ 1,3
Этиловый спирт . С2Н6ОН 2,0
Толуидин ... c.6h4ch,nh2 10,0
Метиланилин QHsNHCHa 12,0
Анилин ... c6h5nh2 13,5
Ксилидин ...... C„H.,(CH,)2NH2 15.0
Дефиниламин (CeH^NH 16.0
Тетраэтиловое олово . ... Sn(C2H5)4 25,0
Диэтиловый селен Se(C2H5)2 60,0
„ теллур Te(C2H6)2 200,0
Двуххлорный диэтил, свинец Pb(C2H,)2C.l2 300,0
Тетракарбонил никеля ...... Ni(CO)4 300,0
Хлорн. триэтил свинец . . Pb(C2H;,)3Cl 450,0
Пентакарбонил железа Fe(CO)5 500.0
Тетраэтиловый свинец ..... РЬ(СгН5)4 600,0
Антидетонаторы можно разбить на 2 группы: 1) органичес-
кие антидетонаторы—бензол, толуол, этиловый спирт, толуи-
дин, метиланилин, анилин и др.; 2) металлоорганические
антидетонаторы — тетраэтиловое олово, тетракарбонил никеля,
пентакарбониловое железо, тетраэтиловый свинец и др.
§ 2. Анилин
Из органических антидетонаторов наибольшего внимания за-
служивает анилин.
Анилин—C6Hr,NH2—прозрачная, слегка желтоватая жидкость
с удельным весом 1,024 при температуре 15°Ц. Температура ки-
пения + 183°Ц, застывания —6"Ц.
82
Получается анилин в процессе восстановления нитроаромати-
ческих соединений. Антидетонационная эффективность анилина
в 9 раз сильнее бензола и в 25 раз слабее тетраэтилового свин-
ца. Для получения значительного эффекта анилин должен вво-
диться в топливо в количествах 5—7%, но анилиново-бензино-
вые смеси такой концентрации не стабильны, даже при положи-
тельных температурах. Это объясняется плохой растворимостью
анилина в бензинах. Смесь, имеющая 5% анилина, расслаивается при
температуре 5°Ц, а смесь, содержащая 7% анилина, - при 12°Ц.
Таблица 37
Октановые числа авиабензина Б-59 и авиационного крекинг-бензина
при добавлении анилина (по Зарубину)
Содержание топлива в крекинг-бензине Октаиовое-<исло с анилином при добавлении свинцовой жидкости, слР/кг
Объемные % Весовые °/0 0 1 1 2 3
0 0 70 75 78 81
1 1,4 75 75 81 84
2 2,8 77 81 83 85
3 4,2 79 83 85 86
Содержание анилина в авиационном бензине Б-59 Октановое число с анилином при добавлении свинцовой жидкости, см^/кг
Объемные % Весовые °/0 0 1 2 3
0 0 58 75 80 83
1 1,4 65 79 83 87
2 2,8 69 81 85 88
3 4,2 73 82 86 89
В качестве стабилизаторов анилиново-бензиновых смесей наи-
более эффектны пропиловый СВН,ОН и бутиловый С4Н9ОН
спирты, которые должны добавляться в количествах от 10 до
4О°/о. Такие смеси стабильны при температуре минус 30---44°Ц.
Снижая температуру расслаивания анилиново-бензиновой смеси,
пропиловый и бутиловый спирты, добавляемые в больших коли-
чествах, значительно снижают теплотворность смеси, а поэтому
применение их вряд ли рационально.
В силу указанных недостатков анилин как антидетонатор
применения не получил.
б*
83
§ 3. Пентакарбониловое железо
Из металлоорганических антидетонаторов необходимо указать
на пентакарбониловое железо (ПКЖ)—Fe (СО)Б—жидкость янтар-
ного цвета с температурой кипения 103-г-12СгЦ и температурой
застывания—20°Ц. Получается от действия окиси углерода на
железо в порошке при температуре около 200°Ц и давлении до
5 ати. Удельный вес ПКЖ при 0°-—1,49, при 20°Ц—1,455.
Таблица 38
Октановые числа бензинов при добавлении
пентакарбонилжелеза (по Рагозину)
Содержание пентакарбонил- железа в бензине, в см3/кг Октановые числа бензинов (моторный метод)
Б-70 РБ-70 КБ-70
0 70 70 70
1 80 80 75
2 85 84 80
3 88 87 83
4 90 89 85
ПКЖ достаточно эффективно, но вместе с тем опыт приме-
нения его в качестве антидетонатора для автомобильных и авиа-
ционных топлив показал, что ПКЖ как антидетонатор обладает
серьезными недостатками, которые не позволяют применять его
в чистом виде.
ПКЖ разлагается на свету с образованием твердого, нераст-
воримого остатка Fe(CO)9, который способен самовоспламенять-
ся. Поэтому хранение и перевозка этой жидкости сопряжены с
опасностью. -
При применении ПКЖ в смесях с бензинами в двигателях
образуются отложения, главной составной частью которых яв-
ляются окислы железа. Отлагаясь на днищах поршней, клапана?,
электродах свечей и др. деталях, э,ти отложения нарушают нор-
мальную работу двигателя, сокращают срок службы двигателя,
увеличивая его износ. Поэтому, несмотря на высокую антидето-
национную эффективность и дешевизну, ПКЖ как антидетона-
тор применения не получило.
§ 4. Тетраэтиловый свинец
Тетраэтиловый свинец (ТЭС)—РЬ(СаН6)4—совершенно бесцвет-
ная, ядовитая, маслянистая жидкость с удельным весом 1,64 и _
температурой кипения 200° Ц. Получается ТЭС воздействием хло-
84
ристого этила С2НсС1 на сплав свинца с натрием PbNa4. Реакция
идет по уравнению:
PbNa4+4С2Н6С1 -»Pb(C2H5)4+4NaCl.
ТЭС способен к разложению под воздействием солнечного
света и полностью раоворяется во всех сортах авиационных
топлив (но не растворяется в воде).
Из всех известных антидетонаторов ТЭС—самый эффективный.
При добавлении к бензину с октановым числом 70 он в 3 раза
эффективнее пентакарбонилжелеза, в 25 раз—анилина и почти в
240 раз изооктана и бензола.
При сгорании с топливом в цилиндре двигателя дает боль-
шие отложения металлического свинца и окислов свинца, кото-
рые, осаждаясь на седлах клапанов, электродах свечей, днищах
поршней и в камере сгорания, нарушают нормальную работу
двигателя, вызывая прогорание клапанов, замыкание электродов
свечей и др. неполадки. Чтобы предотвратить нежелательные
явления, связанные с эксплоатацией ТЭС, последний в чистом
виде как антидетонатор не применяется. Он применяется в смеси
с другими соединениями, и тогда эти смеси называются свин-
цовыми или этиловыми жидкостями.
Благодаря большой антидетонационной эффективности тетра-
этиловый свинец как антидетонатор применяется во всех стра-
нах мира.
Свинцовая жидкость Р-9 представляет из себя смесь
ТЭС’а с бромистым этилом, а-монохлорнафталином и краской Су-
дан IV. В случае необходимости, для баланса смеси, добавляется
бензин.
Таблица 39
Состав свинцовой жидкости Р-9
Марка Удель- ный вес при 15°Ц Содержание, в % Температура замерзания, в°Ц
Тетраэтил-свинца Броми- стого этила, по объему а-мен о хлор- ка фтал ина, по объему
по объему ПО весу
Р-9 1,46:- 1,60 49 54 не менее 34 не менее 8,2 -60
Бромистый эти л—C2HsBr—бесцветная жидкость, прозрач-
ная или слабожелтая, без осадка, легколетучая с приятным за
пахом. Удельный вес при 15°Ц 1,44-ь 1,48.
А л ь ф а-мо н ох л о р нафталин—С1()Н7С1—бесцветная или
слабожелтая, прозрачная, без осадка жидкость с удельным весом
при 15°Ц 1,18-5-1,22.
85
Бромистый этил и а-монохлорнафталин называются уносите-
лями свинца. При сгорании в цилиндре двигателя смесь ТЭС с
бромистым этилом и а-монохлорнафталином образует летучие]
свинцовые соединения, которые, удаляясь из цилиндра двигателя
вместе с продуктами сгорания, уменьшают отложение окислов
свинца и чистого свинца в двигателе.
Краска Судан-IV—красного цвета; добавляется к свинцо-
вой жидкости, чтобы отличать бензины, в которые добавлена
свинцовая жидкость.
Свинцовая жидкость 11'С в отличне от свинцовой жид-
кости Р-9 содержит большее количество тетраэтилсвинца, а в
качестве уносителя применяется дибромэтан С2Н4Вг2.
Таблица 40
Состав свинцовой жидкости 1 ТС
Марка Удель- ный вес при 15°Ц Содержание, в % Температура замерзания, в °Ц
Тетраэтилсвинца дибромэтана по объему
по объему ПО весу
1ТС синяя . 1.75 63-64 59-60 28 -8
Свинцовая жидкость 1 ТС окрашивается в синий цвет, поэто-
му бензины С этой жидкостью—синие. Благодаря большему со-
держанию ТЭС жидкость 1 ТС более эффективна, чем жидкость
Р-9. 1 мл свинцовой жидкости Р-9 по эффективности равен 0,8 мл
свинцовой жидкости 1 ТС.
Таблица ц
Октановые числа бензинов при добавлении свинцовой жидкости Р-9
Бензины Октановые числа бензинов (не ниже):
Чистого бензина При добавлении свинцовой жидкости
1 мл на кг 1,5 мл на кг 2 мл на кг 3 мл на кг
Авиабензин- Б-59ч. . 58-59 73 76 78 81
Б-70. . 70 80 83 85 87
Б-74 . . 74 85 87 88 90'
Б-78. . 78 80 90 92 94
. Б-80. . 80 89 93 95 98
86
Свинцовые жидкости, из-за разложения ТЭС, на свету мут-
неют. Не растворяясь в воде, они хорошо растворяются во всех
сортах авиационного топлива и смешиваются во всех пропор-
циях с жирами и маслами.
Свинцовые жидкости к бензинам добавляются в объемных
единицах—миллилитрах на весовые единицы—килограммы: мл) кг.
При добавлении к бензинам наиболее эффектны первые пор-
ции свинцовой жидкости; так например, при добавлении свинцо-
вой жидкости к бензину Б-59 первый мил.лилитр увеличивает
октановое число бензина на 12—14 единиц, а четвертый милли-
литр только на 2—3 единицы.
Поэтому свинцовая жидкость добавляется к бензинам в ко-
личествах: Р-9—не более 4 мл)кг бензина и 1 ТС—не более
3,2 мл)кг.
§ 5. Чувствительность топлив к ТЭС
Чувствительностью топлива к антидетонатору называется
число октановых единиц, на которое повышается октановое чис-
ло топлива при добавлении к нему определенного количества
антидетонатора (ТЭС). Чувствительность топлив к ТЭС зависит
от химической природы топлива и от наличия в топливе при-
месей, главным образом, серы и ее соединений.
Таблица 42
Влияние серы на чувствительность ишимбаевского бензина к ТЭС
(по Буткову и Лавровскому)
Ишимбаевскнй бензин с разным концом кипения, в °Ц Содержание серы, в весовых % Октановые числа ишимбаевского бен- зина при добавлении свинцовой жидкости, В МЛ/К1
0 1 1 2 3
100 0,05 65 84 87 90
100 0,40 65 72 75 76
120 0,02 62 78 83 * 86
120 0,24 60 67 72 74
200 0,05 45 58 63 67
200 0,51 42 50 54 57
Наибольшей чувствительностью к ТЭС обладают бензины с
большим содержанием парафиновых и изопарафиновых углево-
дородов, причем чувствительность будет тем большей, чем длин-
нее цепь парафиновых углеводородов и чем ниже октановое
число чистого бензина. Высокой чувствительностью к ТЭС об-
ладают также некоторые ароматические соединения типа этил-
бензола. Топлива с большим содержанием нафтеновых и непре-
дельных углеводородов обладают меньшей чувствительностью.
Низшие представители ароматических углеводородов: бензол СеН6,
87
толуол—С6Н6СН3 и ксилол С6Н4(СН3)3 обладают малой чувства-'
тельностью к ТЭС.
Сера и сернистые соединения понижают октановое число
топлива и оказывают сильное влияние на чувствительность топ-
лива к ТЭС.
Таблица 43 показывает, как добавление свинцовой жидкости
Р-9 увеличивает октановое число бензинов.
43
Таолйца
Изменение ОЧ бензина при добавлении различных количеств
свинцовой жидкости
Количество свинцовой жидкости, в мл, добав- ленной на 1 кг бензина Авиационные бензины
Октановые числа
Б-70 Б-74 Б-78
0 1 2 3 4 5 70 79 84 87 89 90 74 84 88 91 92 93 78 87 91 93 95 96
к
>4
3
s
к
о
й
rt
ГЛАВА V
ТИПЫ АВИАЦИОННЫХ ТОПЛИВ
§ 1. Бензины прямой
и их
гонки
КАЧЕСТВА
Бензины прямой гонки' являются главной составной частью
авиационных бензинов. Авиационные бензины должны удовлет-
ворять требованиям, приведенным в таблице 44.
s
S
*
6
S
&
В
3
s
и
§ 2. Авиационные крекинг-бензины
Авиационные крекинг-бензины в отличие от бензинов прямой
гонки содержат большое количество непредельных соединений,
благодаря чему они нестабильны при хранении и способны осмо-
ляться. Для предотвращения смолообразования к крекинг-бензн-
нам добавляются специальные вещества, называемые ингибито-
рами (см. стр. 91). При эксплоатации этих марок бензинов, кроме
проверки их основных физико-химических свойств, необходимо
проверять индукционный период, который должен быть не ме-
нее 800—1000 мин.
88
89
Таблица 4$
Технические условия на крекинг-бензин (ГОСТ-2064-43)
Физико-химические свойства Крекинг-бензнн КБ-70
Удельный вес при 20°Ц ... .... 0,720—0,730
Октановое число, не ниже .... 70
Начало кипения в °Ц, не ниже 35
10% выкипает при температуре в °Ц, не выше . . 88
50% . . . „ 118
90% „ , 175
Выкипает в %, не менее 97
Остаток и потери при разгонке в °/0, не более . . . 3
Упругость паров, по РейДу, в мм рт. ст., не более . 375
Индукционный период в мин, не менее ...... 800
Содержание серы в %, не более .... 0,05
Кислотность мг КОНна 100 мл, не более ... 1,8
Механические примеси и вода . отсутствуют
§ 3. Ингибиторы
Как уже указывалось, нефтяные дестиллаты, полученные тем
или другим путем и предназначенные к потреблению как мотор-
ное топливо, должны подвергаться очистке, требующей мнрго
времени, расхода реагентов, затраты рабочей силы и т. д. Было,
однако, установлено, что очистки дестиллатов можно избежать.
Достаточно прибавить к дестиллатам некоторые вещества в коли-
честве' иногда 0,1—0,2°1о и меньше, и тогда бензины будут сох-
ранять стабильность в течение очень долгого времени. Вещества
эти называются ингибиторами или антиокислителями.
Свежеперегнанные дестиллаты содержат небольшое количество
смолистых веществ, с течением же времени количество смол
увеличивается. Это дало повод различать действительные и по-
тенциальные смолы.
Потенциальные смолы образуются за счет реакций аутокси-
дации и конденсации малоустойчивых, преимущественно высоко-
непредельных, соединений. Действие ингибиторов заключается в
том, что они задерживают процессы самоокисления и обеспечи-
вают стабильность продукта.
Ингибиторы применяются для стабилизации как очищенных,
так и неочищенных крекинг-бензинов. Предварительная очистка,
если и производится, то лишь с целью удаления, например, серы
или для улучшения цвета продукта. Экономическое значение при-
менения ингибиторов очевидно само по себе.
Было испытано большое число веществ для применения их
в качестве ингибиторов моторного топлива. Методика сравнения
эффективности действия ингибиторов заключается в сравнении
90
индукционных периодов продуктов в присутствии и отсутствии
1)НГибиторов. Мерой активности служит удлинение периода ин-
дукции бензина под влиянием данного ингибитора.
Более надежным, хотя и очень длительным, следует считать
метод хранения. Этот метод заключается в том, что пробы бен-
зина с добавкой ингибиторов сохраняются в определенных усло-
виях. При этом время от времени производится анализ с целью
выяснения изменения стабильности продукта. Многие ингиби-
торы, оказавшиеся негодными при испытании методом индук-
ционных периодов, оказались отличными при испытании их ме-
тодом хранения. Это можно объяснить тем, что в условиях ис-
пытания в бомбе некоторые ингибиторы претерпевают глубокие
изменения.
Таблица 46
Ингибиторы моторного топлива
Название ингибитора - Индукционный период, в мин Растворитель
Анилин 45
Орто-толуидин 60 Ацетон
Нафтиламин-а 105 —
Нафтиламнн-р 75 Ацетон
Дифениламин 105 —
Фенил-нафтиламин . 720 Метанол
Орто-фенилендиамин ..... . 450 Ацетон
Мета-фенилендиамин . . 165 Метанол
Пара-феиилендиамин . 960 Этанол
Диамино-дифениламин 495 Ацетон.
Фенол 75 —
Орто-крезол 135 —
Пара-крезол 210 —
Нафтол-а . . 2250 —
Нафтол-0 . . .... 330 —
Пирокатехин . . . . - 2400 Беизол
Резарции .... 150 Ацетон
Гидрохинон . . . 85
Пирогаллол 2185 Этанол
Орто-аминофенол . . 13-0 Ацетон
Мета-аминофенол 330 Метанол
Пара-аминофенол . 2340 в
Амино-гидрокситолуол-2,5 .... 1785 —
Кроме свойства поддерживать стабильность бензина,
ингибиторы должны удовлетворять некоторым требованиям, ко-
торые позволили бы применять их для производства товарных
продуктов. Требуется, чтобы ингибиторы не растворялись в воде,
так как при наличии ее в бензине, даже в небольшом количе-
стве, ингибитор может перейти в воду, ввиду чего бензин будет
лишен его защитного действия. Ингибитор должен быть устой-
чивым и не разлагаться. Наконец, он должен быть жидким и
91
легколетучим, так как при некоторых условиях работы могут
выделяться кристаллы и вызывать ненормальности в работе мо-
тора. В СССР чаше всего применяются два ингибитора: а-нафтол
и очищенные древесные смолы.
§ 4. Высокооктановые Топлива
Повышенные требования, предъявляемые к современным авиа-
ционным топливам, заставили обратить серьезное внимание на
получение таких сортов топлив, которые смогли бы обеспечить
безотказную работу мотора в воздухе при его наиболее эффек-
тивном использовании. Такие топлива получили название высо-
кооктановых. Область и количество применяемых высокооктано-
вых топлив с каждым годом все расширяются, а для военной
авиации высокооктановые топлива стали основными.
Основные преимущества высокооктановых топлив заключа-
ются в том, что они позволяют увеличить мощность двигателя
и уменьшить расход горючего (хотя последнее не всегда спра-
ведливо).
Таблица 47
Примерное увеличение мощности, получаемое
для топлив с различными октановыми числами
Октановое число | Пр""ер™Й°/о -ч '
| мощности
73 100
87 112-117
96 120—125
100 132—150
1004-3 с.-.Р ТЭС 200—220
100+6 слг» ТЭС 300-325
Повышение мощности мотора дает много преимуществ. Оно
позволяет: значительно увеличить скорость истребителя; увели-
чить дальность полета и грузоподъемность бомбардировщиков;
сократить разбег и увеличить скорость подъема самолета.
Состав высокооктановых топлив за последние годы претерпел
существенные изменения. Еще в 1943 г. так называемые стоок-
тановые топлива представляли из себя смесь бензинов прямой
гонки и реформинг-бензинов с высокооктановыми компонента-
ми—изооктаном, изопентаном, неогексаном, алкилайтом и др.
Этн топлива содержали подавляющее большинство парафиновых
и изопарафиновых углеводородов и, благодаря хорошей чувст-
вительности последних к ТЭС, имели октановое число: йо мо-
торному методу—99, а по методу 1-С—не менее 100.
92
Таблица 4#
Групповой состав стооктановых топлив
Наименование углеводородов Бензин Б-95 Бензин Б-100
Доетановые углеводороды Нафтеновые „ Ароматические „ 67,8—76.0 18,5-20,0 4,0—13,6 87,3—90,0 3,1— 7,0 3,0- 9.0
В результате развития методов 3-С (см. стр. 78) было обна-
ружено, что антидетонационная стойкость ароматических угле-
водородов значительно возрастает с обогащением смеси. Это
дало толчок новому развитию сверхоктановых топлив, состав
которых резко изменился в сторону увеличения количества аро-
матических углеводородов. Работы проф Дубровая и проф. Лав-
ровского над каталитическим крекинг-процессом позволили по-
лучать бензины с высоким процентом ароматики.
Таблица 49'
Содержание ароматических углеводородов в стооктановых топливах
Авиационное топливо 1 1 1 Сорт 100 Сорт 130 Сорт 140|Сорт 150 Сорт 20()
Содержание ароматических углеводородов 1 1 до 100/о 15-25% 30—35% '40-45% 1 1 65%
Для получения высокооктановых топлив применяются следую-
щие ароматические добавки: ал^илайт, гидрополимер, кумол и
др. Применение ароматических углеводородов в качестве высоко-
октановых добавок к бензинам увеличивает их антидетонацион-
ную стойкость на богатых смесях (при а = 0,55—0,65). В то же
время детонационная стойкость этих топлив прн коэфициентах
избытка воздуха, соответствующих максимальной мощности
(а = 0,85—0 87), не увеличивается.
Таким образом, решение вопроса повышения качества топлив
за счет увеличения содержания только ароматики—нельзя приз-
нать удачным.
§ 5. Высокооктановые компоненты
Изооктан, или 2,2,4-триметилпентан, получается ка-
талитической полимеризацией или алкилированием нефтяных га-
зов (С9 — С4).
Химически чистый изооктан применяется в качестве эталон-
ного топлива при определении октановых чисел на двигателе
Вокеша.
93-
Таблица 50
Физико-химические свойства изооктана
Наименование Уд. вес при 15°Ц Хими- ческая формула Темпе- ратура кипения, в °Ц Тепло- творная способ- ность и _ о о и U f- s й й Тепло- • емкость I Темпе- ратура застыва- ния Октано- вое число
Изооктаи . . . 0,695 С6Н1е + 99.3 11450 70 0,5 —116 1 100
В качестве высокооктановой добавки применяются техничес-
кие изооктаны, представляющие смеси изомеров. Октановое число
технических изооктанов 90—95 (рис. 32 и 33).
Рис. 32. Октановые числа смесей стооктанового изоок-
тана с бензинами при разном добавлении свинцовой
жидкости
/—смеси без добавления свинцовой жидкости, 2-*~ смеси с добавле-
нием свинцовой жидкости 0,75 см-’кг, 3—смеси с добавлением
свиИцовой жидкости 1,5 см'!кг, 4—смеси с добавлением свинцовой
жидкости 3,0 см91кг
Таблица 51
Физико-химическне свойства технического изооктана
Физико-химические свойства Изооктан
Октановое число, по методу GFR . Фракционный состав: 10% выкипает при температуре, в °Ц 50% „ „ „ , „ ... 90% Конец кипения, в °Ц Упругость паров, по Рейду, в мм рт.ст. . . . 93,0—94,0 98,8 107,7 122,2 168-171.1 97—112,4
94
Влияние добавки изооктана на повышение антидетонацион-
яЫх свойств топлива видно из рис. 32, 33.
1009080 10 60 50 60 30 20 10 0 %
бензина
Рис. 33. Октановые числа смесей бензина с раз-
ными изооктанами
/—иэооктан с октановым числом 100, 2—изооктан с окта-
новым числом 95, 3 — изооктан с октановым числом 90
Изопентан может быть извлечен из сырой нефти "или по-
лучен методом каталитической изомеризации. По теплотворной
способности, низкой температуре кипения и замерзания он очень
близок к легкому авиационному топливу.
Таблица 52
Физико-химические свойства изопентана
Наименование Химичес- | кая ] формула Удельный вес при 20°Ц Темпера- тура кипе- ния, в °Ц СиЮ О о Шя Е к О QJ га О <3 h Е К Скрытая теплота испарения, в кал!кг Теплоем- кость, в кал!кг °Ц Темпера- тура замер- зания, в °Ц Октановое число Упругость па- ров, по Рейду, при 3\8 °C, в К2\СМ*
Изопентан . . С5нв 0,632 28 11620 80 0,51 -158 90 1,43
При смешивании с бензином изопентан, кроме увеличения
октанового числа бензина, улучшает его испаряемость, то есть
Улучшает пусковые свойства. Хорошая чувствительность изопен-
тана к ТЭС дает возможность получить смеси с октановым чис-
лом 95—100 (рнс. 34).
Изопентан применяется для улучшения испаряемости смесей
изооктана с бензинами.
95
Таблица
Упругость паров тройных смесей: бензин, изооктан, изопентан
Состав топлива, в объемных %
Авиабензин | Изооктан | Изопентан
Упругость паров, по
Рейду, при 37,8°Ц.
в мм рт. ст.
38,0
37,2
36,4
35,7
31,9
34,1
207
300
398
491
594
688
100 90 SO 70 ВО 50 60 30 20 10 0 Вензин
СостаВ смесей В %
С
Рис. 34. Октановые числа смесей ^изопентана
с бензинами при разном добавлении ^свинцовой
жидкости
1—смеси без добавления свинцовой жидкости. 2—смеси
с добавлением свинцовой жидкости 0,?5 смМкг, 3—смеси с до-
бавлением свинцовой жидкости 1,5 см-Чкг, 4—смеси с добав-
лением свинцовой жидкости 3,0 смэ!кг
Неогексан, или 2,2-д иметилбут а"н, получается мето
дом термического алкилирования.
Габлица 54
Физико-химические свойства неогексана
Наименование о сх У о S.&. га S « £ X м 2 Удельный вес при 20°Ц Темпера- тура кипе- ния, в °Ц О • л Г, со 2 ье 1- с CJ-<. о о О Ч И « С КС у О га О Е- S о а Октановое число Упругость паров, по Рейду при 37,8 °Ц, в ! мм рт. ст.
Неогексан СвНм 0,655 46—54 11436 92 526
96
Хорошая приемистость к ТЭС и хорошая летучесть позво-
ляют при добавлении неогексана к бензину подучить топливо,
удовлетворяющее любым требованиям летучести и с высокой
антидетонационной стойкостью.
Триптан, или 2, 2, 3-триметилбутан. Сырьем для по-
лучения триптана служат побочные продукты крекинг- и рефор-
минг-процессов. При каталитическом синтезе побочных продук-
тов (конденсируемых газов) выход жидкой фракции составляет
90%, из которых на долю триптана приходится 5О°/о. Кроме
триптана синтезируются еще два углеводорода: 2,3-диметилбу-
тан и 2, 3-диметилпентан, которые также обладают высокими
антидетонационными свойствами (см. таблицу 55).
Антидетонационные качества триптана по методу 3-С соот-
ветствуют химически чистому изооктану плюс 1,83 см3 ТЭС на
галлон. Смеси триптана с 2, 3-днметилбутаиом (диизопропилом)
и 2, 3-диметилпентаном имеют октановое число около 112,5 еди-
ниц и обладают хорошей чувствительностью к ТЭС.
- Таблица 55
Свойства продуктов каталитического крекинга
Наименование продуктов Химичес- кая формула Удель- ный вес при 15°Ц Темпера- тура ки- пения, в °Ц Темпера- тура пла- вления, в °Ц Индекс рефрак- ции Октано- вое - число
2, 3-диметилбутан (диизопропил) . СцНи 0,6620 58 -128,8 1,3750 100
2, 2, 3-триметил- бутаи (триптан) C7Hj6 0,6901 80,8 —.25 1,3894 123
2, 3-диметилпен- тан С7Н]6 0,6944 89,7 — 1,3920 95
Бензин Гудри. Новый каталитический крекинг-процесс.
Разработанный Гудри в 1942 г., позволяет получать авиационные
топлива высокого качества. Сырьем для получения таких топ-
лив является нефтепродукт типа лигроина с удельным весом
0,814—0,826, выкипающий в интервале температур 182—238 °Ц.
Процесс получения бензина Гудри состоит из трех стадий
(таблица 56). Выход высококачественного бензина составляет 28%.
Кумол (изопропилбензол)—C9Hlt—получается каталитичес-
ким алкилированием бензола и пропилена. Относится к группе
ароматических углеводородов с развитой структурой. Благодаря
высоким антидетонацнонным свойствам, служит одной из осиов-
иых добавок к топливам сортов 130 и 150.
1 Авиационные топлива 97
Таблица
Физико-химические свойства 1 стадия: бензин ка- талитичес- кого крекинга 2 стадия: (вторичная обработка) Авиабензин после 3-х стадий обт работки
Удельный вес 0,756-0,765 0,752-0,760 0,743 1
Фракционный состав: 43,3-45.5 43,3-44,5
НК прн температуре, в °Ц . . 38
10% выкипает прн т-ре, в °Ц . 56,7-57,2 60 58,9
50% „ ., » » • 96,7—98,3 105 122.7
00% » » О В 145 142-149 131,1
КК при температуре, в °Ц 163.3-171.0 165,5—168,9 158,3
Упругость паров, по Рейду, в мм рт.ст. 325,7—455,0 351,6-402,3 • 367,1
А нт идете н анионные свойства: S-2 4- 3,5 S-2 + 10
по методу 3-С (с 4 мг ТЭС на галлон) . — мл ТЭС мл ТЭС
1-С , . , . . . 93,9-94,4 галлон 98.7—101,2 галлон 98,7
Содержание ароматических углеводо- 66
родов, в % (по объему) . . — 34-38
Таблица
Физико-химические свойства кумола
Наименование Хими- ческая формула Удель- ный вес при 15°Ц Темпера- тура кипения, в °Ц Примерная упругость паров при 37,8 ЛЦ, в мм рт.ст. Октано- вое число (мотор- ный метод) Анти дето- национная стойкость по методу 3-С (S—2 [ X) мл ТЭС/галлон
Кумол-изопро- пилбензол. . СрНц 0,8633 67 52 99,3 (S-2+20)
§ 6. Дизельные топлива
Авиационный двигатель, работающий по циклу Дизеля, обла-
дает рядом преимуществ, по сравнению с общераспространенными
двигателями, работающими по циклу Отто. Прежде всего, дви-
гатель, работающий по циклу Дизеля, потребляет более тя-
желые сорта топлива. Поэтому широкое внедрение дизелей
в авиацию значительно расширяет топливные ресурсы страны.
К тому же, удельный расход топлива довольно чувствительно
снижается (приблизительно на 25"/0), что дает возможность уве-
личить радиус действия самолета. Бензиновые двигатели потреб-
ляют 220—230 г на 1 л.с. в час, а дизельные —160—180 г.
Кроме того, к положительным сторонам двигателя дизеля
следует отнести отсутствие карбюратора, отсутствие системы

98
Рис. 35. Диаграмма идеального цикла
Дизеля
ажигания и, наконец, уменьшение пожарной опасности при
,,именении более тяжелого топлива.
Двигатель дизель более устойчив в работе, чем карбюратор-
ный двигатель. Вследствие уменьшения потерь на выхлопе, он
производит меньше шума, что также ценно для авиации.
С поднятием на высоту карбюраторный двигатель постепенно
снижает число оборотов, тогда как двигатель дизель повышает,
g отработанных газах двигатели дизеля почти совершенно от-
сутствует окись углерода, вследствие чего оии менее вредны,
нежели отработанные газы карбюраторного двигателя. Рабочий
процесс цикла Дизеля при работе
двигателя на 4-х тактах состоит
в следующем:
1-й такт—адиабатическое сжа-
тие чистого воздуха (диаграмма
на рис. 35, кривая 1—2) при ходе
поршня вверх;
2-й такт—подвод тепла Qi при
постоянном давлении (сгорание
топлива) — изобара (линия 2—3).
Затем —адиабатическое расши-
рение (кривая 3 — 4) при ходе
поршня вниз;
3-й такт — отвод тепла Q2 при
постоянном объеме — изохора
(линия 4—1), передача тепла ча-
стям двигателя, затем выхлоп от-
работанных газов при ходе пор-
шня вверх;
4-й такт—засасывание свежего воздуха при ходе поршня вниз.
Приведенная диаграмма отражает так называемый идеальный
цикл Дизеля. Но в действительности цикл в авиационных ди-
зелях отличается от приведенного выше цикла. Это отличие сво-
дится, главным образом, к тому, что в конце процесса адиабати-
ческого сжатия чистого воздуха происходит подвод части тепла
по изохоре. Поэтому фактически идеальным циклом авиацион-
ного дизеля следует считать цикл Сабате, теоретическая диаг-
рамма которого приведена на рис. 36.
В обоих циклах характерным является подвод тепла в изо-
барическом процессе. Это и отличает цикл так называемых ди-
зелей от карбюраторных двигателей работающих по циклу Отто.
Термический к.п.д. цикла Сабате составляет 60— 65%, что
значительно выше к.п.д. цикла Отто. Этим, главным образом,
и объясняется меньший удельный расход горючего двигателя
дизеля. Однако в действительности двигатель работает не точно
по диаграмме, так как есть ряд термических и механических
потерь, снижающих общий или эффективный к.п.д. двигателя.
Последний составляет обычно 35—40%.
99
Действительная диаграмма дизеля, снятая индикатором, прцЛ
ведена на рис. 37.
Топливо подается в цилиндр двигателя незадолго до оконча-
ния процесса сжатия свежего воздуха и воспламеняется в резуль-
Рис. 36. Диаграмма цикла Сабате Рис. 37. Действительная диаграмма
дизеля
тате воздействия на него высокой температуры н давления. Это
воспламенение происходит не мгновенно, а через некоторый
промежуток времени, который необходим для завершения хи-
мической подготовки
топлива к сгоранию,
то есть для разложе-
ния углеводородов то-
плива и образования
перекисей. Этот период
носит название перио-
да запаздывания вос-
пламенения (рис. 38).
Поэтому, для обеспе-
чения быстрого сгора-
ния топлива к послед-
нему предъявляется
требование — наличие:
большой способности
к образованию переки-
Рис. 38. Диаграмма сгорания дизельного топлива се^ В общем такому
требованию удовлетво-
ряют более тяжелые топлива. Этим и объясняется преимуще-
ственное применение тяжелых топлив для авиационных дизелей.
Химический сослав топлива, структура углеводородов, входя-
щих в него, оказывают большое влияние на период запаздывания
воспламенения. Ароматики и нафтены, имеющие кольцевую струк-
100
,,гру, отличаются большой стойкостью к образованию перок-
сидов; наоборот, парафины более склонны к образованию перок-
сид°в> а следовательно, и к воспламенению. Эта способность ярче
выражена у парафинов, обладающих большим удельным весом.
График на рис. 39 дает наглядную картину изменения периода
запаздывания воспламенения
зависимости от химического
состава топлива.
Из сказанного следует, что
дизельное топливо должно
яМеть в своем составе, по
возможности, больше парафи-
новых углеводородов и мень-
ше нафтеновых и ароматиче-
ских.
Как было указано выше,
топливо в цилиндрах двигате-
ля дизеля воспламеняется без
какого-либо источника пламе-
ни, само собою. Поэтому для
двигателя дизеля особенно
большое значение приобре-
тает температура самовоспла-
менения топлива. Исследова-
ния показали, что между хими-
ческой природой топлива и тем-
пературой самовоспламенения
изложенной выше для перио
Рис. 39. Зависимость периода запазды-
вания воспламенения от химического
состава топлива
существует связь, аналогичная
ia запаздывания воспламенения.
Таблица 58
Температура самовоспламенения топлив
и отдельных углеводородов
Наименование углеводорода нли топлива Температура само- воспламенения. в °Ц
Метан ...... 550 -700
Этан . , . ... - . 520-630
Этилен . . ... 500-519
Гексан 487
Бензол ... . 730
Бензин . . .... 470-530
Керосин .... ... 240-380
Газойль 255-270
Парафиновое масло .... 240
Углеводороды, обладающие более коротким периодом запаз-
дывания воспламенения, имеют более низкую температуру само-
воспламенения (парафины). Таблица 58 показывает эту зависи-
101
мость. Температуры самовоспламенения определялись путем вос-
пламенения порции топлива в струе кислорода при давлении в 1 ат.
На рабочий процесс двигателя дизеля немалое влияние-
оказывает также и закон подачи топлива в цилиндр, то есть-
зависимость количества впрыснутого форсункой топлива от угла
поворота коленчатого вала. При более интенсивной подаче
топлива сгорание происходит более интенсивно, нарастание давле-
ния совеошается быстрее, и сама величина максимального давле-
ния возрастает (рис. 38).
На рис. 38 представлена диаграмма работы двигателя, по оси
абсцисс отложены углы поворота коленчатого вала, а по'оси
ординат — давления в цилиндре двигателя. Кривые а и в выра-
жают закон подачи топлива и наложены на диаграмму. Из срав-
нения двух пар кривых мы видим, что
Рис. 40. Влияние опережения впрыска иа
период запаздывания воспламенения
в случае более интенсив-
ной подачи топлива (кри-
вая а идет круче кри-
вой в) нарастание давле-
ния происходит быстрее
(кривая А идет круче кри-
вой В), и сама величина
максимального давления
возрастает (кривая А), о—1
период запаздывания вое-'
пламенения.
Еще одним фактором,
влияющим на период за-
паздывания воспламене-
ния, и следовательно, па
весь рабочий процесс
двигателя является опе-
режение впрыска топлива. Влияние этого фактора выражается
графиком на рис. 40, где по оси абсцисс отложены углы опе-
режения впрыска, а по оси ординат — период запаздывания вос-
пламенения в градусах поворота коленчатого вала. Наивыгод-
нейшим углом будет тот, который соответствует минимуму
кривой запаздывания воспламенения. График получен проф. Т. М.
Мелькумовым на двигателе при 1600 об/мин и при постоянной'
температуре охлаждающей воды на входе н на выходе.
К топливу для авиационных дизелей предъявляются следую-,
щие требования:
1) Удельный вес топлива существенного значения для оценки
дизельного топлива не имеет, обычно он лежит в пределах 0,82—
— 0,88.
2) Вязкость топлива, по Энглеру: 1,5—2 при температуре 20°Ц.
3) Интервал температур начала кипения и полного испарения
не должен превышать 150°Ц. Начало кипения — около 20(Г, ис-
парение 60°/0 — около 300?. В качестве примера на рис. 41 при-
ведены кривые: фракционная разгонка керосина (кривая /), га-
102
Рис. 41. Кривые разгонки дизельных топлив
зойля (кривая 2) и солярового масла (кривая 3); по оси абсцисс
отложена температура нагревания в °Ц, а по оси ординат — ко-
личество выкипающих фракций в °/0 к исходному количеству
топлива.
4. Период задержки воспламенения топлива должен быть, по
возможности, меньше.
5. Топливо должно обладать хорошей смазывающей способ-
ностью.
6. Топливо не должно
собных засорять отвер-
стия форсунок.
7. Помимо того, к ди-
зельному топливу предъ-
является еще ряд требо-
ваний, как к любому
авиационному топливу.
Качество дизельного
топлива с точки зрении
его способности к вос-
пламенению обычно опре-
деляют методом непо-
средственной оценки его
по работе на опытном
образце двигателя. Исхо-
дя из подобных топлив,
была составлена эмпири-
ческая формула для оп-
ределения так называемо-
го дизельного индекса—
некоторого числа, характеризующего воспламенительную способ-
ность топлива в зависимости от удельного веса и анилиновой
точки. Чем выше этот индекс, тем меньше период запаздыва-
ния воспламенения и тем, следовательно, лучше топливо.
„ (Д.1,8+32)(141,5-131,5rf)
U 100</
где: D — дизельный индекс; Л—анилиновая точка; d{2 — удель-
ный вес.
Для определения и оценки воспламенительных свойств авиа-
ционного дизельного топлива чаще пользуются так называемым
цетеновым или цетановым числом. Это число показывает, сколько
°,'0 цетена или цетана содержится в эталонной смеси этих угле-
водородов с а-метилнафталином, обладающей одинаковым с
испытуемым топливом периодом запаздывания воспламенения
или одинаковой критической степенью сжатия.
Испытание производится на двигателе Вокеша с дизельной го-
ловкой. Данные двигателя; диаметр цилиндра — 82,6 мм,
юз
ход поршня—114 мм, число оборотов в минуту — 900, давле-
ние впрыска — ПО кг/см3.
Для определения цетанового числа или цетенового числа по
первому методу на двигателе, работающем на испытуемом топ-
ливе, замеряется период запаздывания воспламенения. При этом
угол опережения впрыска устанавливается в 1СГ. Затем при тех
же условиях подбирается эталонная смесь цетена или цетана с
а-метилнафталином, обладающая периодом запаздывания воспла-
менения, одинаковым с испытуемым топливом. Процент содер-
жания цетена или цетана в этой смеси носит название цетено-
вого или цетанового числа.
Рис. 42. Зависимость между цетено-
вым и цетановым числами
Рис. 43. Зависимость между цете-
новым числом и критической сте-
пенью сжатия
С точки зрения удобства определения свойств топлива оба ука-
занные углеводорода равноценны, но в настощее время приме-
няется, главным образом, цетан, ввиду его дешевизны и большей
доступности по сравнению с цетеном.
Цетановое число для одного и того же топлива всегда полу-
чается несколько меньше цетенового. График (рис. 42) показы-
вает эту зависимость.
Для оценки свойств топлива по второму методу на двигателе
определяют минимальную или так называемую „критическую" сте-
пень сжатия, при которой еще происходит воспламенение топ-
лива. Этого можно достигнуть непосредственным уменьшением
степени сжатия до момента прекращения вспышек, однако луч-
ших результатов добиваются следующим образом. Вращают дви-
гатель прн помощи электромотора и постепенно увеличивают
104
степень сжатия до момента появления вспышки. Угол опереже-
ния впрыска устанавливается 12°. Первый способ неудобен тем.
Рис. 44. Вторичные эталонные
топлива
Цетеновое число
Рис. 45. Зависимость между це-
геновым числом и дизельным
индексом
что тепловой режим двигателя при переходе от работы со вспыш-
ками к работе без вспышек становится весьма неустойчивым, что
снижает достоверность результатов.
Габдица 69
Авиационное дизельное топливо
Физнко-химнческие свойства ВТ У 161 — 44
Цетановое число, не менее Дизельный индекс, не менее Фракционный состав: а) 5% перегоняется при т-ре°Ц, ие выше б) 90% , . ... ») 97%. . . Вязкость при 20°Ц, в градусах Энглера . . Т-ра застывания в °Ц, не выше . „ помутнения в °Ц, не выше . Кокса в %, не более . . Золы в %, не более Серы в %, ие более . . Сероводорода Кислотность в КОН на 100 мл топлива, ие более .... Водорастворимых кислот и щелочей Воды Механических примесей Т-ра вспышки, по Мартенс-Ленскому, в °Ц, не ниже . . . Удельный вес d^° . . - ..... 40 45 200 <305 340 1.15—1,5 —55 —45 0,1 0,005 0,2 отсутствие 5,0 отсутствие 28 0,825-0855
105
Оценка качества топлива по методу критической степени сжа.|
тия производится также путем сравнения с эталонной смесью'
состоящей из цетана и о-метилнафталина. На рис. 43 (стр. 104)1
помещен график зависимости цетенового числа от критической '
степени сжатия.
В качестве эталонной смеси применяются и другие смеси 1
например, смесь сураханского газойля с тяжелой балаханской со-
ляркой. При этом числа получаются, конечно, другие, и для пе-
ревода их в цетеновые необходимо иметь график перехода от'
одной эталонной смеси к другой. Такой график приведен на
рис. 44 (стр. 105).
Для сравнения двух критериев оценки качества дизельного
топлива — цетенового числа и дизельного индекса — может слу-
жить график, показанный на рис. 45 (стр. 105).
В заключение приводим характеристику отечественных топ-1
лив для авиационных дизелей и требования ГОСТа на дизельные
топлива (таблица 59).
ГЛАВА VIII
ТОПЛИВА ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
§ 1. Типы реактивных двигателей
Двигатели реактивного действия можно разделить на две I
группы: 1) воздушно-реактивные двигатели (ВРД) и 2) жид-.!
костно-реактивные двигатели (ЖРД).
Для сгорания топлива в воздушно-реактивных двигателях ис-1
пользуется кислород воздуха, поэтому работа двигателя зави- I
сит от высоты полета.
Процесс сгорания в ЖРД обеспечивается за счет кислорода,
содержащегося в различных окислителях, которые, как и горю- 1
чая часть топлива, должны находиться на самолете или другом 1
летательном аппарате. В силу ряда причин окислитель, как и го- J
рючее, выгодно возить только вх жидком состоянии (большой
удельный вес, малые удельные объемы). Поэтому двигатели I
эти и называются жидкостно-реактивными. К этой группе двига- I
телей можно отнести также различные аппараты, процесс горе- !
ния в которых не зависит от окружающей аппарат атмосферы, '
например, летающие снаряды, самолеты-снаряды и другие, ис-
пользующие для создания реактивной силы некоторые соедине-
ния, которые, кроме горючей части, содержат кислород и при
обычной температуре являются твердыми телами или жидкостями.
В качестве топлива для ВРД широкое применение получили
керосины как продукты, обеспечивающие более или менее на-
дежную работу воздушно-реактивного двигателя. Под топливом
106
7КРД будем понимать смесь, состоящую из горючей части
^окислителя, при взаимодействии которых и развивается мощ-
и й тепловой эффект, используемый для создания необходи-
мой реактивной тяги.
h Компоненты топлива для ЖРД могут храниться и подаваться
в камеру сгорания раздельно (в случае самовоспламеняющихся
смесей), или могут храниться и подаваться в камеру сгорания
в смешанном состоянии. Преимущества и недостатки тех или
иных композиций топлив будут указаны ниже-
§ 2. Топлива для воздушно-реактивных двигателей
Как уже указывалось, керосины получили широкое примене-
ние в качестве топлива для воздушно-реактивных двигателей
всех схем. Обеспечивая нормальную работу ВРД, керосины,
вместе с тем, не могут быть признаны вполне удачными топли-
вами.
Таблица 60
Тракторный керосин
Физико-химические свойства керосина Первый Второй
сорт сорт
Фракционный состав:
Выкипание, в % до 200°, не менее . .... 10 20
, в % до 270’, „ ... 80 80
, в % до 300', . , 98 —
. в % до 315', , , ...... — 93
Октановое число, не менее . . 40 40
Органическая кислотность, в мг КОН на 100 мл.
не более ... . . ... 4 5 Л ,5
Испытание на медную пластину выдерживает
Водо раствори тельные кислоты и щелочи . . . отсутствуют
Механические примеси .... тоже
Вода . . т □же
Цвет, по Штаммеру, не темнее (марок) . « 4.5 4,5
Золы, %, не более 0,005 0,005
Температура вспышки, по Абель-Пенскому,
в "Ц, не ниже . .
К недостаткам керосинов следует отнести плохую испаряе-
мость, вследствие чего запуск ВРД на керосине невозможен.
Необходимость применять специальные пусковые топлива (бен-
зины) усложняет конструкцию и эксплоатацию ВРД. Плохая
107
испаряемость снижает ценность керосина как топлива при ра.
боте двигателя на высоте. Керосины, применяемые в качестве)
топлива для ВРД, обладают теплотворной способностью в сред,
нем около 11000 ккал (высшей). Теплота испарения составляет
около 1°/0 от высшей теплотворности.
По остальным константам керосины должны удовлетворять
требованиям, указанным в таблице 60.
Указанные керосины первого и второго сорта являются про-
дуктами прямой перегонки, нефтей, главным образом, Бакинского
района.
§ 3. Топлива для жидкостно-реактивных двигателей
Топлива для ЖРД можно разбить на две группы: 1) одно-
компонентные и 2) многокомпонентные.
Однокомпонентные топлива — это химические соединения или
смеси, содержащие в себе кислород в количествах, достаточных!
для сгорания горючей части. К этой группе топлив относятся
также смеси, состоящие из других элементов, которые, всту-1
пая во взаимодействие при определенных условиях, выделяют
тепловую энергию.
Многокомпонентные топлива—это топлива, состоящие из не-
скольких компонентов, причем компоненты, как правило, по-
даются в камеру сгорания раздельно. Эта группа топлив, и осо-
бенно некоторые ее представители, получили широкое практи-
ческое применение.
ОДНОКОМПОНЕНТНЫЕ ТОПЛИВА
Твердый однокомпонентные топлива. Типичным
членом этого ряда топлив является порох. В результате
многочисленных исследований область применения пороха вполне
определилась. Порох- применяется для различного рода снаря-
дов, мин, катапульт, ускорителей и прочих вспомогательных це-
лей. Порох обладает низкой теплотворностью, порядка 800—900
ккал) кг.
К недостаткам пороха как топлива следует также отнести
невозможность эффективно регулировать процесс сгорания.
Время горения пороховых зарядов зависит от величин заряда
и исчисляется иногда долей секунды. Импульс ®, развиваемый
пороховыми зарядами, может достигать больших значений (до
13 000 кг/сек), что и позволило применить порох в качестве топлива
для аппаратов и устройств одноразового действия, указанных
выше.
* Импульс силы равен произведению силы на время и равен количеству
движения; Pt-mv. Размерность импульса силы—кг/сек.
108
е пороха в качестве твердых топлив также были испро-
КР другие соединения: азотнокислый гидразин, полисуль-
бова,1ЬхлОрНОКИСЛЫй аммоний, пикриновокислый аммоний с ка-
Ф11Л'Ь’’1-1 селитрой, соединения бериллия, лития и др. Из всех
ли1™ видов твердого топлива наиболее удачным и имеющим
этН* еКТИву широкого примененя является хлорнокислый аммо-
пе£ Исследования, проведенные фирмой „Aerojet Engineering
rori> показали, что это топливо в 8—10 раз лучше других ви-
ов твердого топлива. Недостатком его следует считать выде-
л иие большого количества дыма в процессе сгорания, что
Лбъясняется резиновой основой этого топлива.
° Хорошая изученность твердых топлив, отсутствие затрудне-
ний при транспортировке и хранении выгодно отличают их от
других видов топлив для РД.
жидкие однокомпонентные т о п л и в а обладают не-
которыми преимуществами по сравнению с порох,ом и другими
твердыми топливами: 1) время сгорания этого топлива может
быть очень большим и зависит как от секундного расхода, так
и от емкости баков; так как окисляющий элемент очень тонко
перемешан с горючей частью топлива, потери за счет неполноты
сгорания могут быть сведены к минимуму; 2) конструкция двига-
теля для сжигания жидких однокомпонентных топлив очень
проста, так как в камеру сгорания подается один продукт, что
исключает необходимость устройства сложных регулирующих
агрегатов, как в случае подачи нескольких компонентов.
К недостаткам жидких однокомпонентных топлив следует
отнести:
1) опасность переброски пламени из камеры сгорания по пи-
тающим магистралям к топливным бакам, если жидкие одноком-
понентные топлива легко воспламеняемы. Этот недостаток может
быть устранен применением таких композиций, которые перед
воспламенением в камере сгорания должны пройти подготови-
тельную стадию, требующую значительной затраты энергии (на-
пример, вещества с большой теплотой разложения, большой
скрытой теплотой парообразования и т. д.);
2) возможность расслаивания топлива, что, естественно, будет
нарушать нормальную работу двигателя;
3) соотношение окисляемого и окисляющего компонента для
данной смеси—постоянно поэтому режим работы камеры сгора-
ния регулируется только изменением количества подаваемого
топлива.
Жидкие однокомпонентные топлива использовались для аппа-
ратов однократного действия, но, благодаря наличию ценных
положительных качеств, при отыскании соответствующих ком-
позиций они не лишены интереса как топлива для ЖРД, уста-
навливаемых на летательных аппаратах. Примером жидкого
Однокомпонентного топлива является „смесь Диверса + нитрат
аммония".
109
МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ ТОПЛИВА
Топлива, один из компонентов которых — твер-
дое вещество. Твердым веществом чаще всего бывает горю-
чая часть, в то время как окислитель — жидкость. Примером
такого топлива может служить композиция: электродный
уголь — закись азота. Непродолжительность горения, которая
обусловлена ограниченными запасами горючей части топлива,
закладываемого непосредственно в камеру сгорания, сложность
конструкции и обслуживания двигателей делает такое топливо
непригодный Для полетов с РД.
Топлива, все компоненты к о т о р ы х—ж ид к и е. Эти
топлива, в силу многих положительных качеств, широко при-
меняются в настоящее время и имеют перспективу широкого
применения в будущем. Топлива этой группы позволяют регули-
ровать режим работы двигателя в довольно широких пределах,
так как процесс сгорания этих топлив вполне управляем.
Топлива, все компоненты которых—жидкие вещества, делятся
на два класса: а) несамовоспламеняющиеся и б) самовоспламе-
няющиеся. Класс несамовоспламеняющихся топлив требует для
воспламенения устройства довольно сложных приспособлений за-
жигания.
Преимущества и недостатки самовоспламеняющихся и несамо-
воспламеня1ощихся композиций будут даны более подробно ниже,
при описании конкретных продуктов.
ТРЕБОВАНИЯ К ТОПЛИВАМ
Требрвария, которым должны отвечать жидкие многокомпо-
нентные топлива, подразделяются на: термодинамические
(теплота горения, газообразование, температура сгорания и др.);
физико-химические (температура кипения, температура за-
стывания, упругость паров, вязкость, удельный вес, стабильность,
коррозийность, индукционный период и др.); общие (стои-
мость, возможность производства в больших количествах).
§ 4. Термодинамические свойства топлив для ЖРД
ТЕПЛОТВОРНОСТЬ
Топливо Для ЖРД должно обладать возможно большим за-
пасом термохимической энергии. Запас термохимической энергии,
которая может быть использована для создания реактивной силы,
оценивается по теплотворной способности или теплотворности
топлива (горючего и окислителя).
Определить теплотворность топлива непосредственно калори-
метрическим измерением трудно, а иногда, и невозможно. Тепло-
творность смеси горючего и окислителя можно легко рассчи-
тать, пользуясь известными положениями термохимии.
ПО
Закон Гесса, или закон постоянства сумм тепла, может быть
.формулирован следующим образом: „Количество тепла,
оделяющегося при химических процессах, за-
висит только от начального и конечного состоя-
ли системы тел, которые участвовали в этих
процессах". Другими словами, количество тепла, которое
выделяется во время химической реакции между горючим
и окислителем, равно разности теплоты образования продуктов
горения и теплоты образования компонентов топлива (то есть го-
рючего и окислителя).
Обозначим молекулярную реакцию горения произвольного
топлива, состоящего из любого количества компонентов:
т^А + т2В + msC +... ->-n1a+nsb + nsc +..., (1)
где: А, В, С... — молекулы реагирующих компонентов; т„ т2,
т3... — относительные количества реагирующих компонентов;
av di, «3... — молекулы продуктов, образовавшихся в результате
реакции; га3, п3... —относительные количества молекул про-
дуктов реакции.
Если обозначить через qv q2, qs... теплоты образования из
элементов молекул, вступающих в реакцию, а через qt', q2, q3'...
теплоты образования из элементов конечных продуктов реакции,
то молекулярная теплотворность топлива, на основании закона
Гесса, определится по уравнению:
Нт = + 02% + 0з% +...)-
—+ q,m2 + q3ms +...) ккал. (2)
Так как процесс сгорания в камере ЖРД осуществляется
при p=const, то теплоту образования соединений необходимо
брать при р = const.
Температура продуктов сгорания на выходе из реактивного
сопла выше температуры конденсации водяных паров, поэтому
часть тепла уносится с водяными парами и не может быть ис-
пользована для превращения в работу. Учитывая скрытую
теплоту парообразования воды и переходя от молекулярных ко-
личеств компонентов топлива к одному килограмму топлива, по-
лучим формулу для определения низшей теплотворной способ-
ности 1 кг топлива:
/4 = ^-10s ккал, кг, (3)
“ Гот ' '
где: Ни — низшая теплотворность 1 кг топлива; Нт — низшая мо-
лекулярная теплотворность топлива; Г/га— суммарный молеку- *
лярный вес топлива.
Разберем конкретные задачи:
Задача 1. Требуется определить теплотворность смеси, состоящей нз
ГООо/0 азотной кислоты и соединения типа СлНрО„.
111
Решение. Молекулярная реакция горения при стехиометриЧес
соотношении компонентов может быть записана:
nHNOo + CXHVOZ СО2 + 4 (п + у) Н2О + 1Я
где п — количество молекул азотной кислоты, теоретически необходимое дп I
полного окисления элементов одно’го моля горючей части топлива. е
Это теоретически необходимое количество молекул кислоты очень легкг !
определяется при условии полного сгорания горючей части топлива*:
2х+0,5_у — z
" = 2^ ~ ’ (5) |
где: х — количество атомов углерода, содержащегося в молекуле горючей ча 1
сти и подлежащего окислению в СО2; у — количество атомов водорода, содер. I
жащегося в молекуле горючей части и подлежащего окислению в воду; z-~
количество атомов кислорода, в молекуле горючей части; 2,5 — количество!
атомов свободного кислорода в молекуле HNO3.
Молекулярная теплопроводность определяется из уравнения (по закону ГессаЯ
Нт=[^СО,+ Т<« + J') ?Hso]~ [n?HNO, +ч“’р] ккал‘
и
где: 0СОа — теплота образования углекислого газа; 0 — теплота образования I
воды (низшая); ^HNOa —теплота образования азотиой кислоты (окислителя);
Ягор — теплота образования горючей части.
Задача 2. Требуется определить теплотворность топлива, состоящего нз
100% азотной кислоты и нитробензола (при условии полного сгорания нитро-
бензола в азотной кислоте).
Решение. Пользуясь формулой (5), определяем коэфициент при окисли- ]
теле:
2-6+0,5-5-2 _
,г_ 2Б _5.
Тогда уравнение сгорания будет иметь вид:
5HNO3+C6H5NO2 -> 6СО2+5^0 + 3N2,
и молекулярная теплотворность будет;
Нт = (6.94,4 + 5 • 57,8) — (5 • 42,4 — 1,8)=645 ккал,
где:
9со,= 94,4 ккал!грмоль\ = 57,8 ккал}грмолъ\ ^hno3 ~ #2,4 ккал/грмоль;д
Ягор = —1,8 ккал}гр моль.
Низшую теплотворность определим nd формуле (3)
Нт 645
н„ = ЮЗ = 123-103 « 1470 ккал/кг.
Объемная теплотворность, или теплотворность единицы объема,
позволяет сравнивать различные топлива, так как запас термохи-
* Составляя уравнение баланса кислорода для правой и левой части хи-
мического уравнения (4), получим:
п+у 2X1 0,5у — г
on + Z = 2х + —ц—, откуда п ------j-g-----•
112
рской энергии в топливе с большей объемной теплотворно-
**и^ больше запаса термохимической энергии топлива с мень-
сй объемной теплотворностью (при том же объеме топлива).
016Такой метод расчета теплотворпЪсти топлива пригоден, если
качестве горючей части применяются индивидуальные углево-
В поды известного состава, выражаемого химическими форму-
Аями. Если же горючая часть топлива представляет из себя смесь
оазличных углеводородов, выразить которые одной химической
Формулой невозможно, то такой метод расчета непригоден.,
правда, зная элементарный химический состав сложного горю-
qero, можно воспользоваться условной формулой:
С —Н-О
а в с
где: А,В,С—процентное содержание элементов в топливе повесу;
а,в,с — атомные веса элементов.
(7)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТВОРНОСТИ ТОПЛИВА ПО ТЕПЛОТЕ ГОРЕНИЯ ГОРЮЧЕЙ ЧАСТИ
Теплота образования органического соединения обычно вычи-
сляется по теплоте горения:
Qo6p Qcoedun»
где: Qo6p — теплота образования соединения; SQM£J,— теплота сго-
рания элементов; QcoeilllH — теплота сгорания соединения.
Например: ацетилен (С,Н2), сгорая при р = const, выделяет
312,4 ккал/грмоль. Теплота сгорания элементов:
2С + 2Н = 188,54 + 68,31 =256,8.
Тогда теплота образования ацетилена из элементов:
Qqh, = 256,8 — 312,4 = — 55,6 ккал/грмоль.
Поэтому для определения Ни топлива можно пользоваться
теплотой горения горючей части топлива в кислороде.
Если в качестве окислителя используется азотная кислота или
перекись водорода, то общие расчетные формулы будут иметь
вид:
nHNOs + СлН/)г-^хСО2 + -|(га+>)Н2О + ^и№ ; (8)
«1Н2Оа + СхНлО2-»хСОг + + М; j НаО ; (9)
л=^+^5^; (Ю)
8
Авиационные топлива
113
2х + 0,5v—z
П1~ 1 ’ (1
Um HN03 = (Qcoea + 0,5/^H"o) [«9HNO3 +0,5>(?h°O ~
— ?що)] ккал' (1
Нтнао2 = (Q„rf+ rai?H10) 1«1?На03 + 0,5X?H’sO - I j
- ?щоМ ккал> (I
где: Qcoed — теплота горения углеводорода
Qfotd--^Q^eM Qogp, (1
^н2о — 9н2о)= 6М — 57,8 = 10,6 ккал/грмоль.
Скрытая теплота парообразования одного граммоля воды учит,
вается потому, что теплота горения углеводорода дана при уел
вии, что продукты сгорания находятся при нормальной темпер
туре, при которой вода — жидкость.
Затем, по формуле (3), переходим к определению теплотво
ности 1 кг топлива.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТВОРНОСТИ ТОПЛИВА ПО ТЕПЛОТВОРНОСТИ
ГОРЮЧЕЙ ЧАСТИ
Если в качестве горючей части топлива применяются продукт
типа бензина и керосина, представляющие сложную смесь угж
водородов, то для определения теплотворности топлива лучш
всего воспользоваться теплотворностью продукта, входящ<
составной частью топлива для ЖРД.
Теплотворности различных горючих легко определяются
калориметрическим путем или по эмпирическим формулам
Менделеева, Дюлонга, Коновалова и др. Методика определений
теплотворности топлива по теплотворности горючей части
топлива освещена в работе Ваничева и Кнорре „Обобщенные
расчетные формулы газового анализа" и состоит в следующем,
Если допустить, что окислитель обладает собственной тепло-
творностью, то теплотворность топлива (смеси горючего
окислителя) будет равна:
Н = — \ккал/кг,
1+Haiti
(16)
где: Кг — теплотворность горючей части;. Ко — теплотворность
окислителя; nmin—теоретически необходимое количество окисли-)
теля для полного сгорания горючего.
Из этого выражения можно выяснить влияние окислителя
на теплотворность топлива. С одной стороны, окислитель уве-
личивает теплотворность топлива, участвуя своей тепло-
творностью Ко, а, с другой стороны, уменьшает, снижая
114
ание горючих компонентов в топливе. Следовательно,
соДеР^ыгодными окислителями будут такие, которые содержат
более,₽ водорода и не содержат таких инертных элементов,
каВТеоретически необходимое количество окислителя легко
пмеляется по формуле:
опрсд п
<Anin
/ипш — >
^своб
(17)
Wmin—теоретически необходимое количество окислителя;
р?. —теоретически необходимое количество кислорода; О„о6 —
о°личество свободного кислорода в окислителе.
К Пользуясь основными стехиометрическими формулами полного
горения, определяем Omjn и Оеео^.
О
* ОШ1П = 4-С,+8Н, —О/, - (18)
О
запас свободного кислорода в окислителе:
О»об=0<>—2"СО+8НО, (19)
где: С„ Со—процент углерода в горючем и окислителе по весу;
Н,, Но —процент водорода в горючем и окислителе по весу;
Оо—процент кислорода в окислителе.
Тогда
Асг+8Нг-О,
Л ml г. —• о (26)
° Со+8Н-Оо
о
Перестановка в знаменателе сделана для придания формуле
симметричности.
Обозначим теплотворности горючей составляющей и окис-
лителя соответственно:
Кг=КеСг + ^Нг-Е<21]
^=Kcc0+KMH0-EQ0 Г
где: С„ Со, Н?, Но—весовое количество углерода и водорода в
горючем и окислителе, в %; Кс, Кн—теплота горения углерода и
водорода; EQ,, EQ„—теплоты образования горючего и окислителя.
Подставляя в формулу (16) значения К) и получим
окончательную формулу для определения теплотворности
топлива:
__ Кс(Сг + ZtminCp) 4 Я„(Нг + KniinHp)—(EQm + /ZmlnEQo) (22)
1 4" Лппп
8*
115
Теплотворность при сгорании керосина в различных окисли
телях, определенная по формуле (22), приводится в таблице 61
Таблица
Влияние качества окислителя иа теплотворность топлива
Топливо Окислитель Zimin Н
Керосин Воздух — 14,8 686
Кг~ 10826 Азотная кислота . . 674 5,4 1 600
Нг-14,4°/0 Перекись водорода . 1308 7,3 1930
С, = 85,6% Кислород — 3,43 2450
Таким образом, на теплотворность топлива оказывают влияни!
Лгп1п, Qo И Но*
Для технических целей удобнее пользоваться формулой, ;
которую входит низшая теплотворность горючего:
н _^н+Пш1п{81Со + 289Н0-EQo)
1+^Гп
где: —низшая теплотворность горючего; Со, Но—содержание!
углерода и водорода в окислителе, в % по весу,
Задача 3. Требуется определить низшую теплотворность для топлива
„керосин + HNOS‘.
Решение. Элементарный состав керосина С=85,6%,Н=14,4%; К” =
=10800 ккал/кг; азотная кислота содержит Н2=1,59'|/0, О2=76,2% (повесу)»
SQO = 674 ккал/кг.
-у 0,856 -)-8-0,144
Пт in—— —-----------------~ 5,4;'
-у- О + 8-0.0159—0,762
10 800 + 5,4(81,0 + 289-1,59 - 674)
На =------------------------------— X 1 350 ккал/кг.
Прн содержании в горючем и окислителе влаги, что особенно справедливо
для окислителей типа HNO8 и Н2О2, теплотворность может быть определена
по формуле:
Я+г(—(55^- )-б (9Нг - Wy+Bmln [в1С0+289НО-VQB ( -
Ня= -----------------------------j-j-JL----------------------------1
-(6 + -юо)^] (24>
-------г-?-----ккал!кг,
1 4- Zimin
где: Wo— содержание влаги в горючем и окислителе, в % по весу;
К*сг—высшая теплотворность обезвоженного горючего; Qp— днференциальиая
теплота растворения влаги в окислителе при ее нулевой концентрации, &
ккал/кг (дается в таблицах).
116
. ЗНАЧЕНИЕ ТЕПЛОТВОРНОСТИ ТОПЛИВА
Теплотворность топлива для ЖРД играет исключительно
ЕаЖнУю Роль- Чем выше теплотворность топлива, тем больше
сг0 работоспособность.
Полагая, что потенциальная энергия топлива превращается
в кинетическую энергию продуктов сгорания, получим *:
и = 91,53]А)е/7и м1сек, (25)
где: и—скорость истечения газов; —коэфициент тепловыделе-
ния; Ни— низшая теплотворность топлива;
р = 9,33кг, (26)
где р—тяга, развиваемая ЖРД при сжигании 1 кг топлива.
Таким образом, чем выше теплотворность топлива, тем больше
скорость истечения продуктов сгорания и удельная реактивная
сила, и, следовательно, больше скорость и дальность реактивного
самолета.
§ 5. Объем продуктов горения
4
Объем продуктов сгорания при £ = 0°Ц и р = 760мм рт. ст.
может быть определен на основании закона Авогадро-Жерара.
Согласно этому закону, • граммолекулы газообразных веществ при
одинаковых температуре и давлении занимают одинаковые
объемы (22,42 л).
Если реакция 'горения в общем случае имеет вид: /П]А +
+тгВ+. ,.-^п,а + nJ) ..., где: А, 5 —вещества, вступающие
в реакцию горения; ти тг — относительные количества реаги-
рующих веществ; а, Ь — продукты горения; пх, п,—относительные
количества продуктов горения, то при сгорании У\т топлива
объем продуктов горения, (V^) при t=(f и р — 760 мм рт. ст.
и при стехиометрическом отношении компонентов, составит:
Vm = 22,42 (н,+п2 +... ив) л, (27)
и объем продуктов сгорания для 1 кг топлива будет:
VB = ^Ю3 л!кг, (28)
где Em—молекулярный вес топлива.
* Если предположить, что реактивная сила р создается за счет кине-
тической энергии продуктов сгорания, то, иа основании равенства импульса
ти
силы количеству движения, реактивная сила определяется p=~j~ - Скорость
истечения может быть найдена при условии, что потенциальная энергия
mu3 г Т _
топлива превращается в кинетическую энергию: —у\епиЕи; отсюда и=
=91,53]/V47
117
Определенный таким образом объем продуктов сгорания мо-
жет быть использован для сравнения различных топлив по их
газообразованию. Действительный объем продуктов сгорания
определяется по известным формулам, учитывающим температуру
и давление.
Зная газообразование Vu, легко определить газовую постоян-
ную продуктов горения:
Р273 10 3
(2э;
Подстанляя значение р0== 10 330 кг/м9, получим:
R=0,0378 V„ кгм/°Ц.
(30)
Умножая правую и леную часть уравнения (30) на темпера-
туру Т и условившись называть произведение RT работоспособ-
ностью топлива, будем иметь:

ЯГ =0,0378 VUT.
Так как использонаиие топлив, развивающих при сгорании
высокие температуры, затруднительно, а иногда и невозможно,
необходимо стремиться, чтобы топлино обладало наибольшей ра-
ботоспособностью при наименьших температурах сгорания. Таким
образом, большое газообразонание и связанное с ним большое
значение газовой постоянной являются ценными качествами топ-
лива.

Задача 4. Требуется определить газообразование при сгорании топ-
лива C6H6NO2 + HN О3.
Р еш[ение. Общее уравнение сгорания: п HNOS + CBH6NO2 где:
2.6 з 0,5.5—2 ,
2?5-------"5‘
Тогда:
5 HNOB I C6HsNO.z-->6CO24- 5H2O + 3Ne;
Vm - 22,42(6 + 5 + 3) - 339 л;
Vn - 1°з- 775л/кг
э • ou +1 zu
Газовая постоянная продуктов сгорания будет равна:
Р - 0,0378-775 ~ 29,3 кгм/°Ц.
§ 6. Температура горения
Величина температуры горения является одной из основных
характеристик топлива. По величине температуры горения можно
судить о пригодности топлива того или иного состава; от нее за-
висит выбор материалов, конструкции и режима работы двига-
118
теля. Желательны топлива, развивающие наименьшие темпера-
туры горения при той же теплотворности.
Величина действительной температуры горения зависит от
целого ряда причин. Поэтому для сравнения различных топлив
удобно пользоваться идеальной температурой горения.
Для того, чтобы такая температура являлась характеристикой
топлива и зависела только от свойств горючего и окислителя,
условимся: 1) горючее и окислитель поступают в процесс с тем-
пературой 0°Ц; 2) количество окислителя соответствует мини-
мально теоретически необходимому (а = 1); 3) горение происхо-
дит мгновенно до полного окисления: С + О2—»СО2;Н2+^О2—♦ Н2О ;
4) водород, сгорая, образует воду, которая находится н паро-
образном состоянии. Поэтому будем учитывать низшую теплоту
образования воды (^Н"О = 57,8 ккал!грмоль)\ 5)все тепло, выде-
ленное при сгорании, сообщается продуктам горения и идет
только на повышение температуры.
Тогда мы можем записать равенство
1000Нт = ЪП£прЬ, (31)
где: Ей;—число образующихся молекул в уравнении реакции окис-
ления; Стр—средняя молекулярная теплоемкость при р = const;
t—искомая температура, в °Ц.
Зависимость теплоемкости от температуры обычно Ьыра-
жаетси:
Стр—аь + (32)
Подставляя значение теплоемкости н уравнение (31), получим:
1 000 Нт = [п, (а, + b,t + Cji2)+/г2 (а2+bj + c2t)+n1(al + b-f+
+ c^’)]f. (33)
Обозначим:
Wlfll+n2fi2 + • • • nfli = A
tiibi + «2^2+n3b3 + . ..rtjbi — B
+^a24-/r3c34- ...^^=0.
Тогда уравнение (33) примет вид:
1000H/n—At + Bt2+Ct3,
или окончательно:
A t+В?+С1? - 1 000 Нт = 0. (34)
Решая кубическое уравнение относительно t, определяем иско-
мую температуру.
Для менее точных расчетов можно воспользоваться первыми
119
.Двумя членами уравнения (32). Тогда температура определится
как один из корней квадратного уравнения:
-4+У4а+4В 1000/4,
t— 2jg • (+»)
Зависимость молекулярной теплоемкости от температуры
дается н таблице 62.
Таблица 62
Зависимость теплоемкости от температуры
для различных газов
(в интервале температур 0—tc)
Газы Стр
Одноатомные . . . 4,98
Постоянные двухатомные ... 6,8 i 0,000451
Углекислый газ....................... 11,0 i 0,00053т
Водяной пар. . . . 6,01 0.00215T
Приведенные зависимости теплоемкостей от температуры наи*
более достоверны для температур порядка 1 ЗОСТ—3000°Ц.
Зависимость теплоемкости от температуры для трехатомных
газов лучше выражать различными формулами, это позволяет по-
лучать более точные знач/йия температур*.
Задача 5. Требуется определить идеальную температуру горения
керосина в азотнор кислоте. Состав керосина: С - 85%, Н2 = 16%; низшая
теплотворность Qu 10 400 ккал/кг.
Решение. Условная формула керосина: С Н или С7>1 Н1б. Реакция
горения керосина в азотной кислоте:
„=у±«=8.7;
8,7HNO3 I С2,1Н15-у7,1СО2 +11,85 Н2О + 4,35NS.
Теплота горения условной молекулы керосина:
10 400-100 ' _
----- - — - 1 040 ккал.
1000
Молекулярная теплотворность топлива .керосин 4- HNO3“:
Нт - 1040 + 4,35-57,8-8,7-42,4 = 924 фал.
Пользуясь таблицей 62, определяем значение коэфициентов А и В:
А - 7,1-11 +11,85-6,0 + 4,35-6,8 ~ 178,7;
В - 7,1-0,00053 + 11,85-0,00215 4- 4,35-0,00045 ~0,031.
* А Н Бродский, Физическая химия, т. I,Госхимиздат, 1944
120
Температура горения:
t = ->78,7 +7)5 + 4-0,031-1000.924 ~ „ 3OOC]J
2-0,031 ''' '
Действительная температура горения керосина в HNO3 с учетом диссоциа-
ции, неполноты горения и других потерь тепла будет, конечно, меньше-
§ 7. Физико-химические свойства топлив для жидкостно-
реактивных двигателей
УДЕЛЬНЫЙ ВЕС
Удельный нес топлива является весьма важным свойством
топлива. От величины удельного веса топлива зависит емкость
и вес топливвых бакон, трубопроводов, устройств, подающих
топливо, и т. д. Чем выше удельный вес топлива, тем топливо
ценнее. Удельный вес топлива зависит от удельных весов и со-
отношения компонентов в топливе.
Для эксплоатации топлива теплотворность единицы объема
имеет большее значение, чем теплотворность единицы веса.
Поэтому некоторые вещества, обладая высокими теплотвор-
ностями единицы веса, оказываются малопригодными или совсем
непригодными н качестве компонентов топлива, так как имеют
низкий удельный вес, то есть большой удельный объем. К таким
веществам следует отнести, прежде всего, сжиженные газы (ме-
тан, водород, ацетилен и др.)
Удельный вес*гоплива определяется по формуле:
^1Т1 + 6ат8 + ...
где; ЬгЬг ..Ьп—содержание компонентов в топливе по объему,
в %, 71Ъ--- удельный вес компонентов.
Если известно содержание компонентов в топливе по весу,
в °/о> то удельный вес определяется по формуле:
ъ VV
где: avа,.. .о£— содержание компонентов в топливе по весу, в °/0;
Vi,fa-.-fi—удельные веса компонентов.
Содержание в топливе и продуктах горения любого компо-
зита по весу, в °/0:
«1 = >1°а°/о, (38)
где: тх— молекулярный вес «-компонента; S/re—молекулярный вес
10плива.
121
Содержание в топливе любого компонента по объему, в
ai
bl =--------------1 о2 °/0. О'
«1+а2+ '° 1
11 Is ” li
Отношение компонентов в топливе по весу:
-_ ^окислит
& горюч
Отношение компонентов в топливе по объему:
Я, - ^н«яв..
®го1 юн
Удельный объем топлива:
»»=7- у (I
где: ЬуЙ — удельный объем топлива; d — удельный вес топлив!
ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВА
Топливо и его компоненты при нормальной температу(
должны быть жидкостями. Использование топлив или компона
/ов, которые при нормальной температуре находятся в газе
образном состоянии, сопряжено с большими трудностями. Д/
увеличения ценности газообразных компонентов топлива и
необходимо сжимать.
Хранение, транспортировка и эксплоатации сжиженных га.зо
очень сложны. Например, при использовании в качестве окисли
теля жидкого кислорода, последний может заливаться в баш
только незадолго перед вылетом самолета. Конструкция баков,
кислородопронодов и другой арматуры должна иметь хорошую
теплоизоляцию и т. д.
Также сложна эксплоатации топлив или их компонентов,
когда они при нормальной температуре являются твердыми
телами.
Вязкость топлива для обеспечения нормальной эксплоата-
ции не должна быть слишком высокой. Слишком большая вязкост»
топлива или его компонентов будет увеличивать гидродинамичес
кие потери и затруднять фильтрацию топлива. Чрезмерная вяз-
кость будет ухудшать распиливание топлива, что приведем
к нарушению нормального смесеобразования и к снижению
эффективности горения.
Вязкость топлива не должна быть более 5° Э.
122
Летучесть топлива и его компонентов является отрица-
тельным качеством. Летучесть особенно опасна, если топливо пли
его компоненты ядовиты. Большаи летучесть топлива может
вызывать образование газовых пробок, что крайне нежелательно.
Теплоемкость. Если компоненты топлива применяются
для охлаждения деталей двигателя, желательно, чтобы тепло-
емкость была возможно большей.
Смешиваемость. Хорошая смешиваемость компонентов
топлива будет обеспечивать образование более совершен-
ной рабочей смеси. Коэфициент полноты горения будет уве-
личиваться. Таким образом, смешиваемость компонентов топлива
является положительным качеством.
Гигроскопичность. Топливо и его компоненты должны
быть не гигроскопичны. Вода, являясь балластом, будет снижать
теплотворность топлива. В некоторых случаях она может спо-
собствовать разложению компонентов топлива. При снижении
температуры вода, находящаяся в топливе, может выпасть
в виде кристаллов льда, которые будут забивать фильтры, что
приведет к нарушению нормальной подачи топлива в камеру
сгорания.
Стабильность топлива и его компонентов является не-
обходимым свойством. Нестойкие компоненты и топлива, спо-
собные к медленному саморазложению или взрыву, употребляться
не должны. Такие вещества могут являться источником взрывов,
даже в двигателе. Хранение таких продуктов также сопряжено
с трудностями и опасностями.
Ко ррозий но ст ь. Желательно, чтобы топливо и его компо-
ненты были антикоррозийными по отношению к материалам дви-
гателя. Недопустимо, чтобы материал двигателя при соприкосно-
вении с топливом образовывал взрывчатые соединения (например,
ацетилен с медью, латунью, серебром).
Токсичность топлива и его „компонентов является от-
рицательным свойством, особенно, если топливо или его компо-
ненты летучи.
Температура застывания топлива и его компонентов
должна быть возможно более низкой.
Температура кипения должна быть высокой, так как
компоненты топлива могут использоваться для охлаждения
Двигателя.
§ 8. Окислители
Окислители должны удовлетворять следующим обязательным
требованиям: 1) количество свободного кислорода должно быть
наибольшим; 2) чем меньше теплота образования окислителя, тем
°н ценнее; 3) при нормальной температуре окислитель должен
быть жидкость^ и иметь низкую температуру застывания;
4) окислитель должен быть доступным и дешевым продуктом
Химической промышленности.
123
Из веществ, обеспечивающих определенный тепловой эф-
фект наибольшего внимания заслуживают следующие окислители:
жидкий кислород, азотнаи кислота, перикись водорода, азотный
тетроксид, тетраиитрометан.
Таблица 63
Содержание компонентов в окислителях
Окислитель Химичес- кая фор- мула Содержание компонентов, в % п0 весУ
Кислород Горючая часть Азот
Кислород . Ог 100 — —
Перекись водорода НгО2 94,1 5.9 —
Азотная кислота HNO3 76,21 1,59 22,2
Азотиый тетроксид .... NaO4 69,6 — 30,4
Тетранитрометан . . • . . . С (NO,)4 65,3 6,12 28,6 '
Таблица 64
Содержание свободного кислорода в окислителях
Окислитель О2 N8O4 HNO3 Н2О2 C(NO2)4
% свободного кислорода . . 100 69,6 50,7 47 36,7
ЖИДКИЙ КИСЛОРОД
Жидкий кислород получается из воздуха сжижением послед-
него с последующей ректификацией в специальных колоннах
и является легко подвижной голубой жидкостью. Молекулярный
вес 32, удельный вес 1,12 при температуре — 182°Ц, темпе-
ратура плавления — 227°Ц, температура кипения — 1Й2,8°Ц, тёп-
лота испарения 51 ккал/кг.
Теплоемкость жидкого кислорода при температуре от —20и
.до—183°Ц равна 0,35; вязкость 96-процентного кислорода при
—252,1°Ц равна 0,189 сантипуаза.
Во избежание больших потерь жидкого кислорода от испаре^
ния, баки должны быть хорошо теплоизолированы.
Благодаря низкой температуре жидкого кислорода, почти,
все горючие и окислители при смешении с кислородом затвер-
девают. Исключение составляют жидкий водород, жидкий метай,,
нефтяной эфир, озон.
Представляет некоторый интерес использование озона в ка-
•честве добавки к кислороду. Озон—О3—жидкость фиолетового
цвета с резким запахом, ядовита. Молекулярный нес 48, удель-
124
ный вес 1,45 (при температуре—112°Ц), температура плавления
...251,5СЦ, температура кипения — 112"L1, теплота образования
__34,5 ккал{грмоль, теплота испарения 73 ккал!кг.
При замерзании твердый озон имеет черный цвет с фиолето-
вым блеском. При нагревании разлагается, причем с повышением
температуры процесс разложения усиливается и при температуре
250—ЗОСРЦ проходит мгновенно.
Добавление озона к кислороду позволяет увеличить удель-
ный вес смеси. Жидкие смеси кислорода с озоиом при атмосфер-
ном давлении и температуре кипения следует считать взрывоопас-
ными при концентрации озона в 25% и больше, по весу.
С жидким кислородом необходимо обращатьси очень осто-
рожно, так как являясь хорошим окислителем, он образует с раз-
личными органическими соединениями (бензин, керосин, масло и
др.) взрывчатые смеси.
Жидкий кислород с концентрацией 99,6%, по весу, получил
применение в качестве окислителя в сочетании со спиртами,
хотя он может использоваться в качестве окислителя и с дру-
гими горючими.
АЗОТНЫЙ ТЕТРОКСИД
Азотный тетроксид—N2OJ—может быть получен прокалива-
нием нитрата свинца Pb(NO3)2 в электрической печи с последую-
щей конденсацией. Он представляет собой светложелтую ядови-
тую жидкость. Окраска усиливается с увеличением температуры
Молекулярный вес 92, удельный \
вес 1,48 при температуре 15° Ц, Таблица 65
температура плавления—10 Ц.
температура кипении + 22° Ц, те-
плота образования 5,02 ккал/гр.
моль, теплота испарения 93,5
ккал] кг.
Низкая температура кипения
обусловливает большую лету-
честь азотного тетроксида. Вы-
сокая температура застывания
(—10° Ц) соответствует хими-
чески чистому продукту. В дей-
ствительности в азотном тетро-
ксиде имеется примесь N2O3,
присутствие которой значительно
Удельный вес смеси HNO3 + Nj64
Объемный Объемный Удельный
о/о HNO3 % nso4 вес раствора
100 — 1,530
— 100 1,493
so 10 1,571
80 20 1.593
70 30 1,627
60 40 1,642
50 50 1,638
снижает температуру застывания.
Обладая большим удельным весом и значительным количест-
вом свободного кислорода, азотный тетроксид является ценным
Окислителем. Он хорошо растворяется в концентрированной
азотиой кислоте. Насыщение кислоты наступает при добавлении
Около 50% N3O4. Растворы азотного тетроксида в азотной кис-
125.
лоте имеют большой удельный вес и положительную, очень ма-
лую, теплоту образования насыщенного раствора.
Опыты, проведенные инженером Чернышовым, показы-
вают, что максимальный удельный вес раствора соответствует
содержанию 40°!О азотного тетроксида.
АЗОТНАЯ КИСЛОТА
Азотная кислота—HNO.J—получается путем синтеза из азота
воздуха по следующим реакциям:
1) синтез аммиака:
N2+3H2 -> 2NHS;
2) окисление аммиака в окись азота:
. 4NH3+5O2 — 4NO +6Н2О;
-3) окисление окиси азота в двуокись азота:
2NO + O2 — 2NO2;
4) действие воды на двуокись азота:
2NOa + H.3O — HNOs+HNOa.
/ Азотистая кислота, образующаяся в результате реакции NOa
с водой, тоже переходит в азотную:
3HNOS— 4HNOS+2NO+2H,O.
Азотная кислота—жидкость с удельным весом 1,52 (15° Ц),
соединение относительно стойкое. При нагревании и на снету
разлагается:
4HNO3 — 4NO2 + 2HaO + O2.
По Вольнею, разложение азотной кислоты идет по уравне-
нию:
2HNOS — N2O3 + H2O О2.
Разложение азотной кислоты усиливается с увеличением
температуры, что видно из таблицы 66.
Таблица 66
Температура, в °Ц 86 100 130 160 190 220 250 256
с/о разложившейся HNO3 9,53 11,77 18,79 28,96 49,34 72,07 93,0 100
Таким образом, уже при температуре кипения разлагается
около 1О°/о HNO,,.
126
100°/о азотная кислота вполне устойчива только при темпера-
туре замерзания—42°Ц, при которой она превращается н снежно-
белые кристаллы. Стойкость азотной кислоты возрастает с умень-
шением концентрации. Температура кипения с увеличением содер-
жания Н.О возрастает. Например, если 90°/0HNO3 кипит при —
102,03° Ц то 68,4% HNO3 кипит при f== 121,9°Ц.
Температура плавления азотной кислоты зависит также от
ее концентрации.
Таблица 67
Концентрация HNO;> в %,. . . . 53,8 70,5 89,9 100
Температура плавления, в °Ц . . . .... -18,5 -42 -41,2
Вязкость азотной кислоты изменяется с изменением концен-
трации. Система HNO3—Н2О имеет максимальную вязкость при
содержании н растворе 70°/oHNO:1, которая вдвое превышает
вязкость раствора с содержанием 95°/0 HNO3. При температурах
выше 25° Ц относительная вязкость азотной кислоты возрастает,
хотя абсолютная вязкость снижается.
Таблица 68
Теплоемкость водных растворов азотной кислоты
%HNO3 19,00 60,52 70,00 81,80 90,33 92,15 98,1
% N2O4 — — 0,70 1,54 2,30 4,22 1,85
Удельная теплоемкость . 0,900 0.637 0,610 0,575 0,530 0,500 0,470
Азотная кислота любой концентрации не смешивается с бензо-
лом, толуолом, бензином, керосином. Некоторые горючие, на-
пример, скипидар и нитрованные ароматические углеводороды
в азотной кислоте взаимно растворяются.
Промышленностью изготовляются два сорта азотной кислоты:
азотная кислота синтетическая, крепкая, и азотная кислота син-
тетическая, слабая. В качестве окислителя применяется только
Концентрированная азотная кислота, так как с уменьшением
концентрации резко снижается теплотворность пары „горючее+
HNO3“.
Технические условия на крепкую азотную кислоту:
!) содержание HNO3, по весу, не менее 98%;
2) содержание окислов азота, в пересчете на N„O4, не более 0,6%;
°) содержание твердого прокаленного остатка, не более 0,1%;
кислота может быть бесцветной пли иметь слегка желтова-
тый оттенок и не должна содержать осадка.
127
Азотная кислота разрушающе действует на некоторые металлы
но надо иметь в виду, что чем выше концентрация азотной кис
лоты, тем меньше ее разрушающее действие. Хранение и тран-
спортировка азотной кислоты может осуществляться н емкое
тях, выполненных из алюминия и кислотоупорных сталей.
Азотная кислота ядовита, и это относится к ее недостаткам
Поэтому при работе с азотной кислотой необходимо соблюдать
меры предосторожности.
Азотная кислота—дешевый и весьма доступный продукт хими
ческой промышленности. Это создает благоприятные условия
для использования ее в качестве окислителя.
ПЕРЕКИСЬ ВОДОРОДА
Перекись водорода—Н2О2—неустойчивая, безцветная жидкость
сиропообразной консистенции. Молекулярный вес ^4, удельный
вес 1,46 (при £° = 20°Ц), при 100°Ц разлагается, температура
плавлении—1,7°Ц, теплота образования 44,5 ккал1грмоль.
Химически чистая, высококонцентрированная перекись водорода
ие взрывается даже при Сильном нагреве. Коэфициент рас-
ширения у нее в 15 раз больше, чем у воды, а теплоемкость
вдвое меньше, чем у ноды. С водой растворяется но всех
отношениях,, образуя соединения типа Н2Ог-2Н2О.
При разложении перекиси водорода выделяется большое
количество тепла:
21^02-»2НгО + Ог+44,32 ккал.
Это свойство перекиси водорода используется в реакциях
„парогаз".
Как окислитель перекись водорода обладает рядом пре-
имуществ перед другими окислителями (если в качестве горючего,
применяется одно и то же вещество). Она обеспечивает высокую!
теплотворность, большое газообразование, низкую температуру
горения, большой удельный вес.
При хранении и транспортировке перекиси водорода необхо-
димо помнить, что некоторые металлы и их соли каталитически1
воздействуют на перекись водорода, вызывая активное разло-1
жение. Сосуды, в которых сохраняется перекись водорода, вы-i
полненные из алюминия или специальных керамических материа-
лов, не рекомендуется плотно закрывать во избежание взрыва!
емкостей выделяющимся кислородом.
Перекись водорода при соприкосновении с некоторыми]
органическими соединениями воспламеняет их. При/попадании!
на кожу вызывает сильные ожоги.
ТЕТРАНИТРОМЕТАН
Тетранитрометан—C(NO2)4— при нормальной температуре —I
подвижная, бесцветная, летучая жидкость. Пары тетранитро-1
метана удушливы, имеют запах окислов L азота. Молекулярный
128
вес C(NOa)4 196, удельный вес 1,65 (при +13°Ц), температура
плавления + 13°Ц, температура кипения + 125,7°1Д, теплота обра-
зования 4,7 ккал)гр моль.
Тетранитрометан может быть получен при взаимодействии
азотной кислоты с уксусным ангидридом:
4(CH3CO)sO+4HNO3->C(NO2)4 + СО2 + 7СН3СОаН.
По развиваемой теплотворности, температуре горения и
удельному весу тетранитрометан занимает выгодное положение
среди других окислителей.
К недостаткам тетранитрометана следует отнести высскую
температуру плавления н большую летучесть. Высокая темпе-
ратура плавления может быть снижена добавлением некоторых
веществ (окислов азота, динитро- и тринитрометана). Для
устранения летучести можно рекомендовать заливку поверхности
тетранитрометана легкой, неиспаряющейся жидкостью. Такая
жидкость, кроме того, ие должна растворяться в тетранитро-
метане. Жидкостью, удовлетворяющей этим требованиям, явля-
ется глицерин C3H6(OH)S.
Тетранитрометан может сохраняться в металлических бочках.
Таблица 69
Физико-химические свойства некоторых окислителей
Окислители Химическая формула или состав, по весу, в % Молекуляр- ный вес Удельный вес Вязкость при 20 °Ц, в сан- тистоксах Упругость паров при 50 ' Ц, в кг/см Температура плавления, в Щ Температура кипения, в ”Ц Теплота 1 разложения, 1 в ккал!кг
Жидкий кислород О2—99,6 Ns- 0.4 31,9 1,14 — — —218,8 —183 —
Азотиая кислота . — 63 1,52 0,55 0,26 — 41 86 198
М-10 HNOj—90% H2SO4-10% — 1,57 0,8 0,23 — 49 88 247
Азотный тетро- ксид ..... N2O4 92 1,48 0,40 3,5 — 10 21,2 56,5
Тетранитрометан C(NO2)4 196 1,65 1,1 006 +13 126 455
Перекись водо- рода ..... H2Oa—80% H2O—20% — 1,345 1.1 0,: — 22 134 276
9 Авиационные топлива
129
Таблица 7<
Ценность различных окислителей при сжигании их с толуолом
Окислители я». ккал Ниа, ккал л К>. л кг Vud. л л 6 °И
Жидкий кислород . . 2280 2370 650 676 5200
„ озон . . 2820 3520 650 812 6000
Азотная кислота . - . 1460 1970 747 1010 3520
Перекись водорода . . 1600 2110 922 1220 3070
Азотный тетроксид 1720 2250 686 900 4420
Тетраннтрометан 1710 2510 660 970 4600
Эти сравнительные данные получены по формулам, изложен-
ным в начале раздела „Топлива для ЖРД“.
§ 9. Горючие компоненты топлив для жидкостно-
реактивных двигателей
В качестве горючих компонентов топлив для ЖРД могут
применяться многие соединения и смеси. Из них предпочтение
следует отдать тем, которые при нормальной температуре на-
ходятся в жидком состоянии. Кроме этого, горючие компоненты
должны удовлетворять следующим требованиям: 1) высокая
теплотворность, большое газообразование и низкая температура
горения; 2) большой удельный нес; 3) низкая температура
застывания; 4) небольшая теплота образования; 5) отсутствие
ядовитости; 6) дешевизна и доступность для производства в
больших количествах.
НЕФТЕПРОДУКТЫ
Смеси углеводородов, полученные из нефти, и отдельные угле-
водороды с данным окислителем развивают практически оди-
наковые тепловые эффекты.
Таблица 71
Теплотворные способности различных групп
углеводородов при сжигании их в кислороде
Группы углеводородов Ни, ккал
Парафиновые С„Н2л4-2 (С4—С20) . . 2250-2280
Олефиновые С^Н^, (С2-Сю) . 2400- 2250
Нафтеновые СлН2/г (С5—Ся) . . - 2290 -2250
Ароматические С„Н2л-в (Св—G,) . 2300-2280
130
flpn выборе горючих нефтяного происхождения более пригод-
ными будут те, которые обладают большим удельным весом,
большим газообразованием и низкой температурой горения.
Этими свойствами обладают углеводороды, богатые водородом,
парафиновые углеводороды.
Углеводороды парафинового ряда в порядке возрастания
температуры горения и уменьшения газообразования распола-
гаются следующим образом:
Таблица 72
Углеводороды Химическая формула vu, в л/кг t в °Ц (идеальная)
Метан . .... сн4 838 4100
Пентан С.Н,,, 750 4 620
Октан ... 740 4680
Декан ..... ^10^22 737 4 680
Эйкозан ^*20^42 730 4 740
Углеводороды нафтенового и олефинового ряда по темпера-
туре горения и газообразованию практически не отличаются от
парафиновых углеводородов. Сгорание ароматических углеводо-
родов сопровождается, как правило, высокими температурам^
горения при низком газообразовании.
Таким образом, продукты перегонки нефти с большим содер-
жанием парафиновых и нафтеновых углеводородов вполне при-
годны в качестве горючих компонентов. Это, прежде всего, бен-
зины, керосины, соляровые масла.
Таблица 7а
Топливо Отноше- ние оки- слителя к горю- чему, по весу Отноше- ние оки- слителя к горю- чему, по объему Удельный вес топлива d на к кал ~кг~~ Ни(1 к кал)л ю л/кг V„rf л/л в °Ц
Бензин грозиенс-
кий +HNO3 . . 5.41 2,62 1.31 1450 1900 ' 800 1040 3340
Керосин трактор- ный -bHNO3 . . 5,29 2,92 1,35 1450 1950 794 1070 3350
Соляровое масло
HNO3 . 5,25 3,03 1,36 1450 1970 786 1070 3370
Данные таблицы вычислены при условии полного сгорания
При теоретически необходимом количестве окислителя.
9*' 131
КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Использование кислородосодержащих соединений в качестве-
горючего компонента топлива представляет известный интерес.
Содержание кислорода в этих соединениях облегчает задачу
смешения горючего с окислителем, улучшает соотношение ком-
понентов в топливе.
Заслуживают внимания соединения с теплотой образования,
близкой к нулю или даже отрицательной. Это, прежде всего,
продукты нитрации органических соединений, которое можно
рассматривать как горючее, содержащее н себе часть свободного
окислителя. Из соединений этого класса могут применяться стой-
кие соединения, находящиеся при нормальной температуре в
жидком состоянии и не содержащие больших количеств кисло-
рода, делающих эти соединения взрывоопасными. В качестве
примера в таблице 74 приводятся сравнительные данные для
нитробензола и нитротолуола.
Таблица 74
Горючее ни, к нал) кг ад ккал[л vo, Л Vud, м/л Л в И Удельн. вес жидкой смеси Удельный объем жид- кой смеси Отношение1 компоне н тов
по 1 весу 1 -ПО объему
Керосин ... 1440 1920 800 1060 3310 1,33 0,75 5,41 2.83
Нитробензол . . 1470 2090 717 1020 3700 |,42 0,70 2,56 2.04
Нитротолуол . - 1460 2070 730 1040 3620 1,42 0,70 2.84 2,27
Сравнивая
нитробензол
и нитротолуол
сделать следующие выводы: а) вследствие i
i с керосином, можно
наличия части кисло-
рода, необходимого для сгорания, в самом горючем сгорание
будет более полным; б) соотношение компонентов в топливе
(отношение окислителя к горючему по весу и по объему) улуч-
шается; в) увеличивается удельный вес смеси.
Недостатками этих нитросоединений являются повышенная
температура сгорания и высокая температура плавления.
О возможности использования других соединений в качестве
горючих см. ниже.
§ 10. Топлива с жидким кислородом как окислителем
Топлива на базе жидкого кислорода нашли применение в
реактивных снарядах. В качестве горючей части топлива при-
менялись нодные растворы этилового и метилового спиртов или
их смеси.
132
Таблица 75
Состав топлив с жидким кислородом как окислителем
Состав горючей смеси Коэфициент избытка кислорода Эффективная скорость истечения, в м‘сек Температура горения, в ”К
Наименование компонентов Химическая формула % по объему
Спирт Вода . этиловый ... С2НбОН Н2о 75 25 0,795 2025 2960
Спирт этиловый . ... С2Н5ОН 45
Спирт метиловый СН3ОН 30 0,820 2000 2975
Вода . н,о 25
Кроме спиртов, в .качестве горючих компонентов могут при-
меняться другие вещества: анилин, бензол, оптол, метил-нитрат
и др. Введение этих продуктов в небольших количествах поз-
воляет уменьшить расход спиртов при сохранении основных
свойств топлива (таблица 76).
Таблица 76
Состав горючей смеси S га Эффективн. скорость S-5
д га О га к
Наименование Химическвя % ° истечения. cj и Е ej
компонентов формула ПО объему S’SS И и и в м!сек Ж о, QJ о
Этиловый спирт С2Н5ОН 17
Метиловый спирт СН3ОН 18
Метил-нитрат .... CH3NO3 16 0,83 1990 3090
Оптол . . . . .... СбН6,6О1(6й 30
Вода Н2О 19
Этиловый спирт С2Н5ОН 20
Анилин .... c6h6nh2 10
Метиловый спирт СНзОН 15“
Аммон, ацетат ... ... CH3CO2NH4 10
Метил-нитрат . . . CH3NO3 4 0,83 1992 3048
Оптол . cfiHe,6oh6b 5
Метил-аммон. нитрат CH3NO3NH3 15
Вода H2O 21
133
Применение спиртов в смесях с водой дает: сравнительно
низкую температуру горения (около 2700? Ц); хорошую смеши-
ваемость с водой и хорошие охлаждающие свойства спиртовод.
ных растворов; небольшую вязкость при низких температурах'
низкую температуру застывания и сравнительно высокую ско
рость истечения газового потока.
§11. Топлива с перекисью водорода как окислителем
В качестве окислителя применяется маловодная перекись во.
дорода с концентрацией 60—8О°/о. Для стабилизации водного
раствора к нему добавляются одно-и двухзамещенные соли нат-
рия и ортофосфорной кислоты.
Использование перекиси водорода малой концентрации по-
зволяет снизить температуру горения и сделать смесь взрыво-(
безопасной.
Горючим служит водный раствор метилового спирта. Смесь
„СН3ОН+Н2О+Н2О,“—не самовоспламеняющаяся и поэтому
требует источников воспламенения. Такие топлива работают не-
устойчиво, с частыми отказами и замедлениями горения. Это
приводит к взрывам и разрушениям двигателя. Для устранения
этих недостатков можно применять самовоспламеняющиеся
смеси, состав которых приводится в таблице 77.
Таблица 'П
Топлива с перекисью водорода как окислителем
Наименование вещества Окислитель— 80% стабилизирован- ная перекись водорода
Химическая формула Горючая смесь I Горючая смесь II
Спирт метиловый СН3ОН 47 62,5
Гндразин-гидрат. N2HeOH 50 —
Вода Н2О 2,74 —-
Медносииеро-
дистый калий* . K3[Cu(CN)6] 0,26 7,6
Опто л QH6,6Oi,6h 30
* Медиосииеродистый калий вводится в смесь как катализатор для сокра-
щения индукционного периода. Удельный вес смеси d~ 0,926, температура за-
мерзания t——40°Ц.
134
§ 12. Топлива с азотной кислотой как окислителем
Самовоспламеняющимся топливом принято считать много-
компонентную систему из двух раздельно хранимых растворов
гОрЮчего и окислителя, которые воспламеняются в жидкой фазе
при смешении их (воспламенение не должно сопровождаться
взрывом).
. Самовоспламеняющиеся топлива позволяют: обеспечить мно-
гократный безотказный запуск двигателя иа земле, а также в
условиях полета на высоте; упростить конструкцию головки
жидкостно-реактивного двигатели, так как сложные форсунки
могут быть заменены отверстиями-каналами; отказаться от слож-
ного и громоздкого приспособления электро- или пирозажигаиия.
Это, с одной стороны, облегчает конструкцию и, с другой,
делает эксплоатацию двигателя проще, а работу — надежней.
Самовоспламеняющиеся смеси обладают также отрицательными
свойствами, из которых прежде всего следует указать на боль-
шую пожарную опасность их.
Для того, чтобы удовлетворять нсем этим требованиям,
период индукции топлива должен быть 0,02—0,03 сек. Перио-
дом индукции топлива называется время от момента соприкос-
новения горючего с окислителем до момента воспламенения.
Период индукции топлива, состоящего из азотиой кислоты
и органического соединения, зависит от структуры последнего.’
Не вдаваясь в подробности, укажем некоторые закономерно-
сти для аминов *:
1) С увеличением числа атомов углерода в молекуле алифати-
ческих аминон реакционная способность падает.
2) Разветвление структуры молекулы замедляюще действует
на реакционную способность (период индукции увеличивается).
3) У третичных аминов процесс воспламенения происходит
лучше, чем у вторичных, а у вторичных лучше, чем у пер-
вичных^
4) У ароматических аминон на период индукции большое
влияние оказывает положение боковых цепей. С увеличением
количества боковых цепей и их длины индукционный период
увеличивается.
5) При понижении температуры скорость воспламенения ами-
нов снижается.
Из сложных соединений требованиям, предъявляемым к
горючим, отвечают амины и в и золи**. Например, предста-
витель группы аминов — ксилидин в сочетании с азотной
кислотой образует смеси, воспламеняющиеся мгновенно, причем
* Амины — производные аммиака, у которых атомы водорода замещены
углеводородными радикалами, например: CH3NH2—метиламин, CaHgNHg —
этил амии и т. д.
** Визоли — сложные органические соединения, содержащие радикал
СН2 = СН —.
135
/
индукционный период такой смеси не зависит от соотнощенщ|
азотной кислоты и ксилидина.
Ксилидин в чистом виде обладает высокой температурой за.
мерзания, поэтому применение его в качестве горючего комщ>
цента сопряжено с определенными трудностями. Но при добавле
нии к ксилидину других аминов или других веществ этот
недостаток можно устранить.
Таблица 78
Состав топлив с азотной кислотой в качестве
окислителя
Состав окислителя, в % по весу Состав горючего, в % по весу
Азотная кислота 96—98% концентрации Ксилидин сырой Триэтиламин -50 —50
Азотиая кислота 96—98 % концентрации + 4% FeCl3.6H2O* Кснлндин сырой Anis-manis Этиланилин Изогексиламин Тяжелый бензин Бензол —21,4 -2-’,4 —21,0 —16,7 - 8,7 — 9.8
Азотная кислота 96—98% концентрации Винилэтиловый эфир
§ 13. Паро-газ
Принцип „паро-газ“ основан на химико-каталитическом или
каталитическом разложении вещества, которое способно образо-
вать при этом „паро-газ'**.
Наилучшим веществом для парогенерации является маловод-
ная, стабилизированная перекись водорода. Перекись водорода—
соединение эндотермическое, поэтому при каталитическом раз-
ложении ее освобождается большое количество тепловой энер-
гии, которая превращает в пар воду, получившуюся в резуль- I
тате разложения перекиси водорода.
Количество тепловой энергии, выделяющееся при разложении I
перекиси водорода, зависит от концентрации перекиси. Например,
при разложении 100% Н2О2 образовавшаяся вода и кислород
нагреваются до температуры 1 115° Ц. При разложении 50— 60% I
Н2О2 выделяющегося тепла нехватает на то, чтобы перевести 1
образовавшуюся воду в пар.
Разложение перекиси водорода происходит по уравнению:
2Н2О2 -► 2НаО + О2 + 44,32 ккал.
* Хлорное железо добавляется для снижения индукционного периода.
** Реакции ,паро-газ“ — это реакции, сопровождающиеся большим выде-
леиием тепла при каталитическом разложении вещества. Образующиеся при
разложении вещества переходят в газообразное пли парообразное состояние
и используются как „рабочее тело".
136
Катализаторы по их состоянию можно разбить на две
пуппы: а) жидкие катализаторы, б) твердые катализаторы.
Г В качестве жидких катализаторов могут применяться водные
оастворы перманганата натрия, кальция, бария. При смешении
перекиси водорода с жидким катализатором происходит хими-
ческая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и образо-
ванием перекиси марганца, который каталитически воздействует
яа перекись водорода, разлагая ее.
Таблица 79
Состав жидких катализаторов
Наименование веществ Химическая формула Количество ве- щества в раство- ре, в о/0
Перманганат натрия .... Na2MnO4 н,о 34
Вода 66
Перманганат кальция .... Са МпО4 34
Вода н2о 66
Оценка твердых катализаторов производится по следующим
данным: 1) объем перекиси водорода, разлагающейся в единицу
времени (сек) при определенном количестве катализатора; 2) тем-
пература и давление пара, достигнутые при разложении данным
катализатором; 3) время, в течение которого катализатор при-
нимает стабильную активность; 4) общий объем перекиси, кото-
рый может быть разложен за период стабильного действия ката-
лизатора.
В качестве твердых катализаторов могут применяться различные
керамические материалы, пропитанные солями никеля, кобальта,
хрома, бериллия, ванадия, натрия, калия и др. элементов.
§ 14. Химическое зажигание
Если компоненты топлива—горючее и окислитель—при сопри-
косновении не самовоспламеняются, то для их первоначального
носпламенения в камеру сгорания вводится мощный язык пла-
мени. Этот мощный язык пламени создается за счет компо-
нентов, самовоспламеняющихся при соприкосновении. Такими
смесями могут служить уже рассмотренное нами „ксилидин—
азотная кислота” и „перекись водорода—метиловый спирт+ гидра-
зиигидрат”.
Таким образом, если в качестве топлив для ЖРД приме-
няются горючие несамовоспламеняющиеся при соприкосновении
с азотной кислотой или перекисью водорода, то, применяя
третье вещество (ксилидин или, соответственно, „метиловый
спирт + гидразин гидрат”), можно осуществить первоначальное
воспламенение смеси основных компонентов в камере сгора-
ния ЖРД.
137
ж
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
АВИАЦИОННЫЕ М А С Л
ГЛАВА I
ТЕХНОЛОГИЯ АВИАЦИОННЫХ МАСЕЛ
§ 1. Виды и законы трения
При перемещении друг относительно друга двух тел, сопря
касающихся своими поверхностями, возникает трение.
Существуют два вида трения:
1) трение скольжения, когда трущиеся тела соприкасаются
между собой по плоскости, иапример, трение поршней в пилиид.
рах моторов;
2) трение качения, когда тела соприкасаются между собой в
одной точке или по одной линии, например, трение в шарико-
вых и роликовых подшипниках.
Треняе скольжения можно подразделить на следующие виды:
сухое, жидкостное, полусухое и полужидкостное.
СУХОЕ ТРЕНИЕ
Сущность сухого трения, возникающего, когда между тру-
щимися поверхностями иет смазки, заключается в следующем.
Поверхности тел, даже очень хорошо отшлифованные, при рас-
сматривании цх под микроскопом оказываются покрытыми не-
ровностями — углублениями и выступами. При трении одной повер-
хности о другую выступы одной поверхности соприкасаются с
выступами другой, оказывают на них давление и, благодаря упру-
гости материала, эти выступы или вдавливаются, и тогда сколь-
зят друг по другу, или же некоторые из них при этом даже ска-
лываются. В случае трения поверхностей очень совершенной
шлифовки расстояние между ними может быть настолько малым,’
что молекулы одной поверхности понадают в сферу действвя
молекулярных сил другой поверхности. Преодоление этих сил
при перемещении одной поверхности по другой и вызывает явле-
ние трения.
Кулой нашел следующие законы сухого трения: 1) трение
прямо пропорционально давлению, существующему между тру-
щимися поверхностями; 2) трение не зависит от величины тру-
138
ся поверхностей; 3) трение не зависит от скорости движения
ппиой поверхности по другой.
° Закон Кулона выражается формулой:
F=fP,
г, х F
где р — сила трения, в кг\Р — нормальное давление, в кг\р= р—
к0Эфицнент трения (постоянная величина, зависящая от рода тру-
щихся поверхностей). Как видно, коэфициент сухого трения ра-
вен отношению силы трения к нормальному даилению. Численно
величина f колеблется от 0,1 до 0,4.
ЖИДКОСТНОЕ ТРЕНИЕ
Под жидкостным трением подразумевают трение между по-
верхностями, полностью разделенными смазочным материалом.
Величины коэфициентов жидкостного трения колеблются от
0,002 до 0,01, то есть они много меньше величины сухого тре-
ния (0,1—0,4). Поэтому при работе механизмов с жидкостным
трением потери энергии на трение будут значительно меньше.
Кроме того, увеличивается способность выдерживать нагрузку
и уменьшается износ деталей, что в свою очередь служит га-
рантией безопасности работы двигателя.
Давно было замечено, что трение между хорошо смазанными
частями машин вовсе не следует закону Кулона. Русский уче-
ный Н. П. Петров * впервые исследовал законы жидкостного тре-
ния, показав, что в этом случае „внутреннее трение” и самом
смазывающем слое играет наиболее важную роль. В результате
своих исследований Петров нашел формулу жидкостного трения,
которая после некоторых упрощений принимает следующий вид
F 'iSv
где: F — сила жидкостного трения, в кг; tq— абсолютная вязкость
кг! сек „
смазочного материала, в площадь соприкосновения
трущихся тел, в м2; v—скорость перемещения трущихся поверх-
ностей, и м)сек-, h — толщина слоя смазки, в м.
Из формулы следует, что жидкостное трение: 1) прямо про-
порционально абсолютной вязкости смазки, поверхности сопри-
косновения трущихся частей и их скорости; 2) обратно пропор-
ционально толщине смазочного слоя и 3) не зависит от природы
состояния трущихся поверхностей н давления между ними.
* В дальнейшем гидродинамическая теория смазки была расширена и
Усовершенствована Н. Е. Жуковским, Чаплыгиным и др.
130
Для коэфициента жидкостного трения, если определять егр1
так же, как коэфициент сухого трения, получим:
, _rlS'v
71 р > 71- Лр .
Р Р
где: -$=Р„. (удельное даилецие). Подставив Рт вместо полу-
чим: __ 1\V
hPm ’
Из формулы следует, что коэфициент жидкостного трения
прямо пропорционален абсолютной вязкости и относительной
скорости трущихся поверхностей и обратно пропорционален
толщине смазочного слоя и удельному давлению.
Полусухое и полужидкостное трение. Резкого
разграничения между ними нет. Полусухое трение подчиняется
закону Кулона.
Полужидкостное трение подчиняется отчасти закону жидко-
стного трения, отчасти закону сухого трения.
ТРЕНИЕ КАЧЕНИЯ
Когда одно тело катится по поверхности другого, то также
существует трение, трение качения, величина которого, по закону
Кулона, выражается' формулой:
₽ р
где: Р — вес тела, г— радиус, а—коэфициент трения качения.
Это трение значительно меньше не только сухого трения, но
и жидкостного трения скольжения. Величина коэфициента тре-
ния в данном случае колеблется от 0,001 до 0,003, что при жид-
костном трении достигается лишь в исключительных случаях.
§ 2. Применение смазки в двигателе
Полужидкостное трение может и муть место в моторе в мо-
мент его запуска, когда трущиеся поверхности не имеют доста-
точно смазки. При работе двигателя полужидкостное трение имеет
место также у поршневых колец. Сравнение величин описанных
видов трения показывает, что не обходимо стремиться в работе
двигателя к созданию жидкостного трения.
Смазка в авиационном двигателе имеет очень большое значе-
ние тем более, что в нем, по сравнению с другими машинами
и двигателями, мы имеем повышенные температуры, ограничен-
ные размеры трушихся поверхностей и большие нагрузки на
трущиеся детали. Смазкой авиационного двигателя достигается:

140
предотвращение чрезмерного износа, перегрева и заедания тру-
[цихся деталей; уменьшение затраты мощности на механические
потери; отвод тепла, выделяющегося при трении деталей.
Кроме того, в некоторых конструкциях моторов смазка ис-
пользуется для охлаждения сильно нагреваемых деталей (вых-
лопные клапаны, поршни), обогрева карбюратора и для приведе-
ния в действие регулировочных приспособлений (поворачивание
дросселя и др.).
Для разрешения основных задач смазки ко всем трущимся
деталям необходимо подвести масло, которое создает между
ними масляную пленку, обеспечивая жидкостное трение.Созда-
ние жидкостного трения, и вообще надежной смазки авиацион-
ного двигателя, достигается: а) соответствующим проектирова-
нием системы смазки и правильным конструированием деталей;
б) применением смазки необходимых качеств.
По системам смазки все двигатели можно разделить на три
типа: 1) с барботажной смазкой (разбрызгивание масла, нахо-
дящегося в карт&ре); 2) с циркуляционной, или принудитель-
ной, смазкой и 3) со смешанной (циркуляционной и барбо-
тажной смазкой).
Периый вид смазки заключается в том, что быстро вращаю-
щиеся детали (например, коленчатый вал) разбрызгивают масло,
в которое они частично погружены, на мельчайшие капли, попа-
дающие затем на детали, требующие смазки.
Второй вид смазки заключается в том, что масло подается
насосом из масляного резервуара по трубопроводам к трущимся
поверхностям и затем возиращается через холодильник и фильтр
обратно. Подача масла производится под давлением.
Первый вид смазки в данное время почти совсем не приме-
няется; в редких случаях его можно встретить только в мало-
мощных двигателях. В двигателях большой мощности встречаются,
главным образом, второй и третий типы смазки.
Система смазки в аииационном двигателе обычно выполняется
таким образом, что наиболее нагруженные поверхности, напри-
мер, коренные и шатунные шейки коленчатого вала, смазывартся
под давлением, а остальные, например, подшипники качения,
стенки цилиндров, поршневой палец и др., смазываются барбо-
тажем (разбрызгиванием).
При циркуляционной смазке через мотор в среднем (в зависи-
мости от мощности и типа мотора) прокачивается от 200 до 2000л
масла в час, что составляет 0,5—3 л масла на 1 л. с. час. Масло
под давлением 3—ХОкг/см2 непрерывно подается нагнетательной
помпой из масляного бака через напорный фильтр в масляную
магистраль мотора, затем (через маслоотстойник с фильтром
свободного протока) в отсасывающую помпу и далее в фильтр,
масляный радиатор и, наконец, и масляный бак.
Производительность нагнетательной помпы обычно в 1,5—2
раза больше, чем это требуется, поэтому часть масла пе-
141
репускается через редукционный клапан. Масло перекачивается
с такой скоростью, чтобы оно, проходя через двигатель, не на-
гревалось до высокой температуры. Для моторов с водяным
охлаждением циркуляция масла больше, чем у моторов воздуш-
ного охлаждения, ввиду большого количества смазываемых
точек (коренные и шатунные шейки коленчатого вала).
Емкость масляных баков—всего 40—60 л, поэтому масло за
час работы проходит через мотор десятки раз. Попадая в ка-
меру сгорания, масло сгорает, что и обусловливает его расход,
составляющий обычно 5—25 г/л.с.час.
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ УСЛОВИЯ
Температура в различных частях двигателя колеблется от 80
до 2500° Ц.
Таблица 80 дает представление о нормальной темпера-
туре деталей двигателя водяного и воздушного охлаждения.
Таблица 40
Температура различных деталей авиационных моторов во время работы
Наименование деталей Температура, в *11
В моторах жидкостного охлаждения В моторах воздушного охлаждения
Горяшие газы в камере сгорания 1500-2500 1500-2500
Тарелка выхлопного клапана '750-800 800-900
Тарелка всасывающего клапана . . > . 250 250
Головка цилиндра (у задней свечи) . 120—160 250-280
Низ гильзы цилиндра . . . . 90 110} 140—180
Днище алюминиевого поршня 200—250 220-270
Низ поршня . . 120 170 —
Коренные подшипники ... 60 90 100
Картер ... . 50-70 90 100
Попадая в двигатель с температурой 50—80 Ц, масло выхо-
дит из двигателя нагретым до 80 — 100° Ц. Перепад температур
масла для моторов воздушного охлаждения составляет в среднем
20—50° Ц, а в моторах водяного охлаждения 15—30°Ц.
Смотря по условиям работы, температура отдельных деталей
двигателя может колебаться в значительных пределах. Большое
влияние оказывают диаметр цилиндра, число оборотов, нагрузка,
наддув. От этих факторов может зависеть повышение темпера-
туры цилиндров. Увеличение степени сжатия понижает темпера-
142
Tvpy цилиндра. Обогащение топливной смеси вызыиает падение
температуры, обеднение сопровождается обратным явлением. Как
раннее, так и позднее зажигание приводит к повышению темпе-
ратуры цилиндров.
ДАВЛЕНИЕ И СКОРОСТЬ СКОЛЬЖЕНИЯ
Таблица 81 дает представление об удельном давлении на от-
дельные трущиеся детали современных авиационных моторов.
Таблица 81
Удельное давление на отдельные трущиеся детали современных
авиамоторов
Наименование деталей Удельное давление, в кг 1см2 Нагрузка, в кг
Среднее Максималь- ное
Шатунные шейки 60-120 160-200 4500
Коренной подшипник . — 120 3000
Поршневые пальцы под бобышками поршня 20-30 300 —
Поршневые пальцы под втулкой шатуна — 600-800 —
Стенки поршня • . 2-5 15-20 —
Верхние поршневые кольца . . ... — 28 700
Из таблицы видно, что наибольшее давление составляет
600 —800 KtjcM1. Давление в авиационном двигателе склады-
вается из давления газа при сгорании топлива и давления инер-
ционных сил. Последние имеют большое значение, так как де-
тали при большой мйссе обладают большим числом оборотов.
Наибольшее давление испытывают шатунные шейки кривошипов
коленчатого вала, поршневые пальцы и коренные подшипники.
Скорости скольжения колеблются в пределах 6—15 м1сек.
Число оборотов вала современных авиационных двигателей
часто превышает 2000 об/мин, доходя до 4 500 об/мин. В мото-
рах с наддувом крыльчатка нагнетателя вращается со скоростью
18000-30 000 об/мин.
МАТЕРИАЛЫ
При работе в авиационном двигателе масло соприкасается с раз-
личными материалами, из которых сделаны отдельные детали дви-
гателя: сталью различных марок и обработок (коленчатый вал, ци-
линдры), чугуном (поршневые кольца), сплавами алюминия
(поршни), бронзой, баббитом (вкладыши коренных шатунных под-
шипников).
143
Технический прогресс современного авиамоторостроения предъ-
являет новые, повышенные требования к качеству масел. Эти тре-Ч
бования, основанные на условиях работы его в моторе и условиях;
эксплоатации в разнообразнейших климатических зонах СССР, в'
основном сводятся к тому, что масло должно иметь:
пологую кривую вязкости, обеспечивающую: лег-
кость и надежность запуска при низких температурах; надежную
смазку нагретых деталей двигателя; достаточную циркуляцию
масла в работающем моторе для отвода тепла от нагретых дета-
лей; удобства слива, транспорта, хранения и заправки в полевых
условиях;
стабильность, гарантирующую: продолжительность сро-
ков службы; незасоряемость маслопроводной системы и фильтров:
отсутствие отложения твердых осадков в местах, подверженных
действию центробежных сил;
высокую смазывающую способность для обес-
печения надежности работы и минимальных износов при высоких ‘
температурах и при повышенных нагрузках;
низкую температуру застывания, что необходимо
для удобства эксплоатации при низких температурах и для нор-,
мального запуска и дальнейшей безаварийной работы моторД
в воздухе.
Авиационное масло не должно вызывать коррозии поверхности
деталей.
§ 3. Выбор сырья для производства смазочных масел
Делались попытки получения смазочных масел из различных
видов сырья: из продуктов сухой перегонки каменных углей, слан-
цев. Однако в настоящее время наилучшими считаются масла, .по-
лученные из нефти. Поэтому в дальнейшем рассмотрим методы по-
лучения только нефтяных масел.
При выборе сырья для изготовления минеральных смазочных
масел следует иметь в виду: а) географическое расположение ме-
сторождения нефти и б) ее физико-химические свойства.
Географическое расположение нефтяных месторождений важно
в отношении распределения и транспортирования сырья и получае-
мых масел, так как этими условиями в значительной мере опреде-
ляются стоимость получаемой продукции и доступность снабжения
ею отдельных районов потребления. Физико-химические свойства
сырья важны для обеспечения наилучшего качества масел и наи-
более простого способа их производства.
Из указанных ранее требований, предъявляемым к авиационным
маслам, от сырья зависит удельный вес, кривая вязкости, стабиль-
ность масел. Остальные требования (температура замерзания, фрак-
ционный состав и др.) должен удовлетворять технологический про-
цесс. В процессе технологической обработки изменяется удельный
вес, кривая вязкости и стабильность, однако изменения эти ограни-
чены определенным пределом.
144
В СССР сырьем для получения авиационных масел служат эм-
бенские нефти — доссорская и макатская. Из них наиболее при-
годна первая, как менее смолистая. Ограниченные ресурсы доссор-
ской нефти заставляют перерабатывать на масла обычно смесь
макатской и доссорской нефтей. Однако примесь макатской нефти
в количестве более 30—40% является нежелательной, ввиду трудно-
сти переработки н ухудшения качества масла.
Положительные свойс ва эмбенских нефтей, особенно дос-
сорской, заключаются в небольшой смолистости их и в незначи-
тельном содержании парафинов. Эти свойства позволяют пере-
рабатывать данное сырье наиболее простыми способами, ие при-
бегая к депарафинизации.
Из парафинистых нефтей СССР годна Льля переработки на
масла сураханская, имеющая преимущества перед другими бакин-
скими нефтями. Исследования показали, что грозненская парафи-
нистая нефть также является ценным сырьем для получения
авиационных масел.
§ 4. Получение минеральных масел
По составу авиационные масла можно разделить на три типа:
1) масла минерального происхождения; 2) масла растительного
происхождения; 3) компаундированные масла.
Наибольшее применение имеют минеральные масла.
По способу получения минеральнйе авиационные масла раз-
деляются на; остаточные, дестиллатные и смешанные.
Остаточными маслами считаются масла из остатка, по-
лучающегося в результате отгонки от сырой нефти легких де-
стиллатов (бензина, керосина) и более тяжелых. Этот остаток
носит название гудрона или попу гудрона. Из него и получают
авиационные масла очисткой тем или иным способом.
Дестиллатные масла получаются путем перегонки по-
лугудрона или гудрона под вакуумом. Процесс этот сложен, а
поэтому дестиллатные масла встречаются редко.
Смешанные масла получаются путем смешения готовых
остаточных и дестиллатных масел.
Существует несколько методов очистки авиационных масел:
сернокислотный, кислотно контактный, или кислотно-земельный, и
селективный. Наиболее старый из этих методов — сернокислот-
ный. Он заключается в обработке дестиллатов серной кислотой
с последующей промывкой щелочью. Метод этот заменяется
более совершенными методами, например, кислотно-земельным
Процессом. Этот процесс состоит в том, что масло после очи-
стки серной кислотой подвергается еще дополнительной очистке
отбеливающими землями. Такие масла называются брайтстоками.
Брайтстоки получаются следующим способом. По
схеме, изображенной на рис. 46, мазут из резервуара (1) посту-
пает в трубчатую печь (2), откуда продукты разгонки направ-
ю
•Авиационные топлива
145.
ляются в эвапоратор (3). Более легкие фракции из эвапорато
идут в холодильники и затем в резервуар (4). Остаток напа
ляется в резервуар (5) через холодильники.
Из резервуара (5) перерабатываемый остаток подается в i
шалку (61 где очищается серной кислотой. После тщательного
деления кислого гудрона остаток из отстойника кислого мае
Рнс. 46. Схема установки для производства брайтстока
(7) подается в турбокомпрессор (8), где смешивается с отбели-1
вающей глиной. Полученная смесь прокачивается через сепара-
тор (9) и трубчатый нагреватель (10), где температура смеси
достигает 300°Ц, обеспечивая ее очистку и нейтрализацию гли*-’
ной. Из трубчатого нагревателя смесь подается циркуляционных '
насосом (11) в эвапоратор (12). Смесь циркулирует через сепа-।
ратор (9), трубчатый нагреватель (10) и эвапоратор (12) непре-J
рывно. Только 3% смеси отводится из эвапоратора (12) в ко-
лонну (13). Остальная часть смеси идет вновь в переработку, J
Из колонки (13) смесь, освободившись от сернистого газа*,,
проходит холодильники поступает в смеситель (14). Сюда же по-‘
ж Сернистый газ образуется в результате разложения прн перегонке ней-
тральных сернистых соединений, содержащих кислород (сульфоны, эфирй
серной кислоты и т. п.)
146
пает, под действием насоса, лигроин из резервуара (15). Раз-
енная лигроином смесь прокачивается через мощные фильтр-
^ессы (16) и затем через рамочные фильтр-прессы (17) для
’’^ончательной очистки от отбеливающей глины. Очищенное
°асло в смеси с лигроином поступает в резервуар (18).
1,1 Далее наступает вторая стадия процесса — депарафинизация
масла- Смесь масла с лигроином добавочно разбавляется лигрои-
ном, поступающим из резервуара (15), и прокачивается через
аиафрагмовыЙ смеситель (19). а затем — через подогреватель (20).
родогретая смесь поступает в резервуар (21), откуда насосом
подается в батарею холодильных колони (22), где охлаждается
холодным маслом. Из батареи (22) смесь подается во вторую ба-
тарею холодильных колонн (23) для более глубокого охлаждения.
Охлаждений производится аммиаком, вводимым по трубе (24)
Из холодильной установки. Смесь, охлажденная до температуры
. 40°И, обеспечивающей кристаллизацию парафина, через бак по-
стоянного уровня поступает в батарею центрофуг (26). Под дей-
ствием центробежной силы твердый выкристаллизовавшийся па-
рафин отводится в приемник (27), а масло—в приемник (28),
а затем—через холодильник (29) в первую батарею холодильных
колонн '22). Обеспарафинеиная смесь поступает в резервуар (30).
Из резервуара (30) смесь подается насосом через печь (31) в
ректификационную колонну (32), где происходит разгонка. Ли-
гроин направляется в резервуар (33), а готовое масло-брайтсток —
в резервуар (34).
СЕЛЕКТИВНАЯ ОЧИСТКА РАСТВОРИТЕЛЯМИ
За последнее время селективная очистка масел получила ши-
рокое распространение как метод более совершенный, чем
серно-кислотный или ки-
слотно - земельный, так
как селективная очистка
обеспечивает получение
высокосортных масел и
увеличивает сырьевые
Ресурсы, допуская ис-
пользование в качестве
сырья смолистых нефтей.
Технику применения
селективных растворите-
лей при обыкновенной
температуре можно про-
следить по схеме очистки
хлорексом, изображенной
Ва рис. 47.
Подлежащее очистке
^асло поступает из ре-
зервуара А. Одновремеи-
Рис. 47. Схема очистки селективными раство-
рителями
10
147
но из резервуара В подается растворитель. Смесь раствоЛ
рителя с маслом проходит через обогреватель С, где принимает;
требуемую температуру и проходит ряд последовательно распо-1
ложенных смесителей Д-1, Д-2, Д-З и отстойников сепараторов!
Е-1, Е-2, Е-3. Отстоявшиеся в Е-1 слои направляются: нижиий
слой с ароматическими и непредельными углеводородами, а так]
же смолами,—в специальный резервуар F; верхний же слой—чд»’
стично очищенное масло—во второй смеситель Д-2, захватывая
по пути растворитель из третьего отстойника Е-3. Пройдя, далее
второй отстойник, масло переходит в третий смеситель, захваЗ
тывая при этом растворитель. Из отстойника Е-3 масло посте
пает в резервуар (G).
Для отгонки растворителя при обоих резервуарах F и :
имеются перегонные кубы К и J. Отгонка производится водяиыД
паром, и регенерированный растворитель направляется в своя
бак В, пройдя конденсатор. Вода, сконденсировавшись, собираете!
в резервуар М и для полноты регенерации растворителя пере
гоняется еще раз из отдельного котла А/.
После отгонки растворителя в котле К остается экстракв
а в котле J—очищенное масло. Оба продукта направляются
в соответствующие резервуары R и О.
СХЕМА ТИПОВОЙ УСТАНОВКИ ДПЯ ЭКСТРАКЦИИ ФЕНОЛОМ
На рис. 48 изображена поточная схема типовой установки
для экстракции фенолом.
Сырье насосом (1) и фенол по трубопроводу (2) подаю!
в экстракционную колонну А. Часть сырья проходит по отВ'
влению трубопровода (3) мимо экстракционной колонны и nod
148
рает в верхнюю абсорбционную секцию водяной колонны (О)-
р водяной колонне (G) сырье, стекая вниз по тарелкам, обога-
щается фенолом и далее идет по каналу (4) на смешение
с сырьем идущим в экстракционвую колонну.
Получающийся в экстракционной колонне рафинатный ра-
створ выводится сверху экстракционной колонны и поступает
в промежуточный приемник С, откуда подается через теплооб-
менник (5) и через змеевик (6) (в печи D) в рафинатную ко-
лонну Е, работающую при атмосферном давлении. В рафинат-
ной колонне раствор стекает по тарелкам, одновременно отпа-
ривается открытым паром, который поступает вниз колонны.
Полученный фенол-рафинат, освобожденный от растворителя,
стекает в хранилище по трубопроводу (7), пройдя через тепло-
обменник (5).
Пары воды и растворителя отводятся сверху колонны в аб-
сорбционную секцию колонны G для фенольной воды. Снизу
экстракционной колонны экстрактная фаза идет в приемник В,
откуда подается через теплообменники (8) и (9) в атмосферный
эвапоратор F. Проходя через теплообменники (8) и (9), экстракт-
ная фаза нагревается горячим жидким фенолом и теплотой кон-
денсации фенольных паров высокого давления.
В эвапораторе F мокрые фенольные пары испаряются и затем,
вместе с мокрыми парами, поступают в колонну G, где фенол
отделяется от воды. Водяная колонна разделена тарелкой с от-
верстиями. Часть паров с постоянной точкой кипения выводится
из водяной колонны ниже этой тарелки, конденсируется в холо-
дильнике (10) и, проходя через приемник (1), подается в ниж-
нюю секцию экстракционной колонны по каналу (11) и далее на
смешение с экстрактным раствором. Остальная часть паров фе-
нольной воды с постоянной точкой кипения проходит сквозь
отверстия тарелки и поступает в абсорбционную секцию водя-
ной колонны, где контактирует с сырьем.
Пары чистой воды выходят сверху водяной колонны, кон-
денсируются в холодильнике (12) и поступают в приемник (13).
Вода из приемника 03) подается в змеевик печи D, где испа-
ряется, и пар используется в рафинатной и экстрактной колон-
нах. Образовавшийся в водяной колонне G безводный фенол
собирается и сушится парами фенола высокого давления из ко-
Дониы И.
Жидкость, содержащая около половины экстрактного раст-
вора и экстракт из эвапоратора F, подается в змеевик печи D,
гДе, нагревшись, поступает в секцию высокого давления стрип-
Оинг-колонны И. Здесь, при давлении 4 ат, происходит испаре-
ние сухих фенольных паров. Полученные фенольные пары кон-
денсируются в теплообменнике (9) при помощи экстрактного
Раствора и отводятся в нижнюю часть колонны G. Из нижией
'састи колонны, проходя через теплообменник (8) и водяной
Холодильник (14), фенол поступает в хранилище К. Полученные
149
остатки в секции стриппинг-колонны, содержащие некоторое к
личество фенола, направляются в верхнюю секцию этой же ю
лонны, где фенол отгоняется от экстракта открытым паром г
трубопроводу (15). Отпаренный экстракт по трубопроводу (1
стекает в хранилище.
Описанная установка тщательно герметизирована в целях д<_
ведения потерь фенола до минимума. Вода, применяющаяс
в экстракционной системе, с этой целью непрерывно цирку i
рует, снижая возможные потери фенола.
§ 5. Изготовление консистентной смазки
Консистентные смазки (мази) представляют собой загущенны
кальциевыми или натриевыми мылами минеральные масла разн<
образной вязкости. Таким образом получаются колоидальн)
Рис. 49. Схема изготовления
консистентной смазки
растворы известковых и магнезиальнь
мыл в минеральных маслах. В авиащ
консистентные мази применяются д.1
смазки трудно доступных машиннь
частей с Малыми относительными ск
ростями, как например: клапанных к
ромысел и тяг двигателей воздушно:
охлаждения. Наиболее распространение
применение имеет кальциевая коне
стентиая смазка (схема получения I
изображена на рис. 49).
Вверху установки расположены б
ки:(1)—для минерального масла, (2)—д.1
растительного, (3) и (4) — для известное
го молока. Известковое молоко загото
ляется накануне варки мази в извег
ковом отделении. В особом чане(З) гася
известь, дают осесть тяжелым механищ
ским примесям, и затем сквозь мелко
сито (За) опускают в смесительный бара
бан (4), где тщательно перемешиваю*
1 тонны мази в варочный котел (5) п<
дается из бака (2) растительное масло в количестве 110—130 к
и затем из бака (1) подают такое же количество минеральное
масла. Здесь смесь варится и омыливается известковым молоко»
поступающим из смесительного барабана (4). Для равномерно!;
омыливания масса перемешивается специальной механическо
мешалкой (6). По мере того как мыло уварится и значительна
часть воды испарится, в котел подается тонкой струей минера^
ное масло в количестве 700 кг. При этом ведут особо наблю!
ние за степенью уваривания. Готовую мазь опускают в м
шалку охладитель (7) с двойными стенками, между которых
протекает холодвая вода. В мешалке (7) мазь перемешивает!
Для приготовления
150
до загустения. Загустевшая мазь спускается на вальцовку (8)
с гладкими полированными валами, где мазь получает однород-
ную консистенцию и блеск. Из вальцовки мазь поступает в по-
даваемые на вагонетках бочки или бидоны и запечатывается.
Таким образом варятся все сорта консистентных кальциевых
мазей, причем сорт мази будет зависеть от количества расти-
тельного масла, от сорта минерального масла и от продолжи-
тельности варки.
Имеется много преимушеств замены консистентных смазок
вязкими маслами типа цилиндровых, что в настоящее время
н делается. Такие масла, заменяя консистентные мази, отличаются
большой стойкостью при высоких температурах, сохраняя свою
однородность, в то время как, например, солидолы, при высо-
кой температуре разлагаются на мыло и масло, которое к нему
было добавлено.
§ 6. Синтетические смазочные масла
Стремление улучшить физические свойства естественных сма-
зочных масел, с одной стороны, и использовать отбросные про-
дукты нефтепереработки, с другой стороны, привело к произ-
водству синтетических смазочных масел.
Синтетические масла получаются путем процессов поли-
меризации и конденсации углеводородов нефти или газов кре-
кинга с помощью катализаторов. Применяются также физичес-
кие воздействия на указанное сырье (электрические разряды,
высокая температура и т. д.).
Производство продуктов этой новой отрасли промышлен-
ности находится еще в начальной стадии развития, и продукты
синтеза чаще всего только прибавляются к естественным сма-
зочным маслам для повышения качеств последних.
Примером синтетического масла может служит так называе-
мое п а р а ф л о у—продукт конденсации хлорированного парафина
с нафталином в присутствии хлористого алюминия. По внешнему
виду парафлоу—жидкость следующих качеств:
d420— 0,918-0,925
4юо 0,85
Эюо— 10,0-5-12,0
вспышка, по Бренкену, в°Ц . . обычно выше 350
кислотность, в °/о SO3 ..... 0,002-5-0,01
зола...........................0,5-е- 1,0°/о
кокс, по Конрадсону, в°/0 . . . . 3,2 н-4,0
молекулярный вес...............900
иоДное число..................1-5-5,0
температура застывания, в °Ц . . 15-5-20°
151
Парафлоу применяется в качестве добавки (присадки) к авиа^
ционным маслам для понижения их температуры застывания. I
К типу синтетических масел относится так же эксанол^
продукт, отличающийся прекрасными смазывающими свойствами]
Способ приготовления эксанола, или, как он иначе называется,]
паратона, состоит в полимеризации изобутилена хлористым алю-
минием при низких температурах.
Паратон — слегка желтая, очень вязкая и липкая жидкость]
Свойства продукта следующие:
удельный вес при 20° Ц.................... 0,8842
вспышка, по Бренкену, в°Ц.............. . 234
вязкость, по Энглеру, при 50’Ц............... 565
„ . „ 'при 100°Ц , ............. 74
кинематическая вязкость, в стоксах: при 38°Ц 87,5
при 50°Ц 42,9
и „ при ЮОРЦ 5,45
индекс вязкости........................ 112
вязкостно-весовая константа............ . . 0,746
температура застывания, в °Ц........... . —12
кокс, по Конрадсону, в ®|0 . ............... 0,1
число омыления................. ............ 0
иодное число . ........ ............. 6
элементарный состав, в °/0: Н ..............13,86
„ . „ С . ... 85,67
молекулярный вес................... . . 518
коэфицйент рефракции ...... ... 1,4892
К синтетическим маслам относятся также так называемые]
вольтоловые масла. Процесс получения их состоит в том, что вра-1
щающиеся электроды орошаются маслом при температуре 60—1
70°lJ. и подвергаются действию тихих электрических разрядов]
при напряжении 4 350— 4600 вольт и частоте периодов до 1 000.1
Для предотвращения процессов окисления процесс ведется!
в атмосфере водорода. Масло небольшой вязкости превращается!
таким образом в продукт чрезвычайно большой вязкости. На-
пример, удавалось достигать вязкости Эно — 100.
Механизм процесса еще недостаточно выяснен, но можно
предполагать, что происходит глубокая полимеризация углево-1
дородов. Часть сырья остается непрореагировавшей и удаляется
при помощи вакуумной перегонки.
Хотя процесс вольтолизации является дорогим, тем не менее
он уже внедрещв промышленность. Спрос па эти продукты, в
частности для авиации, очень большой. Продукты вольтоли-
зации отличаются высокой маслянистостью и очень высоким
индексом вязкости. Недостатком вольтоловых масел является^
окисляемость их во время работы. Этот недостаток, невидимому»]
может быть устранен добавкой антиокислителей.
15’
Число синтетических продуктов, которые могут быть приме-
нены непосредственно как смазки, добавки к смазкам или для
компаундирования, продолжает увеличиваться.
ГЛАВА П
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АВИАЦИОННЫХ МАСЕЛ
§ 1. Оценка качеств авиационных масел
Современные авиационные двигатели, развивающие большую
мощность в одном агрегате и работающие с наддувом, чрезвы-
чайно усложняют систему смазки и повышают требования к сма-
зочным материалам.
Двигатели воздушного охлаждения, имеющие, как известно,
повышенный температурный режим, требуют особо высококаче-
ственных смазочных материалов. Так например, масла для дви-
гателей воздушного охлаждения должны обладать более высокой
температурой вспышки и воспламенения.
Для выяснения применимости масел на авиационных моторах
рассматривают следующие их качества:
1) удельный вес,
2) вязкость,
3) липкость,
4) поверхностное натяжение,
5) температура вспышки,
6) температура воспламенения,
7) температура застывания,
8) кислотность,
9) цвет,
10) содержание воды,
11) коксуемость,
12) зольность,
13) содержание смолы,
14) нагарообразование,
15) иодное число,
16) число омыления.
§ 2. Удельный вес
По удельному весу определить качество масла нельзя, для
этого требуется провести полный анализ масла. Однако по удель-
ному весу можно определить происхождение масла (например,
минеральное или растительное) и химическую природу исходной
нефти: парафиновые нефти дают более легкие масла, чем нефти
с ароматическим основанием. Увеличенное значение удельного
веса исследуемого масла против утвержденных норм позволяет
сделать предварительный вывод о недостаточно хорошей очи-
стке масла.
Определение удельного веса производится ареометром, весами
Вестфаля и пикнометром таким же образом, как это делается
При определении удельного веса топлива.
Ввиду высокой вязкости авиационных масел при нормальной
комнатной температуре, определение удельного веса их целесо-
153
образно «роизводить: с предварительным подогревом масла
4О'’Ц или при разбавлении его керосином. В последнем случае
численное значение удельного веса определяется по формуле:
d — 2d, d%,
где: d— удельный вес масла; dt— удельный вес смеси; da— удель-
ный вес керосина, взятого для разбавления масла.
Если определение удельного веса ведется при температуре
выше или ниже 20°Ц, то вводится соответствующая поправка.
Температурные поправки удельного веса на ГЦ: для мине-
ральных авиационных масел + 0,00065, для касторового масла
± 0,00069. •
Удельный вес масла, кроме исходного сырья, зависит и от
длительности хранения, так как с течением времени происходит
испарение легких фракций, и удельный вес масла увеличивается.
Таблица 82
Удельный вес авиационных масел
Наименование масел Удельный вес
Авиационное масло МК . . ’ . мз;. . , . . МС :. . . . . . МЗС; Касторовое масло i > j г > • 0,905 0,905 0,895 0.890 0,950—0,970
§ 3. Вязкость
Наиболее важным свойством, характеризующим качество ма-
сла, является его вязкость.
Вязкостью называется сила сопротивления, которую оказы-
вает жидкость взаимному перемещению молекул. Вязкость изме-
ряется в абсолютных и технических единицах.
Под абсолютной, или динамической, вязкостью понижается
сила сопротивления (выраженная в-динах) взаимному перемеще-
нию двух слоев жидкости с поверхностью, равной I см2, отстоя-
щих друг от друга иа расстоянии 1 см и перемещающихся со
скоростью 1 см/сек. В качестве единицы динамической вязкости
принят пуаз, то есть такая вязкость, при которой сила, потреб-
ная для перемещения слоя масла в 1 см2 со скоростью 1 см/сек
относительно другого такого же слоя масла на глубине 1 см,
равна 1 дине.
В абсолютной системе мер (CGS) указанная единица (пуаз)
1 дин сек _ , ..
имеет размерность 2 — . Так как пуаз представляет собой
см*
154
довольно крупную величину, то пользуются более мелкой еди-
ницей, равной 0,01 пуаза и называемой сантипуаз.
Абсолютная, или динамическая, вязкость определяется временем,
истечения определенного объема жидкости
через капиллярный вискозиметр Уббелоде.
Абсолютная вязкость (в пуазах)
выражается формулой:
___крг’Т дин.сек
TJ 8vL см* ’
где: г — радиус капилляра, в см-, А—длина
капилляра; Т — время истечения, в сек', © —
объем вытекшей жидкости, в см3.
Разделив абсолютную вязкость масла на
абсолютную вязкость воды при той же тем-
пературе, получим удельную вязкость:
где: 0 — удельная вязкость; т(с—абсолютная
вязкость воды;т]—абсолютная вязкость масла.
Разделив абсолютную вязкость масла на
плотность жидкости при той же темпера-
туре, получим к и н е мат ичес к у ю вязкость:
Рис. 50. Стандартный
капиллярный виско-
зиметр типа Остваль-
да для определения
кинематической вяз-
кости
вискозиметре Ост-
где: т)л—кинематическая вязкость при t СЦ;
т; — абсолютная динамическая вязкость при
t °1J; р—плотность при t °Ц.
Так как плотность в физической системе
мер выражается отношением: масса/объем =
~г\см3, то размерность кинематической вяз-
кости выражается в (г/сл.сек) : (г/сл3) =
— см^сек. Единицей кинематической вязко-
сти является стокс, равный 1 см?1сск-, 0,01
стокса называется сантистокс.
Кинематическая вязкость определяется в
вальда (рис. 50;.
Вискозиметр Оствальда представляет собой ©-образную трубку
из стекла с двумя расширениями—„шариками" (3) и (5)—и с впаян-
ным капилляром (2). На левом колене ниже и выше шарика (3)
сделаны сужения и нанесены метки. Вискозиметр через широкое
колено наполняется исследуемой жидкостью, которая засасы-
вается затем .выше верхней метки. Измерению подлежит время,
в течение которого уровень жидкости опустится от верхней до
нижией метки.
155
Вычисление абсолютной кинематической вязкости произв!
дится по формуле:
n*=^s.
Рис- 51. Вискозиметр Энглера
1—‘резервуар для исследуемой жидкости, 2 — калиброван-
ное отверст -е, 3 — крышка резервуара жидкости, 4—
штепсель, 5 — жидкостная баня. 6 — подставка прибора,
7—мерная колба емкостью 200 см3, 8— спиртовка, 9—от-
верстие для термометра. 10 — указатель уровня исследус-
мой жидкости, II — мешалка, 12 — ручка мешалки
где: —кинематическая вязкость, в стоксах, при температуре
определения; k—постоянная вискозиметра; \—время истечения
испытуемой жидкости
при температуре опре-
деления.
Окончательное зна-
чение находят как
среднее арифметиче-
ское из нескольких из-
мерений.
На практике обыч-
но определяют ие аб-
солютную, а относи-
тельную (условную)
вязкость. Определение
производится при по-
мощи вискозиметров,
основанных на принци-
пе истечения жидкости
из малого отверстия.
У нас применяется
вискозиметр Энглера
(рис. 51).
Относительная
вязкость авиацион-
ного масла измеряется
в градусах Энглера.
Градусом Энглера (°Э)
называется отношение
числа секунд, в тече-
ние которых вытекает
200 см3 масла, к числу
секунд, в течение ко-
торых вытекает 200 см3
чистой волы при '. (Г Ц.
Скорость истечения во-
ды ^считается постоянной прибора (водное число). Она лежит
•в пределах 50 - 52. Чтобы результаты измерений на разных при-
борах можно было сравнить, части вискозиметра строго стандар-
тизированы.
Так как вязкость маела изменяется в зависимости от темпе-
ратуры (зимой масло более вязкое, летом—менее вязкое), то и
определение вязкости, по Энглеру, производится при определен-
ных температургГх, обычно 50 и 100°Ц.
156
Таблица 83
Характеристика вязкостей авиационных масел
Наименование масел Кинематичес- кая вязкость, в сст, при 100эЦ Условная вязкость, в ° Э, при 100еЦ
Авиационное масло МК . .... 22.4 3,15
. мз 14,3 2,25
. . мс. . 20,2 2,9
. . мзс . . 14,3 2,25
Касторовое масло ... 3,2 (при90°Ц)
В США относительная вязкость масел измеряется секундами
Сейболта. Секунды Сейболта—это время свободного истечения
в секундах определенного объема (60 см3) масла в стандартном
вискозиметре Сейболта. В Англии для определения условной
вязкости пользуются вискозиметром Редвуда, и вязкость выра-
жается в секундах Редвуда.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЯЗКОСТЬ МАСЛА
Темпе ратура. Вязкость авиационных масел в сильной
степени зависит от температуры. На рис. 52 изображена зави-
симость вязкости некоторых ма-
сел от температуры, соответ-
ствующей рабочему режиму дви-
гателя. С увеличением темпера-
туры вязкость сильно падает.
Особенно резкое падение про-
исходит при температуре 35—
50° Ц. Характер изменения вяз-
кости от температуры зависит от
свойств исходного нефтепродук-
та, из которого получено масло,
от фракционного состава масла
и от способа и степени очистки.
Чем меньше изменение вяз-
кости масла по температуре, тем
качество масла выше. Одно и
тоже масло обслуживает ряд
трущихся поверхностей, находя-
щихся в различных температур-
ных условиях, поэтому вязкость
масла на этих участках будет
р злична: в некоторых местах
она будет очень велика, что при-
Рис. 52. Зависимость вязкости масел
от температуры
/—эмбенский брайтсток. 2—касторовое мас-
ло, веретенное Масло
157
ведет к большим потерям на трение, в других, наоборот,—иедо-'
статачна. Запуск двигателя происходит очень часто при низкой!
температуре, вязкость масла при этом очень велика, и это дает
большой момент трения. При большой температуре, соотве-Д
ствующей нормальному режиму двигателя, вязкость значительно
падает и может даже оказаться недостаточной для обеспечения
надежной работы подшипников. Из этих соображений масло
должно обладать, по возможности, пологой кривой изменения
вязкости по температуре. Так как все имеющиеся авиационные
масла имеют очень крутую кривую изменения вязкости от тем-
пературы, то при выборе масел приходится принимать компро-
миссное решение..
По вязкости масла при высокой температуре (100°Ц) опреде-
ляют: о надежности работы двигателя в определенных климати-
ческих условиях; об износе деталей моторов; о-потерях на трение;
об удельном расходе масла; о замасливании свечей.
О вязкости масла при низкой температуре (О9 до—10°Ц) зави-
сят; надежность циркуляции
доступ смазки масла во все
масла при запуске, обеспечивающей
нужные места двигателя; потери
на трение; удобства эксплоатации,
особенно в условиях пониженной
температуры.
Давление. Вязкость авиа-
ционных масел зависит и от дав-
ления: с повышением последнего
вязкость увеличивается. При дав-
лении около 1 000 ат. масло пре-
вращается в пластическую массу.
Вязкость авиамасел при давлениях,
близких к действительным, увели-
чивается незначительно — порядка,
8—10%. Существует зависимость:
зависимости от абсолютной вяз-
кости
'Чр — 'WL,
где: —вязкость при давлении;
»;0 — рязкость при атмосферных
условиях; /-‘ — давление, в кг)см2',
а—характеристическое число (для
минеральных масел а=1,002—1,004,
для растительных масел а = 1,001—1.0015).
В условиях эксплоатации часто приходится смешивать 'масла
с различной вязкостью. Для определения вязкости полученной
масляной смеси пользуется специальными вискозиграммами.
Чем меньше вязкость, тем меньше сила, затрачи-/
ваемая на трение. С повышением температуры масляного’
слоя вязкость падает, и сила трения уменьшается. Нельзя, однако,
стремиться к большому увеличению температуры масляного слоя,
158
нбо перейдя через известный температурный предел, мы можем
получить полужидкостное трение, которое повлечет увеличение
силы трения и даже заедание трущихся частей.
Вязкость также влияет и на расход масла. Кривая на рис. 53
показывает, что чем больше вязкость масла, тем
меньше расход его.
§ 4. Индекс вязкости
Индекс вязкости показывает зависимость вязкости масла от
температуры. Являясь относительной величиной, индекс вязкости
характеризует температурную кривую вязкости масла.
Наибольшее распространение и применение получила система
Дина и Дэвиса, основанная на сравнении испытуемого масла
с эталонным. Она состоит в следующем. В качестве эталонных
масел приняты две группы масел: одна—с очень пологой темпе-
ратурной кривой вязкости (степень изменения вязкости от тем-
пературы для этой группы масел была принята за индекс вяз-
кости и условно оценена в 100 единиц); другая группа масел
имеет крутую кривую вязкости, и индекс вязкости масел этой
группы оценен в 0 единиц.
Для определения индекса вязкости, по Дину и Дэвису, поль-
зуются формулой:
/. - -7/
ИЗ--, -g-100,
L — 11
гце.ИВ—индекс вязкости испытуемого масла; L—вязкость эталон-
ного масла из группы с крутой кривой вязкости при 100’F(37,8°U),
в секундах Сейболта Универсаль; И—вязкость эталонного масла
из группы с пологой кривой вязкости при lOCPF (37,8°Ц) в секун-
дах Сейболта-Универсаль; v — вязкость исследуемого масла при
100й F, в секундах Сейболта.
При определении индекса вязкости исследуемого масла не-
обходимо, чтобы вязкость эталонных и исследуемого масел при
210°F была одинаковой. Этим и объясняется то, что в качестве
эталонов приняты не два масла, а две группы масел: группа
И—с пологой кривой вязкости и группа Z.—с крутой кривой
вязкости. Среди этих двух групп масел всегда удается найти два
масла, которые при 2l0°F имеют вязкость, равную вязкости
испытуемого масла также при температуре 210°F. Пользоваться
методикой Дина и Дэвиса затруднительно, так как вязкость
и температура у нас определяются в других единицах. Индекс
вязкости с достаточной точностью может быть определен по
графику, предложенному Папок и Рагозиным и составленному
на основе методики Дина и Дэвиса (рис. 54).
Для определения индекса вязкости нужно знать вязкость
испытуемого масла в градусах Энглера при 50 и 10СРЦ. Опреде-
ление индекса вязкости производится следующим образом. На
159
оси ординат откладывают вязкость испытуемого масла пр,
50°Ц, и из этой точки проводится прямая линия, параллельна)
оси абсцисс, до пересечения с кривой, соответствующей вяз
кости масла при 100°Ц. Затем из этой точки опускается перпен
дикуляр на ось абсцисс и читается значение индекса вязкости
Например, если вязкость масла при 50°Ц равна 25°Э, а при
100°Ц — 3,4°Э; то это масло имеет индекс вязкости 90. ,
Рис. 54. График для определения индексов вязкости
Чем выше индекс вязкости, тем лучше масло.
Масла парафинового основания и растительные масла обладают
большими индексами вязкости, в сравнении с другими маслами.
Для улучшения индекса вязкости масла к нему иногда до-
бавляют специальные присадки.
§ 5. Липкость и поверхностное натяжение
Липкостью или смазывающей способностью называют способ-
ность масла прилипать к поверхности, смачивая ее. Чем больше
липкость, тем крепче масло держится на поверхности металла,
тем больше гарантии, что между трущимися поверхностями
будет находиться слой масла, предохраняющий их от полусухого
трения.
Носителями липкости являются жирные кислоты. Раститель-
ные масла обладают большей липкостью, чем минеральные.
Поэтому очень часто к минеральным маслам добавляют расти-
тельные. Такие масла называются компаундированными.
Липкость в сильной степени зависит от поверхностного натя-
жения. Чем меньше поверхностное натяжение, тем больше лип-
кость. С увеличением температуры поверхностное натяжение
увеличивается, а липкость, следовательно, уменьшается. Лип-
1G0
кость, кроме того, зависит от материала поверхности и состоя-
ния Опытами установлено, что масло лучше смачивает мед-
(1уЮ поверхность, чем, нагример, железную.
Лиг кость масла является важным фактором и, выбирая масло
для данного типа авиационного
пать его липкость. Только со-
четание вязкости и липкости
д чет правилы ое решение во-
проса о выборе смазочного
вещества. Небольшие зазоры
и высокие темпёрату ры тре-
буют масел с высокой липко-
стью. Хорошая липкость осо-
бенно нужга при смазывании
стенок верх! их частей цилин-
дра для моторов воздушного
охлаждения и для двигателей
с охлаждением высококипя-
щими жидкостями
Способов для определения
Л1 пкости много. Ни один из
них не отличается точностью
и удобством пользования, по-
этому они не получили широ-
кого расгростраиг пия Дальвиц
и Вегенер предложили опреде-
лять масчянисюсть по краевому углу, то есть углу, который
образуется смачивающей жидкостью на границе твердой по-
верхности.
Чем меньше краевой угол 0, тем лучше смачиваемость.
Если а—сила поверхностного натяжения, то acos0 = p будет
силой П| илинанпя жидкости к поверхности, а и р определяются
г ри помоши прибора, изображенного на рис. 5 : а—высота подня-
тия м- с.1 а н капилляре, р— растечепие масла в капиллярном зазоре
между двумя пласт ками.
R
0 вычисляется по формуле: 0 = .
двигателя, необходимо учиты-
определеиия
Рис. 55. Прибор для
липкости
Т— подвижная нить, К капилляр, G— зажим,
М— металли еск>е бруски. Р — гори октальный
столик, S—вертикальный конус
§ 6. Температура вспышки и воспламенения
Темпера у рой вспышки называется та температура, при кото-
рой пары горючего масла в смеси с воздухом при приближении
бЛамсгы даю г короткую вспышку.
Темпе, атура ьспышки не является константой, по котсрой
кижно было ы судить об зкеплоатапиопных качествах выбирае-
мого масла. По имнерачуре вспышки судят: 1) о степени огне-
°ш.с>1осги продукта, 2) о его чистоте (загрязнении бензином).
П
Авиационные 7 •> л» на
161
3) об однородности сырья и методах его обработки, 4) о предел^
ной температуре применения масла.
В СССР определение температуры (вспышки производится
двумя способами: в открытом сосуде — приборе Бренкена—и в
закрытом сосуде— приборе Мартенс-Пенского (рис. 56, 57).
।
Рис. 57. Аппарат Мартенс-Пенского
Температура вспышки для авиационных масел не допускается!
по Бренкену, ниже 250°Ц, а по Мартенс-Пенскому (закрытый
способ) — ниже 230'Ц. Эта разница в 20п объясняется диффунди-
рованием части паров масла в окружающее пространство. В та-
блице 84 приведены температуры вспышки некоторых авиацион-
ных масел.
Температурой воспламенения называют температуру масла,
при которой вспыхивают не только пары масла при поднесении
к ним огня, но и загорается само масло.
Определение температуры воспламенения производится также
в аппарате Бренкена. -
Разница между температурой вспышки и температурой воспла-
менения для одного и того же масла не должна быть более
20—3(ГЦ.
Температура воспламенения отработанных авиационных масел
всегда ниже температуры воспламенения свежего масла, что го-
162
ворит о присутствии следов бензина в отработанном масле. Это
положение в равной степени относится и к температуре вспы-
шки.
Таблица 84
Температура вспышки авиационных масел
Название масел Температура вспышки, в ЬЦ
По Мартеис- Пеискому По Брен- кену
Авиационное масло МК . . 230 250
. МС 225 235
. мзс .... 200 220
Касторовое 240 275
Температура воспламенения, так же как и температура вспы-
шки, ставит предел применимости масла в двигателях внутрен-
него сгорания.
Для двигателей с воздушным охлаждением температура вос-
пламенения масла должна быть больше, чем для двигателей с
водяным охлаждением.
§ 7. Температура застыванця
Масло при охлаждении становится все более и более вязким
и при дальнейшем понижении температуры совершенно теряет
подвижность. Температура, соответствующая этому моменту,
называется температурой застывания. В условиях зимней эксплоа-
тации и для северных районов страны это качество масла при-
обретает первостепенное значение.
Для определения температуры застывания испытуемое масло
наливается в пробирку и выдерживается в холодильной смеси
в вертикальном положении при предполагаемой температуре за-
стывания 30 мин, затем пробирка наклоняется под углом 45° и
выдерживается в таком положении в течение 5 мин. Если в тече-
ние этого времени уровень масла не изменится, то данная тем-
пература является температурой застывания масла. Перед каж-
дым определением масло нагревается до 50°Ц.
При испытании надо внимательно следить за вязкостью при
низких температурах. Есть масла, которые имеют довольно
низкую температуру застывания, но уже при температуре от
—2 до —8° вязкость в них настолько велика, что применяться
на авиационных двигателях они не могут. Поэтому выбирать
число, судя только по температуре застывания, нельзя. Надо
Знать также зависимость вязкости от понижения темпера-
туры.
Н*
163
Температура застывания масла зависит от природы и исход-
ного сырья, от степени и способа очистки, от наличия примесей.
С помощью некоторых вг ц ств можно снизить температуру за-
стывания масла hi 10—12°.
Температура застывания масел, нахотящихся на снабжении
в авиации, колеблется в пределах 11-=-30’Ц ниже нуля.
§ 8. Кислотность
В авиационных маслах встречаются неорганические и органи-
ческие кислоты. К числу последних отноотся нафтеновые ки-
слоты. Повышенная кислотность делает масла нестойкими в ра-
боте, вызывает кориозию и ведет к увеличению нагероо^разова-
иия. Масло с повышенной кислотностью нельзя употреблять для
смазывания металлических частей, предназначенных для хранения.
Так как авиационные масла преимущественно очищаются при по-
мощи серной кислоты, то при недоброкачеств-Иной очистке
часть ее в масле остается. Эта кислота разрушающе дей-
ствует на металл, вследствие чего присутствие ее в масле не-
допустимо.
Органические кислоты встречаются, главным образом, в ра-
стительных и животных маслах. Кислоты эти менее активны, и
поэтому в маслах допускается некоторое небольшое их коли-
чество. Ор анические кислоты входящие в состав масла, имеют
и положительные и отрицательные свойства. С одной стороны,
они увеличивают липкость масла, с другой стороны, увеличи-
вают способность его к образованию смол и нагара и, кроме
того, действуют разъедающе на металлы. Поэтому органичес-1
кая кислотность минерального авиационного масла (МК) не
должна превышать 0,1 КОН. Для касторового масла это число
должно быть не более 1,6 КОН. Ввиду повышенной кислотно
сти касторовое масло нельзя применять для смазки мегалличес-1
ких частей, предназначенных для хранения.
Н ,фтеновые кислоты относительно инертны к металлу, тем
не м нее гри соприкосновении, особенно с цветными металлами!
они реагируют с ними, образуя мыла. Мыла могут растворяться
в масле или выпадать из него в виде осадка. Во избежание об-
разования эмульсий количество цафтеновых кислот в маслах не
должно превосходить определенного предела.
Опрел ление органических кислот и масле производится ме-
тодом титрования спирювой вытяжки маслз едким кали (К<’Н)-
Колпчество органических кислот, находящихся в масле, опреде-
ляется количеством едкого кали (КоН), в мг, необходим но для
нейтрализации кислоты, содержащейся в одном грамме мае ia-
Кислотность выражается также в процентах So,, Для перевод1
данных кислотности, выраженных в мг КОН на 1 г масла, поль-
зуются установленным соотношением: lu/0 SO3 эквиваленте»
14 мг КОН.
Для масел, находящихся на снабжении в авиации, кислотность
(в мг КОИ) не должна быть более:
для авиамасла МК—0,1
, , МС- 0 07
„ „ МЗС - 0,25
„ касторового масла — 1,6
К'к минеоальные кислоты, так и щелочи, должны совершенно
отсутствовать в маслах, потому что они вызывают сильную кор-
розию.
§ 9. Цвет
Авиационные масла могут быть самого разнообразного цвета:
янтарного, красного, зеленоватого бурого и черного; в боль-
шинстве случаев масла имеют буровато-желтоватые цвета. Ра-
стительные и животные масла призрачны, бесцветны или имеют
желтоватый или желтовато-зеленоватый цвет. Цвет масла не
Рис. 5R. Колориметр
Дюбоска
Рис. 59. Схема колориметра
Дюбоска
имеет практического влияния на смазочные свойства, но по цвету
Можно судить о степени очистки масла.
По флуоресценции * можно определить, из какой нефти масло
изготовлено. Масла парафинового основания имеют зеленую
флуоресценцию, масла асфальтового основания — синюю. Масла
растительного происхождения не флуоресцируют; если же они
* Флуоресценция — это свойство, присущее некоторым веществам и заклю-
чающееся в том. чю в проходящем свете они имеют одну окраску (напри-
WeP, красный цвет), а в отраженном свете — другую (например, зеленый цвет).
165
обладают такой способностью, то это говорит о присутствии в
них минеральных масел.
Масла, содержащие влагу, становятся мутными и кажутся
темнее, чем безводные. Цвет масел обусловлен присутствием
смолистых веществ, которые могут быть удалены соответствую-/
щей очисткой. •
В СССР цвет масел определяется в аппарате Дюбоска. Этот !
способ заключается в том, что цвет испытываемого масла срав-J
нивается со стандартным раствором иода в иодистом калии]
(рис. 58, 59).
§ 10. Содержание воды
Наличие воды в масле можно обнаружить по следующим,
признакам: 1) масло, содержащее воду, становится мутным; 2) если
нагревать масло,
находящееся в пробирке, то стенки ее выше
уровня запотевают, и масло издает харак-
терный треск; 3) большое количество во-
ды в масле можно определить после двух-
часового отстаивания масла, так как вода,
будучи Тяжелее масла, собирается на дне
сосуда.
По техническим условиям наличие вЬды
в масле не допускается из-за того, чтр
масла могут образовывать с водой стойкуи!
эмульсию, понижающую смазочные свой-1
ства. При высоких температурах (порядка]
„ 100°) обводненные масла могут пеиитьсл
и выбрасываться из масляного бака.
Кроме того, вода вызывает коррозию!
металла.
Содержание воды определяется в при-
боре Дина и Старка (рис. 60).
'1
§ 11. Коксуемость и зольность
Коксуемость. При высоких темпера-
турах в результате разложения углеводоро-
дов образуются твердые частицы масла,
Д. которые являются основой нагара, отлй-|
гающегося на стенках цилиндров, на кла-
Рис. бо. ^Аппарат Дина панах, на днищах поршней и в камере его-]
и Старка рания. Эти твердые частицы называются!
коксом. Чем более в масле асфальтово-]
углеродистых веществ, тем больше коксуемость масла. Пока-
зателем коксуемости масла служит коксовое число.
Коксовым числом называется процентное содержание кокса в
маслах. I
Коксуемость определяется в приборе Конрадсона (рьс. 61)-
166
Процесс определения строго стандартизирован. Коксовое число
масел должно быть не выше:
авиамасла
для
МК —0,7%
МС -0,3%
МЗС-0,45%
Зольность. Несгораемые составные части, находящиеся в
масле, называются золой. В состав золы входят кальций, натрий,
магний, железо, алюминий, кремний и др. элементы.
Рис. 61. Прибор Конрадсоиа
Повышенная зольность увеличивает нагарообразование и
дает твердый нагар. Кроме увеличения нагарообразования, зола
вредна тем, что способствует из-
носу трущихся поверхностей и
уменьшает проходное сечение
маслопроводов, отлагаясь на нх
стенках. В авиационных маслах
зольность не должна превышать
0,005%.
§ 12. Химический состав
авиационных масел
Химический состав нефтей
Таблица 85
Зольность некоторых авиацион-
ных масел
Название масел | Зола, в°/о
Авиа масло МК . не более 0,004
. МС . . 0,003
„ М3 . „ 0,004
. мзс. „ 0,003
Касторовое . . . * » 0,008
изучался довольно обстоятельно, но точных количественных дан-
ных о составе масел и их фракций не имеется. Более или менее
нодробо изучены» ииЗкокипящие фракции—бензиновые и керо-
167
синовые, что же касается масляных фракции, то их химический
состав изучен значительно менее полно.
Нефтяные масла по составу представляют со^ой смеси пара-
финовых. нафтеновых и ароматических углеводородов.
Физико-химические свойства нафтеновых и ароматических угле-
вод родов оэуслов юны их строением. Носителями вязкости
являются полициклические нафтены и полициклические аро-
матические углеводороды с достаточно длинными боковыми
цепями. Решающее значение в характере изменен 1я вязкости
в связи с изменением температуры играет, количества циклов.
Например: одно- и двуядерные нзфтеновые и ароматические угле-
водороды имеют относительно небольшую крутизну кривой вяз-
кости, более же сложные полициклические углеводороды обла-
дают крутыми кривыми вязкости.
Ароматические угеводороды дают большую крутизну кривой
вязкости по сравнению с нафтеновыми у1леводс родами. Сле-
довательно, наиболее благоприятным будет масло, содержащее
малоядерные нафтены с длинными б жовыми цепями. Удлинение
боковой цепи приближает циклические углеводороды к мета-
новым (парафиновым! углеводородам Они обладают и меньшем
удельным весом н меньшей склонностью к образованию нагара
и осадков.
Все масла можно подразделить иа: а) содержащие в своем
состав?, преимущественно, нафтеновые кольцу (масла нафтено-
во о основзниг). б) содержащие большое количество углеводо-
родов с парафиновыми цепями (масла парафинового основ ния);
в) богатые ароматическими углеводородаз и (масла аром тичес-
кого основания).
Из всех этих типов масел лучшими считаются масла пара-
финового основания. Они наиболее стойки под действием вы-
соких температур, обладают меньшей склонностью к образо! анию
отложений и дают мало нагара.
ГЛАВА III
ТИПЫ АВИАЦИОННЫХ МАСЕЛ И ИХ КАЧЕСТВА
§ 1. Виды смазочных материалов
Смазочные материалы по их агрегатному состоянию подраз-
деляются на три основные группы: жидкие, разжижающиеся,
твердые.
Смазывающие вещества, жидкие при нормальной температуря
нос'Т название масел Смазочные вещества, мазеобразные иди
твердые при нормальной температуре, но разжижающиеся пр;|
повышении температуры, носят общее название разжижающихся
168
Таблица 86
М неральиые авиационные масла
Физике химические свойства ГОСТ 1010-41 У-1Я-42 Нарком- Н’ фти Масло авиаци- онное МК (нз эмбенских неф- тей) ТУ-163-Ij
МК / мс мзе М3
Внешний вид масла, налитого в химическую пробирку Густая маслянистая жидкость от желто "о до красного цвета, флуоресцирующая в отра- женном свете х
Удельный вес не выше . . 0,905 0,895 0,890 0505 0.905
Вязкость при 1(ХГЦкинематиче- ская. в ест, уе меиее 22.4 20.2 14,3 14,3 22,4
Соответствующая ей условная в° Э. не менее 3.15 2,9 2,25 2,25 3,15
Отношение кииематич. вязко- сти, в ссг. при 50 L1 к кинема- тич. Вя «кости, в сст, при К10 Ц, не более 8.75 7,85 6.55 7,00 8,75
Температура вспышки, по Мар- тенс-Гк некому. в °Ц, не ниже . 230 225 200 180 230
Разность температур вспышек, по Бреякену и Мартенс-Пев- скому, в Ц. не более .... 20 20 20 20 20
Температура застывания, в еЦ. не выше -14 -11 -30 -22 -14
Кислотное число, в мг КОН на 1 г масла, не более 0,1 0,07 0.25 0.1 0,35
Кокса, по Конрадсону, в %, не более 0.7 0.3 0,35 0.6 0.8
Золы, в %, не более 0.0J4 0,01 >3 О.пОЗ 0,004 0,о01
Цвет, по Дюбоску. в мм, не менее 20 30 16 18 8
Механических примесей .... Води О т с о т с уте уте т В И т в и е е
водорастворимых кислот и ще- лочей Селективных растворителей . . О т с о т с уте уте т в и т в и е е
Примечания: Для масла МК, полученного из макатской-юр-
ской неф гм, допускаются: а) вязкость, по Энглеру, при >00° Ц—не ниже
2.9 с условием чю вязкость при 50 Ц будет не выше 23; б) содержа-
ние кокса, по Конрадсону, не более 0,9.
169
смазок; сюда относятся так называемые консистентные смазг
Вещества, обладающие смазочными свойствами1 и остаюнщ'е
в твердом состоянии как при норамальной, так и при высок
температуре, например, графит, носят общее название тверд,
смазок и применяются, главным образом, не в чистом виде,
в смесях со смазками первых двух видов.
В качестве авиационных масел в настоящее время примен:
ются:
1) минеральные масла, преимущественно нефтяного прои
хождения; ,
2) растительные масла, главным образом, касторовое масло
3) компаундированные масла, растительно-нефтяного про
исхождения.
, Для минеральных масел устанавливаются следующие нормг
вязкости, по Оствальду, в сантистоксах.
Температура Масло МК Масло МС Масло МЗС
при 50Ц, не выше . 197 160 129
при 100‘Ц, не ниже . 22 20 17,5
РАСТИТЕЛЬНЫЕ МАСЛА
В качестве смазочного масла для авиационных моторов и»
числа растительных применяется только касторовое маслд>
Касторовое (рициновое) масло получается путем прес-
сования и экстракции зрелых семян клещевины (Ricinus Commu-
nis), произрастающей у нас в СССР на юге Украины, на Север-
ном Кавказе и в Средней Азии.
Касторовое масло—самое густое из всех растительных 'масел
и относится к разряду невысыхающих масел. По своему хими-
ческому составу оно представляет собою в основном глицерид
рициновой кислоты С17Н32 (ОН) СООН, содержание которого
достигает 80— 85%. Остальные 20—15% составляют разнообраз-
ные кислоты. Касторовое масло является прекрасным смазочным
материалом,- так как, наряду с большой вязкостью оно обладает
большой маслянистостью. Оно хорошо прилипает к металлу и
гарантирует при самых тяжелых условиях работы достаточно
надежную масляную пленку.
К недостаткам касторового масла относятся: 1) высокая кис-
лотность, вследствие которой при длительном соприкосновении
с касторовым маслом детали авиамоторов корродируют. Поэтому
после остановки мотора, работавшего на касторовом масле, по-
следнее должно быть немедленно слито, а мотор промыт мине-
ральным маслом; 2) довольно высокая температура застывания,
170
а также способность выделять при низких температурах, за-
долго до застывания, твердые жировые остатки, могущие засо-
рять маслопроводы; 3) при работе мотора на касторовом масле
образуются клеййие желатинообразные соединения, способствую-
щие пригоранию поршневых колец; 4) высокая стоимость и
ограниченные ресурсы.
Таблица 87
Авиационное касторовое масло
Физико-химические свойства Технические условия
Цвет при 20°Ц Прозрачность при 20”Ц Удельный вес при 20'Ц Иодное число . . . “Число омыления Кислотное число, в мг КОН на 1 г масла . Вязкость, по Энглеру; при 50еЦ .... » и при 90сЦ .... Температура вспышки, по Мартеис-Пен- скому Минеральные кислоты и щелочи ... Зола, в %, не боле*!. . . . . Температура застывания, не выше . . . Влага и механические примеси ...... Растворимость, при 20°Ц и нормальном давлении Бесцветно или со слабожелтым оттенком П о л к а я 0,950—0,970 82-88 176-186 Не более 1,6 Не более 17,3 Не менее 3,2 Не менее 240 Отсутствуют 0,008 —16СЦ Отсутствуют а) в 96% этиловом спирте раст- воряется полностью; б) при смешивании с равным объемом беизииа получается проз- рачный раствор, при увеличении количества бензина излишек пос- леднего должен отстаиваться.
КОМПАУНДИРОВАННЫЕ МАСЛА
Стремясь сочетать положительные качества жирных (расти-
тельных и животных масел) и минеральных масел, иногда сме-
шивают эти масла в различной пропорции. Такие масла назы-
ваются компаундированными.
В авиации из компаундированных масел применяется тип ма-
сел растительно-органического происхождения, получаемый пу-
тем смешивания касторового масла с минеральным, так называе-
мый кастройль.
171
Так как касторовое масло в чйстом виде не смешивается с ми.
неральным, т- оно подверг ется сначала предварительной хими-
ческой (в присутствии хлористого алюминия и других веществ)
или специальной термической обработка. Смесь термически обра-
ботаниого касторового масла с минеральным называется наст-
рой ль.
Флорицин. Чтобы сделать касторовое масло растворимым
в авиационных маслах, К. К. Панок н К. И. Когтева под.
вергали масло термической обработке. Примененный ими метод
дает возможность получить специальный, очень ценный продукт
—флорицин. Ценность флсрицина определяется высокой стабиль-
ностью при хранении (в темноте с доступом воздуха) способ,
ностью к образованию гомогенной, нерасслаиваюгцейся смеси
с минеральными маслами, способностью резко улучшать смазы-
вающие свойства минерального масла прибавлением к нему
нескольких процентов флорицина.
Флорицин
Таблица US
Физвко-химическге сюйства
Удельный вес при 15”Ц...........................
Температура вспышки, по Бреикену......... • , .
Вязкость, по Энглеру, при 50“Ц..................
, . при |00'Ц......................
Индекс вязкости, по Дину и Дзвису . ...........
Температура застывания........................
Кислотное число, в мг КОН.......................
Иодное число ...................................
Число омыления..................................
Коэфппиент рефракции при 20°Ц...................
Растворимость в 95% этиловом спирте (1 часть фло-
рицина и 2 части спирта)..........................
Технические условия
О,‘53-О.9>5
245-250"!!
13-14
2.7 -2,я
120 — 128
от —35 ао 37 Ц
9- 11
90-95
190-195
J,'81O—1,-1825
lie растворяется
Влияние флорицина на улучшение качества минерального
масла было проверено многочисленными опытами на авиацион-
ных моторчх различной мощости, которые могли работать
только на касторовом масле, i ’казало ь возможным перевести
все эти моторы без нарушения их нормальной работы на мине-
ральное масло с добавкой ф.- орицина.
Приготовляется Флорицин следующим образом: нагревают до
высокой температуры касторовое масло. Отгоняют нисколько
процентов продуктов разложения; в остатке получается продукт,
который и называется флорицином.
172 ‘
А ви s ци о нн ое м а с л о кастройль К-23. Кастройль К-23
предс авляег собой смесь авиационного масла МЗС или М3
с 2 о флорицина. Смешение флорицина с маслом должно произ-
водиться в нагретом состоянии (70—вОЩ).
авиационное масло кастройль К-16. Кастройль К-16
состоит из 73% авиационного масла МС или МК, 2^°/0 машин
иого экспортного масла и 2°'о флорицина.
Таблица 89
Кастройль К-16
Физико-химические свойства
Технические условия
Удельный вес при 20 Ц Не более 0,107
Вязкость, по Энглеру, при 50еЦ ..... Не ниже 16,0
» „ при 100 Ц . 1 Не ниже 2,5
Температура вспышки, по Мартенс-Пен- с*<ому Не ниже *210°
Температура вспышки, по Бренкеиу . . ♦ Выше температуры вспышки, по Мартенс-l (ейскому, не более чем на на 20°Ц
Коксовое число Не более 0,7
Число омыления Не более 3—5
Температуры застывания Не выше— Ij'H
Органическая кисл ;тност£>, в mi КОН . Не более 0,2
Зола, в % Не более 0.005
КОНСИСТЕНТНЫЕ СМАЗКИ
Консистентные смазки употребляются для смазки клапанных
механизмов коромысел авиационных моторов воздушного охлаж-
дения. водяных насосов и прочих агрегатов.
Консигтеитныьсмазки готовятся на жирных, преимущественно
р стй тельных, маслах или графи тируются (смешиваются с
коллои ным графитом), что увелич 1ваег их смазывающую
Choiобпость Чаще всего применяются кальциевые мыла, но
иногда применяются также мыла натровые, калиевые, магниевые,
свинцовые и алюминиевые Б< льшое значение имеет содержание
в смазке воды, придающей устейчи ость, так как без воды
смесь масла с мылом легко расслзивается.
Действующим началом, обусловливающим смазывающее
свойство мази, является входящее в ее состав минеральное
мае.’о; мыло же имеет значение тключительно как носитель
смазывающего материала, не играя почти никакой полезной
роли и самом процессе смазки.
II ибольшее р сиро трзнение получили консистентные смазки
на кальциевых мылах—т4к называемые солидолы.
173
Солидол М—консистентная смазка, состоящая из минера
кого масла и жира. Солидол-М (специальный) Таблица
Физико-химические свойства Технические условия
Консистенция на пенетро-
метре Ричардсона при
25Ц ..................
Температура каплепаде-
ния, по Убеллоде . . .
Вода .... .............
Расслоение ............
Механические примеси .
Свободные кислоты или
щелочи ................
Коррозийиость..........
Цвет...................
Внешний вид ......
Стабильность . . .
200 -250'
Ни ниже 80°
Не более 2%
При выдерживании в термостате в течение 3
сов при температуре 60*Ц не расслаивай
и ие, выделяет масла
Отсутствуют
Реакция нейтральная
Испытание на стальные или бронзовые плй
стинки выдерживает в течение 72 часов
От светложелтого до коричневого
Однородная маслянистая мазь, в тонком слое-)
прозрачная I L
При выдерживании в термостате в течение
3 суток при температуре'60сЦ ие покрывается
коркой, заметной иа глаз
Примечание: Б случае отсутствия солидола (специального) он
может быть заменен солидолом марки „Т“ (см. технические условия на
нефтепродукты), снабжение которым производится через местные базы
нефтесбыта.
Консистентная смазка НК-50 состоит из очищенного
минерального авиационного масла и натриевых солей жирных
кислот с коллоидальным графитом.
Смазка НК-50
Физико-химические
свойства
Таблица 91
—
Технические условия
Внешний вид.............
Температура каплепадения
Пенетрация при 25г . . .
Вода....................
Зола . . . . • .........
Механические примеси . .
Щелочность ....
Коррозийиость..........
Стабильность ......
Однородная' маслянистая мазь
Не ниже 200°Ц
175-272
ие более 0,,3°/0
5—7о/о
Отсутствуют
Реакция нейтральная или слабощелочная (не
более 0,i°/c)
Испытание на стальные, бронзовые и алюми-
ниевые пластинки выдерживает в течение
72 часов
При хранении в стеклянных банках в течение
месяца из смазки не выделяется масло
174
Таблица 92
Вазелиновое масло МВП
Физико-химические свойства Технические условия
— Удельный вес при 20’Ц Не более 0,875
Вязкость, по Энглеру, при 50 ... 1,5-1,7
Температура вспышки, по Мартенс-Пеискому . . . Не ниже 120 Ц
Кислотное число, в мг КОН на 1 г масла . . . Температура застывания .... ... Не более 0,14 Не выше—60“Ц
Механические примеси и вода .... Отсутствуют
Минеральные* кислоты и^щелочи Натровая проба ... Отсутствуют Не более 1 'балла
Костяное ма с л о получается специальной обработкой ко-
стного жира.
Таблица 93
Костяное масло
Физико-химические свойства Технические условия
Удельный вес при 15 Ц 0,915- 0,918
Вязкость при 20 Э . 12 —13
50’ Э .......... . . . 3,5 — 4,2
. . 100’ э 1,6 - 1,8
Температура вспышки, по Бренкену Не ниже 300° Ц
Температура воспламенения в чистом кислороде , 280° Ц
Температура застывания . Не выше 18° Ц
Влага . . Не более 0,05%
Кислотное число, в мг КОН на 1 г масла . . . . 0,5
Цвет Светложелтый t
Церезин относится к полезным ископаемым. Применяется
как добавка к минеральному маслу при консервации двигателя.
175
Таблица
Церезин желтый-79
Физико-химические
свойства
Технические условия
Удельный вес при *5°Ц.......................
Растворимость в бензине при 70эЦ............
Механические примеси и вода ................
Цвет, по Ш гамм-ру, в бензиновом растворе 1:20 со
стеклом S и W.............................
Реакция ................. ..................
Температура вспышки, по Бреикену............
Золы.......... .............................
Ор1анических кислот, в мг КОН...............
Омыляемых веществ,..........................
Температура ка Неладения, по Уббечоде..........
Пеиеграция, по Ричардсону, при 25" и иагрузе вЮО г
0/96—0.911
Полная
Отсутствуют
Не более 5,5 марок
Нейтральная
Не ниже 21 ° Ц
Не более 0,03 /0
0,28
0, »/.,
Не ниже 74—76° Ц
Не выше 16
Порядок смешивания масла с -церезином:
посл^“егок“ебму°^обав1яе?сяаИеЬ'Х Т иагревается до температуры ГО" Ц
пли „У Аоуав<яегся церезин. Смесь масла с церезином нагревают
2 oiV’cn ой Г д0 пол’)ого Удаления воды ’
ня птг?ггтп?1^0'’япп,,аСЛ0' нр^диарительно проконтролированное в лаборатории
Добавляется рас.1лав.’|ениыйеВотпГ Д° тем,,сра1>'ры 9 1 11 ”ое е 3,0,0 к ием>
при подогреве отдельно церезин, и вся смесь перемешивается |
е: Ввиду острой дефицитности церезина, внутренняя
чиня в «»Tuv оров допускается одним маслом бег добавления цере-
мирм rjjxivu *^уч®ях необходимо вес гм строгое набиодеиие за состоя-
нием смазки, особенно в летних условиях.
Пушечная смазка. Мазеобразная однородная масса, при-
готовленная из цилиндрового масла ОСТ 7955 (не бо »ее^ £8 'оь
церезина ОСТ 6188 (не менее 12”/п), каустической соды ОсТ 528*1
(не более 0,002°jo).
Таблииа 95
Физико-химические
свойства
Технические условия
Цвет............... .
Однородность...........
Механические примеси и
вода...................
Зола ... ...........
От светлокоричневого до темнокорнчнсвого
Однородная по всей массе, без комков и за<у- '
ст и тел ей ”*
Отсутствуют
Не богее 0,07%
176
Продолжение таблицы 95
Физико-химические свойства Технические условия
реакция Ппгаиич. кислотность, в мг КОН Температура вспышки, по Бренкену Температура каплепаце- ння, по Уббелоде . . . Кинематическая вязкость при 60е Ц Предохранительная спо- собность Нейтральная или слабощелочная 0,28 210е Ц 50'Ц Не ниже 0,4 стокса Испытание выдерживает в течение 30 час.
Таблица 96
Технический вазелин (ОСТ-3261) с добавкой 10% церезина (ОСТ-6188)
Физико-химические свойства) Технические условия
Цвет Температура каплепаде- ипя, по Уббелоде .... Темнокормчиевый Не ниже 40—50° Ц
Реакция , . , ... Нейтральная или слабощелочная (не более 0,005% КОН)
Зола . . Кислотность, в мг КОН на 1 г Механические примеси . . Вязкость, по Энглеру, при 60" Ц Нестойкие органические соединения Не более 0,04% Не выше 0,28 0,02% Не менее 3,0 При испытании на отсутствие нестойких орга- нических соединений получается черное окра- шивание
Стабильность прн 20°Ц . . При испытании в течение 15 мин. ие появляются признаки расслаивания
Вода ...... Отсутствует
Смешивание технического вазелина с церезином осуществляется сле-
дующим образом: отвешенное количество вазелина с церезином нагревается
до расплавления (100—110° Ц)1 Полученная расплавленная смесь наносится
на консервируемые детали.
12 Авцяциовныс топлива
177
ГРАФИТОВЫЕ СМАЗКИ
Из твердых веществ как смазочный материал применяются
графит, слюда, тальк, мыльный камень, окись свинца и др. Веще-
ртва эти, в зависимости от требуемых услоний, используются в
сухом виде или в виде добавок к жидким или консистентным
минеральным маслам.
Графит—наиболее подходящий материал для смазки из
всех указанных ранее. Он бывает в двух видоизменениях: пла-
стинчатый и аморфный.
Аморфный графит применяется для смазки чаще, чем пла-
стинчатый. Обычно он добавляется к жидким минеральным
маслам в количестве около 2% и находится н них в коллои-
дальном состоянии в виде суспензии-взвеси.
Действие графита при смазке графитовыми мазями заключаете^
в том, что трущиеся поверхности вокрынаются тонким слоем
графита, благодаря чему нее неровности поверхности сглажи-
ваются. Такие поверхности называются графитированными.
На них прочно удерживается масляная пленка. Положительная
особенность графитированных поверхностей заключается в том,
что они могут работать при условии полусухой смазки или даже
при полном отсутствии смазки. Они долгое время могут рабо-
тать без подачи масла с сохранением нормальности работы и
отсутствия заедания. Это происходит потому, что трение метал-
лических поверхностей заменяется трением частиц графита,
который имеет низкий коэфициент трения.
Таким образом, прибавление графита к смазке очень полезно
при больших нагрузках подшипников в условиях полусухой в
сухой смазки.
Может быть рекомендована также периодическая приработка
авиапионных двигателей на графитиронанных маслах для созда-
ния графитированных- поверхностей. Это мероприятие
уменьшить износ деталей и увеличить надежность
днигателей.
§ 2. Добавки к смазочным маслам, повышающие
качество
Современные авиационные моторы предъявляют к смазочным
материалам все более и более повышенные требования. Масла
должны обладать целым рядом спепиальных свойств, о которых
уже упоминалось выше. Для того, чтобы получить требуемые
свойства масел, оказались не вполне достаточными ни тщатель-
ный подбор сырья, ни сложные методы перегонки и очистки.
Выход из положения был найден в использовании таю называе-
мых добавок или присадок к маслам для повышения тех или
иных свойств их.
В настоящее время не только предложено, но и нашло уже
промышленное применение, большое количество добавок или
178
может
работы
ИХ
присадок- Все они могут быть разделены на присадки: 1) улуч-
шающие смазывающую способность масла; 2) улучшающие тем-
пературную кривую вязкости масла; 3) увеличивающие подвиж-
ность масла при низкой температуре; 4) увеличивающие стабиль-
ность масла и 5) придающие маслу способность выдерживать
сверхвысокие давления.
Нужно иметь в ниду, что некоторые типы присадок выполняют
одндвременно не одну, а несколько функций, например, нольто-
ловая присадка улучшает индекс вязкости, маслянистость и
подвижность при низких температурах. С другой стороны,
присадки, исправляя одни недостатки, ухудшают масла в другом
отношении. Например, кислоты, будучи введены н минеральные
масла, повышают их смазынающую способность, по при этом
увеличивают кислотность, вызывающую коррозию металлических
деталей.
Было давно отмечено, что растительные масла как смазочный
материал превосходят минеральные. Однако опыты добавления
к минеральным маслам небольшого количества жирных кислот
(1—2"/0) показали значительное увеличение их смазывающей
способности. Свойством увеличивать смазывающую способность
обладают и многие другие вещестна, например, нитрилы, кетоны,
амиды. Достаточно прибавить к минеральному маслуО,1°/о какой-
либо органической кислоты, чтобы проявилось ее действие. При
дальнейшем увеличении количества кислоты действие ее замед-
ляется.
Влияние на смазывающую способность жирных кислот и
других органических активных веществ доказано уменьшением
не только козфпциента трения, но и износа деталей машин.
Например, доказано, что активная присадка может снизить износ
деталей н десятки, а иногда и в сотни раз.
Повышение индекса вязкости и улучшение температурной
кривой вязкости масел достигается легко с помощью синтети-
ческого продукта—па ратона или эксанола. Добавление этой
присадки почти не отзывается на других свойствах масла. С уве-
личением концентрации паратона в масле нозрастают вязкость
масла и индекс вязкости, что видно на диаграмме рис. 62.
Степень положительного влияния добавки паратона тем
больше, чем ниже индекс вязкости чистого масла. Влияние
паратона на другие физико-химические свойства масел очень
незначительно. Масла с паратоном по количеству даваемого на-
гара и осадка не отличаются от исходных минеральных масел.
Из других неществ, повышающих индекс вязкости-, следует
указать на акриловый эфир и вольтоловые масла.
Температура затвердевания высокозастывающих масел пони-
жается специальным реагентом—парафлоу. Применение па
рафлоу для снижения температуры застывания масел показывает
что основные качества масел, за исключением температуры за1
12*
179
мерзания, изменяются незначительно. Данные окисления, по
Сляю, говорят о том, что парафлоу не влияет на повышение
окпсляемости масла. Температурно-вязкостная кривая также су.
гцественно не изменяется. При-
5 °' 0 2 i 6 8 Ю 12 Н !6 13 20
Содержание паратона b масле
в Sec. %
садка к маслам незначительных
количеств парафлоу (около 0,5°/о)
производит наибольший эффект.
Он усиливается незначительно
при дальнейшем увеличении ко-
личества парафлоу.
Для выяснения стабильности
действия парафлоу через 3, 6, 12
месяцев производилась проверка
температуры застывания масла
н смеси с 1°/0 парафлоу. При
этом ни температура застывания,
пи остальные качества масла
даже через 12 месяцев не изме-
нялись. Имеются данные, указы-
вающие что продукты вольто-
лизации масел могут применять-
„(1С_ 62. Влияние добавки паратона
' на индекс вязкости масла
peljnzoii Medium Motor Oil rSAE-30u,
^^Stan°vo—3 — Эибенский и Сурахяи-
.g брайтствки, 4— смешанное масло, 5—мо-
сК’ тОрное „Т“. 6—автол „18", 7—автол ,10*
сн для понижения температуры
застывания.
Установлена Также возмож-
ность путем присадок улучшать
стабильность масла, что снижает
склонность его к образованию
(гара и отложений * и понижает коррозирующую способность,
веществ, снижающих нагарообразование, можно указать на
Зеаты металлов, особенно олова и хрома.
§ 3. Образование нагара в двигателях
Нагар представляет собой, главным образом, продукты не-
дПого окисления (сгорания) масла, попадающего в камеру
"орания.
u Главная масса нагара концентрируется на дне поршней н на
щенках камеры сгорания, в меньшей степени—на выхлопных
11 рсасывающих клапанах. На других деталях отложения нагара
11 значительны. В различных цилиндрах одного и того же мотора
цо>ке1Ние нагаРа бывает не одинаково, ввиду: 1) неоднородности
„цлпва, 2) различного теплового состояния цилиндров, 3) раз-
т%ия в качествах масла, попадающего в камеру сгорания.
йй Образование нагара является очень важным фактором, опре-
дяюшим долговечность работы авиационного двигателя. Нагар
бывает повышение температуры поверхностей, так как обла-
®ыет плохой теплопроводностью. Это приводит к перегреву
Поршня и головкн цилиндра, что может явиться причиной де-
IfO
тонации. Камера сгорания при отложении больших количеств
нагара в моторах с высокой степенью сжатия уменьшается в
объеме, что ведет к детонации- Раскаленные частицы нагара
вызывают преждевременное воспламенение топлива, что делает
ненормальной работу мотора. Образование нагара на седлах
клапанов препятствует их закрыванию—это приводит к потере
мощности. Отложение нагара на электродах свечей ведет к не-
правильному зажиганию.
Наконец, частицы нагара, попадая в масло, вызывают пов-
реждение трущихся поверхностей мотора.
Образование нагара зависит от многих причин: от металли-
ческих антидетонаторов, находящихся в топливе, от неполного
сгорания масла в камере сгорания, от разложения несгоревшей
части с образованием кокса, от качества топлива и топливной
смеси. При употреблении богатой смеси нагар образуется
больше, чем при работе на бедной смеси. Из других факторен,
влияющих на нагарообразование, следует отметить продолжи-
тельность работы двигателя и температурный режим деталей
двигателя. Большое нагарообразование наблюдается вначале
работы двигателя; после этого оно замедляется. При увеличении
температуры головки цилиндра нагара образуется меньше.
Нагар по своему состану является смесью масла, кокса, золы
и асфальтенов. Зола получается н больших количествах, когда
двигатель работает на свинцовом топливе.
§ 4. Очистка от нагара
Стальные детали мотора. Для. очистки от нагара
стальных деталей мотора применяется следующий способ. Спе-
циальную ванну заполняют водой, нагревают до 80—95° Ц и
кладут в нее из расчета на 1 л воды: зеленого мыла—8,5 г,
жидкого стекла—1,5 г, каустики (NaOH) 25 г, кальцинированной
соды (Na2CO3) 33 г.
Стальные детали (клапаны, поршневые кольца, шатуны,
стальные цилиндры водяного охлаждения) укладываются на
решетку ванны так, чтобы все они были покрыты раствором.
Детали выдерживаются в ванне при температуре, близкой к
100° Ц, до 2—3 час. (кроме шатунон, которые очищаются за
15—20 мин.). По истечении указанного времени решетку под-
нимают над ванной и дают стечь раствору. Оставшийся нагар
удаляется при помощи кисти или щетки. Затем детали перено-
сятся для промывки в нанпу с чистой водой, нагретой до 80- 90°Ц
и выдерживаются там в течение 20—25 мин. Для просушки
деталей лучше всего продуть их сжатым воздухом.
Смену раствора необходимо производить после очистки де-
талей 15—20 моторов.
Алюминиевые детали.' Заполняют ванну нодой, нагре-
вают до 30—35° Ц и кладут в нее из расчета на 1 л воды: мыла
181
зеленого 10 г, жидкого стекла 8,5 г, кальцинированной соды
(Na,CO,) 18,5 г.
Алюминиевые детали (за исключением карбюраторов и помп)
укладываются на решетку ванны и выдерживаются при темпе-
ратуре, близкой к 100° Ц, от 2 до 4 часов. Детали при этом
должны быть полностью покрыты раствором. После истечения
указанного времени промывки, решетку поднимают н укре,-
пляют над ванной. Оставшийся на деталях нагар и масло уда-
ляются кистью или щеткой. Далее, детали переносятся в ванну
с чистой водой, нагретой до 80—90° Ц, где выдерживаются
в течение 20—25 мин. Вынутые детали для просушки, рекомен-
дуется продуть сжатым воздухом. Таким способом нагар уда-
ляется с деталей мотора, работавшего не больше 30 часов.
Масло, оставшееся на некоторых деталях мотора после
продолжительной работы его, также хорошо удаляется указан-
ным раствором.
Раствор необходимо полностью заменять "после промывки
алюминиевых деталей 10—12 моторов.
Ванны как для стальных, так и для алюминиевых деталей,
изготовляются из листового и углового железа. Они должны •
иметь вынимающиеся решетки и обогревательные приспособле-
ния, которые поддерживают во нремя промывки требуемую
постоянную температуру.
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ЭКСПЛОАТАЦИЯ АВИАЦИОННЫХ
ТОПЛИВ И МАСЕЛ
ГЛАВА I
ЭКСПЛОАТАЦИЯ БЕНЗИНОВ
§ 1. Свинцовые бензины
Способы составления свинцовых бензинов занисят от имею-
щегося оборудования. Желательным является получение готового
свинцового бензина, так как этим освобождается большое
количество работников, соприкасающихся с СЖ. Однако необ-
ходимость наличия смесительных баз во многих пунктах,
потребность в разнообразных сортах бензинов и емкости для
отдельного хранения различных сортов свинцовых топлив, не
позволяли перейти на снабжение готовым свинцовым бензином.
Практически смешение производится: в стационарных, меха-
низированных бензохранилищах, в отдельных, автомобильных
цистернах, в бензозаправщиках и в бочках (рис. 63, 64, 65, 66, 67).
Приготовление свинцового бензина состоит из следующих
операций: а) закачка бензина в смесительную емкость и опре-
деление его веса; б) дозировка свинцоной жидкости; б) присадка
свинцовой жидкости к бензину; г) перемешивание.
Определение веса бензина н смесительной цистерне про-
изводится путем прокачки его через бензииомер с последующим
переводом л в кг. При отсутствии бензиномера количество
бензина определяется путем замера наполнения цистерны и
соответствующего подсчета.
Дозировка СЖ производится в бензохранилищах, со специаль-
ными смесительными установками, например, в РБ-38 (рис. 68)
механически с помощью „дозёров". Во всех остальных случаях
дозировка производится мензуркой, в которую СЖ наливается
прямо из бочки. Для производства анализа жидкости из бочки
можно пользоваться специальным краном (рис. 69), ввинчиваемым
в горловину бочки, или же ручным насосом малого размера
(гард или альвейер, оборудованные металлическими трубками —
приемной н выкидной).
Для присадки СЖ к бензину отмеренное количество СЖ вы-
ливается в бидон с бензином и из него, в разбавленном виде,
вливается в бочку или цистерну. После прибавления СЖ к бен-
183
зину смесь тщательно перемешивается. Перемешивание в стацио'
парных бензохранилищах производится с помощью центре'
бежного илн ручного насоса, создающего циркуляцию бензина
Рис. 64. Большегрузная вагон-
Рис. 63. Конструкции
I— бочка емкостью 125--2S0 л (ОСТ 4939). 2 —бочка емкостью
3/5-300 л (осг 4940)
в смесительной цистерне. В отдельных цистернах перемешивание
производится ручным насосом ИЛи насосом автоцистерны.
Перемешивание должно длиться столько времени, чтобы насос
смог перекачать полуторное коли-
чество нсего перемешиваемого бен-
зина. В автоцистернах перемеши-
вание достигается пробегом ци-
стерны .по аэродрому, н бочках —
перекатыванием или перемешива-
нием деревянным неслом.
При составлении смеси бензина
с СЖ необходимо обратить осо-
бое внимание на правильность со-
ставления смеси, так как в случае
добавления недостаточного количества СЖ возможны детонация
в моторе, а добавление избыточного количества СЖ приводит
к отложениям окиси свинца на свечах и клапанах, что нарушает
нормальную работу мотора.
При работе со свинцовой жидкостью и свинцовым бензином
нужно учесть их ядовитость. Ядовитость свинцовой жидкости,
точнее ТЭС, заключается в том, что последний проходит через
184
дыхательные пути и кожу, накапливается в организме человека,
что вызывает общую слабость, головную боль, металлический
пкус во рту, плохой сон, потерю аппетита и веса, тошноту.
Рис. 65. Сварная цистерна емкостью 30
Ядовитость свинцового бензина, ввиду незначительного со.
держания в нем ТЭС, мала. Пары свинцового бензина по ядо.
Рис. 66. Сх.ема установки цистерны на столбах
1 — насос, 2 — шланг, Л — приемная труба, 4 — воздушная труба, о — ука-
затель уровня, 6 — рейка, 7—расходная труба
витости совершенно не отличаются от паров чистого бензина,
так как в них практически нет ТЭС. Однако при попадании
Рис. 67. Автоцистерна
185

Рис. 68, Принципиальная схема стационарного беизохранили ща_РБ-Зв
ядовитости выхлопных
----8
иицового бензина на кожу отравление будет иметь место,
с® как ТЭС будет проходить в организм и там накапливаться.
Ядовитость нагара, вследствие большого количества свинцовых
^единений в нем (от 20 до 40%), значительна. Ядовитость вы-
хлопных газон ничем не отличается от------------- ----------
газов при работе на чистом бензине,
учитывая описанные выше свойства, и
в особенности ядовитость СЖ и свин-
цового бензина, транспортировка, хра-
нение и применение последних требуют
особых мер предосторожности.
Транспортировка СЖ приравнена к
транспортировке отравляющих веществ.
СЖ перевозится только в заводской
таре (бочки) или специальных баллонах
и не должна грузиться с другими гру-
зами. Бочки и баллоны с СЖ должны
при перевозке соответственным образом
укрепляться и сопровождаться провод-
ником, снабженным средствами дегаза-
ции. Приемка СЖ в подразделениях
должна быть тщательной, и при пере-
возке на аэродром следует соблюдать все
правила предосторожности, необходимые
при транспортировке ядовитых грузов. В
случае отсутствия пломбы на таре СЖ до
применения должна быть проконтроли-
рована в лаборатории. Образец для
анализа высылается в специальной ем
кости в количестве 500 сл3.
СЖ хранится н специальном поме-
щении с надежной вентиляцией. Тара
для СЖ должна быть герметически за-
крыта и запломбирована. Склад должен
поднергатьси ежедневному осмотру. При
хранении СЖ марки 1ТС температура
воздуха в помещении должна быть не
ниже+5°Ц. При хранении свпнцоных бен-
зинов, во избежание разложения, необ-
ходимо устранить действие на них света
и тепла. Для предупреждения корро-
зии тары нужно принимать тщательные
меры против попадания воды. При пра-
вильном хранении свинцовые бензины
сохраняют свои свойства свыше года.
При заправке самолетов свинцовым
бензином необходимо тщательно сле-
дить за отсутствием воды в заправоч-
Рис. 69. Кран для слива
свинцовой жидкости из
бочек
1—клапан, 2— корпус клапана, 3—
пружина, 4 — упорная шайба, 5—
шплинт контргайки. 6—толкатель,
7 — сетчатый фильтр, 8 — трубка
воздушного клапана, 9 — свинцо-
вые прокладки, 10 — пробка от
горловины бочки, 11 — фланец,
12 — шайба с выступами, 13 —
шайба для упора пружины. 14 —
шплинт, /5— пружина крана, 76-
корпус крана, J7— I-робка крана,
18— скобка для запора ручки-
19 — заслонка, 20— выпускное от,
верстке крана, 21 — ручка крана
187
ных емкостях и баках самолетов. Ввиду понижения Стабильно
свинцового бензина от добавления к нему бензола или пироб
зола, необходимо баки самолетов и заправочных агрегатов т,
тельно опорожнять.
Вышеизложенные свойства и особенности СЖ и свинцово
бензина при их применении требуют ряда предупредительщ
мероприятий по охране труда работников, медицинского набд
дения над ними и дегазации мест, отравленных свинцовой Ж1
костью и свинцовым бензином.
Предупредительные мероприятия по охране труда заклюй
ются в том, что все работники, производящие смешение СЖ
бензином, работники бензоскладов, заправщики и др. долж
производить нее операции со свинцовым бензином в пред_
смотренной соответствующими правилами спецодежде. Кроме
того, теми же правилами предусмотрены для некоторых кате-
горий работников сокращенный рабочий день, дополнительный
отпуск и выдача жиров. Над всеми работающими с СЖ уста
навливается постоянный врачебный надзор, согласно инструкции
разработанной Центральной лабораторией авиационной медицины
Прием и допуск на работу с СЖ и свинцовым бензином рая
решается только после соответствующего медицинского осмотра
и разрешения медицинской комиссии.
Во всех случаях пролива СЖ и свинцового бёнзина зара
женные места должны быть дегазированы. Для дегазации при-
меняется хлорная известь, разведенная водой до кашицеобра:
него состояния. Не следует применять сухую хлорную извест!
ввиду ее огнеопасности:
Керосин, бензин и др. нефтепродукта! применяются тольв
для растворения и смывания свинцовой жидкости. Вредные де:
ствия последней они не нейтрализуют.
§ 2. Мероприятия, предшествующие заправке самолетов
топливом и маслом
ОСУШКА И ФИЛЬТРАЦИЯ ТОПЛИВА
Осушка горючего от воды, механически к ней примешанной,
осуществляется следующими способами.
Отстаивание. Отстоявшуюся воду откачивают через гря-
зевую трубу, если таковая имеется, или трубу, опущенную до
дна цистерны нли бочки.
Вымораживание. Этот способ применим только в хо-
лодное время н только для бочек и цистерн, находящихся на
открытом воздухе.
Фильтрация через замшу. При фильтраппи через
замшу бензины проходят сквозь нее снободно, вода же, благо-
даря естественному жирному слою в замше, задерживается. При-
менять замшу при бензино-бензольных смесях нельзя. Замша,
188

сПодьзуемая для фильтрации снннцовых бензинов, не должна
применяться для фильтрации других бензинов.
фильтрация через полотно. Обезвоживание горючего
производится, например, с помощью фильтра РФ, который снаб-
ди специальной фильтрующей тканью.
Водоосушители. Для осушки и фильтрации топлив целе-
сообразно применять специальные аппараты (рис. 70).
При осушке горючего от воды, растворенной в бензине, сна-
чала указанными выше способами избавляются от нерастворен-
189
ной воды. Затем, не менее чем за 12—15 часов до заира.
в бочкн с бензином опускают хорошо зашитые мешочки нз цл'
него полотна, наполненные хлористым кальцием, Последний
глощает воду, растворенную в горючем'.
ОСУШКА МАСЕЛ ОТ ВОДЫ
Вода в масле может быть в виде механической примЯ
и в растворенном виде в больших, чем в горючих, количеств!
Осушка масел от воды производится: 1) отстаивание
и 2) подогревом.
Обводненное масло подогревается до температуры 80
и в течение 2—3 часов отстаивается при этой температЛ
После этого вода сливается через спускной краник. Затем т*
пература масла повышается до 105 — 110°Ц, и эта температу
сохраняется до тех пор, пока не прекратится потрескивав,
отобранной пробы масла при подогреве в пробирке на гол*
огне.
Осушку масла можно также производить при помощи xj
ристого кальция, но вышеописанный способ подогрева лучше,
БОРЬБА СО СТАТИЧЕСКИМ ЭЛЕКТРИЧЕСТВОМ
Прежде чем приступить к заправке самолета горючим, ш
обходимо заземлить все раздаточное оборудование и самоле:
Дело в том, что при движении бензина по трубам, последи!
Рнс. 71. Заземление заправочной автоцистерны
получают электростатический заряд. При трении бензина о
стенки трубопровода последний заряжается электричеством одного
знака, а бензин—электричеством противоположного знака. *
Если бензин наливается в цистерну, изолированную от земли
и трубопровода (например, н автоцистерну на резиновых шинаХМ
190
т3йН, попадая в цистерну, передает ей свой заряд; в ре-
fO аТе цистерна может наэлектризоваться до высокого потен-
эУл1’д' При прикосновении к такой цистерне получается искра,
ци:,ЛуМ образом, если патрубок или наконечник, через которые
Рис. 72. Заземление самолета. Заземляющий провод
прикреплен к кожуху, покрывающему мотор
наливается бензин, изолированы от земли, то на них может по-
лучиться высокий электрический потенциал.
Точно так же самолет в полете может заряжатьси статичес-
ким электричеством. При различных величинах зарядов у само-
Рис. 73. Заземляющая цепочка на заднем колесе
самолетов
дета и раздаточного оборудования, прн прикосновении наливного
наконечника к самолету может проскочить искра, а это грозит
взрывом и пожаром.
В том же случае, если, например, автоцистерна соединена
с трубопроводом и заземлена, заряды, получаюшиеся на цистерне
191
и трубопроводе, стекают, вследствие чего высокого потенциа.
получиться не может.
В целях борьбы со статическим электричеством необходимо
Рис. 74. Заземление заправочной автоцистерны
в местах заправки иметь стационарное заземление. Заземление
делается из отрезка оцинкованной трубы диаметром 3", зарытой
Рис. 75. Заземляющий провод, прикреп-
ленный к замшевой воронке (в руке
виден зажим)
на глубину 2—3 метра (жела-
тельно ниже уровня грунто-
вых нод). Бензораздаточное
оборудование в свою очередь
должно быть заземлено. Мед-
ным пронодом, идущим от за-
земления, следует присоеди-
ниться к какой-либо неокра-
шенной металлической части
самолета, имеющей соедине-
ние с основным металлическим
каркасом.
Перед заправкой самолета
Для дополнительной гарантии
следует коснуться наливным
наконечником шланга какой-
либо металлической части са-
молета в месте, достаточно
удаленном от бензобаков са-
молета. Только после этого
наконечник можно опускать в бак.
Если налив в бак производится через воронки с замшей, то
воронка обязательно должна быть соединена с самолетом метал-
лической цепочкой, так как в противном случае металл по обе
192
стороны замшевого фильтра получает разные заряды, у возни-
кает возможность проскакивания искры (рис. 75).
Если заправка самолета производится из бензозаправщика
или автоцистерны, то последние перед заправкой также зазем-
ляются через стационарное заземление илн через самолет. Иногда
заправочные автоцистерны заземляются при помощи цепей,
волочащихся по земле (рнс. 71, 72, 73, 74). Кроме того, при зап-
равке они иногда присоединяются к самолетам проволокой.
ГЛАВА 11
ЭКСПЛОАТАЦИЯ МАСЕЛ
§ 1. Срок службы авиационных масел
Срок службы масел зависит от времени года, состояния аэро-
дрома и типа самолета, и колеблется от 5 до 40 часов. В летнее
время, когда в двигатель вместе с воздухом попадает пыль
и песок, срок службы масла меньше, чем зимой. Аэродромы
с хорошим травяным покровом позволяют значительно увели-
чить срок службы масла. На тяжелых самолетах масло служит
дольше, так как вероятность загрязнения масла меньше (моторы
расположены выше, количество взлетов и посадок значительно
меньше), чем у истребителей.
К отработанным авиационным маслам относятся масла, утра-
тившие в процессе эксплоатации необходимые качественные по-
казатели, а также масла, проработавшие установленный для них
срок.
§ 2. Регенерация отработанных масел
В связи с бурным ростом в Советском Союзе авиационной
промышленности, а отсюда —и ростом расхода топлив и авиа-
ционных масел, встал вопрос об использовании вновь уже отра-
ботанного масла. Это оказалось возможным благодаря процессу
регенерации масел.
Задача регенерации заключается в возвращении отработан-
ному маслу его первоначальных качеств. Как известно, авиацион-
ные масла после работы теряют свои первоначальные качества
из-за появления в них песгоревших частей топлива, механичес-
ких примесей (металлических стружек, песка и т. д.), а также
продуктов сгорания масла, химического разложевия, уплотнения
и окисления углеводородов под влиянием высоких температур,
давлений и действия кислорода воздуха (таблица 97).
Продукты химического разложения и уплотнения (смолнсто-
углероднстые вещества) отлагаются в виде нагара на поршнях
13 Авиационные топлива
193
Габлица
Изменение физико-химических свойств масла в процессе работы в двигате.
Физико-химические свойства Вязкость при 100’Ц, в °Э Коксуемость, в % СП о 5°' СО и Механические примеси, в °/Р
мс
Свежие масла ........... 3,02 0,23 0,003 нет
После работы двигателя в течение 5 ч. 3,10 0,70 0,101 0,61
. „ - ,10 ч. 3,14 1,38 "0,138 0,80
20 ч. 3,36 1,59 1,157 1,00
МК
Свежие масла 3,15 0,55 следы нет
После работы двигателя в течение 5 ч. 3,18 1,14 0,10 0,38
, , „ Ю ч. 3,29 1.77 0,12 0,97
, . » ,, 20 ч. 3,49 2,01 0,17 1,26
МЗС
Свежие масла 2,32 0,35 следц нет
После работы двигателя в течение 5 ч. 2,34 0,89 0,11 0,50
10 ч. 2,50 1,34 0,15 0,81
«» » « » 20 ч. 2,58 1,71 0,19 1,00
и цилиндрах, способствуют пригоранию колец, засорению фильт
ров и маслопроводов, а также общему загрязнению мотора.
Всевозможные механические примеси вызывают быстрый из-
нос трущихся деталей мотора. Таким образом, процесс реге-
нерации отработанного масла, как уже ясно нз вышесказанно-
го, в основном заключается в удалении нсех примесей, которые
масло получает во нремя работы.
Рассмотрим некоторые регенерационные установки.
ФИЛЬТР-ПРЕСС ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ОТРАБОТАННОГО МАСЛА
Отработанное масло, высокой вйзкостн и сильно загрязнен-
ное, часто не удается достаточно очистить при фильтровании
без давления. Давление, оказываемое разностью уровней в бачке
и н фильтре, оказывается недостаточным. В таких случаях при-
меняют фильтрацию через плотные фильтры путем подачи масла
под высоким давлением. Таким прибором является фильтр-пресс,
схема которого изображена на рис. 76.
Подготовленное к фильтрации отработанное масло насосом
(I), приводимым в движение электромотором (2), подается
в фильтр (3). Фильтр состоит из ряда плотно прижатых друг
194
к дрУгУ Рамок с натяЧутым на них фильтровальным сукном,
обра3Ующих как °ы ’’'РУ'вку с фильтрами-сукнами внутри нее,
через которые и прого>1яется м*сло.
Прибор снабжен маНометром (4), который служит для кон-
троля’давления, под которым подается масло.
ПРОЦЕСС РЕГЕНЕрации МАСЕЛ в УСТАНОВКЕ ВИМЭ-2
На установке BPIMci-g, показанной на рнс. 77, производятся:
а) предварительное ФилЬтрование масла через фильтрующую сет-
ку для удаления относительно крупных механических примесей;
б) однократный нагрен Масел (минеральных—до 220°Ц и касторо-
вбго—до 15СГЦ) для отГона ГОрючего и воды путем испарения
в эвапораторе и отсоса парой насосом; в) обработка горячего
масла, при температуре около 150° Ц, отбеливающей землей
(от 2 до 5% к сырью, в завнсимости от качества собранного
масла) для удаления аефальто.смолистых веществ; г) фильтрова-
ние через ткань и бумаГу в фИЛЬТр-Прессе, где из масла уда-
ляется земля и другие примеси.
Регенерация осуществляется следующим образом. Отрабо-
танное масло насосом (1) из расходного бака прокачивается через
фильтры (2) сырьевого бака (3). По заполнении сырьевого бака,
масло по трубе (13а) посТуПает в змеевик мешалки (13), откуда
попадает в трубчатую ЭдектрОпечь (6) и далее—в эвапоратор (7).
Масло, проходя сырьевой gaK (3^ змеевик (13) и электропечь (6),
постепенно нагревается до 220 — 325°Ц, а когда масло проходит
через эвапоратор, нз нцГо испаряется горючее.
13*
195
Пары горючего из эвапоратора через змеевик (4) отсасывают^
вакуум-насосом (8). Проходя змеевик (4), пары горючего кондеи
сируются в жидкость и, охлаждаясь при этом, дают предвари,
тельный подогрев маслу н сырьевом баке. Сконденсированное
в змеенике (4) горючее отсасывается вакуум-насосом в бепзиноЗ
сборник. Для предохранения змеевика (4) от засасывания в него
углеродистых осадков, имеющихся в отработанном масле, и чтобц
не допустить попадания масляных фракций в бензин, на пути
Рис. 77. Схема установки ВИМЭ-2 для регенерации отработанных масел
отсасываемого горючего поставлен грязеуловитель (10), в кото-
ром оседают осадки и конденсируются высококипящие фракции
топлива.
Последние, по мере накопления, стекают в сборник по трубо-
проводу (11), конструкция которого не нарушает вакуум в от-
сасывающей системе. -Чтобы предохранить вакуум-насос (8) от
попадания н него легкокипящих фракций горючего, на пути
к вакуум-насосу поставлен водяной бачок (12), в холодной воде
которого они конденсируются.
Горячее масло, освобожденное в эвапораторе от горючего,
стекает в мешалку (5), где оно охлаждается проходящим по
змеевику (3) холодным маслом, идущим в электропечь, одновре-
196
лдеино обрабатывается отбеливающей землей. В мешалку (5)
земля поступает непрерывно из песочницы (14) в количестве
3 — 5% к сырью. Перемешанное с землей масло из мешалки
забирается насосом (15) и прокачивается через фильтр-пресс
16), откуда оно выходит регенерированным.
Полученное регенерированное масло, после проверки качества
в лаборатории, может итти на заправку самолетов.
Таблица 98
Изменение качества масла после регенерации
Название масел Удельный вес при 15°Ц Темпе- ратура вспышки, в°Ц Индекс вязкости Кокс Кислот- ность
Свежее .... .... 0,892 268 99 1.18 0,03
Отработанное . . . > .... 0,899 265 102 1,3 0.06
Регенерированное 0,892 271 96 1,2 0,03
§ 3. Разжижение масел бензинами
Прн низких температурах масло в двигателе густеет, что
делает невозможным быстрый запуск двигателя. Поэтому после
возвращения нз полета масло из двигателя сливается. Перед сле-
дующим запуском двигателя масло, предварительно нагретое,
заливается вновь. Это связано с целым рядом неудобств и, кроме
того, значительно снижает оперативность авиации.
Для облегчения запуска двигателя при низких температурах
окружающего воздуха и для сокращения времени подготовки
самолета к вылету масло разжижается бензином.
Разжиженное масло имеет меньшую вязкость, чем свежее
масло, и вязкость эта зависит от количества бензина, добавлен-
ного к маслу. Разжижение масла производится, как правило, тем
топливом, на котором работает двигатель. Разжижение масла
бензином может производиться с помощью специальных кранов
разжижения, смонтированных на самолете, либо непосредственной
заливкой бензина в маслобаки самолета.
Разжижение масла производится следующим образом. После
возвращения самолета из полета мотору дают остыть так, чтобы
масло имело температуру 40 — 50° Ц. При 1000—1200 оборотах
открывают кран разжижения. Количество бензина, пошедшее на
разжижение масла, может контролироваться по времени открытия
крана или по падению давления в масляной магистрали. Указания
приводятся н инструкциях к каждому самолету, имеющему кран
разжижения.
Если разжижение производится непосредственной заливкой
бензина в масляный бак самолета, необходимо соблюсти те же
197
условия, то есть дать маслу остыть до температуры 40—50'Ц, rJ
тем, при 700 — 900 оборотах дать двигателю проработать до 4 мц J
После этого, сделав несколько переключений винта, останавливаю!
двигатель.
Количество бензина, добавляемого к маслу, зависит от copJ
авиационного масла. К летним маслам МК, МС добавляете!
около 12,5% бензина по объему, а к зимним—М3, МЗС — 8’1
по объему.
-При работе двигателя на разжиженном масле давление масли
в главной магистрали вначале полета будет меньше на 0,5 — 1J
кг/см* в сравнении с нормальным. После 20—40 мин. работа
двигателя давление должно восстановиться до нормального, так
как за это время бензин из масла испарится.
Для разжижения масел нельзя применять керосин и дизель-|
ные топлива, так как, имея более тяжелый фракционный состав
(в сравнении с бензинами), они не будут испаряться из масла, и
двигатель вынужден будет работать все время на смазке пони-
женной вязкости, что может привести к заеданию двигателя.
РАЗДЕЛ четвертый
ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ
ГЛАВА I
ВОДА КАК ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ
§ 1. Требования, предъявляемые к воде
" Жидкости, применяемые для охлаждения авиамоторов, должны
обладать следующими физико-химическими свойствами;
1) высокой температурой кипения; 2) низкой температурой
замерзания; 3) хорошей подвижностью, то есть, жидкости должны
обладать небольшой вязкостью; 4) большой теплоемкостью; 5) не-
высоким удельным весом; 6) не образовывать осадка; 7) Не раз-
лагаться и не менять свой состав при нагревании; 8) иметь ней-
тральную реакцию; 9) не разъедать материалов охлаждающей
системы и покрытий самолета; 10) быть не горючими Или, как
минимум, трудно воспламеняющимися.
В настоящее время нет охлаждаюгцих жидкостей, полностью
обладающих всеми выщеприведенными свойствами. На практике
для охлаждевия авиационных моторов применяются:
1) црда; 2) этилен-гликоль и его смеси е водой; 3) водно-
спиртовые смеси; 4) водно-глицериновые смеси; 5) водно-спирто-
глицерииовые смеси. Последние три Ввиду малой их примени-
мости нами рассматриваться не будут.
Совершенно чистую воду мы можем получить только искус-
ственно. Естественные воды, каково бы ни было их происхож-
дение, всегда содержат в себе различные примеси.
Различают следующие категории вод по их происхождению:
1) атмосферные, или метеорные, получающиеся от
дождя, снега, града и т. д.; 2) поверхностные — воды ручьев,
рек, озер; 3) подземны е—грунтовые, артезианские, ключевые.
Атмосферная в ода (снег, дождь) является наиболее чис-
той из всех естественных вод. Однако, падая на землю, дож-
девая вода растворяет газы воздуха — кислород, азот, углеки-
слоту, растворяет и находящиеся в воздухе некоторые соли и
механически захватывает загрязняющую его пыль (сажу, пыльцу
растений, микроорганизмы и пр). Содержание всех этих приме-
сей весьма незначительно (от нескольких мг до нескольких
десятков мг в 1 Л, в Среднем 20 — 50 мг/л).
199
Атмосферная вода, отличаясь наибольшей чистотой, впол|Л
пригодна для технических целей и обладает преимуществом переЛ
другими естественными водами в отношении их применения ддД
охлаждения моторов.
Поверхностные воды. Вода рек содержит в раствор»!
больше разного рода веществ, чем дождевая, и меньше, чемП
грунтовая. Вода рек, вследствие постоянного размывания грунте
при ее протекании, содержит большее количество механически!'!
примесей по сравнению с прудовыми и озерными. Последние же I
ввиду отсутствия постоянного течения, отличаются богатство*../
растительных и животных организмов.
Преобладающими солями речной воды являются соли калыI
/ ция. Больше всего в речной воде содержится бикарбонатов каль-j
ция Са(НСО8>2 и бикарбонатов магния Mg(HCOs)2, обусловливаю*]
щих так называемую временную жесткость воды. Кроме того, в*
речной воде растворены сульфат кальция (CaSOj, сульфат маг-1
ния (MgSO4), хлористый магний (MgCl2) и в меньшем количестве]
другие соли. Кальциевые и магниевые соли сильных кислот'
(CaSO4, MgSO4 и MgClj) обусловливают постоянную жесткость]
воды.
После атмосферной воды речная вода является наиболее при- 3
годной для охлаждения двигателей. Перед применением ее необ-1
ходимо кипятить, а лучше всего — очистить в особых аппаратах]
(см. дальше параграф об очистке воды).
Подземные воды (грунтовые, артезианские, к лю-1
чевые). Дождевая (или снеговая} вода пропитывает почву, об-1
разуя так называемую почвенную или грунтовую воду. .
Верхний слой почвы богат органическими веществами живот-1
ного и растительного происхождения. Эти вещества подвергаются]
разложению, которое происходит при содействии микроорганизм
мов и зависит от температуры, влажности и содержания кисло-
рода в окружающей среде. При этом образуются: гумино-
кислые соединения, сероводород (H2S), аммиак (NH3) и углекис-1
лота (СО2). Особую роль при этом играет углекислота, благодаря
которой вода получает способность переводить в раствор такие!
труднорастворнмые вещества, как углекислый кальций (СаСО3), '
углекислый магний (MgCOs) и др., которые ею превращаются]
при этом в растворимые двууглекислые соли (бикарбонаты):
СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2:
MgCOs + СО2 + Н2О = Mg(HCO3)2.
Аналогичным способом растворяется встречающийся в почвах
карбонат железа (FeCO,) и переходит в Fe(HCO3)2:
FeCO3 + СО2 + Н2О = Fe(HCO3)3.
Кроме труднорастворимых веществ, грунтовые воды могут
встретить на своем пути также и легкорастворимые вещества,
200
например, поваренную соль (хлористый натрий—NaCl),
гЛауберову соль (сульфат натрия—Na2SO4), соду (карбонат
натрия—Na2CO2) и др., и растворить значительные их количества,
рообще говоря, состав грунтовых и родниковых вод может быть
крайне разнообразным, так как он всецело зависит от природы
н состава тех слов почвы и горных пород, по которым они
протекают.
Большинство грунтовых вод не содержит взвешенных веществ.
Они обычно вполне прозрачны на вид, .так как взвешенные
вещества задерживаются почвенными слоями, играющими роль
фильтра.
Обычно грунтовые воды содержат большее количество рас-
творенных веществ, чем поверхностные воды.
ПРИМЕСИ ПРИРОДНЫХ вод
Примеси в естественных водах оказывают большое влияние
на свойства воды, а следовательно, и на ее применение. Так
например, содержание в воде растворенного кислорода всего
лишь в количестве 0,05 мг1л, то есть 0,00000005 (5х10~8)
весовых частей, приводит к быстрому разрушению металла
охладительной системы двигателя.
Примеси, присутствующие в естественных водах, могут быть
классифицированы по степени дисперсии их частиц. Вода мо-
жет содержать в качестве примесей истинно-растворенные, кол-
лоидно-растворенные и механически взвешенные вещества.
И сти нно-pастворенные вещества характеризуются моле-
кулярной или даже ионной степенью дисперсии—состоянием ве-
щества, когда диаметр его частиц меньше 10 [»[» (истинный ра-
створ).
Коллоидным состоянием вещества называется такое со-
стояние, когда диаметр его частиц лежит в интервале от 10 до
500 »’» (подобные частицы проходят через фильтровальную бумагу).
Механически взвешенные вещества (грубо диспер-
сные) могут иметь размеры частиц от несколько превышающих
0,2 р (истинные суспензии) до крупных частиц, легко заметных
невооруженным глазом. Подобные частицы задерживаются
обыкновенной фильтровальной бумагой.
В связи с указанным можно принять, что вода содержит:
1) растворенные вещества: газы, минеральные соли, органи-
ческие вещества;
2) механические примеси: минеральные (песок, глина и т. п.) и
органические (части растений, водоросли, микроорганизмы).
Наличие растворенных в ноде веществ приводит ко многим
нежелательным последствиям. Углекислый газ и кислород, ра-
створенные в воде, вызывают коррозию металлических по-
верхностей охладительной системы. Наиболее сильную коррозию
металлов вызывают минеральные кислоты. Поэтому вода, со-
201
держащая кислоты, в свободном состоянии не может применять^
для охлаждения авиационных двигателей. 41
Растворенные минеральные соли при нагревании воды в-
падают из раствора, образуя твердую накипь и рыхлый шла-
Накипь обычно состоит из сульфата кальция (CaSOj, карбона-,
кальция (СаСО3), гидрата окиси магния |(Mg(OH)3)], основных ма,
ниевых солей [nMg(OH)2]-m(MgCO3), силикатов кальция и магни
(CaSiOs, MgSiO3), окислов железа (Fe3Os), глинозема (А12О3)
механических примесей органического и минерального прои<
хождения. Чем больше в составе накипи гипса (CaSO4), те
она тверже, крепче и плотнее. Шлам, то есть рыхлые порошк<
образные осадки, большею частью состоит из выделившегос
карбоната кальция (CaCOs). Накипь оказывает на работу ох
ладительнон системы многостороннее вредное действие.
КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОДЫ
Основными показателями качества воды являются: а) степеш
прозрачности ;?б) общее солесодержание, или так называемы!
сухой остаток; в) жесткость; г) щелочность; д) окисляемость,]
характеризующая содержание органических веществ.
Применяемая для охлаждения авиационных двигателей вода
должна быть: прозрачной, бесцветной, без неприятного запаха,
не имеющей взвешенных веществ, обладающей нейтральной
реакцией на лакмус. Плотный остаток не должен превышать
500 мг в 1 л воды. Вода должна быть очищенной, то есть не
содержащей временной жесткости (как исключение, можно до-
пустить содержание временной жесткости не более 1°Н).
Жесткость воды определяется общим содержанием в ней
кальциевых и магниевых солей.
Жесткость выражается в градусах. В различных странах
установлены разные градусы. У нас, в СССР, жесткость воды
выражается в немецких градусах (°Н). Немецким градусом
жесткости называется содержание 10 мг (0,01 г) окиси кальция
(СаО) или эквивалентное ему количество окиси магния, равное
0,00714 г MgO в 1 л воды. Другими словами, 1 немецкий градус
соответствует 10 мг СаО или 7,14 мг MgO в одном
В других странах градусы жесткости
значение:
1 французский градус жесткости = 0,01 г
1 английский , „ =0,01 г
1 американский „ „ =0,017 г
Градусы жесткости между собой находятся в
зависимости:
1
1
1
1
имеют
литре.
следующее
СаСО3
СаСО3
СаСО3
в 1 л
в 0,7 л
в 1 л
следующей
немец. градус = 1,25 англ. =1,79 фраиц. = 1,05 амер.
= 1,43 франц. =0,80 немец. =0,84 амер.
= 0,56 немец. =0,70 англ. =0,58 амер.
= 0,95 немец. =1,70 франц. =1,19 англ.
англ,
франц,
амер.
202
Естественные воды при оценке их в отношении жесткости
делят на следующие группы:
Таблица 99
Характеристика Общая жесткость в немец, градусах
Очень мягкая . . 0-4
Мягкая 4-8
Средней жесткости . ....... 8-16
Жесткая . . . . . . 10—30
Очень жесткая , ... выше 30
Различают жесткость: 1) общую; 2) временную, или устра-
нимую (называемую также карбонатной); 3) постоянную (оста-
точную или некарбонатную).
Общая жесткость определяет все количество солей каль-
ция и магния, выраженное в градусах.
Карбонатная жесткость (временная) определяет содер-
жание, главным образом, бикарбонатных [R(HCO3)2], а также
монокарбонатных соединений (RCO3) кальция и магния. Времен-
ная жесткость получила свое название вследствие того, что
при кипячении воды бикарбонаты кальция и магния разлагаются
с выделением СО2 и образованием осадка по уравнениям:
Са(НСО3)2-----* СаСО8+ СО2+ Н.,0
I I
выпадает—улетучивается
в осадок
Mg(HCOg)2---—MgCOs+CO2+H2O,
отчего названные соли кальция и магния находятся в воде лишь
временно (до ее кипячения).
Постоянная жесткость определяет содержание раство-
римых в воде других солей кальция и магния (небикарбопатных),
например, хлористого кальция СаС12, хлористого магпия MgCl2,
гипса CaSO4 и др.
Эти соли удерживаются в воде после ее кипячения в откры-
тых сосудах при постоянном объеме.
Определение жесткости воды производится различными спо-
собами. Самый простой—применение мыльного раствора (рис. 78).
203
12
11
10
s
в
1
6
5
6
3
2
1
0 2 « £ 8 >012 W 16 18 20 2226 26 28 30 32'36 36 38 60 62 66 бГсм3
Рис. 78. График для определения жесткости воды, в немецких градусах,
в-зависимостн от количества (см3) израсходованного титра (мыльный
раствор)
Способ этот основан на свойстве калийного мыла дават:
нерастворимые в воде соединения кальция и магния.
§ 2. Очистка воды
ОЧИСТКА ВОДЫ ВНУТРИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ
Очистка воды внутри охлаждающей системы производится
путем добавки к воде веществ, способных устранять ее кор-
розирующее действие и понижать образование накипи. К таким
веществам относятся хромовокислые и двуххромовокислые соли;
наилучший эффект дает применение хромпика (К3Сг2О,).
Действие хромпика, примешанного к воде, сводится: а) к обра-
зованию на поверхности металла защитной окисной пленки, пре-
дохраняющей металл от коррозии; б) к переводу нерастворимых
углекислых солей кальция, магния и сернокислых солей кальция
(CaCOs; MgCO3 и CaSOJ в растворимые хромовокислые соли
(СаСгО4; MgCiO4), чем устраняется или уменьшается образование
накипи.
Реакция протекает по следующему уравнению:
Са(НСО3)2 + K2Cr2O,=CaCrO4 + Н2О + 2СО2 + К2СгО4
Mg(HCO3)2 + K2Cr2O,=MgCrO4 + КаСгО4+ Н2О + 2СО2.
Наиболее эффективное действие хромпик оказывает в малых
концентрациях. Увеличение концентрации вызывает уменьшение
образования накипи только до определенного предела, после
которого увеличение хромпика не дает никаких результатов.
204
Рис. 79 показывает влияние концентрации хромпика на
образование накипи. Точки, соответствующие переходу кривой
в прямую, определяют максимальную противонакипную спо-
собность хромпика для каждой воды в отдельности, например,
0,6% хромпика для воды с общей жесткостью 16°Н и т. д.
Нормы добавки хромпика к воде: 1) для воды с обшей же-
сткостью, не превышающей 15°Н, нужно добавить хромпика Зг
на 1 л воды (0,3%) или, что то же самое, 30 cms копцентриро-
Рис. 79. Влияние концентрации Хромпика на
образование накипи
ванного 10°/с раствора хромпика; 2) для воды с общей жесткостью-
от 15° до 25° Н нужно добавить хромпика 10 г на 1 л воды
(1,0%) или 100 си/3 концентрированного 10% раствора хромпика.
Концентрация хромпика, добавляемая к воде для защиты
охладительной системы авиационных моторов от накипи и кор-
розии, зависит от устранимой жесткости воды и количества ра-
створенных в воде хлористых солей.
ОЧИСТКА (УМЯГЧЕНИЕ) ВОДЫ ДО ЕЕ ПОСТУПЛЕНИЯ В ОХЛАЖДАЮЩУЮ
СИСТЕМУ
Очистка (умягчение) воды до ее поступления в охлаждаю-
щую систему может производиться способами: 1) термическим,
2) электрическим, 3) с помощью химических реактивов и 4) пер-
мутитовым. Последний является наиболее распространенным.
Пермутитовый способ очистки воды основан на катионном
обмене, совершающемся между твердыми частицами пермутирую-
щего материала и находящимися в воде катионами кальция и
магния, и сводится к простой фильтрации умягчаемой воды через
слой пермутирующего материала.
205
Сокращенная формула пермутита PNa2, где Р обозначает ра.'
дикал или группу атомов алюминия, кремния, водорода и кисл<, ,
рода (бе? атомов натрия), входящих в состав пермутита.
Умягчение воды пермутитом идет по следующим реакциям; .
Na2P + Ca(HCOs)2 = СаР + 2NaHCO3 ; ( ।
Na2P + MgSOt= MgP + N2SO4 ; (2) !
Na3P + CaCl,= CaP + 2NaCl. (31
Как видно из приведенных уравнений, путем фильтрации (
через пермутит достигается удаление как временной, так и по-
стоянной жесткости, но наряду с этим несколько увеличивается )
плотный остаток вследствие замещения в воде Са" и Mg" на-
трием Na-, связанным с соответствующим анионом (SO/', НСО3',
С1' и др.).
С течением времени, при фильтровании умягчаемой воды через
пермутит, последний, поглощая из воды все большее количество
ионов кальция и магния, согласно вышеприведенным уравне-
ниям, постепенно утрачивает обменную способность. Отрабо-
танный пермутит, то есть потерявший обменную способность,
может быть регенерирован подогретым Ю°/е раствором поварен-
ной соли. Регенерация отработанного пермутита протекает по
следующим уравнениям:
РСа + 2NaCl = PNa2 + СаС12;
PMg + 2NaCl = PNa2 + MgCL.
Процесс регенерации производится обычно через 10—16 ча-
сов работы.
Пермутитовые материалы. Техника в настоящее время
располагает естественными и синтетическими пермутитовыми ма-
териалами. По данным Московского института прикладной мине-
ралогии, искусственные пермутиты в большинстве случаев имеют
состав: Na2OAl2O9 nSiO2 шН2О и представляют собой сложные
алюмонатриевые силикатные комплексы.
Пермутит, впервые изготовленный в 1905 г., был получен
сплавлением 3 частей каолина, 12 частей соды и 3 частей кварца.
Сплав измельчался до величины зерен 0,5—1,0 мм, выщела-
чивался и высушивался.
К естественным пермутитовым материалам в первую очередь
следует отнести минерал глауконит, представляющий собой
сложный ферроалюмомагниевый силикат, элементарный состав
которого не постоянен. Из других естественных пермутитовых
материалов отметим минерал волконскоит) который представляет
собой хромомагниевый силикат.
Пермутитовые фильтры. Технология пермутирования
включает в себя следующие четыре основных операции (схема на
206
р
р
ис 80): 1) умягчение воды; 2) взрыхление пермутитового мате-
иала обратным током воды; 3) регенерацию пермутитового ма-
Нопорный бан
Рис. 80. Схема умягчения волы
териала пропусканием через него раствора поваренной соли и
4) отмывку пермутитового материала от солей жесткости и от
избытка поваренной соли.
Практическое осущест-
вление пермутитового ме-
тода обработки произво-
дится на специальных
установках, состоящих из
того или иного количе-
ства пермутитовых филь-
тров. Пермутитовые
фильтры могут быть от-
крытыми или закрытыми
(напорными), вертикаль-
ного или горизонтально-
го типов.
На рис. 81 представлен
открытый пермутитовый
фильтр. Слой пермутита
(25) лежит на слое гравия
в предупреждение уноса
частиц его током воды.
Сверху на сетке поме-
щается другой слой гра-
вия, служащий для очист-
ки воды от взвешенных
частиц.
Вода для умягчения
Рис. 81. Пермутитовый фильтр
поступает сверху потру-
207
* J
« * 1
бе (/). Напор воды регулируется шаровым клапаном (2). Умяс!
ченная вода выпускается через трубу (4) и кран (5).
Одним из недостатков водяного охлаждения является больЛ
шое лобовое сопротивление самолета из-за соответствующей си!
стемы охлаждения.
Применением водяного охлаждения с парообразованием иед J
стахок этот можно устранить, так как основное преимущества
парообразующего охлаждения и заключается в резком уменьше!
нии лобового сопротивления моторной установки.
Однако повышение склонности двигателя к детонации, опас-1
ность замерзания конденсата, ввиду малого его количества й
усложнение системы охлаждения заставляют искать новых ме!
годов. Одним из этих методов является применение высококи-1
пящих жидкостей. К таким жидкостям предъявляются те ж а
требования, что указаны иа стр. 199. Первой жидкостью, кото<
рой пользовались для охлаждения, был анилин, однако вскорм
широкую известность получил этилен-гликоль.
' ГЛАВА II
ЭТИЛЕН-ГЛИКОЛЬ
§ 1. Этилен-гликоль и его свойства
Развитие промышленности крекинга нефти дало, помимо мо-
торного топлива, большие количества углеводородных газов,
являющихся отбросом производства. В этих газах содержится
между прочим и этилен/ Попытки использования его привели
к разработке методов получения этилен-гликоля. Таким образом,
производство этилен-гликоля оказалось обеспеченным дешевым
сырьем.
Этилен-гликоль может быть получен двумя способами: пер-
вый способ—действие на этилен хлора с образованием дихлорэтана
(промежуточного звена между этиленом и этилен гликолем); вто-
рой — через этиленхлоргидрин или этиленхлоргидрнн и окись
этилена. Метод через дихлорэтан, так жекакичерез хлоргидрин,
имеет два пути: иногда дихлорэтан омыляется непосредственно с
образованием этилен-гликоля, или ж'е дихлорэтан предварительно
переводят в гликольдиацетат с последующим гидролизом или
алкоголизом.
Все эти процессы наглядно представлены в прилагаемой схеме
на стр. 209.
Этилен-гликоль (химическая формула С,Н4(ОН)2)—первый и
наиболее простой из многоатомных спиртов. Этилен-гликоль
прозрачен, безцветен, сильно гигроскопичен, не имеет запаха,
несколько сладковатого вкуса, горит (но загорается с трудом)
208
покойным небольшим пламенем. Температура вспышки: в зак-
рытом тигле 116° Ц, в открытом 122°Ц. Температура самовос-
пламенения на воздухе 416°Ц.
По своим свойствам этилен-гликоль несколько сходен с эти-
ловым спиртом и глицерином, причем занимает среднее положе-
ние между ними, что можно видеть из таблицы 100.
Таблица 100
Константы Этиловый спиот Этилен- гликоль Глицерин
Атомность спирта Одноатом- ный Двухатом- ный Трехатом- ный
Структура СН3СН2ОН СН2ОН СН2ОН
щон СН2ОН
СН2ОН
Уд. вес при 15*Ц ... 0,810 1,117 1,265
. 2041 — 1,1132 —
Температура кипения, в °Ц ..... 4-78 4-197,5 4-290
„ замерзания, в °Ц . . . . 1 —114 от—12до—13 от—19до~[- “ 0
Химический состав этилен-гликоля: водорода Н—9/68%, угле-
рода С—38,71%, кислорода 0—51,61%.
Этилен-гликоль, в силу своей гигроскопичности, всегда со-
держит большее или меньшее количество воды. Вследствие же
14 Авиационные топлива
209
присутствия воды, кипящей при ЮСУ3, температура кипения ег-
даже при небольшом содержании воды резко понижается, чт<
видно из опытных данных, приведенных в таблице 101.
8,2 Ию 101 10 2030 40 50 60 7080 90100 % гликоля по объему
10,1 101 Рис. 82. Зависимость между температурой
20,6 100 кипения водных смесей этилен-гликоля и его содержанием как в жидкой, так и в паровой фазах
Зависимость между температурой кипения водных смесей
этилен-гликоля и его содержанием как в жидкой, так и в паро-
вой фазе, показаны на рис. 82, где верхняя кривая показывает
состав паровой фазы, а нижняя—состав жидкой фазы при тем-
пературах От 100 до 197°Ц. Для эксплоатации весьма важно знать
количественное содержание воды в этилен-гликоле, так как содер-
жанием воды обусловливается начальная температура кипения
данного раствора этилен-гликоля, а следовательно, и возмож;
ность использования его для охлаждения в качестве высоко-
кипящей жидкости.
Этилен-гликоль имеет больший, чем у воды, коэфициент
объемного расширения, вследствие 'чего емкость расширитель-
ного бачка должна быть увеличена. Изменение удельного объема
этилен-гликоля с повышением температуры можно видеть из
таблицы 102.
Таблица 102 Таблица 103
Температура, в °Ц Удельный объем Скрытая теплота испарения этилен-гликоля
20 0,9036 Температура, в°Ц кал!г
40 0.9084 - — — -
50 0,9148 130,6 235,5
100 0,9450 160,3 228,2
156 < 0,9836 188,4 210,3
Эта таблица показывает, что с повышением температуры
этилен-гликоля на 136°Ц его удельный объем увеличивается на
210
0 08, то есть на 8%. При повышении температуры от 20 до
15б°Ц коэфициент расширения этилен-гликоля увеличивается
с 0,00025 до 0,00075, то есть в три раза. Скрытая теплота ис-
парения этилен-гликоля видпа из таблицы 103.
§ 2. Технические преимущества и недостатки этилеи-гликоля
как охлаждающей жидкости
К достоинствам этилен-гликоля как охлаждающей жидкости
относятся:
Высокая эффективность. Для понижения температуры
замерзания воды до—25° достаточно добавить к ней этилен-гли-
коля до концентрации последнего в 4О°/о по объему, тогда как
этиловый спирт производит тот же эффект при концентрации
44%, а глицерин —при концентрации 47—48% по объему.
Низкая упругость пара (низкая испаряемость). Давле-
ние паров этилен-гликоля при 10°Ц равно 0,2 мм и при 100°Ц
равно рт. ст. Таким образом, давление паров этилен-гли-
коля приблизительно в 100 раз меньше, чем давление паров
спирта, которое при КУЦ равно 23,8мм, а при 100°Ц равно 1692 мм
рт. ст. В результате, только весьма незначительное количество
этилен гликоля теряется путем испарения из кипящего водного
раствора.
Малое влияние на температуру кипения воды
(отсутствие в системе „гликоль—вода* азеотропических смесей
и других аномалий, вызывающих резкое изменение температуры
кипения воды), обеспечивающее возможность работы авиацион-
ного мотора при оптимальном температурном режиме.
Относительная малая вязкость водных раство-
ров, что способствует уменьшению затраты энергии на циркуля-
цию и улучшению теплопередачи. На холоду высококонцентри-
рованные растворы этилен-гликоля остаются еще очень жидкими.
Так например, вязкость 45°/0 раствора этилент-гликоля при—2(ТЦ=
2.8°Э, 55% =4°Э, 60% — 6°, 7О°/о=8°Э. Чистый этилен-гликоль
более вязок, чем вода, но менее, чем глицерин.
Относительно высокая теплоемкость и тепло-
проводность водных растворов.
Таблица 104
Теплоемкость этилен-гликоля и его растворов в воде
(по Нейману и Курлянкину)
Концентрация глй- коля, в весовых % 20,2 .W 75,4
100 0,5608 0,5954 0,6255
90 0,6077 0,6384. 0,6757
80 0,6486 0,6852 0,7226
70 0,6936 0,7339 0,7691
50 0,7912 0,8247 0,8553
25 0,9104 0,9252 0,9422
14*
211
ный вес, до которого мы доводим удельный вес антифриза после
разбавления водой. Этот удельный вес обеспечивает температуру
замерзания антифриза ниже—40°Ц. ,
Таблица 105
Изменение температуры замерзания этилеи-гликоля в зависимости
от содержания в нем воды
Содержание воды, в весо- вых °/0 Температура замерзания, в 0 Ц Содержание воды, в весо- вых о/0 Температура замерзания, в ° Ц
0 — 11,5 10,1 — 29,6
1,1 — 15,5 20,6 — 49
2,3 — 17,2 28,7 -59
3,0 -18,7 30,2 — 67
3,8 — 20,1 33,3 -75
4,4 — 20,7 36,5 —61
5,1 — 22,7 40,0 -55
7,8 -26,5 60,0 — 24,5
8,2 -27,3 80,0 — 9
Рис. 83. Стабильность водно-гликолевых смесей
Расчет количества воды, которое необходимо прибавить
к антифризу, производится по формуле:
100 —С’
где: х—количество воды, которое необходимо прибавить к взве-
шенному количеству антифриза; а—весовое количество анти-
фриза, подлежащего исправле-
нию; С—процент необходимой
воды в антифризе (вычисляется
по предыдущей формуле).
Для добавления воды к анти-
фризу ои сливается из охлади-
тельной системы мотора; вода
добавляется только кипяченая и
свободная от всяких механиче-
ских примесей. Антифриз, к ко-
торому добавляется вода, дол-
жен быть взвешен; по весу же
добавляется и вода.
На рис. 84 приводится кривая
количество боды, добавлен
кое к октифризу в %
Рис. 84. Изменение удельного веса
антифриза в зависимости от количе-
ства добавленной к нему воды
воды.
зависимости удельного веса сме-
си этилен-гликоля с водой от процента содержания
Применение этилен-гликолевого антифриза облегчает экспло-
атацию авиационных моторов в холодных климатических усло-
виях, вследствие низкой температуры его замерзания (до—75°Ц),
что позволяет не сливать охлаждающую жидкость из мотора
даже при самых низких температурах окружающего воздуха.
АНТИФРИЗ В-2
Антифриз В-2 применяется в качестве охлаждающей жид-
кости для всех двигателей жидкостного охлаждения при темпе-
ратурах окружающего воздуха ниже 0°Ц. Он представляет собою
смесь, состоящую из 55% этилен-гликоля и пропилен-гликоля и
45°/0 воды с добавкой стабилизаторов. В качестве стабилизато-
ров добавляются декстрин и двухзамещенная- натриевая соль
ортофосфорной кислоты (таблица 1С6).
Таблица 106
Физико-химические свойства
Удельный вес ........................
Козфициент преломления ..............
Температура замерзания . .
Технические условия
1.055 — 1,080
1,3907
— 40
215
Продолжение таблицы ц
Физико-химические свойства Технические условия
Разгонка:
начало разгонки, в °Ц не ниже 100
первая фракция от 100 до 110° Ц, в % по весу не более 46
вторая фракция от ИО до 180° Ц, в % по весу не более 1,0
остаток- кипящий выше 180° Ц, в О/о по весу . . не менее 53,0
Внешний вид Желтоватая, слегка мутная жид- кость без механических примесей
* 3: 4
Жидкости для гидравлических систем и амортизационных стоек
Управление выпуском и подъемом шасси, щитками, закрыл- ками и другими агрегатами осуществляется с помощью гидравли- ческих систем. Кроме того, шасси современных самолетов имеют масляно-воздушную амортизацию. Для заливки гидравлических и амортизационных систем само- летов применяются спирто-глицериновые и спирто-водо-глицери- новые смеси (таблица 107).
Таблица 107
Состав, в % но весу Удельный вес при 20°Ц Темпера- тура замерзания, в °Ц Вязкость при 50гЦ
Спирт Глице- рин Вода в санти- стоксах В градусах Энглера
45 40 15 0,9955 ниже —60 2,9 1,21
30 60 10 1,0767 „ -40 6,0 1,48
50 50 — О.9<332 . -20 4,2 1,33
40 60 — 1,0604 выше - 20 6,3 1,5
30 70 — 1,0865 „ —20 9,1 1,75
20 80 — 1,1432 . -20 21,5 3,07
Для этих целей пригодно также специальное вазелино-
вое приборное масло марки МВП (таблица 108).
216
Таблица 108
Физико-химические свойства
удельный вес при 20°Ц,..............
Вязкость, по Энглеру, при 50°Ц . .
Механические примеси или вода .
Температура замерзания .
Технические условия
не более 0,875
1.5 —1,7
отсутствуют
ие выше —60°Ц
Л ИТЕРАТУРА
1. Л. Арчбютт и Р. М. Ди л л е й— Трение, смазка и смазочные мате-
риалы, ОНТИ, 1934. •
2. А И. Б р о д с к и й— Физическая химия, т. I, Госхимиздат, 1946.
3. И. Л. Гу р е в и ч — Технология нефти, ч. I, ОНТИ, 1935.
4. И. М. Г у б к и н — Учение о нефти, ОНТИ, 1937.
5. А. Г. Г у р в и ч — Научные основы переработки нефти. ,
6. В П. Гл у ш ко— Жидкое топливо для реактивных двигателей, ч. 1,
изд. ВВА им. Жуковского, 1936.
7. А. Ф. Добрянский — Курс технологии нефти, ОНТИ, 1933
8. А. Ф. Доб ря нс к и й — Анализ нефтяных продуктов, ОНТИ, 1936.
9. А. Ф. Д обря н ск и й—Крекинг с хлористым алюминием, ОНТИ, 1938
10. Е. А. Дороганевская и А. В. Ч у р а к о в—Окись этилена, эти-
лен-гликоль, этиленхлоргидрин, 1935.
11. В И. Ел а н с к и й—Детонация топлива и способы ее измерения,
ОНТИ, 1933.
12. А. С. И р и с о в н К. В. М е ш к о в — Испаряемость моторных топлив,
Гострансиздат, 1937.
13. Ю. М. К о с т р ы к и н, Ф- Е. Прохоров и С. М. Гуревич—
Пермутитовый способ очистки воды, ГОНТИ, 1939. 1
14. И. А. Каблуков — Термохимия, ОГИЗ, 1931.
15. Б. В. Л о с и к о в и И. П. Л у к а ш е в и ч — Нефтяное товароведение,
1 остоптехиздат, 1946.
16. В. П. Л и и че в с к и й—Топливо и его сжигание, ГОНТИ, 1938.
17. А. Нэш и Д, X о у э с — Принципу производства и применения мо-
торных топлив, т. т. I и 11, ОНТИ, 1936.
217
18. С. С. Наметкин — Химия нефти, ч. ч. I и II, ОНТИ, 1935.
19. С. С. Наметкин — Химия нефти, ОНТИ, 1939.
20. Общая химическая технология топлива, под редакцией С. В. К а ф т а
нова, ОНТИ, 1941.
21. К. К. Папок и Н. А. Р а г о з и и — Авиационные топлива и масла
Гостоптехиздат, 1940.
22. Н. А. Рагозин Справочник по авиационным и автомобильным
топливам, Гостолтехнздат, 1947.
23. Б. Г. Т н д е м а и и Д. Б. С ц и б о р с к и й—Химия горения, Гостранс-
нздат, 1935.
24. Д. Н. Т арасенков—Охлаждающие жидкости для авиационных дви-
гателей, изд. ВВА им. Жуковского, 1931.
25. М. Ван У н н к л ь — Производство авиационного- бензина, Гостоп-
техиздат, 1946.
26. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов, Гостоп
техиздат, 1945.
27. М. С. Ш к р о б — Водоподготовка н режим котловой воды на ста-
ционарных паросиловых установках, ГОНТИ, 1938.
28. К. Элл нс —Химия углеводородов нефти и их производных, т.III,
ОНТИ, 1938.
29. Г. Эглофф и др.—Разложение и полимеризация углеводородов, под
редакцией академика Зелинского, ОНТИ, 1935.
ч
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение............................................ 3
\ Раздел первый
АВИАЦИОННЫЕ ТОПЛИВА
Глава I. Сырье для получения авиационных топлив
§ 1. Каменный уголь . ............. ... ....... 5 г
§ 2. Нефть............................ ..... .. 6 к
Глава II. Технология авиационных топлив
§ 1. Прямая гонка нефти . . .............................. 11
§ 2. Крекинг-процесс ...... ........................ 14#
§ 3. Пиролиз-процесс ...................... .................. 17
$ 4. Реформинг-процесс......................................... 20
§ 5. Получение бензинов путем полимеризации крекинг-газов ... 23
§ 6, Спирты................................................... 26
§ 7. Получение топлив из угля............................ 30
§ 8. Гидрогенизация тяжелых смол и нефтей .................... 32
§ 9. Очистка моторных топлив.......... ....................... 33
Глава III. Физико-химические свойства топлив
§ 1. Основные требования, предъявляемые к авиационным топливам . 36 V
§ 2. Оценка качеств авиационных топлив......................... 37
§ 3. Удельный вес......................................... ... 38
§ 4. Испаряемость......................... . .... . . 40
§ 5. Упругость паров............................................ 42
§ 6. Скрытая теплбта парообразования - - . .............. 46
§ 7. Теплотворная способность..... ....... 47
§ 8. Температура вспышки топлива . ... .................. 50
§ 9. Пределы воспламенения.................’........ ... —
§ Ю. Температура самовоспламенения.................. . 51
§ И. Теплоемкость топлив............... .... . . 52
§ 12. Теплопроводность топлив . ... - . . 53
§ 13. Электропроводность.... ......... . . ... —
§ 14. i емпература замерзания...... ..... . . . . 54
§ 15. Гигроскопичность......................................... 55
§ 16. Антикоррозийные свойства................. . ......... 56
21У
Глава IV. Углеводороды в авиационном топливе
§ 1. Парафины...............................................
§ 2. Ароматические углеводороды ............................
§ 3. Олефины................................................
§ 4. Нафтеновые углеводороды................................
§ 5. Элементарный состав топлив..............................
Глава V. Антидетонационные свойства топлив
§ 1. Процесс сгорания рабочей смесн в цилиндрах двигателя
§ 2. Антидетонационные свойства топлив.......................... 67
§ 3. Методы определения детонационной стойкости авиационных топлив 74
§ 4. Двигатель Вокеша с переменной степенью сжатия для испытания
топлива на детонацию........................................... 7]
§ 5. Определение октанового числа топлива на двигателе Вокеша . . 7‘,
§ 6. Сравнительная оценка различных методов определения детонацион-
ной стойкости углеводородов ..................................... 78
Глава VI. Антидетонаторы
§ 1. Виды антидетонаторов......................... . . 8h
§ 2. Анилин............................................ ... 82
§ 3. Пентакарбониловое железо . . , ... ........ 84
§ 4. Тэтраэтнловый свинец (ТЭС) ..... ..................... .........
§ 5. Чувствительность топлив к ТЭС............................... 87
Глава VII. Типы авиационных топлив и их качества
§ 1. Бензины прямой гонки....................................... 88
§ 2. Авиационные крекинг-бензины............................... ]
§ 3. Ингибиторы............................................. 90
§ 4. Высокооктановые топлива................................ 92к.
§ 5. Высокооктановые компоненты ..........................." 93
§ 6. Дизельные топлива..................................... 98/
Глава VIII. Топлива для реактивных двигателей
§ 1. Типы реактивных двигателей......................
§ 2. Топлива для воздушно-реактивных двигателей...........
§ 3. Топлива для жидкостно-реактивных двигателей.............
§ 4. Термодинамические свойства топлив для ЖРД...............
§ 5. Объем продуктов горения ... ................
§ 6. Температура горения.....................................
§ 7. Физико-химические свойства топлив для жидкостно-реактивных
двигателей..............У......................................
§ 8. Окислители.................................. ...
§ 9. Горючие компоненты топлив для ЖРД ..............
§ 10. Топлива с жидким кислородом как окислителем.....
§11. Топлива с перекисью водорода как окислителем......... . .
§ 12. Топлива с азотной кислотой как окислителем......... ...
§ 13. Паро-газ.........f......................................
§ 14. Химическое зажигание ... ... . ... ........
106
107 1
108
ПО
117
118
121
123
130
132
134
135
136
137
220
Раздел второй
АВИАЦИОННЫЕ МАСЛА
Глава 1. Технология авиационных масел
к Виды и законы трения.......................................... 138
? 2 Применение смазкн в двигателе.............................. 140
1 3. Выбор сырья для производства смазочных масел ...... 144
? 4. Получение минеральных масел ............... ... 145
к 5. Изготовление консистеитиой смазки .... . . 150
§ 6. Синтетические смазочные масла ............................. 151
Глава II. Физико-химические свойства авиационных масел
§ 1. Оценка качеств авиационных масел.................. . 153
§ 2. Удельный вес ...................... ... . —
§ 3. Вязкость....................................... . . .154
§ 4. Индекс вязкости -............... . . . . • 159
§ 5. Липкость н поверхностное натяжение . 160
§ 6. Температуры вспышки и воспламенения . 161
§ 7. Температура застывания............... ... 163
§ 8. Кислотность . . . ................... .................. . 164
§ 9. Цвет.........................•........... • 165
§ 10. Содержание воды........................................... 166
§ 11. Коксуемость и зольность........... . -...................... —
§ 12. Химический состав авиационных масел . . . . . 167
Глава III. Типы авиационных масел и их качества
i 1. Виды смазочных материалов................................ 168
2. Добавки к смазочным маслам, повышающие их качества...... 178
3. Образование нагара в двигателях................... ....... 180
I 4. Очистка деталей двигателя от нагара . . - . . 181
Раздел третий
ЭКСПЛОАТАЦИЯ АВИАЦИОННЫХ ТОПЛИВ И МАСЕЛ
Глава 1. Эксплоатации бензинов
I Свинцовые бензины........................................ 183
> 2. Мероприятия, предшествующие заправке самолетов топливом
и маслом..................................... ... .... 188
\/ Глава II Эксплоатации масел
1. Срок службы авиационных масел .... ... ... 193
2. Регенерация отработанных масел ... ............... —
3. Разжижение масел бензинами ... ............ 197
221
Раздел четвертый
ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ
Глава I. Вода как охлаждающая жидкость
§ 1. Требования, предъявляемые к воде........................ 1
§ 2. Очистка воды .................... ... 2(
Глава II. Этилен-гликоль
§ 1. Этилен-гликоль и его свойства .......................... 21
§ 2. Технические преимущества и недостатки этилен-гликоля как ох-
лаждающей жидкости........................................... 2Ц
§ 3. Применение этнлен-гликоля в качестве охлаждающей жидкости . 212
Жидкости для гидравлических систем н амортизационных стоек . . 216
Литература............... . . ., ...... ............ 217

.; а ’ \
V. (£)(И$
замеченные опечатки
Стр. Строка Напечатано Следует
24 4 сверху — смол нефти смол и нефти
54 таблица 21 15,4 5,4
74 8 сверху пружина нажимает пружина (4) нажимает
пружина укреплена пружина (6) укреплена
139 10 снизу кг/сек кг.сек
~М?~ -~м*~
На стр. 53 таблицу 20 следует читать:
Таблица 20
Электропров°Дность различных тел
Ртуть Желе- зо Медь Вода Бен- зол Толуол Ксилол Бен- зин Парафин
Ьектропро- иодность . 1,0 9,67 59 10~в Ю-’2 го-12 10—12 ю-н 10~16