І. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив icon

І. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив




Скачати 96.84 Kb.
НазваІ. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив
Дата16.08.2012
Розмір96.84 Kb.
ТипДокументи



В існик НАУ. 2004. №3

УДК 629.735:662.75.017.1.03 (045)

О.Л. Матвєєва, канд. техн. наук

І.А. Кравець, д-р техн. наук

Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив


Інститут екології та дизайну НАУ, e-mail: mol@nau.edu.ua

Розглянуто вплив дисперсності забрудненості вуглеводневого палива на його енергетичний стан. Визначено інтенсивність зміни поверхні контакту твердої дисперсної фази при продукуванні механічних забруднень у паливах в експлуатаційних умовах. Показано, що процес забруднення негативно впливає на енергетичні властивості палив.

Вступ

У зв’язку з ускладненням функцій та умов роботи систем повітряних кораблів актуальним є забезпечення чистоти робочих рідин.

Чутливість агрегатів до забруднень, вплив чистоти робочих рідин на надійність і ресурс систем літака, тобто проблема хіммотологічної надійності
постійно досліджувалася та вивчалася [1–8].

Забруднення призводять до забивання робочих форсунок камер згоряння, заклинювання золотникових пар командно-паливних агрегатів, прискорення зношування паливних насосів і виконавчих механізмів, управління соплом по-вітрозабірника двигуна, що негативно впливає на безпеку польотів.

У працях [2; 7] показано, що основна маса забруднень паливної системи літака визначається дисперсністю менше за 3 мкм.

Дослідженнями працездатності насосів під час роботи в умовах реального забруднення робочих рідин установлено, що тверда дисперсна фаза (ТДФ) спричинює більш інтенсивне зношування вузлів та агрегатів насосів, а це, в свою чергу, є причиною генерації нових забруднень. Причому, як свідчать результати, основна їх маса припадає на частинки менше ніж 2...5 мкм.

Досліджуючи чутливість агрегатів до забруднень за залежністю вихідних параметрів агрегату від розміру та концентрації ТДФ, у праці [8] експериментально показано, що в результаті механічного подрібнення штучна концентрація Ni
частинок забруднень в проточних зазорах насосів змінюється за законом:



де Ni0 – початкова штучна концентрація частинок визначеної розмірної фракції; Т – часова стала руйнування, що дорівнює в даному випадку 8–10 хв.

При цьому згідно з теорією зношування швид- кість погіршення характеристик пари тертя пропорційна швидкості появи подрібнених частинок зношування під час механічної взаємодії [9].

Авторами праці [8] визначено, що розподіл кількості забруднень за їх розмірами в реальних гідросистемах у період експлуатації теж підпорядковується нормальному закону. А чутливість агрегатів до забруднень необхідно оцінювати за-лежно від концентрації та дисперсного складу ТДФ.

Отже, беручи до уваги, що переважна частка забруднення палив у процесі експлуатації визначається дисперсністю менш ніж 2 мкм, ми цілком згодні з думкою авторів праці [8] про доречність оцінювання загальної забрудненості систем не тільки тонкістю фільтрації, а й рівнем (класом) чистоти (ГОСТ 17216-71, NAS 1638).

Зі стандартом [10], що передбачає 19 класів чистоти, чистота палива, що заправляється в літак, має бути 8-го класу (маса забруднень не
більше 0,0004%), а палива, що знаходиться в паливних баках літака, – 11-го класу (маса забруднень не більше 0,0016%).

Розподіл кількості ТДФ за розмірами в стандарті відповідає логарифмічно нормальному закону, згідно з природою реального утворення забруднень у процесі експлуатації.

Як свідчать дослідження [11; 12], на практиці в авіаційних паливних системах містяться забруднення, що значно перевищують допустимі норми за рахунок дрібної дисперсної фази (див. таблицю), хоча за існуючими нормативами концентрація механічних домішок у паливах на момент заправки їх в літак не повинна перевищувати 0,0003% (ГСТУ 320.00149943.011-99).



^ Характеристика забрудненості авіаційної паливної системи [11]

Групи

дисперсності, мкм

1–3

3–5

5–10

15–20

Маса

забрудненості, г/т

Кількість частинок

7100–28809

230–1600

60–80

0–150

1,2–7,4

Вивчаючи дію такого чинника, як фізико-хімічні властивості в хіммотологічній системі “паливо–техніка–експлуатація”, експериментально доведено, що механічні забруднення та їх дисперсність здійснюють значний вплив на процеси окиснення й утворення осаду у вуглеводневих паливах (рис. 1, 2), зменшуючи якість і стабільність палива щодо регламентованих показників під час експлуатації [7].



Рис. 1. Вплив кількості ТДФ на процеси утворення смол та осадів у вуглеводневих паливах



Рис. 2. Вплив дисперсності ТДФ на інтен-сивність окиснення палив:

– осад; – фактичні смоли


Чим менше дисперсність забруднень, тим
більший негативний вплив на якість палива вона здійснює.

Пояснюється це тим, що частинки дисперсністю 1 мкм і менше практично знаходяться в звішеному стані і відіграють роль центрів коагуляції, які інтенсифікують процеси окиснення й утворення осаду в паливах.

Окиснювальні процеси, які відбуваються у вуглеводневому середовищі і проявляються у вигляді фактичних смол та осаду, зменшують нижчу теплоту згоряння [13].

З погляду визначення впливу механічних
забруднень на надійність і ресурс роботи систем та агрегатів сучасна наука має досить значні і всебічні здобутки.

Установлено і досліджено факт погіршення якості палива при його забрудненні. Але сьогодні, коли проблема енергозабезпечення вкрай актуальна, нас цікавить, яким чином, якою мірою та за якими механізмами в процесі експлуатації змінюються саме енергетичні властивості палив і як це впливає на їх енергетичну ефективність.

Під енергетичною ефективністю розуміємо максимальний вихід потенціальної енергії палива в процесі його згоряння, тобто максимальне енерговіддавання.

Показниками енергетичної ефективності є нижча теплота та повнота згоряння.

Поставлена задача дослідження підвищення енергетичної ефективності палив досить різнопланова.

^ Постановка завдання

Метою даної роботи є визначення залежності продукування частинок ТДФ у паливах у процесі експлуатації, а також прогностична оцінка можливих енергетичних змін.

^ Продукування твердої дисперсної фази

в процесі експлуатації

Для спрощення розрахунку задамося початко-

вими умовами, що всі забруднення – це частинки

ТДФ правильної сферичної форми з коефіцієнтом еліпсності Ке = Sсф/Sч=1, тобто площа ідеальної сфери відповідає площі частинки.

Частинка при взаємодії з технологічним об-ладнанням у процесі експлуатації під час кожного подрібнення ділиться на дві частини.

Об’єм та поверхня сфери визначаються за
формулами:

; (1)

, (2)

де V0об’єм початкової частинки; R0 – радіус початкової частинки; S0 – поверхня початкової частинки.

Подамо радіус початкової частинки через її об’єм

(3)

і підставимо вираз (3) у формулу (2):

.

Ураховуючи, що кожне наступне подрібнення дає нам з однієї частинки дві, то площа поверхні n-ї частинки після багаторазових подрібнень, що відбуваються в реальній практиці при техноло-гічних процесах з паливом, забрудненим ТДФ, буде такою:

,

де Sn поверхня n-ї частинки; n – кількість
подрібнень частинок.

тоді відношення  поверхонь подрібнених частинок при багаторазових подрібненнях до поверхні початкової частинки після проведених алгебричних перетворень буде мати вигляд:

. (4)

Якщо кількість частинок після подрібнення визначити q, то вираз (4) набуває вигляду:

. (5)

Кількість частинок N після n-х подрібнень визначається, як

.

У такому разі, беручи за основу залежності (1), (2) та уявляючи відповідним чином радіус і площу поверхні багаторазово подрібнених частинок, маємо:

,

.

відношення  поверхонь подрібнених частинок при багаторазових подрібненнях до поверхні початкової частинки буде таким:

=,

тобто

. (6)

Застосувавши незначні алгебричні перетво-рення, маємо:

; ; .

За формулами (5), (6) побудовано графічні залежності (рис. 3), що демонструють інтенсивність зміни поверхні контакту подрібненої дисперсної фази при продукуванні частинок забруднень в паливах у процесі експлуатації.

Ми розуміємо, що введені нами на початку розрахунку початкові обмеження ідеалізували процес подрібнення на відміну від реально існуючого. Ми розуміємо також, що в реальних умовах експлуатації технологічного обладнання в процесі транспортування, зберігання, підготовки до заправлення, знаходження в паливній системі літака неможливо дослідити характер та інтенсивність подрібнення і кількість подрібнених частинок.

Незважаючи на це, характер графічних залежностей, що наведено на рис. 3, на наш
погляд, демонструє головне – з моменту вироб-ництва палива до його згоряння в паливній системі постійно діє процес продукування та под-рібнення частинок ТДФ, при якому достатньо ефективно збільшується поверхня контакту палива з матеріалом забруднення.

Активована частинка забруднення утворює з паливним середовищем міжмолекулярні зв’язки, на побудову яких необхідно витратити певну
кількість енергії.

Так з’являються агломерати, що є центрами коагуляції та інтенсифікації подальшого окиснення палива.

Отже, при збільшенні під час експлуатації кількості активованих частинок ТДФ у вуглеводневому середовищі, знаходженні їх у звішеному стані збільшується кількість молекул, здатних установлювати нові міжмолекулярні зв’язки.

На думку авторів усі ці процеси мають знижувати певною мірою енергетичну ефективність палива.



Кількість подрібнень, n

Рис. 3. Інтенсивність зміни поверхні контакту подрібненої дисперсної фази при продукуванні частинок забруднень в паливах у процесі експлуатації:

1q = 4; 2q = 2


Висновки

1. У процесі організації паливозабезпечення й експлуатації паливних систем відбувається
постійне зростання вмісту в паливі забруднень, розмір яких менше 3 мкм.

2. Збільшення кількості активних частинок механічних забруднень підвищує вірогідність виникнення міжмолекулярної взаємодії в системі “паливо–ТДФ”.

3. Взаємодія частинок забруднення з паливом зменшує енергетичну ефективність, що проявляється в зменшенні повноти та теплоти згоряння.

^ Список літератури

1. Химмотология ракетного и реактивного топлив  Под ред. А.А. Браткова. – М.: Химия, 1987. – 304 с.

2. Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. – 2-е изд. – Л.: Недра, 1984. – 349 с.

3. Писаренко В.Г., Никитин А.Г., Прокофьева Е.Л., Чайковский О.И. Анализ влияния твердой дисперсной фазы в диэлектрических рабочих жидкостях на надежность гидроаппаратуры.– К., 1986. – 26 с. – Препринт/ Ин-т геофизики АН УССР.

4. Василенко В.Г., Черненко Ж.С. Влияние эксплуатационных факторов на топливную систему самолетов. – М.: Машиностроение, 1986. – 180 с.

5. Пискунов В.А., Зрелов В.Н. Влияние топлив на долговечность и надежность работы двигателей и самолетов. – М.: Машиностроение, 1978. – 408 с.

6. Матвєєва О.Л., Столінець С.Л. Аналіз процесів, які характеризують зміну якості світлих нафтопродуктів при тривалому зберіганні // Матеріали ІV міжнар. наук.-техн. конф. “Авіа–2002”. –К.: НАУ, 2002. – Т. ІV. – С. 41.31–41.34.

7. Матвєєва О.Л., Столінець С.Л. Вплив дис-персного складу забруднень на процеси окиснення та осадоутворення вуглеводневих палив // Матеріали VІ міжнар. наук.-техн. конф. „Авіа– 2004”.– К.: НАУ, 2003. – Т. IV. – С.41.64–41.66.

8. Тимиркеев Р.Г., Сапожников В.М. Промышленная чистота и тонкая фильтрация рабочих жидкостей летательных аппаратов. – М.: Маши-ностроение, 1986. – 152 с.

9. Fitch E.C. Investigations into contaminant sensitivity // Eigth Annual Fluid Power Research Conference. – 1974. – Р. 250.

10. ГОСТ 17216-71. Промышленная чистота. Классы чистоты жидкостей. – Введ. 01.01.71. – М.: Изд-во стандартов, 1989. – 3 с.

11. Никитин Г.А. Проблемы чистоты рабочих жидкостей // Вопр. авиационной химмотологии. – К.: КИИГА, 1978. – С. 3–13.

12. Никитин Г.А., Никитин А.Г., Данилов В.М. Экономия нефтепродуктов, используемых в технологических целях. – К.: Техніка, 1984. – 128 с.

13. Матвєєва О.Л., Тітова О.С. Окиснювальні процеси в системі забезпечення енергетичної ефективності вуглеводневих палив // Техноло-гічні системи. – 2004. – № 2 (22). – С.63–66.

Стаття надійшла до редакції 22.06.04.

Е.Л. Матвеева, И.А. Кравец

Влияние загрязнений на энергетические свойства углеводородных топлив

Рассмотрено влияние дисперсности загрязненности углеводородного топлива на его энергети-ческое состояние. Определена интенсивность изменения поверхности контакта твердой дисперсной фазы при продуцировании механических загрязнений в топливах в эксплуатационных условиях. Показано, что процесс загрязнения негативно влияет на энергетические свойства топлив.

E.L. Matvyeyeva, I.А. Kravets

Influencing of pollution on power properties of hydrocarbonaceous fuel

The result investigation of influencing of a dispersion pollution of hydrocarbonaceous fuel on its power condition are reviewed. The intensity of change of a surface of a contact of a disperse phase is determined at splitting mechanical pollution in fuel. Is shown, that the process of pollution negatively influences power properties of fuel.



Схожі:

І. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив iconО. С. Тітова, канд хім наук Л. М. Курок хіміко-термодинамічна характеристика окиснення вуглеводневих палив
Теоретично обґрунтовано, що в процесі експлуатації внаслідок інтенсифікації окиснювальних процесів погіршуються енергетичні властивості...
І. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив icon1Т. В. Медвєдєва
Описано негативний вплив сполук сірки на експлуатаційні властивості нафти та продукти її переробки. Розглянуто основні методи визначення...
І. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив iconН. М. Кучма забезпечення біологічної стабільності вуглеводневих палив
Показано вплив міжнародних авіарейсів І кліматичних умов України на біологічне ураження палив для реак-тивних двигунів. Розглянуто...
І. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив iconС. В. Іванов, д-р хім наук В. В. Єфіменко В. Ф. Новікова
Розглянуто вплив розчиненого кисню на експлуатаційні властивості реактивних палив: термоокиснювальну стабільність, пожежовибухонебезпечність,...
І. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив iconГосударственный стандарт союза сср конструкции и изделия железобетонные радиационный метод определения толщины защитного слоя бетона, размеров и расположения
Л. Г. Родэ, канд техн наук; В. А. Клевцов, д-р техн наук; Ю. К. Матвеев; И. С. Лифанов; В. А. Воробьев, д-р техн наук; Н. В. Михайлова,...
І. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив iconМіжнародна науково-технічна конференція, присвячена 80-річчю Дніпропетровської області та 90-річчю
В. а д-р техн наук, проф.; Перегудов В. В., д-р техн наук, проф.; Рудь Ю. С., д-р техн наук, проф.; Сидоренко В. Д., д-р техн наук,...
І. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив iconС. В. Бойченко, канд техн наук, Л. М. Черняк вибір засобу запобігання втратам палив від випаровування
Розглянуто метод вибору оптимального засобу зменшення втрат палив від випаровування. Відмінність запропонованого методу від відомих...
І. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив iconСтроительные нормы и правила отопление, вентиляция и кондиционирование сниП 04. 05-91*
Ссср (д-р техн наук Е. Е. Карпис, М. В. Шувалова), вниипо мвд СССР (канд техн наук И. И. Ильминский), мниитэп (канд техн наук М....
І. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив iconО. Л. Матвєєва, канд техн наук І. А. Кравець, д-р техн наук Л. М. Курок
Розглянуто результати дослідження енергетичних властивостей хімічних елементів з метою можливості подальшого визначення механізму...
І. А. Кравець, д-р техн наук Вплив забруднень на енергетичні властивості вуглеводневих палив iconВ. М. Азарсков, д-р техн наук Л. С. Житецький, канд техн наук О. А. Сущенко
На відміну від систем типу I, в яких здійснюється неавтономне поточне оцінювання невідомих параметрів об’єкта, у системах типу II...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи