Рядом с красным Ан-2

Авиационный бензин.

Регулярно летая и заправляя самолёты с поршневыми моторами, я задался вопросом - что является качественным бензином? Как понять какие его параметры важны и тетраэтил свинца (ТЭС) действительно нужен мотору?
12012713_1
Пришлось вечером в воскресенье залезть к себе в библиотеку, почитать теорию авиационных двигателей и немного пройтись по интернету. В итоге была написана небольшая статья.

Что такое бензин, и как его получают?

Бензи́н — горючая смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от + 33 до 205 °C (в зависимости от примесей).Плотность около 0,71 г/см³. Теплотворная способность примерно 10 200 ккал/кг (46 МДж/кг, 32,7 МДж/литр). Температура замерзания −72 °C в случае использования специальных присадок.

Базовые бензины - прямогонный и актил-бензин.

Прямогонные бензины
Наиболее распространенным топливом для авиационных моторов в 30-70-е годы служили авиационные бензины прямой гонки.
Прямогонный бензин получают путём ректификации (перегонки) и отбора фракций нефти, выкипающих в определённых температурных пределах (до 100 °C — бензин I сорта, до 110 °C — бензин специальный, до 130 °C — бензин II сорта). Однако общим свойством этих бензинов является низкое октановое число.
Вообще получение прямогонных бензина с октановым числом выше 65 по моторному методу редко и возможно лишь из нефти Азербайджана, Средней Азии, Краснодарского края и Сахалина. Для нефтей Урало-Волжского бассейна, Казахстана, а также месторождений Западной Сибири характерно преобладание нормальных парафиновых углеводородов, поэтому прямогонные бензины из них характеризуются низкими октановыми числами.
Однако прямогонные бензины весьма стабильны в химическом отношении и при хранении не осмоляются; обладают хорошей испаряемостью; имеют высокую теплотворность (~ 10500 б. кал/кг) и низкую температуру замерзания (около минус 100° Ц); гигроскопичность их ничтожно мала; не вызывают коррозии металлов. В связи с малой детанационной стойкостью прямогонных бензинов эти виды бензинов применяются не в чистом виде, а с примесью антидетонаторов, повышающих октановое число топлив.

Ректификация нефти:


Алкил-бензин
Алкил-бензин представляет собой смесь изомеров углеводородов С7 и С8 и получается в процессе алкилирования изобутана бутиленами. Алкил-бензин широко используется как компонент автомобильных и авиационных бензинов и обладает высоким октановым числом - по моторному методу 90-93. По антидетонационным свойствам и физико-химическим показателям алкилат является наилучшим компонентом для высокооктановых бензинов.

Требования к авиационным бензинам.

1. Хорошая испаряемость, облегчающая запуск мотора и улучшающая качество горючей смеси, вследствие более полного испарения топлива.

2. Стойкость против детонации.

3. Высокая теплотворность, способствующая меньшему расходу топлива.

4. Малая гигроскопичность — топливо должно в возможно меньшей степени поглощать и растворять в себе влагу.

5. Нейтральность, т. е. отсутствие кислот и щелочей, вызывающих коррозию деталей.

6. Стабильность — способность в течение длительного времени сохранять однородность состава.

7. Низкая температура замерзания — необходима для возможности эксплуатации топлива в зимнее время и на больших высотах.

8. Малое давление насыщенных паров — во избежание образования паровых пробок в системе питания, особенно в летнее время и при полетах на больших высотах.

Для легкого запуска двигателя топливо должно содержать некоторую часть легко испаряющихся углеводородов, которые могут испаряться в еще непрогретом моторе. Слишком тяжелых углеводородов в топливе вообще не должно быть. Хорошая испаряемость топлива повышает приемистость мотора и уменьшает возможность разжижения смазки на стенках цилиндров, Разжижение смазки возникает при наличии в топливе трудно испаряющихся углеводородов, которые, оседая в жидком виде на стенках цилиндров, смывают с них смазку. Таким образом, авиационное топливо должно обладать хорошей испаряемостью.

Однако чрезмерно большая испаряемость также вредна. Содержание в топливе большого количества летучих углеводородов создает возможность образования паровых пробок в системе питания двигателя. Образование паровых пробок нарушает правильную подачу топлива и может вызвать обеднение смеси, перебои в работе двигателя и даже его остановку. Слишком большая испаряемость топлива повышает его потери при транспортировке и хранении, а также увеличивает пожарную опасность.
По температуре начала кипения судят о присутствии в топливе чрезмерно легких углеводородов, наличие которых способствует образованию паровых пробок в системе бензопитания мотора.
ректификационная колонна

Температура начала кипения должна быть не ниже 40 °C и не выше 75°C.
По температуре выкипания 10% топлива определяют его пусковые свойства, т. е. наличие в топливе легких фракций, обеспечивающих хороший запуск мотора.
Температура выкипания 10% топлива лежит в пределах 75—85°C. Чем выше эта температура, тем хуже пусковые качества топлива. При температуре выкипания 10% топлива ниже 50 °C топливо опасно в отношении образования паровых пробок.
Температура выкипания 50% топлива характеризует его испаряемость во всасывающей системе, что сказывается на продолжительности прогрева мотора и его приемистости. Эта температура лежит в пределах 100—112°C. При слишком низкой температуре выкипания 50% топлива увеличивается опасность обледенения карбюраторов.
Температура выкипания 90% топлива показывает способность топлива разжижать смазку и характеризует приемистость прогретого мотора. Для хорошей приемистости необходимо иметь температуру выкипания 90% топлива не выше 150°C. При температуре выше 150°C возникает опасность оседания капель бензина на стенках цилиндра и смывания и разжижения им масла.
Температура конца кипения (выкипания) продукта до 97,5—98% не должна превышать 160—170 °C во избежание неполноты сгорания и образования нагара.

Одним из способов оценки испаряемости топлива является способ, основанный на измерении давлении насыщенных паров при температуре 38°C. Чем выше давление паров, тем большей летучестью обладает топливо. Для авиационных топлив давление насыщенных паров должно быть в пределах 44-50 кПа.

Октановое число и сортность бензина.
Окта́новое число́ (от [изо]октан) — показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива (способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии) для двигателей внутреннего сгорания. Число равно содержанию (в процентах по объёму) изооктана (2,2,4-триметилпентана) в его смеси с н-гептаном, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний.
Изооктан трудно окисляется даже при высоких степенях сжатия, и его детонационная стойкость условно принята за 100 единиц. Сгорание в двигателе н-гептана даже при невысоких степенях сжатия сопровождается детонацией, поэтому его детонационная стойкость принята за 0. Для бензинов с октановым числом выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца.

Характерный металлический звон при детонации создаётся детонационной волной, многократно отражающейся от стенок цилиндра. При детонации снижается мощность двигателя и ускоряется его износ.

Виды октановых чисел: ОЧИ и ОЧМ.

Исследовательское октановое число (ОЧИ) показывает, как ведёт себя бензин в режимах малых и средних нагрузок.
Определяется на одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия, называемой УИТ-65 или УИТ-85, при частоте вращения коленчатого вала 600 об/мин, температуре всасываемого воздуха 52°С и угле опережения зажигания 13 град.

Моторное октановое число (ОЧМ) характеризует поведение бензина на режимах больших нагрузок. Оказывает влияние на высокую скорость и детонацию при частичном дроссельном ускорении и работе двигателя под нагрузкой.
Определяется так же на одноцилиндровой установке, при частоте вращения коленчатого вала 900 об/мин, температуре всасываемой смеси 149°С и переменном угле опережения зажигания. ОЧМ имеет более низкие значения, чем ОЧИ.

Сортность бензинов - показатель детонационной стойкости бензинов. Сортность показывает, на сколько процентов может повыситься мощность двигателя при работе на данном топливе по сравнению с работой на чистом изооктане.
Например, на бензине Б-100/130 двигатель способен развивать мощность, на 30 % большую, чем на чистом изооктане.

Повышение октанового числа бензина и его качества (Топливные присадки).
benzin
Современные авиационные двигатели требуют применения топлив с октановым числом 95 и выше. Во многих случаях форсирование моторов затрудняется невозможностью подобрать топливо с необходимыми антидетонационными свойствами. Чистые бензины прямой гонки обладают низким октановым числом и не могут быть применены для современных двигателей.

Повышение антидетонационных свойств бензинов может быть достигнуто добавлением в бензин специальных присадок. И если раньше это были только этиловая жидкость, то в настоящее время это целый комплекс присадок, включающие кислородосодержащие соединения; простые эфиры, антиоксиданты (стабилизаторы); ингибиторы детонации; красители топлив; дезактиваторы металла; ингибиторы коррозии; и многие другие типы.
* Кислородосодержащие соединения (кислородсодержащая присадка) – топлива, обогащенные кислородом. Они используются, для сокращения выбросов монооксида углерода, возникающего при сжигании топлива. Кислородсодержащие присадки могут быть основаны на спирте, либо эфире.
* Спирты - метанол, этанол, изопропиловый спирт, н-бутанол и бензин класса трет-бутанол.
* Эфиры - метил-трет-бутиловый эфир, этилтретбутилэфир, простой диизопропиловый эфир, трет-амил-метиловый эфир, третичный гексил эфира.
* Антиоксиданты – некоторые антиоксиданты используются в качестве стабилизаторов топлива, чтобы предотвратить окисление. Вот некоторые из них:
** бутилированный гидрокситолуол;
** 2,4-диметил-6-трет-бутилфенол;
** 2,6-ди-трет-бутилфенол;
** фенилендиамин;
** этилендиамин.
* Ингибиторы детонации (антидетонационная присадка) – это добавка к бензину, которая способствует уменьшению стука в двигателе при увеличении октанового числа топлива. Некоторые антидетонационные присадки:
** тетраэтиловый свинец;
** пентакарбонил железа;
** толуол;
** изооктан.
* Топливные красители – это красители, добавляемые в топливо.
* Дезактиваторы металла – это топливные присадки и присадки к смазочным маслам, которые предназначены для стабилизации топлива. Они расформировывают ионы металла.
* Ингибиторы коррозии (антикоррозийная присадка) – это химические соединения, замедляющие коррозию металлов. Качественный ингибитор коррозии в обычных условиях замедлит на 95% развитие коррозии. Некоторыми из антикоррозийных присадок являются - нитрит натрия, уротропин (гексаметилендиамин), фенилендиамин.
* Другие – есть некоторые типы присадок не попадающие под общую классификацию. Это:
** Ацетон – это испарительная присадка. Она используется совместно с метанолом для улучшения испарения при запуске двигателя.
** Нитрометан – используется для увеличения мощности двигателя, в разговорном стиле речи его называют «нитро».
** Пикрат железа – используется для улучшения сгоряния топлива и повышения пробега ( в расчете на литр).
** Ferox Catalyst - модифицирующая добавка к катализатору, используемая для:
- увеличения эффективности использования топлива;
- очищения двигателя;
- продления срока службы двигателя;
- снижения выбросов.

Схема классификации топливных присадок
Топливные присадки

Сделать полный обзор всех существующих ныне присадок просто не представляется возможным, т.к. уровень проработки сравним с написанием докторской диссертации, поэтому давайте рассмотрим что из себя представляет самая широкоизвестная присадка - тетраэтилсвинец.

Тетраэтилсвине́ц (ТЭС) Pb(CH3CH2)4
ТЭС
ТЭС — ядовитое металлоорганическое соединение. Применяется в основном как антидетонирующая присадка к моторному топливу, повышающая его октановое число.
Действие ТЭС заключается в том, что он разлагает органические перекиси, присоединяя к себе их избыточный кислород.
Физические свойства ТЭС — бесцветная, маслянистая, летучая жидкость с плотностью 1,65 г/см³, температурой кипения 195 °C с разложением.
Впервые антидетонационный эффект ТЭС был открыт в 1921 году в США на фирме «General Motors». В 1923 году три крупнейшие американские корпорации — «Дженерал моторс», «DuPont» и «Standard Oil» создали совместное предприятие, названное «Ethyl Gasoline Corporation». Название «этил» было выбрано специально, чтобы не пугать людей словом «свинец».
Этиловая жидкость состоит из смеси тетраэтилового свинца, бромистого этила и монохлорнафталина.
Этиловая жидкость оказывает на различные бензины не одинаковое действие: на одни бензины она влияет сильнее, на другие слабее. Количественное содержание этиловой жидкости в бензине определяется числом кубических сантиметров этиловой жидкости, добавленных к 1 кг бензина. К сожалению, ТЭС не только помогает нам, повышая октановое число топлива, но и убивает мотор.

Дефекты, возникающие при применении бензина с ТЭС.
1.Шунтирование свечей вследствие образования свинцовых отложений на конусе изолятора свечи, а также перегрев и выгорание центрального электрода свечи.

2.Прогорание выхлопных клапанов ввиду неплотного прилегания их к седлам, вследствие образовавшихся на опорной поверхности клапана отложений.

прогар клапана

3.Усиление нагарообразования на деталях цилиндра и последующее их перегревание.

4.Коррозия деталей цилиндра и главным образом штоков выхлопных клапанов. Этилированный бензин, не содержащий воды, не оказывает коррозирующего действия на металлы, но в присутствии воды вызывает сильную коррозию.

5. Зависание выхлопных клапанов вследствие образования свинцовых отложений на ножках клапанов и направляющих втулках.

Применение в этиловой жидкости бромистого этила и моно-хлорнафталина уменьшает количество отложений, но не уничтожает их целиком.

В качестве альтернативы антидетонационным алкилсвинцовым присадкам в России разрешены к использованию органические соединения марганца, железа и ароматические амины, также на наших заправочных станциях можно встретить и высокооктановые сорта бензина, включающего добавки метил-третбутилового эфира.

Антидетонаторы на основе соединений марганца и железа гораздо менее токсичны, чем алкилсвинцовые присадки, но наличие в бензине железосодержащих присадок приводит к образованию отложений оксидов марганца и железа на стенках камеры сгорания, тарелках клапанов и свечах зажигания. Что приводит к коррозии выпускных клапанов, калильному воспламенению бензовоздушной смеси, ускоренному выходу из строя свечей зажигания.

Также для поднятия октанового числа бензина может быть использован метил-третбутиловый эфир, его 10–15% добавка увеличивает октановое число бензина на 9–12 единиц. Сама по себе антидетонационная добавка из метил-третбутилового спирта не наносит никакого вреда двигателю. В то же время метил-третбутиловый эфир даже в составе бензина способен к вступлению в активную реакцию с содержащейся в атмосфере влагой, в результате которой происходит насыщение бензина водой. Вода, попадая в топливную систему, может привести к выходу из строя фильтрующих элементов и топливоподающей аппаратуры, одновременно она провоцирует появление коррозии в топливных баках, топливопроводе и на «зеркале» цилиндров поршневого двигателя.

Методы определения основных характеристик бензина в условиях аэродрома.
Определение удельного веса топлива.
Удельным весом топлива называется отношение веса определенного объема топлива, взятого при температуре плюс 20°C, к весу воды того же объема при температуре плюс 4°C.

В аэродромных условиях удельный вес топлива определяется ареометрами. Одновременно с удельным весом замеряется и температура топлива. Замеренный удельный вес является удельным весом топлива при данной температуре. Этот удельный вес необходимо привести к удельному весу при температуре плюс 20°C. Это делается по формуле

D = K + a(t - 20),

где D — удельный вес топлива при температуре 20°;

K — удельный вес, показанный ареометром при данной температуре;

a — температурная поправка к удельному весу на 1°; t — температура испытуемого топлива.

Температурная поправка для авиабензинов в среднем равняется 0,0008 — 0,00088.

Пример. Удельный вес бензина при температуре 30° равен 0,745. Определить его удельный вес при температуре 20°, если a = 0,00084.

D= 0,745 + 0,00084 (30 — 20) = 0,753.

Если температура топлива при определении удельного веса меньше 20°C, то скобка (t — 20) даст отрицательное число, т. е. поправка отнимается.

Определение механических примесей и нерастворенной воды.
Для определения наличия механических примесей и нерастворенной воды топливо наливается в стеклянный сосуд с притертой пробкой и отстаивается в течение 17—18 часов. Выпадение осадка и мути свидетельствует о наличии в топливе механических примесей и воды.

Вода в бензине

Определение цвета и прозрачности топлива.
Производится рассматриванием на свет топлива, налитого в сосуд из бесцветного стекла. Свинцовые бензины должны иметь окраску в соответствии с подмешанным красителем. Чистые бензины должны быть прозрачны и бесцветны. Бензольные топлива могут иметь желтый оттенок.

Определение нейтральности топлива.
Наличие в топливе кислот или щелочей не допускается, так как их присутствие вызывает коррозию металлических деталей системы бензопитания и мотора.
Для определения наличия кислоты или щелочи наливают около 100 смл топлива в делительную воронку и к нему прибавляют около 10 см& дестиллированной воды. Смесь в течение 3—5 минут взбалтывают, после чего воде дают отстояться. Отстоявшуюся воду спускают через краник в нижней части воронки в две чистые пробирки. В одной пробирке производят определение на кислотность, в другой — на щелочь. Для этого в пробирку опускают лакмусовую бумажку синего цвета — при наличии кислоты бумажка покраснеет. Определить наличие кислоты в топливе можно и при помощи метилоранжа. Метилоранж при наличии кислоты меняет свою оранжевую окраску на розовую. Если в топливе установлено наличие кислоты, то на щелочь проверка не производится, так как кислота и щелочь одновременно в топливе содержаться не могут. Если кислота не обнаружена, производят проверку на щелочь во второй пробирке. При этом применяется красная лакмусовая бумажка, которая при наличии щелочи приобретает синий цвет.

Проверку на наличие щелочи можно производить также при помощи фенолфталеина. В присутствии щелочи бесцветный фенолфталеин окрашивается в малиновый цвет.

Технические условия на топлива
Технические условия на бензин

Паспорт качества
Паспорт качества — документ, устанавливающий фактические численные значения характеристик качества продукции, полученные в ходе лабораторных испытаний в лабораториях самого производителя или в специализированных лабораториях, имеющих право на проведение исследований в данной области и оформления паспорта качества на продукцию.

Примеры паспортов:
benzin-regulyar-92

tnk_ai_95

При покупке топлива через топливную компанию или бензоколонку обязательно смотрите паспорт качества на топливо!
Паспорт качества на бензин оформляется на каждую цистерну отгружаемого топлива!

Выводы
samolet-tb-3_11

Надеюсь, что эти материалы помогут частным пилотам понимать, что они покупают под видом бензина, а также более-менее правильно осуществлять входной контроль топлива на аэродромах АОН.

Buy for 100 tokens
Buy promo for minimal price.
вот бы еще про авиационный керосин почитать)))
с керосином всё проще, его на заправке не купишь, тут уже централизованные поставки рулят. А вот бензин, если не в бочках 100LL покупать, то надо понимать - что смотреть.
Керосин закупаем на стройку, марка ТС-1 кстати :)
Андрей, вот это ликбез дак ликбез. Спасибо.