Джерела забруднення авіапалива

1. Сучасні технології та засоби очищення авіаційних палив

Цивільна авіація оснащена сучасними реактивними та турбогвинтовими літаками, які здатні літати на великих швидкостях і висотах. На цих літаках встановлені потужні двигуни з точною паливною та паливо регулюючою апаратурою. Вміст в авіаційних паливах більше 0,0002% по масі забруднень з розмірами більше 5 мкм стало недопустимим.

2. Джерела забруднення палив

Ефективність використання ЛА в значній мірі залежить від чіткої організації заправлення їх якісними ПММ. Номенклатура ПММ, застосовуваних у ГА, і порядок заправлення ЛА регламентуються відповідними інструкціями і вказівками, відступу від яких нерідко приводять до псування ПММ і втраті їхньої якості. Видача на заправку некондиційних палив і масел приводить до порушення регулярності польотів і створює передумови до літних подій.

Якість ПММ залежить від його фізико-хімічних, експлуатаційних й екологічних властивостей, що визначають ступінь придатності до використання.

Фізико-хімічні властивості визначаються в лабораторних умовах.

Експлуатаційні властивості проявляються в процесі роботи двигуна.

Екологічні властивості проявляються при взаємодії ПММ або їхніх продуктів згоряння з навколишнім середовищем.

ПММ у процесі зберігання, транспортування й заправлення можуть змінювати свої властивості. Забруднення в паливі й маслі негативно впливають на роботу агрегатів паливних і масляних систем ЛА. У паливних баках можуть порушитися автоматика керування заправленням і нормальною подачею палива, відбутися передчасне забивання фільтрів. Особливо чутлива до забруднень паливорегулююча апаратура реактивних двигунів.

Своєчасне очищення робочих рідин гідросистем підвищує надійність і довговічність гідравлічного обладнання, а також строк служби безпосередньо робочої рідини.При роботі на забрудненому паливі в насосах-регуляторах реактивних двигунів можуть відбуватися заїдання прецизійних пар, а це викликає нестабільність запуску двигуна, коливання числа обертів або самовідключення двигуна. Забруднення в паливі приводять до інтенсивного забивання трубок паливомастильного радіатора. Виробничій досвід показує, що лише за рахунок якісного очищення робочої рідини довговічність гідравлічної системи і обладнання збільшується в 2 – 3 рази. Тому питанням підвищення чистоти авіаційних палив в останні роки стали приділяти виключну увагу у всіх країнах світу.

В кожній рідині є забруднення, «успадковані», від сировини в процесі виробництва і «набуті», тобто ті, що потрапили в рідину в результаті зносу пар тертя агрегатів, контакту з навколишнім середовищем або з’явилися в результаті фізико-хімічних змін і появи продуктів розпаду. В нафті, що являється основою більшості рідких палив, моторних масел і рідин гідравлічних систем, присутні небажані компоненти, такі як ненасичені вуглеводні, асфальто-смолисті речовини, зольні елементи, нафтенові кислоти, азотні і сірчисті сполуки, тверді парафіни, церезини тощо. В ній можуть бути присутні стронцій, барій, марганець, титан та інші хімічні елементи.

Чистота є однією з найважливіших експлуатаційних властивістю нафтопродуктів. Вимоги до чистоти передбачені відповідними державними стандартами і технічними умовами і залежать від умов застосування нафтопродуктів. Згідно ГОСТ 17216–71 визначено 19 класів чистоти рідин в залежності від дисперсного стану твердих забруднювачів табл. 1.3. Введення цього ГОСТу дає можливість вибирати чистоту нафтопродуктів для машин і механізмів з відповідними допусками, посадками і чистотою обробки робочих поверхонь.

Для забезпечення необхідного класу чистоти необхідні відповідні засоби, що гарантують очищення палива по даному класу чистоти: фільтри, фільтри-сепаратори, центрифуги, а також методи і прилади для визначення забрудненості палив.

Класи чистоти дають безперечну перевагу і зручність. Дійсно, якщо для паливної системи літального апарата вимагається 6 або 7 клас чистоти палива, то немає необхідності вимагати чистоту цього ж класу від палива, що випускається з нафтопереробного заводу. В процесі транспортування, зберігання і заправки це паливо буде забруднюватися і всі затрати на його очищення в заводських умовах будуть невиправдані. Підвищення чистоти палив на шляху від нафтопереробного заводу до паливної системи літака повинно бути ступеневим.

Таблиця 1. Класи чистоти

При експлуатації, зберіганні і перевезені забруднення нафтопродуктів відбувається постійно. Основним джерелом забруднення являється пил, що потрапляє в рідини через систему дренажу, при малому і великому «диханнях» резервуарів, через заливні горловини при відкритій заправці баків.

Пил в атмосфері являє собою типову дисперсну систему з розміром частинок до 100 мкм. Вимірювання показали, що в одному літрі повітря кількість частинок пилу може змінюватись від 10 до 200000 штук. Пил неперервно переміщується при русі повітря, частково осідаючи на поверхні землі, або навпаки, піднімаючись під дією висхідних потоків повітря, поривів вітру і руху транспорту. Щільність дорожнього пилу, не дивлячись на різне його походження, коливається у вузьких межах від 2,6 до 3,0 г/см³. склад мінеральної частини атмосферного пилу, твердість деяких його компонентів і гранулометрична характеристика наведена в таблиці 1.4.

Таблиця 2

Таблиця 3. Гранулометричні характеристики пилу

Дані таблиць 2 і 3 вказують на те, що більша частина частинок пилу співрозмірна з зазорами в рухомих вузлах гідроагрегатів, а твердість деяких його компонентів значно перевищує твердість матеріалів для виготовлення пар тертя. Для порівняння можна вказати, що твердість по шкалі Мопса встановлюється: для алмаза – 10; заліза – 4,4; міді – 3,0; алюмінію – 2,9.

Форма частинок пилу залежить від мінерального складу. Так, частинки супіщаного пилу по формі наближається до тетраедрів і мають гострі грані. Пил усадочних порід складається з частинок овальної форми.

Частинки забруднення залишаються в системі та її елементах після виготовлення і ремонту: пісок, що потрапляє при литті,; пил, що осідає на стінках; окалина від зварювання, кування чи термічної обробки; залишки машинної обробки деталей; задирки від трубопроводів тощо.

Активними джерелами забруднення є також гідроциліндри, які не оснащені брудознімачами. Безперервно в рідину потрапляють продукти зносу гідроагрегатів і корозії. Рідина містить також багато часточок забруднення, що потрапили в неї із-за зносу і старіння гумовотехнічних виробів.

При експлуатації гідравлічних систем на деталях з чорних і кольорових металів спостерігається корозія і лущення поверхонь. Часточки іржі мікронних розмірів випадають в осад. Однією з причин корозії є наявність в паливі різних продуктів окислення – перекисів, органічних кислот, а також сірки і сірчистих сполук. Сильний корозійний вплив здійснює волога, яка може бути присутня в паливі та маслі. Нагрівання рідини підсилює корозійні процеси.

Забруднення в рідину потрапляють при обслуговувані систем, при недбалому монтажі агрегатів, гнучких шлангів і трубопроводів, через незаглушені з’єднувальні вузли, із-за забрудненості інструментів, заправних засобів, одягу обслуговуючого персоналу.

Забруднення можуть з’явитись також при наливанні паливо-мастильних матеріалів в недостатньо чисті ємності, при перекачуванні по погано промитих трубопроводах.

Основними причинами і джерелами забруднення авіаційних палив є: мінеральні домішки з нафт, що перероблюються, технологічні забруднення, залишкові забруднення, продукти корозії транспортних ємностей і трубопроводів, залишкові забруднення транспортних засобів; атмосферний пил і волога, що потрапляють в ємності транспортних засобів при наливанні, зливанні і їх русі. В нафті є також небажані компоненти такі, як ненасичені вуглеводні, асфальтосмолисті речовини, зольні елементи, нафтенові кислоти, азотні і сірчисті сполуки, тверді парафіни, церезини. Крім того, в нафті можуть бути присутні стронцій, барій, марганець, титан і інші хімічні елементи.

На складах аеропортів забруднення в паливо потрапляють у вигляді продуктів корозії ємностей і технологічного обладнання, зносу спряжених пар перекачуючих засобів, руйнування і вимивання прокладочно-ущільнюючих матеріалів, пил волога, що потрапляють в резервуари при великих і малих диханнях резервуарів, а також при заповненні засобів заправки.

Приблизний перелік основних забруднювачів приведено в таблиці 1.6.

Таблиця 4. Перелік основних забруднювачів гідросистем, їх вплив на гідро обладнання, джерело забруднення

Наявність твердих забруднень в паливах на заводах-виробниках залежить головним чином від складу промивочної води і чистоти засобів зберігання і перекачування. При промиванні палив технічною водою кількість твердих забруднювачів збільшується за рахунок частинок розміром 1 – 3 мкм. При промиванні палив конденсатом кількість забруднювачів зменшується майже вдвічі. Крім того, з палив в цьому випадку також видаляються сполуки заліза, кальцію, натрію та алюмінію.

Нафтопродукти значно забруднюються в процеси виробництва в результаті корозії заводського обладнання гетероорганічними сполуками. В продуктах корозії поряд зі значною кількістю заліза міститься кремній, кальцій, алюміній, магній та інші метали. Забруднення мають високу зольність, що досягає майже 80%, відносно малий вміст вуглецю, значний – сірки, азоту і кисню.

В теперішній час очищення нафтових палив від забруднень і води здійснюється методами відстоювання, фільтрації, центрифугування та хімічними. Найбільше поширення для очищення авіаційних палив в умовах аеропортів і на літальних апаратах отримав метод фільтрації, оснований на плині палива через пористу перегородку і затримувані на ній крапель води. В якості фільтраційних перегородок використовуються різні типи тканин, нетканні матеріали, папір, сітки, кераміка, металокераміка тощо. Аеродромні фільтри і ті, що використовуються на літаках, для очищення палив являють собою апарати періодичної або напібезперервної дії з фільтроелементами дискового, корозійного, спірального, циліндричного та інших типів.

Дослідженнями і розробкою фільтрів для очищення авіаційних палив від забруднень і емульсійної води в теперішній час займаються у всіх провідних країнах світу. Так, у США цими питаннями займається більше 40 крупних фірм, такі як Millipor Filter Corp., Fram Corp. та інші, у Великобританії більше 10 крупних фірм, такі як Millipor Filter Corp., Stream Line Filter Ltd. та інші, які досягли певних успіхів.

Джерелами забруднення палив і масел в деяких випадках можуть бути самі фільтр, що призначені для очищення рідини. В процесі роботи фільтроелементи частково руйнуються і їх компоненти вимиваються потоком рідини. Такого типу забруднення спостерігаються у всіх фільтрах з волокнистими наповнювачами, виготовлених, наприклад, з паперу, шерсті, целюлози, скловолокна тощо. Крім того, при використані волокнистих наповнювачів, які можуть змінити пористість при збільшені перепаду тиску, при гідроударах і пульсації тиску, затримані фільтром часточки забруднення повільно проходять через фільтроелемент і знову потрапляє в робочу рідину.

Сучасні гідравлічні системи працюють при різному тиску, який досягає 100 МПа, володіють потужністю до 6500 кВт і містять у собі сотні агрегатів різного призначення і тисячі ущільнюючих пристроїв.

В рідині будь-якої гідравлічної системи не дивлячись на наявність фільтрів і захисту систем від потрапляння забруднення знаходяться мільйони механічних часточок різних розмірів і твердості. Рухаючись разом з потоком, вони викликають підвищений знос гідроапаратури, втрату герметичності, порушення регулювань, збільшення сил тертя, а в деяких випадках і заклинювання рухомих деталей. Часточки провокують кавітаційні явища в системі, засмічують калібровані отвори і фільтри, сприяють накопиченню статичної електрики, підвищують окисніть масла та його нагароутворенню. Використання забруднених рідин призводить не тільки до різкого скорочення строків служби гідроапаратури, але й до швидкої втрати ними властивостей, необхідних для роботи в гідравлічних системах і, таким чином, до їх частої заміни.

Технологія отримання чистої рідини вимагає великих матеріальних затрат. Слід відмітити, що з покращенням якості і тонкості очищення рідини зростають і затрати на її здійснення. Тому для здешевлення цього процесу техніка фільтрації розвивається в основному по двом напрямкам:

1 – це створення фільтрів багаторазового використання з міцних матеріалів, які можуть неодноразово підлягати промиванню, не втрачаючи своїх міцнісних властивостей; розробка методів і засобів, що дозволяють здійснювати більш повну регенерацію фільтроелементів з найменшими економічними витратами. По такому шляху розвиваються бортові фільтри рідинних систем повітряних суден;

2 – це розробка фільтроелементів одноразового використання з найбільш дешевих матеріалів і створення таких технологій виготовлення фільтроелементів, які забезпечують економічно доцільну техніку отримання чистої рідини. Цей напрям розвитку очищення рідин в наш час домінує і наземних засобах фільтрації авіаційних палив. Фільтроелементи таких фільтрів, як правило, виготовляють з паперу, тканини, штучних і природних волокон.

Проблема забезпечення чистоти робочих рідин може бути вирішена лише при комплексному підході. Питання захисту систем від забруднень повинна закладатися при проектуванні, чистота повинна повністю забезпечуватися в процесі зберігання і перевезення нафтопродуктів, при виготовлені і монтажі апаратури, постійно підтримуватися при експлуатації.

Для вирішення проблеми чистоти робочих рідин необхідно: для кожної паливної, масляної і гідравлічної систем визначити гранично допустиму забрудненість рідини, при якій забезпечуються розрахункова надійність системи; розробити конструкцію приладів, що дозволяють швидко і з достатньою точністю оцінити характер і величину забрудненості рідини; мати фільтри і очисники, що дозволяють при малих затратах отримати чисті рідини з рівнем забрудненості нижче гранично допустимого, застосовувати конструкції агрегатів і матеріали для пар тертя, що мало чуттєві до забруднень в рідині; розробити систему заходів, що захищають рідину від забруднень при виготовлені, ремонті та експлуатації.