Химмотология

1.4.2. РЕАКТИВ ДВИГАТЕЛЛАР УЧУН ЁҚИЛҒИЛАР

Бу ёқилғилар одатда 2 га бўлинади. 1. Товуш тезлигигача бўлган авиация ёқилғиси. 2. Товуш тезлигидан юқори бўлган авиация учун ёқилғи. Бундай бўлиш, ёқилғиларни ишлатиш ҳарорат шароитининг ҳар хиллилигидир. Товуш тезлигидан юқори аэродинамик қизиши натижасида ёқилғи иситилади. Товуш тезлиги 2 м/с бўлганда ёқилғи 150-180⁰С гача исийди. Ҳозирги вақтда реактив ёқилғиларни 3 маркаси Т-1, ТС-1, РТ товуш тезлигигача бўлган самолётлар учун ва 2-маркаси товушдан тез учадиган самолётлар учун (Т-8 ва Т-6) ишлаб чиқарилади.

Т-1 ёқилғиси керосин фракцияси 150-280⁰С бўлиб кам олтингугуртли нефтлардан тўғри ҳайдаб олинади. Бундай нефтлардан кристалланиш ҳарорати-60⁰С дан паст бўлган ёқилғи олинади.
ТС-1 ёқилғиси олтингугуртли нефтлардан тўғри ҳайдаб олинади. Т-1 дан фарқи фракция таркибининг енгиллигидир. 150-250⁰С бу ёқилғилар энг кўп ишлаб чиқарилаётган ёқилғи бўлиб, лекин баъзибир талабларга жавоб беролмай қолмоқда. Шунинг учун товуш тезлигигача бўлган двигателлар учун РТ маркали ёқилғи ишлаб чиқарилади.
РТ барча нефтларни тўғри ҳайдаб олинади ва гидротозаланади, уларга қўндирмалар пакети қўшилади.
Т-8 керосин фракцияси ТУ-144 самолёти учун махсус тайёрланган.
Т-6 газойль фракцияси бўлиб, гидротозаланган ва гидрирланиб барқарорлаштирилган.

Зичлик, кг/м^3, к/э	Т-1	ТС-1	РТ	Т8	Т6
	800	755	755	785	840
Фракция таркиби, ^0С п.к.	150	150	135	165	195
98%	280	250	280	280	315
Кинематик қовушқоқлик, мм^2/с 20^0С к/э	1,5	1,25	1,25	1,45	1,45
40^0С к/э	8,0	6,0	16,0	16,0	60,0
Ёниш иссиқлиги, кДж/кг	40300	40300	40320	40320	40320
Алангаланиш, ^0С	30	28	28	40	-
Кристалланиш	-60	-60	-60	-55	-60
Йод сони, 2/100г к/э	2,0	3,5	0,5	0,5	1,0
Олтингугурт миқдори (умумий) %	0,1	0,25	0,10	0,10	0,05
(меркаптан) %	-	0,005	0,001	0,001	Отс.
Ароматик углеводород, %	20	22	18,5	-	-

Авиация ва автомобилларнинг поршенли ички ёнув двигателлари–учқун ёрдамида ёндирилиб 4 такт асосида ишлайди.
Биринчи тактда–ёқилғи ҳаво аралашмаси сурилиб двигателни цилиндрини тўлдиради ва тактни охирида двигател бензинда ишласа 80-130⁰С гача, керосинда ишлаганда 140-205⁰С гача қизийди.
Иккинчи тактда–қисилиш натижасида аралашмани босими 1,0-1,2 МПа гача, ҳарорат 150-350⁰С гача кўтарилади. Қисилиш охирида аралашма электр учқуни ёрдамида алангаланади. Ёқилғини ёниш вақти секунднинг мингдан бир қисмини ташкил қилади. Шунга қарамай ёқилғи 20-30 м/с ёниш вақтида газларни босими секин-аста 3-5 МПа (автомобил двигателларида) ва 8 МПа (авиа двигателларида) гача кўтарилади.
Учинчи тактда–сиқилган маҳсулотларнинг энергияси ишлатилади.
Тўртинчи тактда–эса двигател цилиндри ёнганда ҳосил бўлган маҳсулотлардан тозаланади.
Поршенли авиа ва автомобиль двигателларда ёқилғи сифатида бензин ишлатилади.
Уларга асосий қўйиладиган талаб–двигателларда детонациясиз ёнишини таъминлашдир.
Детонация деб–двигателларда ёқилғини нотўғри ёнишга айтилади. Бунда аралашмани бир қисми тўғри ёнади, тезлиги ҳам одатдагидай бўлади. Ёқилғини 15-20% алангани олди қисмида бўлади, бир зумда ўзи алангаланади. Буни натижасида алангани тарқалиш тезлиги 1500-2500 м/с га етади, босим эса силтаб кўтарилади. Босимни тез ўзгариши портлаш детонация тўлқинини вужудга келтиради. Бундай тўлқиннинг цилиндр деворига урилиши метални тақиллашига олиб келади. Чиқинди газларда қора тутун ҳосил бўлади, цилиндрни ҳарорати кўтарилиб кетади. Детонация–зарарли ҳодисадир. Детонация режимида двигателнинг қуввати пасайиб кетади, ёқилғини солиштирма сарфи ортади, двигателни иши нотекс бўлади.
Бундан ташқари детонация натижасида поршен ва клапанлар қийшайиб кетади, электр свечалар ишдан чиқади.
Детонация кимёвий назардан шундай тушунилади. Ёқилғи охирги қисми углеводородларни оксидланишидан ҳосил бўлган гидропероксидлар ва уларнинг парчаланишидан ҳосил бўлган озод радикаллар билан тўйинади. Уларнинг миқдори маълум даражага етганда ёқилғини ёнмай қолган қисми ўз-ўзидан алангаланиб кетади. Бундан кўриниб турибдики пероксидларнинг ҳосил бўлиши қанча тез бўлса (шу ишчи аралашмада), портлаб ёниш шунча тез бўлади. Демак, детонацияни ҳосил бўлишининг асосий сабаби, ёқилғини кимёвий таркиби бўлиб ҳизмат қилади.
Агарда ёқилғи аланга олиш жараёнида олдин кўп пероксидлар ҳосил қилмайдиган углеводородлар кўп бўлса портлаб парчаланиши кўп бўлмайди.
Углеродларнинг ва ёқилғиларнинг антидетонация хусусиятларини бир цилиндрли стационар двигателда ўрганилади.
Детонацияга барқарорлик методини асосига текширилаётган 2,2,4,-триметилпентан (изооктан) ва гептан, детонацияга барқарорлик мезони қилиб октан сони олинган.
Октан сони–шартли ўлчов бирлиги бўлиб сон жихатдан изооктан билан гептанни (% ҳажм) да аралашмасини тенг ва текширилаётган моддани детонацияга барқарорлик кўрсаткичини эквивалентидир.
Изооктаннинг октан сони 100 деб қабул қилинган, гептаннинг октан сони 0 деб қабул қилинган.
Агарда текширилаётган бензин 70% изооктан ва 30% гептандан ташкил топган аралашмага эквивалент бўлса уни октан сони 70 га тенг бўлади.
Авиабензинларни детонация барқарорлигини баҳолаш учун двигателни бой аралашмада қўшимча ҳаво бериб ишлангандаги кўрсаткичини ёқилғининг сифати билан белгиланади.
Ёқилғининг сифати бу двигателда текширилаётган аралашмани қувватини эталон изооктанда олинган қувватга нисбатан % ҳисобида солиштирилгандаги кўрсаткичдир. Изооктаннинг сортлилиги 100 деб олинган.
Октан сони махсус экспериментал стандарт қурилмаларида аниқланади. Аниқлашнинг 2 стандарт усули бор.
1. Мотор усули–бу усулда синов шароити қаттиқ бўлиб (айланиш частотаси 900 ай/мин ва аралашмани карбюратордан кейинги ҳарорати 149⁰С) сиқиш даражаси кам бўлган деталларда ишлатиладиган ёқилғиларни детонацияга чидамлилигини аниқлаш учун қўлланилади.
2. Тадқиқот усули–бу усулда синов шароити бир оз юмшоқроқ бўлиб (айланиш частотаси 600 ай/мин ёқилғи карбюратордан олдин иситилмайди) юқори октанли компонентли ва ёқилғиларни текшириш учун қўлланилади, тадқиқот усули билан аниқланганда октан сони мотор усулига қараганда бир оз юқори чиқади.
Бензиндаги ароматик углеводородларни сонига қараб октан сонидаги фарқ 5-10 пунктга кўтарилиши мумкин. Шунинг учун октан сонини кўрсатилганда қайси усул билан аниқланганлиги айтилиши керак. Учқундан алангаланадиган ёқилғиларни октан сонини ошириш усулларидан бири антидетонаторлар қўлланилишидир. Антидетонация ҳусусиятини ошириш учун ёқилғиларга 0,5% гача антидетонатор қўшилади.
Ҳамма мамлакатларда анча самарали бўлган антидетонатор тетраэтилқўрғошин (ТЭҚ) -Pb(C2H5)4 қўлланилади.
ТЭҚ ни 200-250⁰С парчаланиб қўрғошин ва этил радикал ҳосил қилади. Бунинг натижасида ҳаво-ёқилғи аралашмасида ҳосил бўлган перекисларни миқдори камаяди. Уларни аланга оладиган концентрацияси пасайганлиги учун ёқилғини нормал ёниши детонацияга ўтмайди. ТЭҚ ни тоза ҳолда ишлатиб бўлмайди, чунки клапан свеча ва цилиндрларни деворига қўрғошин оксиди ўтириб қолиб двигателни ишдан чиқаради. Қўрғошинни чиқариб ташлаш учун ТЭҚ га ҳар хил галоген алкиллар қўшилади. Улар юқори ҳароратда парчаланганда галогенводород ёки галоген ҳосил бўлади. Галогенводород ёки галоген қўрғошин ва қўрғошин оксиди билан юқори ҳароратда буғ ҳолида бўладиган турлари ҳосил қилади.
C₂H₅Br C₂H₄+HBr
PbO+2HBr PbBr₂+H₂O
Pb+2HBr PbBr₂+H₂
Бу тузлар учувчан бўлганлиги учун газлар билан цилиндрдан ташқарига чиқариб ташланади. Чиқариб ташловчи қўшимчалар сифатида дибром этан, бромли этил, 2-монохлор нафтатлин, дибромпропан ишлатилади. ТЭҚ чиқариб ташловчилар ва бўёвчилар аралашмасига этил суюқлиги (этиловая жидкость) дейилади. ТЭҚ ва этил суюқлиги жуда заҳарлидир ва улар билан ишлаганда эхтиёткорлик чораларига эътибор бериш керак. Этилланган бензинларни фарқлаш учун уларга ҳар хил ранг берилади. А-76 кўк ранг, АИ-93 ҳаво ранг, АИ-98 сариқ. 1 кг бензинларга этил сюқлиги 1,5 мл. дан 4 мл. гача қўшилади. 4 мл. дан ортиқ қўшилганда эффект бермайди, қўрғошин оксидининг ўтириши ортади. Ҳар хил кимёвий таркибдаги бензинлар ТЭҚ га ҳар хил мойиллик кўрсатади. Бу мойиллик октан сонини нечтага ортганлиги билан белгиланади. Нормал структурадаги парафин углеводородлар кўпроқ мойилликка эга, тўйинмаган ва ароматик углеводородлар кам мойилликка эга. Кейинги вақтда муҳитни тоза сақлаш мақсадида бензинларга ТЭҚ қўшиш тақиқланган ёки миқдори камайтирилган.
Индивидуал углеводородларнинг детонацияга барқарорлиги.
Индивидуал углеводородларнинг детонацияга барқарорлигини ўрганиш бу хусусиятни углеводородларнинг кимёвий таркибига боғлиқ эканлигини кўрсатди ва ёқилғиларнинг янги турларини ҳар хил двигателлар учун яратишга олиб келади.
Нормал тузилишли алканлар. Пентандан бошлаб углеводородларнинг бу турлари жуда паст октан сонига эга, углеводороднинг молекула массаси қанча ўзгара борса , ёқилғиларнинг октан сони шунча ўзгара боради.
Тармоқланган тузилишли алканлар-изопарафинлар. Молекуланинг тармоққланган бўлиши октан сонини оширади. Масалан: октанда–октан сони-20 га тенг. Изооктанда=100. Энг кўп октан сони бир углеводород атомида икки, уч метил гуруҳи бўлган С₅-С₈ бензиннинг керакли компонентидир, унга мисол қилиб 2,2,4- триметилпентанни олиш мумкин.
Алкенлар (моноолефинлар). Нормал тузилишга эга бўлган углеводородларнинг молекуласида қўш боғ пайдо бўлиши детонацияга барқарорликни тўйинган углеводородларга нисбатан бир қанча оширади.
Цикланлар (нафтен углеводородлар). Циклопентан ва циклогексанларни детонацияга барқарорлиги яхши. Бу углеводородлар бензин таркибидаги қимматбаҳо моддалардир.
Ароматик углеводородлар. Бензол қаторининг ҳаммасида ароматик углеводородларининг октан сони 100 атрофида ва ундан юқори. Ароматик углеводородлар ва ароматлаштирилган бензинлар тармоқланган алканлар каби юқори октанли бензинларни энг яхши компонентларидир. Лекин ароматик углеводородларни бензиндаги миқдорини 40-50% дан ошмаслиги керак, чунки ароматик углеводородлар умумий ёниш ҳароратини оширади, бунинг натижасида двигателда зўриқиш пайдо бўлади. Бу эса аварияга олиб келади. Шундай қилиб карбюратор ёқилғиларини асосий сифат белгиси бўлиб детонацияга барқарорлигидир. Энг яхши бензин сифатли октан сони 93-98 пункт бўлиши керак (тадқиқот усули). Карбюратор ёқилғиларига юқори детонация барқарорлигидан ташқари қуйидаги асосий талаблар қўйилади.
1. Ёқилғининг фракция таркиби уни яхши парчаланишини таъминлаши. Паст ҳароратда двигателни енгил ишга тушириши ва иш шароитини тез ўзгаришига чидамли бўлиши керак. Шунинг учун бензин ва керосинларни керакли кўрсаткичлари бўлиб стандарт қурилмада ҳайдалганда олинган натижалар ҳисобланади. Бўлардан ёқилғини қайнашни бошланиш ҳарорати (НК) ва 10, 50, 90 ва 97,5% ҳайдаладиган ҳарорат, қолдиқ ёки қайнашни охирги ҳарорати киради.
10% қайнаш нуқтаси ёқилғини двигателни ишга тушириш хусусиятини аниқлайди. 50% нуқта двигателни қиздириш тезлиги, 90% ва 97,5% нуқталар ва қайнаш тугаш нуқтаси ёқилғини цилиндрда бир хил тарқалишини ва парчаланиш тўлиқлигини кўрсатади.
2-Ёқилғи–ёқилғи бериладиган системада газ пробкасини ҳосил қилмаслиги керак. Бу талабни бажариш учун бензинларни 38°С да тўйинган буғларининг босими ўлчанади ва у 0,48 МПа–авиабензинлар учун –0,67 МПа- ёзги 0,93 МПа қишки бензинларнинг сортлари учун бўлиши керак.
3-Ёқилғи кимёвий барқарор бўлиши ва тажрибада смолалар бўлмаслиги керак. Крекинг ва кокслаш жараёнларида олинган бензинлар таркибида тўйинмаган углеводородлар бўлади. Бу углеводородлар узоқ сақлаш натижасида оксидланадилар ва полимерланади. Бу жараённи смола ҳосил бўлиш жараёни дейилади. Смолаларни ҳосил бўлиши ёқилғиларни эксплуатация хусусиятини ёмонлаштиради, цилиндр ва полимерланади. Бу жараённи смола ҳосил бўлиш жараёни дейилади. Смолаларни ҳосил бўлиши ёқилғиларни эксплуатация хусусиятини ёмонлаштиради, цилиндр ва клапанларда куйинди ўтириб қолишига сабабчи бўлади. Кимёвий стабиллигини ошириш учун бу ёқилғиларга оксидланишга қарши қўндирмалар ёки оксидланиш жараёнини олдини оладиган ва уларни секинлаштирувчилар ёқилғини узоқ вақт сақлашга ёрдам беради.
4-Ёқилғи двигател қисмларини коррозияга учратмаслиги керак. Буни қуйидаги сифат белгилари орқали аниқланади: кислоталик, олтингугурт умумий миқдори, сувда эрийдиган кислота ва ишқорларнинг миқдори, актив олтингугурт бирикмаларининг борлиги (мис пластинкаларда) аниқланади.
5-Авиаёқилғи-60°С дан юқори ҳароратда қотмаслиги ва кристаллар ҳосил қилмаслиги керак.
Ҳаво–реактив двигателлар учун ёқилғилар.
Ёқилғи турбокомпрессор ҳаво-реактив двигателларда газ ҳаво оқимида ёниш камераларида ёқилади. Ёқилғини буғланиш ва ёниш вақти 0,01 с. Ҳаво ортиқча миқдорда компрессор орқали берилади (ҳаво ёқилғига нисбати 50:1 дан 75:1 гача). Ҳаво оқимининг тезлиги 40-60м/с га етади. Ҳавонинг бир қисми ёниш зонасига, кўпроқ қисми ёниш маҳсулотларини 90⁰С гача совутиш учун сарфланади. Ёқилғи сиқилган ҳавога пуркаб берилади ва электр учқуни билан ишлатилади. Гидрокрекинг жараёнида ҳосил бўлган, таркиби тўғри келадиган фракция ҳам ишлатилади. Товуш тезлигигача бўлган самолётлар учун енгилроқ керосин (130-280⁰С), товуш тезлигидан юқорида учувчи самолёлтлар учун қайнаш ҳарорати 165-195⁰С бўлган ёқилғи ишлатилади. Чунки 20 км баландликда ёқилғи двигател ва ёқилғи системаларида қайнаб кетмаслиги керак. Реактив ёқилғиларга асосий талаб, уларни энергетик тавсифига тегишлидир: ёниш иссиқлиги, тўлиқ ёниш ва зичлиги. Ёниш иссиқлиги қанча баланд бўлса, ҳажм бирлигидан шунча кўп энергия ажралиб чиқади. Соплолардан оқиб ўтаётган газни миқдори ортади бунинг натижасида учиш тезлиги ва тортиш қуввати кўпаяди. Зичликнинг ортиши эса ёқилғини бакларга кўпроқ жойланишига имкон беради, бунинг натижасида учиш масофаси ортади. Ёниш иссиқлигини масса ёки ҳажм бирлигига нисбатан ҳисоблаш мумкин. Уни қиймати углеводород молекуласидаги водород миқдорига ва углерод-водород нисбатига боғлиқ. Масса бирлигига нисбатан ҳисобланганда ёниш иссиқлиги алканлар ва цикланларда кўп, ароматик углеводородларда эса кам. 80-300⁰С да қайнайдиган углеводородларнинг ёниш иссиқлиги қуйидагича:
Алканлар 48600кДж/кг
Цикланлар 46400кДж/кг
Ароматик углеводород:
Моноциклик 42000-44750кДж/кг
Бициклик 40000кДж/кг
Реактив ёқилғига берилган стандартларда ёқилғининг ёниш иссиқлиги 42915-43125 кДж/кг дан кам бўлмаслиги керак.
Реактив ёқилғини эффективлиги ва тўлиқ ёниши унинг кимёвий таркибига ҳам боғлиқдир. Бициклик ароматик углеводородлар билан бойитилган ёқилғи ёниш даврида қоракуя ва куюнди ҳосил қилади. Бунинг натижасида газ оқимида углероднинг чўғлари ҳосил бўлади. Бу эса алангани ёруғлигини оширади. Алангани радиуси қанча кўп бўлса двигател ёниш камерасининг қизиб кетиши натижасида двигател тез ишдан чиқади. Ароматик углеводородлар ёниш жараёнига ёмон таъсирини ҳисобга олиб уларни реактив ёқилғидаги миқдорини 20-22% дан оширилмайди. Реактив ёқилғиларга уларни эксплуатация хусусиятларини ошириш учун қўндирмалар қўшилади. Қўндирмалар муз кристалларини ҳосил бўлишига, коррозияга қарши ва антиоксидант қўндирмалардир.
Карбюратор двигателлари учун турли сорт ва маркадаги бензинлар асосий ёнилғи ҳисобланади.
Бензин осон буғланадиган ёнувчи суюқликдир. Унда массаси бўйича тахминан 85% углерод, 15% водород ва жуда оз миқдорда кисдород, азот ва олтингугурт бўлади. Бензиннинг зичлиги 0,710-0,742 г/см³ ёнганда чиқадиган иссиқлик миқдори тахминан 3200 МЖ/м³.
Двигател ҳосил қиладиган қувват, унинг тежамкорлиги, ишончли ва самарали ишлаши кўп жиҳатдан танланадиган бензиннинг хоссаларига ва сифатига боғлиқ бўлади.
Бензин қуйидаги эксплуатацион талабларга жавоб бериши керак:
1) Карбюрацион хоссалари юқори бўлиши, яъни барча режимларда
таъминлайдиган осон буғланиб ёнувчи аралашма ҳосил қилиши керак;
2) Юқори детонацион барқарорликка эга бўлиши, яъни ҳар қандай иш режимида двигателда детонация пайдо қилмаслиги лозим;
3) Ёнувчи аралашманинг ёниш иссиқлиги керакли даражада юқори бўлиши зарур;
4) Бакларда, ёнилғи бериш аппаратларида смолалар ҳамда двигателнинг иссиқ деталларида мумкин қадар кам қурум ҳосил қилиши зарур;
5) Узоқ сақланганда ҳам ҳоссалари ўзгармаслиги учун юқори барқарорликка эга бўлиши керак;
6) Резервуарлар, баклар, қувурларнинг коррозияламаслиги, унинг ёниш маҳсуллари эса двигател деталларини коррозияламаслиги лозим.