Đang tải...

CLB Máy bay - Không quân Nhiên liệu máy bay phản lực

Thảo luận trong 'Câu lạc bộ các ngành kỹ thuật' bắt đầu bởi kuBAN, 31/10/09.

Thành viên đang xem bài viết (Users: 0, Guests: 0)

  1. kuBAN
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    23/6/09
    Số km:
    858
    Được đổ xăng:
    26
    Mã lực:
    181
    Xăng dự trữ:
    -49 lít xăng
    Nhiên liệu máy bay phản lực là nhiên liệu trong ngành hàng không được sử dụng cho các máy bay phản lực hay các động cơ phản lực (tuốc bin).

    Nhiên liệu trong ngành hàng không có hai loại phân biệt rõ ràng, đó là xăng máy bay (AvGas) cho các động cơ bốn thì và nhiên liệu cho máy bay phản lực (JetGas) cho các động cơ của máy bay phản lực. Vì sự nguy hiểm trong việc nhầm lẫn loại nhiên liệu (chủ yếu trong môi trường các chuyến bay quốc tế đa ngôn ngữ), một loạt các biện pháp phòng ngừa được đưa ra để phân biệt hai loại nhiên liệu này. Xăng máy bay được đánh dấu rõ ràng trên mọi thùng chứa, và được phân phối từ các vòi màu đỏ với đường kính 40 milimét (49 milimét ở Mỹ). Chỗ tiếp liệu của các máy bay sử dụng động cơ đốt trong có đường kính không được phép vượt quá 60 milimét. Vòi phân phối JetGas có đường kính lớn hơn 60 milimét.

    Nhiên liệu hàng không nói chung có chất lượng cao hơn các nhiên liệu sử dụng trong các ngành khác ít nguy hiểm hơn, chẳng hạn như trong việc cung cấp nhiệt để sưởi hay vận tải đường bộ. Ở nhiều nước, nhiên liệu sử dụng trong ngành hàng không là mặt hàng chịu biểu thuế khác so với các loại nhiên liệu khác.
    Mục lục
    [ẩn]

    * 1 Xăng máy bay
    * 2 Nhiên liệu máy bay phản lực
    o 2.1 Chủng loại
    o 2.2 Tính chất
    + 2.2.1 Lưu tính
    + 2.2.2 Điểm khói
    + 2.2.3 Độ bền ôxy hóa
    + 2.2.4 Nhiệt cháy
    + 2.2.5 Khả năng bay hơi
    o 2.3 Chế xuất
    * 3 Xem thêm
    * 4 Liên kết ngoài

    Xăng máy bay

    Xăng máy bay là nhiên liệu có chỉ số ốctan cao, được sử dụng cho các máy bay, cũng như trong quá khứ là các ô tô đua. Xăng máy bay trong tiếng Anh được viết tắt là Avgas - viết tắt của Aviation gasoline) để phân biệt với xăng Mogas (viết tắt của Motor gasoline) là các loại xăng sử dụng hàng ngày cho ô tô, xe máy. Xăng máy bay chỉ được sử dụng trong các máy bay có sử dụng động cơ đốt trong, các máy bay phản lực và các động cơ tuốc bin sử dụng kêrôsin làm nhiên liệu.
    Mục lục
    [ẩn]

    * 1 Thuộc tính
    * 2 Chuyển đổi
    * 3 Tiêu thụ
    * 4 Xem thêm
    * 5 Liên kết ngoài

    Thuộc tính

    Xăng máy bay có tính bay hơi thấp hơn so với xăng Mogas và không bay hơi nhanh, đây là thuộc tính quan trọng để sử dụng ở các cao độ lớn. Những hỗn hợp xăng máy bay ngày nay sử dụng cũng giống như khi chúng lần đầu tiên được sử dụng trong những năm khoảng 1950 - 1960. Chỉ số ốctan cao thu được là nhờ sự bổ sung của tetraetyl chì (viết tắt tiếng Anh: TEL), một chất tương đối độc đã bị ngừng sử dụng cho ô tô ở phần lớn các nước trong những năm 1980. Thành phần dầu mỏ chính được sử dụng trong pha trộn xăng máy bay là alkylat, nó là hỗn hợp của các loại izôốctan khác nhau, và một số các nhà máy lọc dầu sử dụng cả reformat.

    Xăng máy bay hiện nay có vài loại với sự phân biệt theo nồng độ chì cực đại trong xăng. Do TEL là một phụ gia khá đắt, một lượng cực tiểu của nó thông thường được thêm vào nhiên liệu để nó đạt chỉ số ốctan yêu cầu, vì thế thông thường trên thực tế nồng độ của nó thấp hơn mức cực đại.

    * Avgas 80/87: có ít chì nhất, cực đại là 0,5 gam chì trên 1 galông Mỹ, và nó được sử dụng trong các động cơ có tỷ số nén rất thấp.
    * Avgas 100/130: là xăng máy bay có chỉ số ốctan cao hơn, chứa tối đa 4 gam chì trên 1 galông Mỹ, hay 1,12 gam/lít.
    * Avgas 100LL: chứa tối đa 2 gam chì trên một galông Mỹ, hay 0,56 gam/lít, và là xăng máy bay phổ biến nhất. 100LL (LL trong tiếng Anh là ít chì) được tạo ra để thay thế cho Avgas 100/130.

    Trong quá khứ, các loại xăng máy bay khác cũng được sử dụng trong quân sự, chẳng hạn như Avgas 115/145. Lưu ý rằng chỉ số ốctan của xăng máy bay không thể so sánh trực tiếp với các chỉ số ốctan của xăng Mogas, do các động cơ thử nghiệm và phương pháp thử được sử dụng để xác định chỉ số này trong hai trường hợp là khác nhau. Đối với xăng máy bay, số đầu tiên (nhỏ hơn) là cấp trộn nghèo, và số thứ hai (lớn hơn) là cấp trộn giàu. Đối với xăng Mogas, chỉ số "ốctan" thông thường được biểu diễn như là chỉ số chống nổ, nó là trung bình của chỉ số ốctan, dựa trên các nghiên cứu và phương pháp thử động cơ, hay (IR+IM)/2.

    Để hỗ trợ phi công xác định nhiên liệu trong máy bay của họ, các chất nhuộm màu được thêm vào nhiên liệu. 80/87 có màu đỏ, 100/130 có màu xanh lục, và 100LL có màu lam, trong khi đó nhiên liệu máy bay phản lực, JET A1, là trong suốt hay vàng nhạt thì không được nhuộm màu.
    Chuyển đổi

    Rất nhiều động cơ máy bay của hàng không dân dụng được thiết kế để hoạt động với chỉ số ốctan 80/87, xấp xỉ bằng tiêu chuẩn cho ô tô ngày nay. Việc chuyển đổi trực tiếp sang hoạt động bằng nhiên liệu ô tô là tương đối phổ biến và được áp dụng thông qua quy trình chứng nhận bổ sung dạng (STC). Tuy nhiên, các hợp kim sử dụng trong các kết cấu động cơ máy bay là đã quá cũ và động cơ bị mòn ở các van là vấn đề tiềm ẩn trong việc chuyển sang dùng xăng Mogas. Rất may là lịch sử của các động cơ chuyển đổi sang Mogas đã chứng minh rằng rất ít các vấn đề về động cơ xảy ra khi dùng xăng Mogas. Vấn đề lớn hơn phát sinh ra từ khoảng áp suất hơi cho phép quá rộng của xăng Mogas và đặt ra một số rủi ro cho những người sử dụng trong hàng không nếu sự cân nhắc trong thiết kế hệ thống nhiên liệu không được xem xét kỹ. Xăng Mogas có thể bay hơi trong các đường ống dẫn xăng và sinh ra khóa hơi (các bong bóng khí trong ống dẫn) làm cho động cơ thiếu xăng. Điều này không phải là chướng ngại không thể vượt qua được, nhưng yêu cầu đơn thuần là kiểm tra kỹ lưỡng hệ thống cung cấp xăng để đảm bảo việc che chắn hợp lý, tránh nhiệt độ cao và sự tồn tại của áp suất vừa đủ và sự lưu thông trong ống dẫn xăng.

    Ngoài vấn đề về khóa hơi, xăng Mogas không có các chất theo dõi chất lượng như xăng máy bay. Để giải quyết vấn đề này, một loại nhiên liệu máy bay được biết đến như là 82UL đã được giới thiệu. Nhiên liệu này thực chất là xăng Mogas có bổ sung chất theo dõi chất lượng và hạn chế các phụ gia thêm vào.
    Tiêu thụ

    Những nhà tiêu thụ lớn của xăng máy bay ngày nay nằm ở Bắc Mỹ, Úc, Brasil và châu Phi (chủ yếu là Nam Phi). Còn rất ít nguồn cung cấp ngoài nước Mỹ.

    Ở châu Âu, xăng máy bay có giá quá cao vì thế toàn bộ ngành hàng không dân dụng đang dần chuyển sang sử dụng dầu diesel, là nhiên liệu rẻ tiền hơn, phổ biến hơn và có một số ưu điểm trong sử dụng trong hàng không.
    Nhiên liệu máy bay phản lực
    Chủng loại

    Có nhiều chủng loại nhiên liệu phản lực dùng cho các loại máy bay phản lực, cho máy bay dân sự hay quân sự. Tên gọi của nhiên liệu phản lực không giống nhau ở các nước khác nhau. Thông dụng nhất là TRO (TR – Turboreactor) hoặc JP8 (JP – Jet Propelled), JET A1. Nhiên liệu phản lực là một hợp phần gồm các hydrocacbon từ C11-C18.

    Nhiên liệu máy bay phản lực về mặt thương mại được phân loại như là JET A-1 (sử dụng chủ yếu), JET A (chỉ ở Mỹ) và JET B (sử dụng trong vùng có khí hậu lạnh). Tất cả các nhiên liệu này đều là nhiên liệu trên cơ sở dầu hỏa (kêrôsin) với một số các chất phụ gia bổ sung:

    * Tetraetyl chì (TEL) để tăng điểm bắt lửa của nhiên liệu.
    * Các chất chống ôxi hóa để ngăn ngừa quá trình gum hóa.
    * Các chất chống tĩnh điện
    * Các chất ức chế ăn mòn.
    * Các chất chống đóng băng.
    * Các phụ gia sinh học (biôxít).

    Trong quân sự, tồn tại một loạt các loại đặc biệt của nhiên liệu máy bay phản lực. Tính chất

    Nhiên liệu phản lực phải bơm liên tục vào buồng đốt sau khi qua một hệ thống lọc, tại đó nó được trộn lẫn, hoá hơi trong không khí nóng, bị nén và cháy liên tục để tạo ra một hỗn hợp khí xả chuyển động định hướng về phía sau động cơ làm quay tuốc bin và thoát ra thành dòng khí tốc độ cao, đẩy máy bay về phía trước. Cơ chế cháy của nhiên liệu phản lực không đòi hỏi nhiên liệu phải có những phẩm chất cao của xăng. Những phẩm chất quan trọng nhất của nhiên liệu phản lực có liên quan đến khả năng bay hơi, nhiệt cháy, lưu tính, độ bền hoá học, tính tương hợp.
    Lưu tính

    Lưu tính của nhiên liệu phản lực có ý nghĩa quan trọng hơn ở xăng, vì độ an toàn của máy bay ở trong không trung, vì máy bay thường bay ở độ cao khoảng 10km với nhiệt độ âm bốn năm mươi độ bách phân, thậm chí ở -60 độ C, nghĩa là thùng đựng xăng của máy bay phản lực không siêu âm có thể lạnh đến -30 đến -40 độ C. Nhiên liệu phản lực phải giữ được lưu tính cần thiết ở nhiệt độ thấp đó, cụ thể phải có nhiệt độ hoá đục rất thấp, có độ nhớt nhỏ; muốn thế phải có tỷ khối không quá cao, chứa rất ít parafin nặng, gần như không chứa nước, vì độ hoà tan của nước giảm nhanh khi hạ nhiệt độ. Cụ thể:

    * khối lượng riêng: 0,775 – 0,840 g/ml
    * độ nhớt ở -20 độ C: < 8cSt
    * T100: nhỏ hơn khoảng 300 độ C
    * nhiệt độ đóng băng: khoảng -50 độ C trở xuống

    Ở nhiệt độ âm, nước hoà tan có thể kết tinh. Những tinh thể nước đá có thể làm tắc bộ lọc ở máy bay. Việc hạn chế lượng nước có trong nhiên liệu khó hơn việc làm tăng độ tan của nước, do làm giảm nhiệt độ kết tinh nước. Có thể tránh bớt sự kết tinh nước bằng cách dùng chất phụ gia chống nước kết tinh. Chúng thường là các chất lưỡng chức ête-rượu dùng ở hàm lượng nhỏ hơn 1500ppm như tetrahydrfurfurol.
    Điểm khói

    Mặc dù làm việc ở chế độ nghèo, nhiên liệu vẫn có thể cháy không hoàn toàn, tạo muội than tích tụ trên cánh quạt tuôc bin, ở ống phun, làm cho động cơ hoạt động không ổn định, gây ồn, mài mòn, gây nóng động cơ vì sự lệch tâm và bởi các tia nhiệt. Sự tồn tại muội than ở nhiệt độ cao gây ra độ phát sáng lớn, làm mất nhiệt bởi quá trình bức xạ đó. Như vậy, nhiên liệu phản lực phải có tính chất cháy tạo ít muội than.

    Để đánh giá khả năng cháy đó người ta dùng đại lượng điểm khói và trị số phát sáng. Điểm khói (smoke point) còn được gọi là chiều cao ngọn lửa không khói. Đó là chiều cao, tính bằng milimét, của ngọn lửa không khói đo được nhờ một đèn chuyên dụng có tên là đèn điểm khói (smoke point lamp) theo tiêu chuẩn ASTM D1322.

    Nói chung hydrocacbon có tỷ số H/C lớn cho ngọn lửa không khói cao, nghĩa là ngọn lửa ít khói. Các aromatic cháy cho nhiều khói nhất, còn các parafin cho ít khói hơn cả. Nhiên liệu phản lực cần có điểm khói tối thiểu khoảng 25mm. Về phương diện này, nhiên liệu có càng ít aromatic, càng giàu parafin càng tốt.

    Trị số phát sáng (luminometer number) là đại lượng đặc trưng cho độ phát sáng của ngọn lửa và được xác định bằng cách so sánh với ngọn lửa của hỗn hợp tetralin (1,2,3,4-tetrahydronaphtalen) và isooctan với quy ước trị số phát sáng của chúng lần lượt là 0 và 100. Trị số phát sáng cao cho biết nhiên liệu cháy cho ít khói. Trị số phát sáng của nhiên liệu phản lực nằm trong khoảng 40-70. TRO có trị số phát sáng là 45. Trị số phát sáng được đo trong vùng quang phổ xanh nhờ lọc sáng và tế bào quang điện. Đó là một đại lượng được dùng ngày càng ít.
    Độ bền ôxy hóa

    Độ bền ôxy hoá nhiệt là một tính chất cần chú ý, vì nhiên liệu phản lực cần đi qua những chỗ có nhiệt độ khá cao trong máy bay, ví dụ được dùng làm chất làm lạnh đối với dầu bôi trơn, làm chất lỏng truyền động thuỷ lực. Ở máy bay phản lực siêu âm, nhiệt độ bình nhiên liệu nóng lên khi bay. Nhiệt độ bình nhiên liệu có thể đạt 350 độ C, khi máy bay có tốc độ Mach 3,5 (1 Mach bằng tốc độ âm thanh trong không khí).

    Ở nhiệt độ cao, khi có mặt oxy, một số hydrocacbon đặc biệt là olefin, gôm, mercaptan bị oxy hoá, tạo ra những chất ít tan và dễ tách ra ở dạng kết tủa rắn hoặc ở dạng gôm có hại.

    Kỹ thuật đánh giá độ bền oxy hóa nhiệt phổ biến nhất là Jet Fuel Thermal Oxidation Tester (JFTOT), ví dụ theo ASTM D3241. Mẫu được dẫn vào một ống bằng nhôm nóng tới 260 độ C dưới áp suất 34,5bar. Sau 150 phút, đo độ giảm áp khi cho mẫu đó qua một tấm lọc có các lỗ kích thước 17micron. Nhiên liệu JET A1 có độ giảm áp nhở hơn 33 mbar. Người ta cũng dùng phương pháp đo lượng gôm và kết tủa tạo ra khi giữ mẫu nhiên liệu vào bom dưới áp suất oxy 7 bar ở 100 độ C trong một khoảng thời gian nhất định. Ở Nga người ta đo lượng nhựa (gôm) thực tế sau khi cho nhiên liệu bay hơi trong dòng không khí; lượng nhựa thực tế phải không vượt quá 3-6 mg/100 cm3.

    Một số hợp chất dị nguyên tố có trong nhiên liệu có tác dụng chống oxy hoá cho nhiên liệu phản lực ở nhiệt độ thấp. Tuy nhiên trên 100 độ C chúng không còn là chất chống oxy hoá nhiệt. Có thể tăng độ bền ôxy hoá nhiệt bằng cách dùng chất phụ gia chống ôxy hoá. Một số ion kim loại làm giảm độ bền oxy hoá nhiệt có lẽ vì tính xúc tác của chúng.
    Nhiệt cháy

    Bình nhiên liệu máy bay phản lực không siêu âm có thể thiết kế với thể tích không quá hạn chế, nên nhiệt cháy khối lượng là đặc trưng được chú ý, trong khi đó người ta phải quan tâm nhiều hơn đến nhiệt cháy thể tích ở các máy bay phản lực siêu âm, vì ở đây thể tích bình nhiên liệu phải càng nhỏ càng tốt. Nhiệt cháy thể tích càng lớn, máy bay có khả năng bay càng xa.
    Khả năng bay hơi

    Khả năng bay hơi của nhiên liệu vẫn là một tính chất quan trọng, nhưng không bị giới hạn một cách nghiêm ngặt, vì không khó thay đổi cấu trúc vật lý của động cơ cho phù hợp với khả năng bay hơi của nhiên liệu. Chính vì thế mà vùng nhiệt độ sôi của nhiên liệu phản lực khá rộng, khoảng 60-300 độ C. Mỗi loại động cơ đòi hỏi một nhiên liệu có vùng nhiệt độ sôi hẹp hơn. Nhiệt độ T10 đặc trưng cho chế độ khởi động, T98 đặc trưng cho khả năng cháy hoàn toàn. Sự tăng khả năng bay hơi gây nguy cơ tạo bóng khí, giảm nhiệt cháy thể tích, giảm tính bôi trơn, nhưng làm quá trình cháy thuận lợi hơn.
    Chế xuất

    Các phân đoạn kerosen, LPG, phần nặng của phân đoạn xăng chưng cất trực tiếp từ một số dầu mỏ parafin, dầu mỏ naphtin có thể dùng làm nhiên liệu phản lực sau không nhiều chế hoá và pha trộn các phân đoạn hoặc một số chất phụ gia. Hai quá trình chế hoá chủ yếu là loại hợp chất lưu huỳnh, đặc biệt là ở dạng mercaptan bằng hydrotreating và loại parafin nặng có trong phân đoạn 200-300 độ C. Thường nhiên liệu phản lực được tạo ra từ phân đoạn 145-240 độ C ít nhiều mở rộng hay thu hẹp, ví dụ nhiên liệu tốt và dùng phổ biến ở Nga TC-1 là sản phẩm thu được sau khi hydrotreating phân đoạn 130-250 độ C của dầu mỏ parafin.

    Khác với xăng, nhiên liệu phản lực dồi dào hơn nhiều so với nhu cầu. Ở châu Âu nhiên liệu phản lực chỉ chiếm khoảng 6% thị trường dầu mỏ. Sau đây là một số yêu cầu phẩm chất và các đại lượng kỹ thuật cần có của nhiên liệu phản lực:
    Đại lượng (phương pháp xác định) Giá trị
    vẻ dáng Trong suốt, sáng
    Trị số axit (ASTM D3242) ≤0,015 mgKOH/g
    Olefin (ASTM D1319) ≥ 5%V
    Aromatic (ASTM D1319) ≤ 20%V
    Lưu huỳnh tổng (ASTM D 1266) ≤ 0,30%
    Lưu huỳnh mercaptan (ASTM D 3227) ≤ 0,002%
    Doctor test (ASTM D 235) Không
    Đường chưng cất (ASTM D 86) T10 ≤204 độ C; T100 ≤ 300 độ C
    Nhiệt độ chớp lửa (ASTM D 3828) ≥ 38 độ C
    Khối lượng riêng ở 15 độ C (ASTM D1298) 0,775 – 0,840 g/ml
    Nhiệt độ chảy (ASTM D 2386) ≤ -47 độ C
    Độ nhớt ở -20 độ C (ASTM D 445) ≤ 8cSt
    Nhiệt cháy dưới (ASTM D 2382) ≤ 42,8kJ/g
    Điểm khói (ASTM D 1322) ≥ 25mm
    Trị số phát sáng (ASTM D 1740) ≥ 45
    Độ ăn mòn tấm đồng (ASTM D 130) 2 giờ ở 100 độ C, ≤ 1
    Độ bền oxy hoá nhiệt (ASTM D 3214) ∆P ≤ 25,0mmHg
    Gôm thực tế (ASTM D 381) ≤ 7mg/100ml
    Lượng nước cho phép (ASTM D 1094) ≤ 1b
    Độ dẫn điện (ASTM D 2624) 50-450 pS/m

    Chú thích:

    * ASTM: Phương pháp xác định chỉ tiêu tiêu chuẩn của Mỹ
    Wikipedia​
     

Chia sẻ trang này