Главное меню

Главная Топливо для двигателей Реактивные и дизельные топлива Потребление, производство и применение среднедистилляторных топлив в СССР
Потребление, производство и применение среднедистилляторных топлив в СССР

Потребление, производство и применение среднедистилляторных топлив в СССР

Современная структура потребления нефтяных топлив такова, что наиболее широко, кроме топочных мазутов, используются среднедистиллятные фракции.

На их основе готовят такие массо­вые топлива, как автомобильные, дизельные и реактивные. С ро­стом потребления среднедистиллятные углеводородные фракции становятся все более дефицитными. Поэтому изучение характе­ристик таких топлив и составляющих их компонентов привлекает особое внимание исследователей.

Среднедистиллятные фракции нефтей рассматриваются не только как сырье для получения современных топлив, но и как источник получения соединений, предназначенных для нефтехи­мического синтеза или служащих в качестве компонентов топлив с высокими энергетическими и другими важными эксплуатацион­ными свойствами. Некоторые данные об изменении структуры потребления среднедистиллятных топлив в капиталистических странах приведены в табл. 1.

В Советском Союзе фактическая добыча нефти в 1966 г. со­ставила 265 млн. т. В дальнейшем намечается резкое увеличение добычи нефти. По решению XXIII съезда КПСС к 1970 г. ежегод­ная добыча нефти в Советском Союзе достигнет 345—355 млн. т.

Советский Союз прочно удерживает второе место в мировом первенстве по добыче и переработке нефти. Структура нефтепе­реработки изменяется с учетом развития современных видов транспорта: авиации, железнодорожных тепловозов, крупнотон­нажных морских и речных судов, а также тракторного парка страны, снабженного дизельными двигателями. Увеличивается мощность установок по гидроочистке, что связано с огромным эффектом, получаемым при использовании топлив улучшенного качества. Так, если на дизельном топливе, содержащем 1 % серы, межремонтный пробег двигателя ЯЗ-204 составляет 57,4 тыс. км, то на топливе с содержанием 0,2% серы он возрастает до 88,7 тыс. км. К концу пятилетия 1966—1970 гг. выработка дизель­ного топлива увеличится по сравнению с выработкой за 1955 г. в 1,5 раза, керосина — в 1,4 раза; при этом качество их значи­тельно улучшится. Предполагают, что к 1970 г. 90% вырабаты­ваемого дизельного топлива будет содержать не более 0,2% се­ры. Основной путь для достижения этой цели — увеличение про­изводственной мощности установок по гидроочистке.

Увеличенный расход среднедистиллятных фракций привел к росту производственных мощностей процессов облагораживания топлив. Так, в США в 1965 г. мощность установок по гидрогени­зации, главным образом гидроочистки, увеличилась по сравнению с 1960 г. на 44,8%.

В переработку вовлекалось все больше сернистых и высокосер­нистых нефтей.

О масштабах производства среднедистиллятного топлива мож­но судить по следующим данным.

В 1964 г. выработка в США среднедистиллятных фракций (керосинов, дизельных и реактивных топлив) составила 34% от выработки всех товарных нефтяных продуктов.

Керосина и реактивного топлива выработано 34,6 млн. т, ди­зельных дистиллятов 99,5 млн. т.

Расход керосина и дизельного топлива в капиталистических странах от всего количества потребляемых основных нефтепро­дуктов составил 24%. В 1964 г. выход реактивных теплив состав­лял от 1,2% на переработанную нефть (ФРГ) до 8% (США), при отборе дизельного топлива - от 10,7% (Япония) до 23% (США). Таким образом, ресурсы реактивного топлива в нефтях невелики, поэтому возникает проблема их увеличения. В капи­талистических странах в ближайшее время предстоит расширить также производство дизельного топлива, поскольку в автомобильном и тракторном парке более экономичные по расходу то­плива дизельные двигатели занимают все большее место.

В настоящее время в мировой практике наблюдается увели­чение доли перерабатываемых сернистых и высокосернистых неф­тей. Об интенсивном вовлечении в производство высокосернистых нефтей свидетельствуют данные по Башкирской АССР (табл.2).

За семь (1958—1965 гг.) лет доля перерабатываемых баш­кирских нефтей, содержащих серы более 2,5%, увеличилась почти в 13 раз. Это вполне закономерно, поскольку подавляющее боль­шинство нефтей Урало-Волжского бассейна — сернистые и высо­косернистые.

Современные процессы переработки нефти характеризуются большим разнообразием и мобильностью. При помощи этих про­цессов можно производить высококачественные топлива и масла, эффективно перерабатывать сернистые и высокосернистые неф­ти; получать однотипные по химическому строению углеводороды или их смеси, используемые для нефтехимического синтеза, а также в качестве топлив для новых видов транспорта. К основ­ным современным процессам переработки нефти и нефтяных фракций, кроме прямой перегонки, относится гидроочистка, осу­ществляемая с целью удаления нежелательных примесей; ката­литический риформинг бензино-лигроиновой фракции, предна­значенный для получения компонента товарного бензина и низ­комолекулярных ароматических углеводородов, и каталитический крекинг, в результате которого получают бензин и более высоко- кипящие фракции, используемые после глубокого гидрирования в качестве компонентов для получения высокостабильных топлив типа керосина.

Классический процесс 'прямой перегонки нефти из основного превратился во вспомогательный, предшествующий каталитиче­ской переработке тяжелых дистиллятов и остаточных нефте­продуктов. Это перемещение обусловлено низкими выходами то­варных продуктов, получаемых прямой перегонкой, целиком за­висящими от природы нефти, и трудностями обеспечения требуе­мого качества товарных нефтепродуктов. Так. понижение темпе­ратуры кристаллизации с —40 до —60 °С приводит к уменьше­нию выхода реактивного топлива типа JР-4 с 50 до 35%, а типа JР-1 и JР-5 с 25 до 10% на нефть. Каталитические процес­сы используются для более глубокого отбора от нефти ценных товарных продуктов и получения их с заданными химическим со­ставом и качествами.

В 1957 г. в США при помощи каталитического крекинга было переработано 46%, а каталитического риформинга — 20% сырья. В дальнейшем производственные мощности, особенно исполь­зуемые для второго процесса, начинают быстро возрастать.

Итак, современные процессы переработки нефти можно раз­делить на две группы: к первой относится прямая перегонка, при которой извлекаются товарные продукты в том виде, в каком они присутствуют в нефти, ко второй— каталитические процессы, при проведении которых химический состав сырья изменяется в же­лаемом направлении. На современных нефтеперерабатывающих заводах обе группы процессов включены в общую схему, допол­няя друг друга. Принятые масштабы увеличения добычи нефти и определяют развитие промышленности ее переработки.

Вначале нефть подвергается прямой перегонке. Бензин, лиг­роин, керосин, дизельный дистиллят и остаточный мазут полу­чают на атмосферной установке (рис. 1).

Схема атмосферной установки двукраного испарения

Часто дистиллятные продукты составляют около 50% от нефти, в том числе 1-5—20% приходится на керосин и 5—7% на дизельный дистиллят.

Для отбора масляных дистиллятов мазут подвергается ваку­умной перегонке до гудрона (остаточное давление в верхней ча­сти колонны 20—60 мм рт. ст.). В этом случае осуществляется прямая перегонка нефти на атмосферно-вакуумной установке (рис. 2). Глубина отбора вакуумных дистиллятов составляет 40—60% от мазута (20—30% на нефть).

Из каталитических процессов наибольшее развитие получает каталитический крекинг. В зависимости от режима и катализатора процесса может осуществляться расщепление углеводородов, их дегидрогенизация, изомеризация, гидрогени­зация, полимеризация. Сырьем для каталитического крекинга обычно служат керосино-соляровые фракции или вакуумные ди­стилляты. Получаются изобутан, низкомолекулярные олефины, используемые для алкилирования, полимеризации, производства синтетических каучуков и для других целей.

Схема атмосферно-вакуумной установки

При каталитическом крекинге протекают эндотермические ре­акции, сопровождающиеся поглощением около 50 ккал тепла на 1 кг сырья. Катализатор может быть стационарный или подвиж­ный; аппаратура — непрерывного действия.

В отличие от термического крекинга при каталитическом кре­кинге образуется меньше метана, этана, диенов и больше газов С3—С4, ароматических углеводородов, алкенов и алканов изо­мерного строения.

Каталитический крекинг протекает при 450—550°С и повы­шенном давлении. На одну весовую часть катализатора подают 0,6—2,5 весовых частей сырья в 1 ч.

При однократном крекинге глубина превращения составляет 55%, а иногда 80%. Катализатор регенерируют в атмосфере воз­духа при 540—680 °С.

Ниже весьма кратко рассмотрены некоторые селективные процессы (например, каталитический риформинг, полимеризация, гидрирование, алкилирование и др.); в настоящее время они не используются для получения реактивных и дизельных топлив, но служат для получения однотипных 'По химическому строению углеводородов — изоалканов и ароматических углеводородов, ко­торые гидрированием могут быть превращены в соответствующие циклановые углеводороды. Имеются основания считать, что пер­спективные реактивные и дизельные топлива улучшенного ка­чества будут в значительной степени состоять из углеводородов определенного строения. Описываемые же процессы могут ока­заться более или менее удовлетворительными источниками их получения. По мере увеличения потребления фракций с углево­дородами заданного строения процессы получения таких фрак­ций будут совершенствоваться и заменяться новыми, более эф­фективными.

Каталитический риформинг. Этот процесс, представляющий разновидность каталитического крекинга, предназ­начен главным образом для ароматизации сырья. Лучшим сырь­ем является смесь цикланов. При переработке узких фракций цикланов получают наиболее ценные продукты: бензол, толуол, ксилолы. Каталитический риформинг осуществляется на алюмоплатиновых катализаторах, в которых содержание платины со­ставляет 0,5—0,6 вес.%. Процесс протекает при 450—500°С под давлением 15—50 ат и циркуляции газа, который содержит преи­мущественно водород (75—90%), получающийся за счет дегидри­рования. Каталитический риформинг является источником полу­чения дешевого водорода, что сообщает этому процессу дополни­тельную ценность.

При переработке бензинов алканового основания с 25 вес. % цикланов водорода образуется (в вес. % на сырье) 0,8—1,0; при содержании цикланов 50 вес. % —до 1,5—2.

В присутствии сернистых соединений ухудшаются показате­ли процесса.

Поэтому сырье для каталитического риформинга предвари­тельно обессеривают.

В процессе каталитического риформинга получают фракции, улучшающие антндетонационную характеристику автомобильного бензина, легкие ароматические углеводороды, водород и углево­дородные газы С3—С4.

Избыток водорода, получаемого при каталитическом риформинге, используется для осуществления весьма важного процес­са очистки и облагораживания углеводородной смеси — гидро­генизации.

Гидрогенизация применяется для превращения непредельных или ароматических углеводородов в полностью насыщенные со­единения. Широко распространено менее глубокое гидрирование, чем в процессе гидрогенизации,— гидроочистка, осуществля­емая с целью удаления из топлив сернистых, кислородных и азо­тистых органических соединений. Глубина процесса определяется давлением, температурой и количеством расходуемого водорода. Гидроочистку проводят в пределах 260—430 СС, при давлении от 10 до 100 ат и выше, объемной скорости 0,5—10 ч-1 и подаче во­дорода 300—600 м33 сырья. В СССР для этого процесса при­меняют алюмокобальтмолибденовый катализатор. Не менее эф­фективны молибдаты кобальта на окиси алюминия и сульфидные никельвольфрамовые катализаторы также на окиси алюминия или без носителя.

Расход водорода может достигать 1% от сырья, содержащего значительные количества сернистых и ненасыщенных соединений.

Обычно гидроочистку углеводородного сырья (тяжелых ди­стиллятов, керосинов, дизельных топлив, иногда вакуумных дис­тиллятов) проводят при 340—435 °С и 50—70 ат. Тепловой эффект реакции 35—85 ккал/кг. Срок службы катализатора до 24 меся­цев.

В настоящее время предусматривают сооружение установок каталитического риформинга и гидроочистки в схеме одного за­вода. При риформинге 1 м3 сырья получают около 90 м3 водоро­да, а на гидроочистку этого же сырья затрачивается лишь 36 м3 водорода. Поэтому создается большой избыток водорода, кото­рый можно направить на 'гидроочистку дополнительного количе­ства сырья.

Гидроочистка — это наиболее радикальный процесс, позволя­ющий перерабатывать сернистые и высокосернистые нефти на товарные продукты высокого качества.

В северо-западной части Башкирской АССР основные нефти (Арланского, Чекмагушского и других месторождений) содержат 2,5—3,2% серы и 52—80% сернокислотных смол. Прямогонные керосины и дизельные топлива, вырабатываемые из этих нефтей, не соответствуют стандартам по содержанию серы. Например, в вакуумном газойле серы содержится 3—3,5%. Для переработки таких нефтей, добыча которых непрерывно возрастает, предлага­ются комбинированные схемы переработки. Примером может слу­жить схема неглубокой переработки высокосернистых нефтей, включающая установки каталитического риформинга и гидроочи­стки, по которой получают керосин, дизельное и. котельное топли­ва высокого качества (рис. 3). По схеме более глубокой перера­ботки (рис. 4) получают очищенные от серы бензин, керосин, ди­зельное топлив, сжиженные газы, предназначенные для нефте­химического синтеза, и другие ценные продукты.

Схема неглубокой переработки высокосернистых нефтей типа арланской

Кроме распространенных процессов каталитического риформинта и гидроочистки известны хорошо себя оправдавшие разно­видности каталитического крекинга — процессы изомеризации, по­лимеризации и алкилирования, отличающиеся высокой селектив­ностью действия.

В процессе изомеризации получают алканы изомерного строе­ния высокой антидетонационной стойкости из газообразных алкановых углеводородов. Избирательность действия по отношению к такому сырью 94,5%. Катализатором служит глинозем с 0,5 вес. % нанесенной платины. Процесс протекает в среде водо­рода при 360—420 °С и 30—35 ат. Менее активным катализатором является сульфид вольфрама.

Схема глубокой переработки высокосернистых нефтей типа арланской

Каталитическая полимеризация алкенов протекает при 160— 250 °С и 25—80 ат. Катализатором служит серная или фосфорная кислота, нанесенная на кизельгур или какой-либо другой адсор­бент. Реакция полимеризации экзотермична. При ступенчатой по­лимеризации получают полимеры, которые после гидрирования используют в качестве высокооктанового компонента бензина. Алкилированием бензола тетрамером пропилена получают додецилбензол—сырье для производства моющего средства—сульфонола (натровая соль сульфододецилбензола). Полимеризацией изобутилена получают полиизобутилен, применяемый в качестве вязкостной присадки к смазочным маслам. При большем давлении (250 ат и выше) цепной полимеризацией этилена получают поли­этилен—пластикат, находящий все большее распространение.

Таким образом, процесс каталитической полимеризации ис­пользуется для переработки в ценные продукты непредельных низкомолекулярных углеводородов, образующихся при различных термических и каталитических процессах переработки горючих ископаемых.

Большое значение имеет процесс алкилирования углеводоро­дов. При помощи алкилирования изобутана бутиленом получают высокооктановый компонент бензинов — изооктан. Процесс про­текает при 0—10°С в присутствии крепкой серной кислоты в ка­честве катализатора. Над плавиковой кислотой изоалканы алкилируются пропиленом, бутиленами, амиленами. Реакция алкили­рования экзотермична. На 1 кг бутиленов выделяется 330 ккал тепла. Продолжительность реакции 5—30 мин. Для алкилирова­ния ароматических колец алифатическими радикалами в качестве катализаторов применяют хлористый алюминий, серную и фос­форную кислоты, смеси фтористого бора и фтористого водорода и др. Реакция протекает при 30—45 °С.

Процесс алкилирования позволяет получать большой ассорти­мент соединений для химической промышленности, например кумол, из которого при окислении образуется гидроперекись, а в ре­зультате ее распада — фенол и ацетон. Получают также этилбензол, который необходим для производства стирола. На основе продуктов алкилирования вырабатывают синтетические каучуки, пластические массы, компоненты бензинов, повышающие их сорт­ность, присадки к маслам, эмульгаторы и др.

Таким образом, современные процессы переработки нефти по­зволяют направленно изменять химическую структуру углеводо­родов и получать однотипные по строению группы соединений.

Тенденцию в развитии тех или иных процессов переработки нефтепродуктов в США можно проследить по данным табл. 3.

Наибольший прирост производственной мощности планировал­ся для процессов каталитического крекинга, гидроочистки, катали­тического риформинга и гидрокрекинга.

Разработаны и заметно ра лзиваются также другие промыш­ленные процессы высокой селективности. Они основаны на хро- матографическом разделении углеводородной смеси с применени­ем активных адсорбентов и молекулярных сит, экстракции и на комплексообразовании. Так, при хроматографическом разделении углеводородной смеси с помощью молекулярных сит можно вы­делить алканы. Молекулярные сита изготовляют из син­тетических алюмосиликатов. Эти сита характеризуются порами определенного размера. В порах задерживаются алканы нор­мального строения, которые затем выделяют при повышенной тем­пературе и (если требуется) пониженном давлении. Возможно применение выносителя — растворителя.

Алканы нормального строения можно отделять от углеводо­родной смеси в виде кристаллического комплекса, образуемого с мочевиной или тиомочевиной. Активатором является низкомолекулярный спирт (метанол, изопропанол). После отделения комплекс разрушают теплой водой. Алканы сосредоточиваются в верхнем слое. Мочевину регенерируют и возвращают в цикл. Хроматографически на силикагеле, алюмосиликатной крошке или другом адсорбенте алкано-циклановые углеводороды могут быть отделены от ароматических соединений. Последние в случае не­обходимости разделяют на моно- и бициклические соединения.

Низко молекулярные ароматические углеводороды (бензол, то­луол, ксилолы, этилбензол), широко применяемые в процессах нефтехимического синтеза, отделяют экстракцией соответствую­щих узких фракций углеводородов, содержащих эти соединения. Экстр агентами являются ди- и триэтиленгликоль, сульфолан, N-метил-пирролидон и др. Например, известен применяемый для этой цели процесс, в котором экстрагентом яв­ляется 8—10%-ный водный раствор диэтиленгликоля. Экстракция 6—8-кратная противоточная. Ароматические углеводороды отделя­ют от растворителя отгонкой их в колонне. Продукт получается высокой чистоты. Иногда дистиллят очищают контактной зем­лей. Степень извлечения 95—99%. О том, какое развитие получил процесс экстрактивного извлечения низкомолекулярных аромати­ческих углеводородов и узких нефтяных фракций каталитическо­го риформинга, свидетельствуют следующие данные: в США 70% от 1,5 млн. т потребляемого бензола, 90% от 1 млн. т толуола и 97% от 1 млн. т ксилолов получали из нефти.

Все больше появляется работ, посвященных новым экстрагентам, при помощи которых селективно извлекают компоненты то­плив. Так, предлагается отделять моноциклические алкиларома­тические углеводороды от бициклических обработкой ароматиче­ских фракций водным раствором тетраметиленсульфона. При этом алкилнафталинами обогащается рафинат, а алкилбензолом экстракт. Экстракцией углеводородной смеси 2-фуральдегидом при 110—120°С рафинат обогащают алкановыми углеводоро­дами, а экстракт — циклановыми и ароматическими углеводоро­дами, а также серосодержащими соединениями. Из экстракта получают при —15 СС псевдоэкстракт, содержащий цикланы. Растворитель отгоняют. Газообразные алкены предлагается извлекать адсорбцией водными растворами солей металлов (ук­суснокислой меди, этаноламинонитрата меди).

Смесь алкенов и алкадиенов разделяют при помощи водноаммиачного раствора саллицилата меди. Для отделения от алканов и ароматических углеводородов примеси углеводородов иного строения предлагается смесь экстрагировать N-гидроксиалкилпирролидоном.

С развитием сверхзвуковой реактивной авиации появились новые требования к авиационному топливу. Подобно тому как в период совершенствования авиации с поршневыми двигателями в качестве лучших топлив рекомендовались индивидуальные угле­водороды (изооктан, триптан, кумол, толуол и др.) с высокими антидетонационными свойствами, в настоящее время для сверх­звуковой реактивной авиации все чаще обращаются к индивиду­альным углеводородам, обладающим требуемой стабильностью, огневыми и энергетическими свойствами, диктуемыми условиями эксплуатации. К числу таких топлив относятся некоторые алканы изомерного строения, а также алкилмоно- и бицикланы с изоли­рованными, конденсированными кольцами и комбинированной структурой. Эксплуатационные, физико-химические и огневые свойства таких углеводородов, а также эффективные методы их получения исследуются весьма интенсивно. Такая же тенденция наблюдается в развитии углеводородных ракетных го­рючих. Так, в качестве ракетных горючих рассматривается диэтилциклогексан; 3- или 4-изопропилбициклогексил, смесь 30% диметилдивинил ацетилена с 70% метилвинил ацетилена и др. Таким образом, в настоящее время огромное внимание уделяется глубокой переработке нефти весьма эффективными по селективности методами с целью получения продуктов глубокой очистки, заданного химического состава (в том числе однотипного группового состава) и в некоторых случаях смесей близких по строению гомологов углеводородов и даже индивидуальных со­единений. На основании этих процессов получают современные дизельные и реактивные топлива.

Изложим в самой общей форме некоторые сведения о двигателях, работающих на дизельных и реактивных топливах. Авиационные реактивные двигатели пришли на смену поршневым карбюраторным. Они позволили существенно увеличить мощ­ность и скорость, снизить вес летательных аппаратов, приходящийся на единицу мощности, создать самолеты огромной грузоподъемности и дальности.

В авиации применяют воздушнореактивные двигауели (ВРД), в которых в ка­честве окислителя для топлива используется кислород набегающего потока атмосфер­ного воздуха; это лимитирует высоту полета реактивного самолета. В отличие от реактивных двигателей работа ракетных систем, имеющих на борту собственный за­пас топлива (горючего и окислителя), не зависит от кислорода атмосферы.

Воздушнореактивные авиационные двигатели делятся на две большие группы: бескомпрессорные и компрессорные. В бескомпрессорных двигателях воздух, входя­щий в зону горения, сжимается ис­ключительно за счет скоростного напора набегающего потока возду­ха при полете. Разновидностью этой системы являются прямоточ­ные воздушнореактивные двигате­ли (ПВРД), принципиальная схе­ма которых приведена на рис. 5.

Принципиальная схема прямоточного воздушнореактивного двигателя

ПВРД эффективны и экономичны при сверхзвуковых скоростях. Взлет и разгон летательного аппа­рата с таким двигателем возможны при условии применения специаль­ных устройств.

Турбореактивный двигатель с осевым компрессором

Современная транспортная ави­ация работает на газотурбинных компрессорных двигателях. Они делятся на турбореактивные (ТРД) и турбовинтовые (ТВД). Турбо­реактивные двигатели могут быть с осевыми (рис. 6) и центробежными компрессорами (рис. 7).

Турбореактивный двигатель с центробежным компрессором

Воздух из окружающего пространства, забираемый и сжимаемый до задан­ного давления компрессором, непрерывным потоком направляется в камеру сгорания, куда через форсунки подается распыленное топливо. Газы, представляющие со­бой нагретый избыточный воздух в смеси с продуктами сгорания топлива, приводят но вращение турбину, являющуюся силовым приводом компрессора, и в случае дви­гателя с осевым компрессором поступают в форсажную камеру. В форсажной камере дожигается дополнительно подаваемое количество топлива, что позволяет достигнуть кратковременного увеличения тяги двигателя.

Принципиальная схема турбовинтового двигателя

Турбореактивный двигатель с центробежным компрессором форсажной камеры не имеет. Из турбины газы проходят реактивное сопло, а затем, расширяясь, с боль­шой скоростью истекают в атмосферу. Энергия рабочих газов, приобретенная в про­цессе сжатия воздуха и последующего подвода тепла из камер сгорания, частично затрачивается на вращение турбины и увеличение скорости струи газов, выходящих из реактивного сопла. Тяга создается за счет приращения скорости газов, истекаю­щих из двигателя.

Принципиальная схема двухконтурного турбореактивного двигателя

Разновидностью турбореактивных двигателей являются турбовинтовые двига­тели (ТВД), отличающиеся тем, что кроме компрессора и обслуживающих, в том числе топливных агрегатов, турбина приводит во вращение через редуктор воздушный винт (рис. 8). У турбовинтового двигателя тяга в основном создается воздушным вин­том и лишь частично газами, истекающими через реактивное сопло в атмосферу. Тяга, создаваемая винтом, превышает в 7—10 раз тягу, создаваемую непосредственно истекающими газами.

Другая разновидность двигателя с комбинированной тягой—двухконтурный двигатель (Д'ІРД), схема которого показана на рис. 9. В двухконтурном двигателе турбина приводит во вращение компрессор, обслуживающие агрегаты, а также вен­тилятор, расположенный в кольцевом канале вокруг основного контура. Кольце­вой канал является вторым контуром, через который протекает воздух, получивший ускорение от вентилятора. При больших скоростях полета вентилятор отличается от нормального воздушного винта более высоким к. п. д. Избыточный воздух выбра­сывается через сопло параллельно основному газовому потоку с продуктами сгорания.

Схема системы топливнопитания дозвукового авмационного реактивного двигателя

Тяга ДТРД складывается из сил реакции потока продуктов сгорания с основ­ной массой воздуха и сил реакции воздушного потока, выходящего из второго канала.

В современных турбореактивных двигателях на создание тяговой работы расхо­дуется 15—30% тепла, получаемого при сгорании топлива. Остальное количество тепла, введенного в двигатель, теряется.

Число оборотов турбины турбовинтового двигателя велико — от 7000 до 18 000 об/мин, винта — от 750 до 1500 об/мин. Удельный расход топлива 220— 300 г/л. с. ч., что соответствует расходу топлива в поршневом авиационном двигате­ле. Удельный вес ТВД находится в пределах 0,22—0,45 кг/л.с.

ТВД — более экономичные, чем ТРД, устанавливают на советских самолетах большой грузоподъемности, предназначенных для полетов на большие расстояния (ТУ-114, Ил-18, Ан-10, Ан-24).

Общий вид и основные части двигателя

Схема типичной топливной системы дозвуковых ВРД представлена на рис. 10. На схеме показана основная топливная система, форсажная и пусковая.

Для самолетов со сверхзвуковой скорбстыо топливные системы усложняются за счет предварительного, более интенсивного использования топлива и воздуха в ка­честве агентов, охлаждающих сильно нагревающиеся агрегаты, масло и гидравличе­ские жидкости.

Дизели относятся к тепловым двигателям внутреннего сгорания. В дизельных двигателях тепловая энергия преобразуется в механическую посредством передачи на поршень работы расширения газообразных продуктов сгорания топлива с участием кислорода воздуха. На коленчатом валу двигателя поступательно-вращательное движение поршня преобразуется при помощи кривошипно-шатунного механизма во вращательное. Создаваемый коленчатым валом крутящий момент совершает полез­ную работу, преодолевая сопротивление внешней нагрузки. Рабочий цикл склады­вается из процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих его работу. Газообразные продукты сгорания топлива, образую­щиеся в цилиндре, характеризуются высоким давлением и температурой, достигающей 1800—2000 °К.

Современные дизельные двигатели — наиболее экономичные из тепловых дви­гателей. Их действительный эффективный к. п. д. достигает 40—45%. Они широко распространены в стационарных условиях работы (электростанции, насосные стан­ции), на железнодорожном транспорте (тепловозы), морских и речных судах, автомо­билях, в сельском хозяйстве (тракторы), в военном деле и др. Столь разнообразное их использование привело к появлению дизельных двигателей с самыми различными характеристиками.

Двигатели внутреннего сгорания различаются: по способу осуществления рабочего цикла (двухтактные и четырехтактные);

по способу наполнения рабочего цилиндра (без наддува, с наддувом);

по применяемым топливам (жидкие — легкое и тяжелое; многотопливные);

по конструктивному оформлению, мощности и назначению.

Схема питание двигателя Д-50

В дизельных двигателях, в отличие от карбюраторных, в камере сгорания впры­скиваемое жидкое топливо самовоспламеняется вследствие достаточно высокой тем­пературы в конце предшествующего цикла сжатия. Дизельные двигатели классифи­цируют по средней скорости хода поршня. К тихоходным относятся двигатели со средней скоростью поршня менее 6,5 м/сек, к быстроходным — более 6,5 м/сек. Мощ­ность современных дизельных двигателей может превышать 10 000 л, с. Известны серийные судовые двигатели, у которых цилиндровая мощность достигает 2000— 2500 л. с. Наименьшая встречающаяся цилиндровая мощность 2—5 л. с..

Наиболее мощные дизельные двигатели характеризуются большими габаритами и низким числом оборотов (до 100 об/мин). Маломощные двигатели наиболее высоко­оборотные (до 3000 об/мин). В современных дизельных двигателях степень сжатия находится в пределах 12—20. Средний расход топлива составляет 160—200 г/(л.с.ч). Дизельные двигатели отличаются высоким моторесурсом.

На рис. 11 показаны общий вид и составные части двигателя В-2 (Д-12А). Это четырехтактный двигатель с 12 цилиндрами. Цилиндровая мощность 50 л.с., общая мощность 600 л с., 1500 об/мин. Без наддува. Удельный расход топлива 190 г/(л.с.ч). При 1200—1300 об/мин давление в цилиндрах двигателя достигает 80—90 кГ/см2, что более чем в два раза выше давления в двигателях внутреннего сгорания (карбюратор­ного типа) с искровым зажиганием.

В общем случае топливоподающая система дизельного двигателя состоит из топ­ливного бака (цистерны), топливоподкачивающей помпы, фильтра, топливного насоса высокого давления (с приводом), форсунок, топливопроводов высокого и низкого дав­лений.

На рис. 12 привгдэна топливная схема писания отечественного двигателя Д-50 (четырехтактный, шестицилиндровый, с цилиндровой мощностью 166.6 л.с., общей мощностью 1000 л.с., 740 об/мин, с наддувом, удельным расходом топлива 180 г/(л.с.ч).