Глава 7. Розрахунок та проектування засобів забезпечення чистоти пально–мастильних матерiалiв

Цивiльна авiацiя – значний споживач ПММ на нафтовiй основi. Довговiчнiсть роботи агрегатiв i надiйнiсть роботи систем багато в чому залежать вiд наявностi забруднень рiдин. Безвiдмовнiсть робо­ти тiєї або iншої системи (паливної, масляної й гiдравлiчної) iс­тотно впливає на безпеку польотiв.

Проблема очищення палива, мастильних матерiалiв i робочих рiдин гiдравлiчних систем пов'язана із забезпеченням надiйностi i довговiчностi гiдравлiчної апаратури. Особливо вона актуальна для космiчної, ракетної та авiацiйної технiки.

Для одержання чистих авiацiйних ПММ застосовують найрiзнома­нiтнiші фiльтрувальнi матерiали, фiльтри i фiльтрувальнi системи. Цi рiдини пiддають очищенню як на землi, при пiдготовцi їх до заправ­ки, так i на борту ПС в процесi роботи тiєї або iн­шої системи.

Джерела забруднень

При експлуатацiї, зберіганні i перевезеннях нафтопро­дуктiв їхнє забруднення йде невпинно. Основним джерелом забруднення є пил, що надходить у рiдину через систему дренажу при малому i великому по­диху резервуарів через заливнi горловини при вiдкритiй заправцi бакiв [8,13]. Резервуари для зберігання нафтопродуктiв зазвичай заповнюють не повнiстю. Повiтряна порожнина резервуара пов'язана з атмосферою або через дренажний трубопровiд, або через дихальний клапан. Знаходячись пiд дiєю навколишнього середовища, температура рiдини i газо–повiтряної порожнини резервуара невпинно змiнюєть­ся. Вимiри показали, що протягом доби температура повiтря в газо­повiтрянiй порожнинi резервуара може вiдрiзнятися вiд температури зовнiшнього повiтря на 30–40 ^оС. Закон Гей–Люссака описує залеж­нiсть об'єму повiтря вiд його температури (при постiйному тиску). Вiдповiдно до цього закону змiна температури на один градус змiнює обсяг повiтря при постiйному тиску на 1/273 частини того обсягу, що вiн мав при температурi 0 ^оС).

Закон Шарля встановлює залежнiсть тиску повiтря вiд його тем­ператури при постiйному об'ємi, при якому тиск повiтря зi змiною температури на 1 ^оС i зберiганнi постiйного об’єму змiнює-ться на 1/273 частину тиску.

Відповідно до цих законiв при змiнi температури повiтря, що знаходиться усерединi резервуара, вiдбувається малий подих резер­вуара. При змiнi температури в резервуарi змiнюється й об’єм рiд­кої фази. Тому протягом доби резервуар робить "вдихи" i "види­хи", тобто атмосферне повiтря надходить у резервуар, коли темпера­тура в ньому нижче температури зовнiшнього повiтря, i навпаки – час­тина повiтря з резервуара виходить в атмосферу при пiдвищеннi тис­ку всерединi резервуара. Великi "подихи" вiдбуваються при спо­рожненнi i наповненнi резервуара.

При "подиху" резервуара i великiй забрудненостi повiтря маса пилу, що надходить у значнi резервуари, може досягати десяткiв кiлограмiв. Пил в атмосферi являє собою типову дисперсну систему з розмiром частинок до 100 мкм.

При нагрiваннi в паливі, а також мастилi протiкають хiмiчнi процеси окислювання i розкладення. Вони наводять до утворення твердих i мазеподiбних вiдкладень, пiдвищення в’язкостi рiдини, змiни фракцiйного складу, пiдсилення корозiйної активностi.

На утворення осадкiв впливає й концентрацiя кисню як у газово­му середовищi над паливом i мастилом, так i розчиненого в рiдинi. При вилученнi кисню робота в iнертному газовому середовищi, нап­риклад, азотi, осадкоутворення практично не спостерiгається.

При тривалому зберіганні в умовах позитивних температур у нафтопро­дуктах можуть розвиватися колонiї мiкроорганiзмiв, во-доростiв i грибкiв. В основному їх спостерiгають на межi паливо–вода, мас­ло–вода, у вiдстiйнiй зонi. Забруднення бiологiчного характеру яв­ляють собою желеподібну масу, що може мiцно утримуватися на по­верхнi трубопроводiв, фiльтрiв, агрегатiв. Од-ноклiтиннi органiзми при сприятливих умовах розмножуються. Ро-змiр окремих бактерiй, грибкiв, спор зазвичай становить 1–2 мкм, проте їхня довжина може досягати 10 мкм. Замiчені випадки збiльшення розмiру частинок забруднень у герме­тично замкнених посудинах. Подібне явище пояснюється таким чином. Рiдини на нафтовiй основi є гарними дiелектриками, тому заряди на дрiбних частинках можуть зберiгатися досить довго. При зiткненнi частинки з протилежними зарядами злипаються i створюють частинки вели­кого розмiру. Зростання частинок не спостерiгається в рiдинi, що мiстить антикорозiйний iнгiбiтор. Він являє собою диспергант, який утримує дрiбнi частинки на вiдстанi один вiд одного i, можливо, дозволяє їм звiльнятися вiд своїх статичних зарядiв. Активне збільшення дрiбнодисперсних частинок спосте-рiгається в пальному, яке мiстить емульсiйну воду.

Джерелом забруднення пального i мастил у деяких випадках мо­жуть бути самi фiльтри, призначенi для очистки рiдини. В процесi роботи фiльтроелементи частково руйнуються, а їхнi компоненти вими­ваються потоком рiдини. Такого типу забруднення спостерiгаються в усiх фiльтрах iз волокнистими наповнювачами, виготовленими з папе­ру, вовни, поветь, целюлози, скловолокна тощо. У волокнистих наповнювачах, що можуть змiнювати шпаристiсть при збiльшеннi пере­паду тиску, гiдроударах i пульсацiях тиску, частинки забруднень, ут­риманi фiльтром, повiльно проходять через фiльтроелемент i знову влучають у робочу рiдину.

Таким чином, основним джерелом у мастилі i пальному є волога, пил, що надходять iз повiтря, тому важливо створити надiйну iзоляцiю нафтопродуктiв вiд контакту з атмосфе­рою, забезпечувати герметичнiсть ємностей, використовуваних пiд час перевезення i сховi ПММ, щоб виключити попадання дощової i грунтової води. Особливо уважно потрiбно ставитися до герметизацiї місткостей пiд час перевезення танкерами i нафтоналивними баржами. Морська вода, що влучає в нафтопродукти, особливо небезпечна. Вона зумовлює iнтенсивну корозiю місткостей i агрегатiв устаткування.

Для поменшення надходження повiтря при малому "подиху" резер­вуарiв необхiдно їх заповнювати якомога повнiше. Добре зарекомен­дувало себе зберігання пального пiд пiдвищеним тиском. Навiть у дуже жар­кий день при правильному регулюваннi дихального клапана (перепад тиску мiж атмосферним тиском i тиском усерединi резервуара 0,05 мПа) у повністю заповненого резервуара "подих" вiдсутнiй. Резервуа­ри для зберігання пального й мастила доцільно виконувати з плаваючими пон­тонами i плаваючими дахами, в яких контакт пального, що зберiгається в резервуарi, iз повiтрям практично вiдсутнiй.