航空汽油蒸發(fā)性指標(biāo)及測試方法

譚燕(中國民航飛行學(xué)院，四川 德陽 618300)

0 引言

航空汽油的蒸發(fā)性對其安全和使用性能有著極為重要的影響，決定其形成潛在爆炸性趨勢的主要因素。

1 航空汽油的蒸發(fā)性

蒸發(fā)性是指液態(tài)燃料由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的性能，它與沸點的區(qū)別在于它是在低于沸點的條件下，在液體表面進(jìn)行的氣化，包括三個過程：

(1)氣化過程—液體分子從液面溢出成為蒸汽分子；

(2)擴(kuò)散過程—溢出的蒸汽分子在氣相介質(zhì)中分散開來；

(3)凝結(jié)過程—部分溢出的蒸汽分子經(jīng)碰撞后重新杯液面吸收。

燃料蒸發(fā)性大小主要取決于溢出分子與吸回液面分子數(shù)差的大小，是液體燃料最重要的性質(zhì)之一，對燃料的運(yùn)輸、儲存和發(fā)動機(jī)中的使用都有密切的關(guān)系。航空汽油的蒸發(fā)性大小主要取決于溢出分子數(shù)與吸回液面分子數(shù)差的大小。在發(fā)動機(jī)工作時，如果航空汽油的蒸發(fā)性好，在汽化器內(nèi)就易汽化形成良好的可燃?xì)?，保證發(fā)動機(jī)在低溫的情況下容易起動，加速和正常運(yùn)轉(zhuǎn)。反之，如果航空汽油的蒸發(fā)性不好，航空汽油汽化不完全，難以形成足夠濃度的混合氣，不但發(fā)動機(jī)不易起動，還會使發(fā)動機(jī)工作不穩(wěn)定，燃燒不完全，增大燃料的消耗。因此，航空發(fā)動機(jī)要求使用的航空汽油有適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)性，以保證發(fā)動機(jī)既易于起動，又不產(chǎn)生氣阻，加速性能好，燃燒完全。

2 航空汽油蒸發(fā)性的主要指標(biāo)

國際ASTM D910《航空汽油標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 1787《國內(nèi)航空汽油標(biāo)準(zhǔn)》，均將餾程及飽和蒸汽壓作為航空汽油蒸發(fā)性技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行要求。

2.1 餾程

在常壓下測得的餾出量與溫度之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)稱為餾程。餾程可以用指定餾出量時的餾出溫度表示，也可以用指定溫度下的餾出量表示。餾程是航空汽油蒸發(fā)性的主要指標(biāo)，它既可以知道油品的沸點范圍，也可以判斷油品組成中輕組分和重組分的大體含量，同時從餾程中各餾出溫度點可以判斷出發(fā)動機(jī)在各種狀態(tài)下工作的好壞，并能夠衡量航空燃料蒸發(fā)性的好壞。在ASTM D910《航空汽油標(biāo)準(zhǔn)》及GB 1787，均以指定餾出量時的餾出溫度來表示。

2.1.1 航空汽油餾程的測定

航空汽油餾程的測定方法是將100 mL試樣在其相應(yīng)組別規(guī)定的條件下，在環(huán)境大氣壓和設(shè)計約為一個理論分餾塔板的情況下，用蒸餾儀器按規(guī)定速度加熱，使之沸騰，蒸汽經(jīng)冷凝后收集于量筒中，根據(jù)試驗結(jié)果的要求，系統(tǒng)地觀測并記錄溫度讀數(shù)和冷凝物體積、蒸餾殘留物和損失體積，觀測的溫度讀數(shù)需進(jìn)行大氣壓修正，試驗結(jié)果以蒸發(fā)百分?jǐn)?shù)對應(yīng)的蒸發(fā)溫度表示。

2.1.2 航空汽油餾出溫度對飛機(jī)發(fā)動機(jī)的影響

初餾點是航空汽油從冷凝管滴入量筒的第一滴流出液，是航空汽油的最低餾出溫度，它表示燃料中含有的最輕餾分的沸點，也表示是否含有飛機(jī)發(fā)動機(jī)起動時所需要的輕質(zhì)餾分，航空汽油的初餾點大約在30～45 ℃之間。

10%餾出溫度表示航空汽油輕質(zhì)餾分的多少，它對發(fā)動機(jī)在低溫下冷起動的難易程度和夏季是否發(fā)生氣阻有直接影響。10%餾出溫度越低，航空汽油中所含的輕質(zhì)餾分越多，蒸發(fā)性越好，發(fā)動機(jī)的起動性能越好，起動所需要的時間越短，起動耗油量越少；10%餾出溫度如果過低，發(fā)動機(jī)在夏季或大氣壓較低的地區(qū)工作時，就容易產(chǎn)生氣阻，使發(fā)動機(jī)功率降低甚至導(dǎo)致供油中斷而停機(jī)，所以航空汽油要求要有適當(dāng)?shù)?0%餾出溫度。

50%餾出溫度表示航空汽油的平均蒸發(fā)性，它對發(fā)動機(jī)的加速性、工作穩(wěn)定性有很大的影響。飛機(jī)發(fā)動機(jī)在冷起動后，必須怠速運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間，待油溫、水溫達(dá)到要求后，才能正常工作。如果汽油的50%餾出溫度低，則它的平均蒸發(fā)性好，在常溫下短時間內(nèi)蒸發(fā)的汽油就較多，從而使混合氣中的油氣較多，燃燒后放出的熱量較大，發(fā)動機(jī)的暖機(jī)時間就可以縮短，減少油料損耗。50%餾出溫度高低與飛機(jī)發(fā)動機(jī)的加速性也有密切關(guān)系，飛機(jī)發(fā)動機(jī)在加速時需要快開節(jié)氣門，使進(jìn)入氣缸的混合氣濃度迅速增加，以滿足發(fā)動機(jī)工作的需要。如果50%餾出溫度高，平均蒸發(fā)性差，則當(dāng)節(jié)氣門突然開大時，混合氣體濃度不夠，不能滿足發(fā)動機(jī)工作的要求，甚至出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。因此，50%餾出溫度不能過高。

90%餾出溫度和終餾點表示航空汽油中重質(zhì)餾分含量的多少，它們與燃料能否完全燃燒和發(fā)動機(jī)氣缸的磨損有密切關(guān)系。90%和終餾點餾出溫度越高，則表示航空汽油中的重質(zhì)餾分含量越多，在燃燒室中處于為蒸發(fā)狀態(tài)的油量也越多。這些未蒸發(fā)的航空汽油，在沿汽缸壁下流的過程中，將沖洗氣缸壁上的潤滑油膜，并稀釋油底殼中的滑油，從而導(dǎo)致氣缸、活塞環(huán)及其他機(jī)件的磨損加劇。其次，由于混合氣中有許多未蒸發(fā)的油滴，將使燃燒狀況變差，導(dǎo)致尾氣冒黑煙，發(fā)動機(jī)工作不穩(wěn)定，功率下降并且油耗上升等不良后果，因此航空汽油的90%和終餾點作了嚴(yán)格控制。

殘留量表示航空汽油中最不容易蒸發(fā)的重質(zhì)成分和存儲過程中生成的氧化膠狀物的含量。這些物質(zhì)含量過高會使燃燒室積炭增加，進(jìn)氣閥和燃油噴嘴處結(jié)膠嚴(yán)重，從而影響發(fā)動機(jī)的正常工作。因此，航空汽油殘留量也作了嚴(yán)格控制。

2.1.3 航空汽油餾程對油品儲存運(yùn)輸?shù)挠绊?/p>

航空汽油的蒸發(fā)性越好，則在氣壓低或者氣溫高的情況下，由于輕質(zhì)成分容易轉(zhuǎn)變?yōu)橛驼羝?，產(chǎn)生“氣阻”，會造成裝卸困難，甚至卸不下油；在儲運(yùn)中，餾分越輕，蒸發(fā)損失越大。由于儲運(yùn)條件不同，影響蒸發(fā)損失也不盡一致。實踐證明，儲存溫度高，容器空間的體積或燃料蒸發(fā)面積大，容器不嚴(yán)密，都可以使蒸發(fā)損失增大。因此，根據(jù)其蒸發(fā)性特點，儲運(yùn)中必須采取有效措施，最大限度的減少航空汽油的蒸發(fā)損失。

2.2 飽和蒸汽壓

在密閉容器中的液體，一方面從自由表面蒸發(fā)出蒸汽分子；另一方面，這些分子的一部分由于撞擊其他分子或器壁又重新進(jìn)入液體中，開始時，變成蒸汽的分子數(shù)目大于蒸汽分子凝為液體分子的數(shù)目，容器內(nèi)蒸汽的壓力逐漸上升，當(dāng)溫度保持不變時，容器內(nèi)液體蒸汽壓的上升是有限度的。當(dāng)液體處于相平衡的蒸汽所具有的壓強(qiáng)稱為飽和蒸汽壓。同一物質(zhì)在不同溫度下有不同的飽和蒸汽壓。當(dāng)溫度升高時，液體分子運(yùn)動的速度加大，氣化的分子數(shù)加多，因此飽和蒸汽壓也加大。飽和蒸汽壓是航空汽油的重要物理性質(zhì)，對于航空汽油來說是非常關(guān)鍵的因素，影響其啟動、升溫和高溫或者高緯度操作時的氣阻趨勢，飽和蒸汽壓指標(biāo)高說明航空汽油中輕質(zhì)餾分含量高，其蒸發(fā)性好，使用時發(fā)動機(jī)產(chǎn)生氣阻的可能性就大，儲運(yùn)時輕質(zhì)餾分損失的趨向也就大，但發(fā)動機(jī)起動性能好。

2.2.1 航空汽油飽和蒸汽壓的測定

航空汽油飽和蒸汽壓的測定是將蒸汽壓測定儀的液體室充入按要求冷卻后的試樣，并與在浴中已經(jīng)加熱到37.8 ℃的氣體室相連，將安裝好的測定儀倒置，使樣品由汽油室進(jìn)入空氣室，在與測定器長軸平行的方向劇烈搖動，搖動后浸入37.8 ℃浴中，使水浴液面至少高于空氣室頂部25 mm，蒸汽壓讀數(shù)5 min后，輕叩壓力表讀數(shù)，準(zhǔn)確到0.25 kPa，從恒溫浴中取出測定器，盡快倒轉(zhuǎn)劇烈搖動并重新放回浴中，此后每隔2 min重復(fù)此項操作并讀數(shù)，至少搖動5次，直到連續(xù)兩次壓力恒定并讀數(shù)，此讀數(shù)經(jīng)大氣壓校準(zhǔn)后，準(zhǔn)確到0.25 kPa,即為飽和蒸汽壓。

2.2.2 航空汽油飽和蒸汽壓的意義

在儲存方面，由于飽和蒸汽壓值是在假定的溫度下測得的數(shù)據(jù)，隨著全球不斷地升溫及厄爾米諾現(xiàn)象的影響，出現(xiàn)了氣溫顯著升高和顯著降低的情況，這樣的晝夜溫差加劇了航空汽油的呼吸損耗。根據(jù)本地區(qū)的氣象溫差測定不同溫度下的飽和蒸汽壓，可以采用有效的方法降低油品損耗。另外，航空汽油飽和蒸汽壓越高，越容易形成可燃混合氣，遇火星、火焰、沖擊火花等，就容易造成火災(zāi)甚至爆炸。

在使用過程中，有的地方夏季溫度達(dá)到40 ℃以上，太高的氣溫導(dǎo)致航空汽油飽和蒸汽壓過高，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生氣阻。而有的地方冬季溫度降到-30 ℃以下，太低的溫度使得油品飽和蒸汽壓過低，導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)動機(jī)起動困難。

3 結(jié)語

航空汽油又稱為活塞式發(fā)動機(jī)燃料，是用在點燃式航空活塞發(fā)動機(jī)上的燃料，是航空燃料的重要組成部分，也是航空燃料里輕質(zhì)成分含量最多，最易蒸發(fā)的油品，如果儲存不當(dāng)，蒸發(fā)性極易降低而超出指標(biāo)范圍。航空汽油的蒸發(fā)性直接影響到油品的存儲，運(yùn)輸和發(fā)動機(jī)使用安全，過高或者過低的蒸發(fā)性都會影響到航空汽油的使用。因此，良好的、適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)性是航空汽油必不可少的性能指標(biāo)。