DE1028383B - Treibstoffgemisch fuer Flugzeugturbinenmotore - Google Patents

Description

• Treibstoffgemisch für Flugzeugturbinenmotore Die Erfindung bezieht sich auf ein Treibstoffgemisch für Flugzeugturbinenmotore.
• Zur Verwendung in Flugzeugturbinenmotoren geeignete Treibstoffgemische, wie Leuchtpetroleum, enthalten bis zu 0,01 Gewichtsprozent Wasser bei Normaltemperatur. Bei relativ tiefen Temperaturen können durch Ausfrieren dieses Wassers die Filter verstopft werden, mit denen solche Motoren üblicherweise ausgerüstet sind. Gegenstand der Erfindung ist ein Treibstoffgemisch für Flugzeugturbinenmotore, das diese Nachteile nicht aufweist.
• Gegenstand eines älteren Vorschlages ist der Zusatz von verschiedenen Glykolen, einschließlich von Hexylenglykol, zu Motorenbenzinen, um ein Vereisen des Vergasers zu verhindern. Die vorliegende Erfindung betrifft im Gegensatz hierzu Treibmittel zum Betrieb von Flugzeugturbinen, die keinen Vergaser aufweisen. Die erfindungsgemäßen Flugzeugturbinentreibmittel sind für die Verwendung in Vergasermotoren unbrauchbar, da sie eine Basis mit geringer Flüchtigkeit enthalten, während Motorenbenzine eine hohe Flüchtigkeit aufweisen müssen.
• Gemäß der Erfindung enthält ein für Flugzeugturbinenmotore geeignetes Treibstoffgemisch eines Reiddampfdruckes nicht über 1,4 kg und mit einem Anfangssiedepunkt nicht unter 50°C von 0,1 bis 1 Volumprozent eines aliphatischen zweiwertigen Alkohols mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen im Molekül.
• Als zweiwertige Alkohole sind insbesondere Hexylenglykole geeignet, vorzugsweise Hexylenglykol mit einer Raumformel Das erfindungsgemäße Zusatzmittel ist für alle gegenwärtig angewendeten Flugzeugturbinentreibstoffe geeignet. In Tabelle 1 sind die Eigenschaften von bestimmten Treibstoffen angeführt.

  Tabelle 1

  Art des Flugzeugturbinen- Breiter Leuchtpetroleum

  Flugzeugturbinentreibstoffs leuchtpetroleum Benzinschnitt mit hohem Flammpunkt

  Spezifisches Gewicht 15/15°C........ nicht begrenzt 0,751 bis 0,802 0,780 bis 0,850

  Destillationsversuch (Anfangssiede-

  punkt nicht unter 50°C)

  Übergang bei

  143°C, % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 20 minimal -

  188°C, %.... ................. - 50 minimal -

  210 ° C, °% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - - 10 minimal

  243°C, % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 90 minimal -

  gewonnen bei 200°C, '/o .. . . . . . . . . 20 minimal - -

  Endsiedepunkt, ° C . . . . . . . . . . . . . . . 300 maximal - 287,8 maximal

  Rückstand, 0/ ................... 2 maximal 1,5 maximal 1,5 maximal

  Verlust, "/o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,5 maximal 1,5 maximal 1,5 maximal

  Gesamtschwefel, Gewichtsprozent .... 0,2 maximal 0,4 maximal 0,4 maximal

  Art des Flugzeugturbinen- Breiter Leuchtpetroleum

  Flugzeugturbinentreibstoffs Leuchtpetroleum Benzinschnitt mit hohem Flammpunkt

  Merkaptanschwefel, Gewichtsprozent . - 0,005 maximal 0,005 maximal

  Reiddampfdruck, kg ............... 0,9 bis 1,4 -

  Aromatengehalt, Volumprozent ...... 20 maximal 25 maximal 25 maximal

  Bromzahl ......................... - 5 maximal 3 maximal

  Gungehalt, mg/100 ccm . . . . . . . . . . . . . 6 maximal 7 maximal 7 maximal

  Verharzung beschleunigt, mg/100 ccm - 14 maximal 14 maximal

  Flammpunkt, ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 minimal - 60 minimal

  Gefrierpunkt, °C .. . . . . . . . . . . . . . . . . . -40 maximal -60 maximal -40 maximal

  Viskosität bei -17°C in cSt . . . . . . . . 6 maximal - -

  Viskosität bei -35°C in cSt . . . . . . . . - - 16,5 maximal

  Heizwert, kcal, kg . . . . . . . . . . . . . . . . . 10,174 minimal 10,230 minimal 10,174 minimal

  Rauchflüchtigkeitsindex *) . . . . . . . . . . . - 54 minimal -

  *) Der Rauchflüchtigkeitsindex berechnet sich aus der Gleichung Hauchflüchtigkeitsindex = Rauchpunkt -f- (0,42 X unter 204,44°C siedende Volumprozent). Bestimmung des Rauchpunktes nach »Institute of Petroleum«, Test I. P. 69/55. In den Beispielen wird die Wirksamkeit der aliphatischen zweiwertigen Alkohole gemäß der Erfindung erläutert. Beispiel 1 Es wurde in einer Laborprüfanlage durchgeführt, in der ein Treibstoffansatz durch eine Treibstoffilterfläche proportional der Umlaufgeschwindigkeit umlaufen gelassen wurde. Die Wirksamkeit eines besonderen Zusatzmittels kann auf zwei verschiedene Weisen bestimmt werden.
• Verfahren 1. Der Treibstoff wird mit einer bestimmten Geschwindigkeit bis auf eine Temperatur gekühlt, bei der eine vollständige Blockierung des Filters erfolgt. Je wirksamer das Zusatzmittel, desto tiefer ist die Temperatur, bei der eine solche Blockierung eintritt. Die bei Anwendung dieses Verfahrens unter Verwendung wechselnder Mengen von Hexylenglykol in einem Flugzeugturbinenleuchtpetroleum erhaltenen Werte sind in Tabelle 2 angeführt:

  Tabelle 2

  Anteil Hexylenglykol Filtertemperatur,

  in Flugzeugturbinen- bei der das Filter

  Leuchtpetroleum vollständig verstopft wird

  in Volumprozent

  0 - 15°C

  0,05 - 23°C

  0,1 - 27"C

  0,15 - 32°C

  0,2 - 420C

  Bemerkung: Bei diesen Versuchen enthielt der eigentliche Treibstoff 0,003 Volumprozent Wasser gelöst.
• Verfahren 2. Der Treibstoff wird bei einer bestimmten Temperatur, die natürlich höher sein muß als die Temperatur, bei der eine vollständige Blockierung des Filters erfolgt, gehalten und bei dieser Temperatur umlaufen gelassen, bis ein besonderes Nachlassen der Umlaufgeschwindigkeit festgestellt werden kann. Die in Tabelle 3 angeführten Werte zeigen die Wirkung von Hexylenglykol auf die erreichbare Umlaufzeit, ehe ein Nachlassen der Umlaufgeschwindigkeit um 20 und 50 °/o eintritt.

  Tabelle 3

  Anteil des Laufzeit bei konstanter Temperatur

  y Filter-

  Hex .i- temperatur, Stunden bis I Stunden bis I

  glykol- bei der eine zum lach- zum Fach- j konstante

  zusatzes vollständige lassen der lassen der Filter-

  Volumin- Verstopfung Fließ- Fließ- tempe-

  eintritt geschwindig- geschwindig ratur

  prozent keit um 20 °/o@ keit um 50 °/0l

  0 -15°C 1,25 1,75 -10°C

  0,1 -270C 3,5 4,25 -150C

  0,25 -42°C 4,75 ` 5,0 `-250C

  Bemerkung: Der eigentliche Treibstoff enthielt wieder 0,003 Volumprozent Wasser gelöst. Die in den nachfolgenden Beispielen beschriebenen Versuche wurden in der in der Zeichnung schematisch dargestellten Versuchsanlage durchgeführt.
• Der Versuchstreibstoff war in einem Lagerbehälter A enthalten, der in üblicher Weise mit einem geeigneten Deckel verschlossen und von in einem größeren Behälter C enthaltenen Flugzeugbenzin umgeben war. Der Versuchstreibstoff wurde durch Zugabe eines Kältemittels zu dem Flugzeugbenzin im Behälter C gekühlt. Der gekühlte Treibstoff wurde über eine Zusatzflugzeugpumpe B und ein Ventil V1 in die eigentliche Anlage übergeführt, in der in Reihe ein Strömungsmesser D (wie im Flugzeugtreibstoffsystem), ein Treibstofferhitzer C, der zu dem System Motor-Treibstoff gehört, jedoch nicht im Gebrauch war, ein Filter F mit einer wirksamen Filterfläche von 322,5 cm2, eine Pumpe P, ein Ventil 172 zur Regelung der Treibstofffließgeschwindigkeit durch die Anlage, ein Rotameter R und ein Behälter T zum Sammeln des Treibstoffes vorlagen. Drei Drucknießgeräte Gl, G2 und G3 maßen den Reihendruck, der üblicherweise 0,7 kg/cm2 am Filter betrug. Die Treibstoffleitung in und aus dem Filter war mit einem Differentialquecksilbermanometer M verbunden. Während eines Testversuchs wurde in Abständen von 2 Minuten die Quecksilberhöhe abgelesen, so daß die Zeit vom Versuchsbeginn bis zum Einsetzen der Vereisung genau bestimmt werden kann. Wenn der Treibstoff frei durch das Filter hindurchtritt, beträgt der Druckabfall etwa 50 mm Quecksilber. Zum Messen der Temperatur des Treibstoffes im Behälter und an verschiedenen Punkten der Anlage wurden geeignete Thermoelemente und ein Pyrometer verwendet. Die Temperatur am Filter selbst wurde durch ein kleines, in Flugzeugen übliches Pyrometer gemessen. Beispiel 2 22501 Flugzeugleuchtpetroleum wurden in einen kleinen Behälter gepumpt und 454 ccm Wasser (0,02 Volumprozent) über die Oberfläche des Treibstoffes unter Verwendung eines mit komprimierter Luft betriebenen Atomiseurs gesprüht. 11,251 Hexylenglykol (0,5 Volumprozent) wurden dann in den Behälter eingegossen und durch Umlaufen des Leuchtpetroleums von unten nach oben in dem Behälter mit einer Geschwindigkeit von etwa 13,51 je Sekunde mit Hilfe einer Pumpe etwa 1 Stunde gemischt. 6751 des Gemisches wurden dann in den Lagerbehälter A der Anlage übergeführt.
• Das Gemisch im Behälter A wurde in etwa 45 Minuten auf - 10°C gekühlt und dann durch die Anlage und den Filter 10 Minuten mit einer Geschwindigkeit von 6751/Stunde (entsprechend den schlechtesten möglichen Bedingungen beim Betrieb, z. B. Geschwindigkeit des Brennstoffverbrauchs beim Entnehmen) hindurchgeführt. Danach wurde der Treibstoffzufluß gestoppt. Das Leuchtpetroleum wurde um 5'C gekühlt und der Versuch weitere 10 Minuten durchgeführt. Dieses Verfahren wurde bei Filtertemperaturen von 0 bis - 5,-10, -15 und -25°C fortgesetzt. Beim letztenmal wurde der Versuch 15 Minuten durchgeführt und innerhalb dieses Zeitraumes die Treibstofftemperatur auf dem Filter langsam auf - 30°C gekühlt, während die Endtemperatur des Gemisches im Behälter A - 37°C erreichte. Es trat keine Filterverstopfung ein. Die erhaltenen Werte sind in Tabelle 4 zusammengestellt.

  Tabelle 4
  Versuchs- Druck- Filter-
  Zeit dauen abfall, tempera- Bemerkungen
  Minuten mm Hg tun, ° C
  2.57 0 53,3 +5
  p. m. 2 50,6 0
  4 50,6 - 1,5
  6 50,6 - 2
  8 50,6 -4,5
  10 50,6 - 3 Treibstoffzufuhr be-
  endet und Treib-
  stoffbehälter ge-
  kühlt.
  3.17 0 40,5 - 2 Treibstoffzufuhr
  2 43,0 - 7 fortgesetzt
  4 43,0 - 9
  6 43,0 -10
  8 43,0 - 11
  3.27 10 43,0 - 11 Zufuhr beendet und
  Treibstoffbehälter
  gekühlt.
  3.33 0 41,7 - 8
  2 43,0 - 13
  4 41,7 -14
  6 41,7 -16
  8 43,0 -17
  3.43 10 43,0 -19 Zufuhr beendet und
  Treibstoffbehälter
  gekühlt.
  3.47 0 41,7 -16
  2 43,0 -22
  4 45,5 -24
  6 45,5 -25 Fließgeschwindigkeit
  8 48,0 -26,5 kontrolliert und
  10 46,8 -27 geregelt.
  12 48,0 -28
  14 , 49,3 -29
  4.03 15 50,6 -30 Versuch beendet,
  Treibstoff entleert.

  Beispiel 3 Weitere 4501 des gemäß Beispie12 hergestellten Gemisches wurden in den auf eine Anfangstemperatur von etwa - 20°C gekühlten Lagerbehälter A der Anlage übergeführt und dann durch das Filter mit einer Geschwindigkeit von etwa 6751 je Stunde hindurchgeleitet. Im Verlauf des Versuchs fiel die Treibstofftemperatur durch die kühlende Wirkung des Flugzeugbenzins von - 80°C in dem äußeren Behälter C, und nach 34 Minuten hatte das Filter eine Temperatur von - 30,5°C erreicht. Während dieses Versuchs erfolgte keine Filterverstopfung, der 25 Minuten nach Unterbrechung des im Beispiel 1 beschriebenen Versuchs begonnen wurde und ohne daß zu Beginn Eis entfernt werden mußte, das sich während des ersten Versuchs etwa auf dem Filter gebildet hatte. Die beim zweiten Versuch erhaltenen Werte sind in Tabelle 5 zusammengefaßt.

  Tabelle 5
  Versuchs- Druck- Filter-
  Zeit dauen abfall peratur Bemerkungen
  Minuten mm Hg ° C
  4.28 0 40,5 -12
  2 41,7 -17
  4 41,7 - 17,5 Fließgeschwindigkeit
  6 40,5 -19 ermittelt und ein-
  8 40,5 -19,5 gestellt.
  10 40,5 -20
  12 40,5 -21
  14 40,5 -21,5
  16 40,5 -22
  18 40,5 -23
  20 41,7 -24
  22 43,0 -25
  24 43,0 -26
  26 44,3 -27
  28 45,5 -28
  30 46,8 -29
  32 48,0 -29,5
  5.02 34 49,.3 -30,5

  Die Ergebnisse dieser beiden Versuche zeigen überzeugend, daß Hexylenglykol zur Verhinderung von Vereisungen der Filter wirksam ist. Unter den gleichen Versuchsbedingungen würde Leuchtpetroleum ohne diesen Zusatz bei etwa - 2'C vereisen oder bei Kühlen auf - 10°C eine Vereisungszeit der Anlage von etwa 2 Minuten ergeben. Beispiel 4 22501 Flugzeugleuchtpetroleum wurden in einen Lagerbehälter übergeführt und 11,251 Hexylenglykol zugegeben, indem man diese durch eine Öffnung im oberen Teil des Behälters eingoß. Um das Mischen zu erleichtern, wurde Hexylenglykol zugesetzt, während das Leuchtpetroleum eingepumpt wurde, und nach Einführung der abgemessenen Leuchtpetroleummenge in den Behälter wurde durch Umlauf von unten nach oben mit Hilfe einer außen befindlichen Pumpe gemischt. Dieser Umlauf wurde mindestens 1 Stunde durchgeführt. Schließlich wurden 4,51 freies Wasser in den Behälter eingegossen. Die erforderliche Treibstoffmenge wurde abgemessen eingeführt, wobei die Menge an einem Tauchlot abgelesen wurde. In dieser Weise war es möglich, genau 22501 (IL 2,21) in den Behälter einzuführen, und die Menge des derart zugesetzten Hexylenglykols ergab daher eine Additivkonzentration von 0,5 Volumprozent. Nachdem man 1 Woche über freiem Wasser stehen gelassen hatte, wurde folgender Versuch durchgeführt: 6751 des Gemisches wurden in den Lagerbehälter A der Anlage eingeführt und gleichzeitig ein abgemessenes Volumen Wasser entsprechend 0,01 Volumprozent des Gesamtinhalts des Behälters in den eintretenden Leuchtpetroleumstrom eingespritzt. Das Wasser wurde durch einen mit komprimierter Luft betriebenen Atomiseur zu einem sehr feinen Strahl versprüht. Der Treibstoff wurde dann gekühlt und, nachdem die Temperatur des Leuchtpetroleums in dem Anlagebehälter - 20°C erreicht hatte, mit dem Hindurchleiten des Treibstoffs durch das Filter begonnen. Der Versuch wurde 54 Minuten durchgeführt, bis der Behälter im wesentlichen gefüllt war, und während dieser Zeit konnte kein Anzeichen einer etwa beginnenden Filterverstopfung festgestellt werden. Gegen Ende des Versuchs betrug die Treibstofftemperatur auf dem Filter - 36°C. Die bei dem Versuch erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 6 zusammengefaBt.

  Tabelle 6
  Versuchs- Temperaturen, ° C Drücke, kg/cma
  dauer Treibstoff Filter- Filter- Bemerkungen
  Behälter
  Filter einlaB auslaB
  Minuten
  0 -21 -E-1 0,84 0,80 Versuchsbeginn
  1 - 11 0,83 0,79
  3 -25 -17 0,83 0,77 Probe (B1) stromauf-
  -19 0,83 0,78 wärts vom Filter ent-
  nommen. Wasser-
  gehalt 0,012 Gewichts-
  prozent.
  8 - 27 -20 0,83 0,776 Probe (B2) entnommen
  beim Austrittsrohr
  der Anlage. Wasser-
  gehalt 0,011 Gewichts-
  prozent.
  10 - 21 0,83 0,77
  12 - 28 -22 0,83 0,77
  16 -29,5 -23 0,82 0,77
  18 -29,5 - 23 0,98 0,935 Druckänderung durch
  den Anstieg der Pum-
  penleistung
  20 - 23 1,05 1,008
  26 -31,5 - 24 1,15 1,125
  28 -24,5 1,15 1,118
  30 - 33 -25,5 1,17 1,132
  32 -34 -26 1,17 1,132
  34 -35,5 -27,5 1,17 1,132
  36 - 36 -29 1,16 1,110
  38 - 30 1,19 1,132
  40 - 38 -30,5 1,19 1,132
  42 - 39 - 31 1,19 1,132
  45 -40 - 32 1,19 1,132
  48 -41 - 34 1,19 1,132
  50 -34,5 1,18 1,118
  52 -43 - 35 1,19 1,118
  54 - 36 1,19 1,118 Brennstoffbehälter ge-
  füllt. Versuch unter-
  brochen. Kein An-
  zeichen einer Filter-
  verstopfung.

  Beispiel 5 Der Lagerbehälter A der Anlage wurde wiederum mit 6751 des Treibstoffgemisches gefüllt und unter Anwendung der im Beispiel 4 beschriebenen Verfahrenstechnik ein abgemessenes Volumen Wasser (0,02 Volumprozent von 6751) in den eintretenden Leuchtpetroleumstrom eingespritzt.
• Der Versuch wurde bei einer Temperatur des Lager-Behälters von - 18,5°C begonnen und fortgesetzt, bis die Höhe derart gefallen war, daB in der Zusatzpumpe ein luftleerer Raum entstand. Der Versuch dauerte 42 Minuten und in dieser Zeit erreichte die Treibstofftemperatur auf dem Filter - 29°C, es trat jedoch keine Filterverstopfung ein und das Druckdifferential über dem Filter zeigte auch keine beginnende Vereisung an. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengefaBt.

  Tabelle 7

  Versuchs- Temperaturen, ° C Drücke, kglcm2

  zeit

  Treibstoff- Filter- Filter- Bemerkungen

  behälter Filter einlaß auslaß

  Minuten

  0 -18,5 - 5 1,278 1,213 Versuchsbeginn.

  2 -14 1,278 1,220

  4 -15 1,271 1,213 Probe (C1) aufwärts

  vom Filter entnom-

  men. Wassergebalt

  0,027 Volumprozent.

  6 - 15 1,264 1,205 Probe (C2) entnommen

  an der Ausgangslei-

  tung. Wassergehalt

  0,027 Volumprozent.

  10 -23 - 17 1,257 1,205

  14 -24,5 . - 18 1,242 1,198

  18 -26 -20 1,242 1,198

  22 -28,5 -22 1,242 1,198

  26 -29,5 -23 1,242 1,19

  28 - 31 - 23 1,242 1,18

  30 -32 - 25 1,227 1,169

  32 - 33 - 26 1,227 1,169

  34 -26 1,227 1,169

  36 -26 1,227 1,169

  38 -28 1,213 1,14

  42 - 39 -29 1,213 1,110 Treibstoffbehälter ge-

  füllt. Versuch unter-

  brochen. Kein An-

  zeichen einer Filter-

  ' Verstopfung.

  I

  Die in den Beispielen 4 und 5 erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß Leuchtpetroleum mit einem Gehalt von 0,5 Volumprozent Hexylenglykol bei eine Woche langer Lagerung über freiem Wasser gegen Vereisung bei Temperaturen bis zu - 35°C in Gegenwart von 0,010/, und bei Temperaturen bis zu mindestens - 25°C in Gegenwart von 0,02 °/o zugesetztem Wasser geschützt ist.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Treibstoffgemisch für Flugzeugturbinenmotore, bestehend aus einem Flugzeugturbinentreibstoff eines Reiddampfdrucks nicht über 1,4 kg mit einem Gehalt von 0,1 bis 1 Volumprozent eines aliphatischen zweiwertigen Alkohols mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen im Molekül.
2. 2. Treibstoffgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als zweiwertigen Alkohol Hexylenglykol, vorzugsweise Hexylenglykol einer Raumformel enthält.
3. 3. Treibstoffgemisch nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Treibstoff Leuchtpetroleum oder einen breiten Benzinschnitt enthält. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 701459. In Betracht gezogene ältere Rechte: Deutsches Patent Nr. 950 339.