Жидкости, применяемые для охлаждения ДВС

Оглавление.

1. Введение.

2. Требования, предъявляемые к охлаждающим жидкостям.

3. Вода, как охлаждающая жидкость.

4. Этиленгликолевые смеси.

[pic]

1. Часть тепла, выделяющегося при сгорании топлива в двигателе идет на

нагрев камеры сгорания и цилиндров двигателя. При чрезмерном нагреве стенок

камер сгорания теряется мощность двигателя вследствие ухудшения наполнения

цилиндров, ухудшаются условия смазывания, появляется детонация, калильное

зажигание и другие нежелательные явления. Чтобы предотвратить перегрев

деталей двигателя, их охлаждают. В качестве охлаждающих агентов в

двигателях используют воздух или жидкости Наибольшее распространение

получили жидкостные системы охлаждения.

В двигателях с жидкостным охлаждением блок и головка цилиндров

выполнены двойными. Между стенками образуется охлаждающая рубашка, которая

заполняется жидкостью. Охлаждающая жидкость отводит тепло от стенок и

головки цилиндров и отдает тепло воздуху, который нагнетается вентилятором

через радиатор. Таким образом, охлаждающая жидкость непрерывно циркулирует

в замкнутой системе охлаждения, нагреваясь в блоке и головке цилиндров и

охлаждаясь в радиаторе.

2. Для обеспечения нормальной работы всей системы к охлаждающей

жидкости предъявляют ряд требований. Жидкость должна:

•иметь высокие теплоемкость и теплопроводностъ для эффективного отвода

тепла;

•не замерзать и не кипеть при всех рабочих температурах двигателя;

•не воспламеняться;

•не вспениваться;

•не вызывать коррозии металлов и сплавов;

•не разъедать резинотехнические изделия системы охлаждения;

•обладать достаточно низкой стоимостью и производиться в достаточном

количестве;

Для эксплуатации двигателей при положительных температурах воздуха самой

подходящей охлаждающей жидкостью является вода. При отрицательных

температурах во избежание замерзания воды применяют водные смеси с

различными веществами, понижающими температуру застывания. Такие смеси

получили название антифризов.

3. Вода - наиболее распространенная охлаждающая жидкость. Она доступна,

безопасна в пожарном отношении, безвредна для человека и имеет высокую

удельную теплоемкость - 4,19 кДж/кг·°С, превосходящую все другие известные

охлаждающие жидкости. Существенным недостатком является высокая температура

замерзания (вода замерзает при температуре О °С со значительным увеличением

объема, что вызывает разрушение (размораживание) системы охлаждения при

низких температурах.

Вода имеет сравнительно низкую температуру кипения, поэтому в системе

охлаждения современных двигателей поддерживают температуру 80...90 °С. При

эксплуатации двигателей в условиях жаркого климата, особенно в южных

районах страны, температура воды может достигать 95... 100 °С. Во избежание

больших потерь жидкости системы охлаждения двигателей герметизируют. На

пробке радиатора устанавливают клапан, который открывается только при

повышении давления в системе охлаждения. Это позволяет несколько повысить

температуру кипения воды и снизить ее потери от испарения.

Недостатком воды, как охлаждающей жидкости, является также способность

образовывать в системе накипь и шлам. Накипь образуется на горячих стенках

за счет выпадения солей из водного раствора. Под шламом имеют ввиду илистые

отложения минерального или органического происхождения, скапливающиеся в

застойных полостях рубашки охлаждения двигателя и в нижнем бачке радиатора.

Рис. 1 Влияние отложений накипи в системе

охлаждения на расход топлива

Образование накипи в системе

охлаждения связано с выпадением из

водного раствора солей кальция и

магния, которые вместе с частичками

примесей и продуктов коррозии

«прикипают» к поверхностям нагретого

металла.

Слой накипи имеет очень малую теплопроводность, т.е. ухудшает

теплоотвод. Одновременно уменьшается сечение трубок радиатора, что также

ведет к перегреву двигателя и как следствие - к увеличению расхода топлива

(рис.1).

Соли кальция и магния, находящиеся в растворенном состоянии, придают

воде свойства, которые получили название «жесткость».

Чем выше содержание в воде солей магния и кальция, тем больше ее жесткость.

За единицу жесткости принимают миллиграмм-эквивалент солей на 1 л воды.

Если жесткость воды равна 1 мг·экв/л, то это означает, что в 1 л воды

содержится 20,04 мг ионов кальция или 12,16 мг ионов магния. Различают

жесткость временную, постоянную и общую.

Временная жесткость характеризует содержание в воде в основном двух

соединений - бикарбоната кальция Ca(НСО3)2 и бикарбоната магния Мg(НСО3)2.

Эти соли могут находиться в воде в растворенном состоянии только в

присутствии некоторого количества свободной углекислоты. При кипячении воды

свободная углекислота из нее удаляется и соли временной жесткости

распадаются на карбонаты, выпадающие в осадок, и диоксид углерода, уходящий

в атмосферу. Таким образом, при кипячении бикарбонаты удаляются из воды,

поэтому обусловленную их присутствием жесткость называют временной или

устранимой.

Постоянная жесткость определяется присутствием в воде более стойких

солей, таких, как СаSО4, СаСI2, МgSО4, МgСI2, СаSiO3, МgSiO3 и др. Эти

соединения при кипячении не разлагаются и не выпадают в осадок, если их

концентрация не превосходит предела насыщения.

В образовании накипи в системе охлаждения участвуют соли как временной,

так и постоянной жесткости. Но больший вред приносят соли временной

жесткости. Первое же закипание воды в системе охлаждения приводит к

выпадению карбонатов и образованию накипи. При этом происходит снижение

временной жесткости воды.

Соли постоянной жесткости принимают участие в образовании

накипи только после испарения части воды, т.е. когда их концентрация в воде

превышает предел насыщения. При перегреве двигателя вода, соприкасаясь с

сильно нагретыми поверхностями, образует пузырьки пара, а выпадающие соли

оседают на перегретой поверхности. Сумму временной и постоянной жесткостей

называют общей жесткостью. Вода считается мягкой, если она содержит солей

не более 3, средней - 3...6 и жесткой - более 6 мг·экв/л.

По степени пригодности для систем охлаждения двигателей природные воды

можно распределить в следующем порядке: атмосферная (дождевая, снеговая) -

мягкая; речная или озерная - мягкая или средняя; колодезная, ключевая или

морская - жесткая.

Воду средней или высокой жесткости перед использованием в системах

охлаждения рекомендуется «смягчить» или смешивать со специальными добавками

- антинакипинами. Простейшим способом смягчения воды является кипячение,

при котором бикарбонаты разлагаются и карбонаты выпадают из воды в виде

осадка. После фильтрования воду можно использовать для систем охлаждения.

Смягчение воды можно достичь ее химической обработкой. Добавление соды и

извести (гашеной) приводит к выпадению соединений кальция и магния в

осадок. Известково-содовый способ смягчения воды эффективнее кипячения.

Весьма простой и эффективный

способ смягчения воды - фильтрование

через катиониты. Промышленность

выпускает типовые установки для

смягчения воды с помощью катионитовых

фильтров.

Рис. 2 Влияние антинакипина на процесс образования накипи.

Вещества, известные под названием антинакипинов, позволяют предотвратить

образование накипи обработкой воды непосредственно в системе охлаждения

(рис.2). Добавление антинакипинов особо удобно в полевых условиях при

отсутствии мягкой воды. Действие антинакипинов сводится к предотвращению

образования твердых отложений накипи на горячих поверхностях.

Достигается это за счет перевода солей, дающих накипь, в рыхлое состояние

или за счет удержания таких солей в воде в виде перенасыщенных растворов. В

качестве антинакипинов используют различные составы (таблица 1).

Воду, предназначенную для систем охлаждения, необходимо предохранять от

загрязнения нефтепродуктами. Попадание топлив и масел в воду часто

сопровождается интенсивным вспениванием и выбросом охлаждающей жидкости из

системы.

Таблица 1. - Составы для удаления накипи

[pic]

Примечание: * - нельзя использовать для очистки деталей из алюминия и его

сплавов

При температурах окружающего воздуха ниже 0 °С необходимо заливать в

жидкостные системы охлаждения вместо воды низкозамерзающие жидкости -

антифризы. В качестве антифризов можно использовать смеси воды со спиртами,

смеси воды с глицерином, смеси углеводородов и ряд других веществ.

Наибольшее распространение в качестве низкотемпературных охлаждающих

жидкостей получили водные растворы этиленгликоля.

4. Этиленгликолъ - двухатомный спирт, представляет собой прозрачную

бесцветную вязкую жидкость без запаха. Цвет технического этиленгликоля

слегка желтоватый. При небольшой температуре застывания чистого

этиленгликоля, его смеси с водой застывают при более низких температурах.

Меняя соотношение воды и этиленгликоля, можно получить смеси с температурой

застывания от 0 до минус 70°С (рис. 3).

[pic]

Рис. 3 Кривая кристаллизации водно-этиленгликолевой смеси

Основные показатели этилен гликоля следующие:

• плотность при 20 °С, кг/м3 1,113

• коэффициент рефракции 1,4318

• температура плавления, °С 11,5

• температура кипения, °С 197,4

• коэффициент объемного расширения 0,00062

• удельная теплоемкость при 20°С, кДж/(кг · °С)

2,40

• температура вспышки, °С 122

• температура воспламенения, °С 140

Технический этиленгликоль и жидкости, в которых он содержится, являются

весьма токсичными.

Поскольку вода и этиленгликоль имеют разную плотность, а при их

смешении плотность изменяется пропорционально, определить температуру

застывания можно по изменению плотности.

В связи с тем, что этиленгликоль оказывает коррозионное действие на

металлы, в состав антифризов вводят антикоррозионные присадки. Для

предотвращения вспенивания в антифризы добавляют антипенные присадки.

При испарении водных растворов этиленгликоля выделяющиеся пары всегда

содержат значительно больше воды, чем этиленгликоля. В условиях

эксплуатации от испарения теряется практически только вода. При понижении

уровня охлаждающей жидкости (в случае отсутствия подтеканий) доливать

необходимо дистиллированную воду.

Этиленгликолевые жидкости имеют большой коэффициент объемного

расширения. При нагревании до рабочей температуры их объем увеличивается на

6...8 %. При застывании этиленгликолевых антифризов объем образующейся

кашицеобразной массы увеличивается очень незначительно и размораживания

двигателя или радиатора не происходит.

Химическая промышленность выпускает несколько марок антифризов на базе

этиленгликоля (таблица 2). Первые низкозамерзающие охлаждающие жидкости -

антифризы марок 40 и 65. Жидкость марки 40 представляет собой смесь 53 %

этиленгликоля и 47% воды и имеет температуру замерзания не выше минус 40

°С. Жидкость марки 65 содержит 66 % этиленгликоля и 34% воды и имеет

температуру замерзания не выше минус 65 °С.

Таблица 2 - Показатели качества низкозамерзающих охлаждающих жидкостей

[pic]

В качестве антикоррозионных добавок в антифризы вводят ди-натрийфосфат

(технический двузамещённый фосфорнокислый натрий) - 2,5…3,5 г/л и декстрин

(углевод типа крахмал) - 1 г/л. Считают, что динатрийфосфат защищает от

коррозии чугунные, стальные и частично медные детали, а декстрин - припой и

детали из алюминия и меди. Иногда, кроме этих присадок, в антифризы вводят

молибденовокислый натрий, что улучшает их антикоррозионные свойства в

отношении цинковых и хромовых покрытий. Такие антифризы имеют индексы 40М и

60М.

Наибольшее распространение получила низкозамерзающая охлаждающая

жидкость «Тосол». Ее применяют круглогодично как в зимнее, так и в летнее

время. Жидкость готовят на основе этиленгликоля с добавлением

антикоррозионных присадок и антивспенивателя. Выпускают три марки - Тосол

А, Тосол А-40 и Тосол А-65.

Тосол А концентрированный этиленгликоль с присадками. Пользоваться

Тосолом А следует только после разведения его дистиллированной водой. Смесь

Тосола А и воды в соотношении 1:1 имеет температуру начала кристаллизации

минус 35 °С.

[pic]

Список литературы.

1. Стребков С.В., Стрельцов В.В. Применение топлива, смазочных материалов

и технических жидкостей в агропромышленном комплексе. Учебное пособие.

– Белгород: Белгородская ГСХА, 1999. – 404 с.