Оглавление.
1. Введение.
2. Требования, предъявляемые к охлаждающим жидкостям.
3. Вода, как охлаждающая жидкость.
4. Этиленгликолевые смеси.
1. Часть тепла,выделяющегося при сгорании топлива в двигателе идет на нагрев камеры сгорания ицилиндров двигателя. При чрезмерном нагреве стенок камер сгорания теряетсямощность двигателя вследствие ухудшения наполнения цилиндров, ухудшаютсяусловия смазывания, появляется детонация, калильное зажигание и другиенежелательные явления. Чтобы предотвратить перегрев деталей двигателя, ихохлаждают. В качестве охлаждающих агентов в двигателях используют воздух илижидкости Наибольшее распространение получили жидкостные системы охлаждения.
Вдвигателях с жидкостным охлаждением блок и головка цилиндров выполнены двойными.Между стенками образуется охлаждающая рубашка,которая заполняется жидкостью. Охлаждающая жидкостьотводит 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. Дляобеспечения нормальной работы всей системы к охлаждающей жидкости предъявляют ряд требований. Жидкость должна:
•иметь высокие теплоемкость итеплопроводностъ для эффективного отводатепла;
•не замерзать и не кипеть привсех рабочих температурах двигателя;
•не воспламеняться;
•не вспениваться;
•не вызывать коррозии металлов исплавов;
•не разъедать резинотехническиеизделия системы охлаждения;
•обладать достаточно низкой стоимостью и производиться в достаточном количестве;
Дляэксплуатации 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 — наиболеераспространенная 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 низкуютемпературу кипения, поэтому в системе охлаждения современных двигателейподдерживают температуру 80...90 °С. При эксплуатации двигателейв условиях жаркого климата, особенно в южныхрайонах страны, температура воды может достигать 95… 100 °С. Во избежаниебольших потерь жидкости системы охлаждения двигателейгерметизируют. На пробке радиатора устанавливаютклапан, который открывается только при повышении давленияв системе охлаждения. Это позволяет несколько повысить температуру кипения воды и снизить ее потери от испарения.
Недостаткомводы, как охлаждающей жидкости, является также способностьобразовывать 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 взастойных полостях рубашкиохлаждения двигателя и в нижнем бачке радиатора.
Рис. 1 Влияние отложений накипи в системе
охлаждения на расход топлива
Образованиенакипи в системе охлаждения связано с выпадением из водного раствора солей кальция и магния, которые вместе с частичками примесей и продуктов коррозии «прикипают» к поверхностям нагретогометалла.
Слой накипиимеет очень малую теплопроводность, т.е.ухудшает теплоотвод. Одновременноуменьшается сечение трубокрадиатора, что также ведет кперегреву двигателя и как следствие — к увеличению расхода топлива (рис.1).
Соли кальция имагния, находящиеся в растворенномсостоянии, придают воде свойства,которые получилиназвание «жесткость».
Чем выше содержаниев воде солей магния и кальция, тембольше ее жесткость. За единицу жесткости принимают миллиграмм-эквивалент солей на 1 л воды. Еслижесткость 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. Различаютжесткость временную, постоянную иобщую.
Временнаяжесткость характеризует содержание в воде в основном двух соединений — бикарбоната кальция Ca(НСО3)2 и бикарбоната магния Мg(НСО3)2. Эти соли могут находиться вводе в растворенном состояниитолько в присутствии некоторого количества свободной углекислоты. При кипячении воды свободная углекислотаиз нее удаляется и соливременной жесткости распадаются на карбонаты, выпадающие в осадок, и диоксид углерода, уходящий ватмосферу. Таким образом, при кипячении бикарбонатыудаляются из воды, поэтому обусловленную ихприсутствием жесткость называют временной или устранимой.
Постоянная жесткость определяется присутствием в воде более стойких солей, таких, как СаSО4, СаСI2, МgSО4,МgСI2, СаSiO3, МgSiO3и др. Эти соединения при кипячении не разлагаются и не выпадают в осадок, если их концентрация непревосходит предела насыщения.
В образованиинакипи в системе охлаждения участвуют соли как временной, так и постоянной жесткости. Но больший вредприносят соли временнойжесткости. Первое же закипание воды в системе охлаждения приводит к выпадению карбонатов и образованию накипи. При этом происходит снижение временной жесткостиводы.
Соли постоянной жесткости принимают участие вобразовании
накипи только после испарения частиводы, т.е. когда их концентрация в воде превышает пределнасыщения. 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 системохлаждения двигателей природные воды можно распределить вследующем порядке: атмосферная (дождевая, снеговая) — мягкая;речная или озерная — мягкая или средняя;колодезная, ключевая или морская — жесткая.
Воду среднейили высокой жесткости перед использованием в системахохлаждения 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 кальцияи магния в осадок. Известково-содовый способ смягчения воды эффективнее кипячения.
Весьма простой и эффективный способ смягчения воды -фильтрованиечерез катиониты. Промышленность выпускает типовые установки для смягчения воды спомощью 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 особоудобно в полевых условиях приотсутствии мягкой воды. Действиеантинакипинов сводится кпредотвращению 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 антинакипиновиспользуют 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 удалениянакипи
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 водынизкозамерзающие жидкости — антифризы. В качестве антифризов можно использоватьсмеси воды со спиртами, смеси воды с глицерином, смеси углеводородов и ряддругих веществ. Наибольшее распространение в качестве низкотемпературных охлаждающих жидкостей получиливодные растворыэтиленгликоля.
4. Этиленгликолъ — двухатомный спирт, представляетсобой прозрачную бесцветную вязкую жидкостьбез запаха. Цвет технического этиленгликоля слегка желтоватый. Принебольшой температуре застывания чистогоэтиленгликоля, его смеси с водой застывают при более низких температурах. Меняя соотношение воды и этиленгликоля, можно получить смеси с температурой застывания от0 до минус 70°С (рис. 3).
Рис. 3 Кривая кристаллизацииводно-этиленгликолевой смеси
Основные показатели этилен гликоляследующие:
• 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
• температуравспышки, °С 122
• температуравоспламенения, °С 140
Технический этиленгликоль и жидкости, в которых он содержится, являются весьма токсичными.
Посколькувода и этиленгликоль имеют разную плотность, а при их смешении плотность изменяется пропорционально,определить температурузастывания можно по изменению плотности.
В связи с тем, что этиленгликольоказывает коррозионное действиена металлы, в состав антифризов вводятантикоррозионные присадки. Для предотвращения вспенивания в антифризы добавляютантипенные присадки.
При испарении водных растворовэтиленгликоля выделяющиеся пары всегда содержат значительнобольше воды, чем этиленгликоля. В условияхэксплуатации от испарения теряется практически только вода. При понижении уровня охлаждающей жидкости (в случае отсутствияподтеканий) доливать необходимо дистиллированную воду.
Этиленгликолевыежидкости имеют большой коэффициент объемного расширения. При нагревании дорабочей температуры их объем увеличивается на 6...8 %. При застыванииэтиленгликолевых антифризов объем образующейся кашицеобразной массыувеличивается очень незначительно и размораживания двигателя или радиатора не происходит.
Химическаяпромышленность выпускает несколько марок антифризов на базе этиленгликоля(таблица 2). Первые низкозамерзающие охлаждающие жидкости — антифризы марок 40и 65. Жидкость марки 40 представляет собойсмесь 53 % этиленгликоля и 47% воды и имееттемпературу замерзания не выше минус 40 °С. Жидкость марки 65 содержит 66 % этиленгликоля и 34% воды и имеет температуру замерзания не выше минус 65 °С.
Таблица2 — Показатели качества низкозамерзающих охлаждающих жидкостей
В качествеантикоррозионных 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.
Наибольшеераспространение получила низкозамерзающая охлаждающаяжидкость «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.
Списоклитературы.
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.