Жидкости, применяемые для охлаждения ДВСЖидкость должна: •иметь высокие теплоемкость и теплопроводностъ для эффек тивного отвода тепла; •не замерзать и не кипеть при всех рабочих температурах дви гателя; •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, превосходя щую все другие известные охлаждающие жидкости. Существенным не достатком является высокая температура замерзания (вода замерзает при температуре О °С со значительным увеличением объема, что вызы вает разрушение (размораживание) системы охлаждения при низких температурах. Вода имеет сравнительно низкую температуру кипения, поэтому в системе охлаждения современных двигателей поддерживают темпе ратуру 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 систе мы охлаждения двигателей герметизируют. На пробке радиатора ус танавливают 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 образу ется на горячих стенках за счет выпадения солей из водного раствора. Под шламом имеют ввиду илистые отложения минерального или ор ганического происхождения, скапливающиеся в застойных полостях рубашки охлаждения двигателя и в нижнем бачке радиатора.
Одновременно уменьшает ся сечение трубок радиатора, что также ведет к перегреву двигателя и как след ствие - к увеличению расхода топлива (рис.1). Соли кальция и магния, находя щиеся в растворенном состоянии, при дают 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 основ ном двух соединений - бикарбоната кальция Ca (НСО 3 ) 2 и бикарбоната магния М g (НСО 3 ) 2 . Эти соли могут находиться в воде в растворенном состоянии только в присутствии некоторого количества свободной уг лекислоты. При кипячении воды свободная углекислота из нее удаля ется и соли временной жесткости распадаются на карбонаты, выпа дающие 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 Са S О 4 , СаС I 2 , М gS О 4 , М g С I 2 , Са SiO 3 , М gSiO 3 и др. Эти соединения при кипячении не разлагаются и не вы падают в осадок, если их концентрация не превосходит предела насы щения. 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 охла ждения 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 концентра ция в воде превышает предел насыщения. При перегреве двигателя во да, соприкасаясь с сильно нагретыми поверхностями, образует пу зырьки пара, а выпадающие соли оседают на перегретой поверхности. Сумму временной и постоянной жесткостей называют общей же сткостью. 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 при родные воды можно распределить в следующем порядке: атмосферная (дождевая, снеговая) - мягкая; речная или озерная - мягкая или сред няя; 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 разла гаются и карбонаты выпадают из воды в виде осадка. После фильтро вания воду можно использовать для систем охлаждения. Известково-содовый способ смягчения во ды эффективнее кипячения. Весьма простой и эффек тивный способ смягчения воды - фильтрование через катиониты. Промышленность выпускает ти повые установки для смягчения воды с помощью катионитовых фильтров.
Действие антина кипинов сводится к предотвращению образования твердых отложений накипи на горячих поверхностях. Достигается это за счет перевода со лей, 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 вы бросом охлаждающей жидкости из системы. Таблица 1. - Составы для удаления накипи Наибольшее распространение в каче стве низкотемпературных охлаждающих жидкостей получили водные растворы этиленгликоля. 4. Этиленгликолъ - двухатомный спирт, представляет собой про зрачную бесцветную вязкую жидкость без запаха. Цвет технического этиленгликоля слегка желтоватый. При небольшой температуре за стывания чистого этиленгликоля, его смеси с водой застывают при бо лее низких температурах. Меняя соотношение воды и этиленгликоля, можно получить смеси с температурой застывания от 0 до минус 70°С (рис. 3). 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 ан типенные присадки. При испарении водных растворов этиленгликоля выделяющиеся пары всегда содержат значительно больше воды, чем этиленгликоля. В условиях эксплуатации от испарения теряется практически только во да. 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 анти фризов объем образующейся кашицеобразной массы увеличивается очень незначительно и размораживания двигателя или радиатора не происходит. Химическая промышленность выпускает несколько марок анти фризов 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 за мерзания не выше минус 65 °С. Таблица 2 - Показатели качества низкозамерзающих охлаждающих жидкостей Считают, что динатрийфосфат защищает от коррозии чугунные, стальные и частич но медные детали, а декстрин - припой и детали из алюминия и меди. Иногда, кроме этих присадок, в антифризы вводят молибденовокис лый натрий, что улучшает их антикоррозионные свойства в отноше нии цинковых и хромовых покрытий. Такие антифризы имеют индек сы 40М и 60М. Наибольшее распространение получила низкозамерзающая ох лаждающая жидкость «Тосол». Ее применяют круглогодично как в зимнее, так и в летнее время. Жидкость готовят на основе этиленгли коля с добавлением антикоррозионных присадок и антивспенивателя. Выпускают три марки - Тосол А, Тосол А-40 и Тосол А-65. Тосол А концентрированный этиленгликоль с присадками. |
Смягчение воды можно достичь ее химической обработкой. До бавление соды и извести (гашеной) приводит к выпадению соединений кальция и магния в осадок.
Примечание: * - нельзя использовать для очистки деталей из алюми ния 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.
Рис. 3 Кривая кристаллизации водно-этиленгликолевой смеси Основные показатели этилен гликоля следующие: • плотность при 20 °С, кг/м 3 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 содержит ся, являются весьма токсичными.
В качестве антикоррозионных добавок в антифризы вводят динатрийфосфат (технический двузамещённый фосфорнокислый натрий) - 2,5…3,5 г/л и декстрин (углевод типа крахмал) - 1 г/л.