Глава 9 охлаждающие жидкости

Используемая в ДВС охлаждающая жидкость должна удовлетво­рять следующим основным требованиям: обладать минимальной тем­пературой замерзания и максимальной температурой кипения; иметь минимальный коэффициент объемного расширения и минимальную вязкость; не воспламеняться, не вспениваться; не вызывать изме­нений свойств конструкционных материалов, с которыми она соприкасается; обладать физической и химической стабильностью в эксплуатационных условиях двигателя, иметь высокую теплоемкость и теплопроводность и пр. Жидкостей, комплексно удовлетворяющих этим условиям, нет. Наибольшее распространение в качестве охлаж­дающих жидкостей получила вода и некоторые вещества — антифризы, замерзающие при низких температурах.

§9.1. Вода

К достоинствам воды наряду с ее широкой доступностью отно­сятся: высокая удельная теплоемкость [4,9 кДж/(кг • °С) ], пожар­ная безопасность и отсутствие токсичности.

Основным недостатком воды является высокая температура за­мерзания и увеличенный объем образующегося льда по сравнению с объемом жидкости (на 10 %). При этом давление воды на стенки может возрасти до 250 МПа, что приводит к разрушению элементов системы охлаждения, в которых замерзает вода. К недостаткам воды относится и способность образовать накипь и шлам.

Накипью называют плотные отложения, образующиеся на на­гретых стенках системы охлаждения. Накипь состоит из вы­делившихся из воды солей, взвешенных продуктов коррозии и механических загрязнений. Шламом называются илоподобные частицы и элементы разрушенной накипи, которые обладают спо­собностью к коагуляции и оседанию в застойных зонах системы охлаждения.

Накипь и шлам увеличивают термическое сопротивление повер­хностей теплообмена и загромождают тракты системы охлаждения, вызывая перегрев двигателя.

Накипь состоит главным образом из солей кальция и магния. Содержание этих солей в воде характеризует ее жесткость, которая измеряется в миллиграмм-эквивалентах (мг-экв) солей на I л воды. При жесткости 1 мг-;жв/л в воде содержится 20,04 мг/л ионов кальция или 12,16 мг/л ионов магния. Вода считается мягкой при содержании в ней солей меньше 4 мг-экв/л, средней при 4 — 8 и жесткой при > 8 мг-экв/л и более. Принято считать атмосфер­ную воду (дождь, снег) мягкой, речную или озерную — средней, колодезную или ключевую — жесткой. Различают временную (или устранимую), постоянную и общую жесткость воды.

Временная жесткость характеризует наличие растворимых в хо­лодной воде солей временной жесткости — соединений, выпадающих в осадок при кипячении (бикарбонатов кальция и магния). При нагревании бикарбонаты разлагаются с образованием нерастворимых

в воде СаСО₃ и MgCO₃. Перед заливкой воды в систему охлаждения соли временной жесткости можно удалить кипячением с последу­ющим фильтрованием воды. При отсутствии этой обработки соли временной жесткости выпадают в накипь при первом же закипании воды в радиаторе. При этом происходит снижение временной жест­кости воды. (Поэтому не следует часто менять воду в системе охлаж­дения.)

К соединениям, обусловливающим постоянную жесткость воды, относят сульфаты (в частности, гипс CaSO₄), хлориды и силикаты щелочноземельных металлов. Гипс, в отличие от большинства мине­ральных солей, обладает отрицательной растворимостью — при повы­шении температуры растворимость гипса в воде уменьшается и его избыток выпадает в виде накипи. Присутствие гипса в накипи прида­ет ей прочность и жесткость.

Соли, определяющие постоянную жесткость, обладают большей стабильностью. Они не разлагаются и не выпадают в осадок при кипячении. Это происходит, когда их концентрация превосходит пре­дел насыщения. Такие условия создаются при испарении части воды.

Общей жесткостью воды называют сумму временной и посто­янной жесткости.

Перед заливкой в систему охлаждения снижение жесткости (умягчение) воды можно обеспечить следующими в порядке возра­стания эффективности способами: кипячение и фильтрация, добав­ление заранее рассчитанного количества воды и гашеной извести (вызывает выпадение в осадок солей кальция и магния) с последу­ющим удалением осадка фильтрацией. Наиболее эффективный спо­соб — фильтрация воды через катионитовые фильтры.

Катионитами называются вещества, способные вступать к ионо­обменную реакцию С растворенными в воде солями, которые погло­щают из воды ионы щелочноземельных элементов. К катионитам относятся глауконит, пермутит, сульфированные угли и некоторые синтетические смолы.

Снизить жесткость воды можно также путем ее магнитной обра­ботки. Сущность этого метода заключается в том, что при прохож­дении воды через обладающее определенными характеристиками магнитное поле растворенные в ней соли выделяются в виде твердой фазы (хлопья), удаляемой фильтрованием.

О тложение солей непосредственно в системе охлаждения можно уменьшить путем введения в воду антинакипинов — веществ, предотвращающих отложение накипи, переводя ее в рыхлое состояние, или удерживающих соли в виде пересы­щенного раствора (рис. 9.1). В частности, добавка к воде хромпика образует с со­лями жесткости хорошо растворимые в во­де хроматы кальция, магния. Возможно также применение щелочных анти­накипинов. При этом необходимо учиты­вать, что алюминиевые детали двигателя корродируют под воздействием щелочи.

При попадании в воду нефтепродуктов образуются вещества, уменьшающие теп­лопроводность накипи и, следовательно, усугубляющие ее вред. Кроме того, неф-

тепродукты вызывают интенсивное вспенивание воды, сопровождаю­щееся ее выбросом из системы охлаждения.

Вода обладает относительно высокой коррозионной агрессивно­стью по отношению к металлам. Это объясняется наличием в ней солей, кислорода, углекислого газа и в некоторых случаях серово­дорода.

Из системы охлаждения шлам можно удалить многократной поочередной промывкой водой и продувкой сжатым воздухом. Для удаления накипи используют растворы веществ, обеспечивающих разрушение нерастворимых в воде солей накипи. Соли временной жесткости удаляют кислыми растворами, постоянной жесткости — щелочными (табл. 9.1).

Все составы для удаления накипи оказывают коррозионное воз­действие на металлы, особенно цветные.

Необходимо отметить, что отложения накипи в системе охлаж­дения обеспечивают герметизацию отдельных «неплотностей», име­ющихся в этой системе, поэтому после удаления накипи, как правило, появляется течь охлаждающей жидкости, для устранения которой необходимо иметь соответствующие запасные части и ремон­тные материалы.

При удалении накипи в систему охлаждения двигателя, из ко­торой предварительно вынут термостат, заливают раствор и вы­держивают его в соответствии с рекомендациями (табл. 9.1). Затем запускают двигатель и дают ему проработать 10 — 20 мин. Двига­тель останавливают, сливают раствор и систему охлаждения 2 — 3 раза промывают водой. В целях предотвращения коррозии ПОСЛСД-нюю промывку рекомендуется делать горячим 1 %-ным раствором хромпика.

Таблица 9.1

Раствор для удаления накипи	Количество реагента на 1 кг воды, кг	Продолжительность обработки, ч
Для всех двигателей
Техническая молочная кислота	0,600	1 —3
Хромпик или хромовый ангидрид	0,200	8 — 10
Соляная кислота с замедлителями (ингибито­рами) кислотной коррозии	0.250 — 0,500	0,5 — 1,0
Смесь:
кальцинированная сода	1,000 — 1,200
хромпик	0,020 — 0,030	10— 12
Для двигателей с чугунной головкой блока
Техническая соляная кислота	0,250 — 0,500	0,5 — 1.0
Смесь:
тринатрийфосфат	0,450
кальцинированная сода	0,550	10— 12

Рабочая температура в системах охлаждения большинства ДВС (80 ± 5)°С близка к температуре кипения воды, что обусловливает потери жидкости на испарение при увеличении температуры в систе­ме охлаждения или при снижении атмосферного давления. Например, при эксплуатации автомобиля в горных условиях на вы­соте 2000 м над уровнем моря атмосферное давление равно 0,078 МПа, что соответствует температуре кипения воды, равной 91 °С. Для компенсации этого недостатка прибегают к герметизации систе­мы охлаждения и увеличению расчетного давления в ней.

При повышении давления в системе охлаждения до 0,2 МПа температура кипения воды возрастает до 119 °С. Применение гер­метизированных систем охлаждения с повышенной температурой охлаждающей жидкости позволяет увеличить температурный перепад в системе охлаждения и повысить благодаря этому эффективность теплообменных процессов. Практически это ведет к снижению количества охлаждающей жидкости, уменьшению потребной повер­хности радиатора и сокращению теплопотерь в охлаждающую жидкость.