книги из ГПНТБ / Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие

Органические эфиры фосфорной кислоты при обычных усло­ виях химически инертны к металлам. Однако при их термическом распаде или гидролизе образуются замещенные фосфорные кисло­ ты, которые коррозируют металлы, особенно медь.

Полисилоксановые жидкости практически не вызывают корро­ зии металлов.

Коррозионность жидкостей для гидросистем обычно характери­ зуется изменением веса металлических пластинок после длитель­ ного контакта с жидкостью и выражается в г/см2.

После решения проблемы получения синтетической маслостой­ кой резины разрушение резиновых уплотнительных деталей гидро­ системы значительно уменьшилось. Однако по-прежнему одной из основных эксплуатационных характеристик рабочих жидкостей яв­ ляется воздействие их на резину. О качестве жидкости судят по набуханию или усадке эталонных образцов, по изменению (в про­ центах) веса и объема резиновых деталей (манжет) после испы­ тания при определенных стандартом условиях.

330

Воздействие нефтепродуктов на резину, в том числе и на масло­ стойкую, зависит от содержания углеводородов различных классов к других веществ. Наименьшее набухание вызывают алкановые углеводороды, а наибольшее— ароматические. Циклановые угле­ водороды в данном отношении занимают промежуточное положе­ ние.

Влияние различных факторов на набухание резины показано

Следует отметить, что фосфорорганические эфиры отличаются большой растворяющей способностью по отношению к многим ма­ териалам, из которых изготовляются детали гидросистем, напри­ мер, к резиновым уплотнениям, набивочным материалам, пласти­ кам и т. п.

Небольшое набухание резины вызывает смесь касторового масла с бутиловым спиртом (БСК). Меньше разрушает резину

331

смесь касторового масла с этиловым спиртом (ЭС1\). Сгшрто-водо-глицериновые смеси, жидкости на основе глико-

лей и полисилоксанов слабо взаимодействуют с резиной. Защитные свойства. Способность жидкости защищать детали

гидросистемы от коррозии приобретает особо важное значение при попадании воды в гидросистему. При применении в гидроприво­ дах автомобильных тормозов жидкостей, обладающих недоста­ точными защитными свойствами (например, ГТЖ-22), иногда на­ блюдается заклинивание поршней в цилиндрах в результате интен­ сивной коррозии деталей.

Особенно сильную коррозию вызывает морская вода, прони­ кающая в гидросистему кораблей. Коррозионные поражения от­ дельных деталей гидроприводов наблюдются при наличии в си­ стеме всего лишь 0,06—0,09% морской воды.

Наиболее высокими защитными свойствами обладают жидко­ сти на нефтяной основе, за ними следуют спирто-касторовые. Кремнийорганические, фторуглеродные, спирто-водо-глицериновые и гликолевые жидкости имеют недостаточные защитные свойства. Для улучшения защитных свойств жидкостей, применяемых, в гид­ росистемах, к ним добавляют присадки. Например, к гликолевой жидкости ГТЖ-22 добавляют триэтаноламинофосфат.

П о ж а р о - и в зр ы в о о п а с н о с т ь . Гидросистемы современных само­ летов и кораблей имеют много разветвлений с большим количест­ вом соединений, через которые всегда возможны утечки жидкости.

При нарушении герметичности гидросистемы самолета жид­ кость, вытекающая под большим давлением (100—200 ат), распыливается на мельчайшие частицы, которые могут воспламениться при попадании на раскаленные детали машины. На кораблях в связи с ограниченными объемами отсеков концентрация паров жидкости в воздухе может быстро возрасти до взрывоопасной.

Очень большое значение имеет воспламеняемость жидкостей, применяемых в гидросистемах сверхзвуковых самолетов. Аэроди­ намический нагрев самолетов, летящих со сверхзвуковой скоро­ стью, увеличивает опасность возникновения пожаров и взрывов при повреждении гидросистемы.

Наиболее опасными в пожарном отношении являются жидко­ сти на нефтяной и касторовой основах.

Продукты органического синтеза, тацие, как фосфорорганические эфиры, полисилоксаны, силаны, моноэтаноламин, дибутилфталат, диэтилсукционат и другие, имеют высокие температуры воспламенения (400—660° С).

Наибольший интерес из этих веществ для использования в ка­ честве рабочих жидкостей для гидросистем сверхзвуковых само­ летов и кораблей ВМФ представляют соединения на базе сложных эфиров кремниезой кислоты, кремнийорганических соединений и хлор-фторуглеродов. Эти соединения обладают многими положи­ тельными свойствами, необходимыми жидкостям для гидросистем:

332

хорошими низкотемпературными свойствами, высокой термической и химической стабильностью и др.

Несмотря на многообразие методов оценки воспламеняемости рабочих жидкостей (определение температуры воспламенения и др.) до настоящего времени еще нет достаточно надежного ла­ бораторного метода. Поэтому всесторонняя оценка этого свойства может быть проведена лишь в эксплуатационных условиях.

Т ок си ч н ость . При хранении и заправке гидравлических систем обслуживающему персоналу приходится контактировать с парами жидкости. Поэтому большое внимание уделяется токсичности. Это свойство имеет особое значение при использовании жидкостей на подводных лодках, где ограничены возможности вентиляции поме­ щений и очистки воздуха. При подборе жидкостей для гидросистем тщательно проверяют их токсичность в условиях, имитирующих эксплуатационные.

Из жидкостей, применяемых в обычных гидросистемах, наи­ большей токсичностью обладают ГТЖ-22, БСК, HACKОтравле­ ние происходит и их парами, особенно при попадании внутрь организма.

Токсичность гидравлических жидкостей на нефтяной основе за ­ метно повышается при наличии в них сернистых соединений.

При подборе высокотемпературных жидкостей для гидравли­ ческих систем необходимо учитывать, что эфиры фосфорной кис­ лоты сильно различаются по токсичности.

ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ

У сл о ви я п ри м ен ен и я и т р е б о в а н и я к к а ч е с т в у о х л а ж д а ю щ и х ж и д к о сте й

О б л а с т ь п ри м ен ен и я и с о р т а . Детали двигателей внутреннего сгорания, например поршни, гильзы цилиндров, головка блока, не­ посредственно соприкасаются с продуктами сгорания топлива и сильно нагреваются. Поэтому для обеспечения нормальной рабо­ ты двигателя необходимо его охлаждать. Через систему охлажде­ ния отводится 25—35% от общего количества тепла, выделяюще­ гося при сгорании топлива. Охлаждение может быть воздушное и жидкостное. Эффективность и надежность работы системы охлаж­ дения двигателей в значительной степени зависят от качества при­ меняемой охлаждающей жидкости.

Для охлаждения двигателей обычно используют воду. Связано это с тем, что вода эффективно отводит тепло и широко распро­ странена в природе. Применяют атмосферную (дождевую, снего­ вую), поверхностную (речную, озерную, прудовую) и грунтовую (колодезную, родниковую и т. д.) воду. При эксплуатации военной техники в зимний период в условиях низких температур воду в си­ стеме охлаждения машин заменяют низкозамерзающими охлаж­ дающими жидкостями (антифризами), которые обычно представ­

333

ляют собой смеси этиленгликоля с водой. Этиленгликолевые низ­ козамерзающие охлаждающие жидкости выпускают следующих марок: 40, 65, 40м и 65м. Отличаются они по содержанию компо­ нентов и антикоррозионных присадок. Цифры показывают наи­ высшую отрицательную температуру кристаллизации.

В жидкостях марок 40 и 40м содержится 52% этиленгликоля, а в жидкостях марок 65 и 65м — 64% по объему. В случае отсут­ ствия гликолевых охлаждающих жидкостей допускается примене­ ние (преимущественно в автомобильных и тракторных двигателях) водо-спиртовых и водо-спирто-глицериновых смесей.

Иногда в качестве низкозамерзающих охлаждающих жидко­ стей применяют жидкости нефтяного происхождения, обычно это керосиновые фракции. Однако они имеют ограниченное примене­ ние, так как опасны в пожарном отношении, недостаточно эффектив­ но отводят тепло, интенсивно вспениваются при попадании воды в радиатор, сильно разрушают соединительные шланги.

Для охлаждения некоторых форсированных теплонапряженных двигателей, а также иногда двигателей машин, эксплуатируемых в жарких пустынных районах, используют этиленгликоль и другие высококипящие продукты.

и до 100° С. При длительных остановках они охлаждаются до тем­ пературы окружающего воздуха, которая зимой в некоторых райо­ нах нашей страны понижается до минус 40—50° С.

Давление в системе охлаждения двигателей очень близко к ат­ мосферному. Это способствует испарению и увеличению потерь охлаждающих жидкостей.

Впроцессе применения охлаждающие жидкости контактируют

сразнообразными конструкционными материалами. Детали дви­ гателей и агрегаты системы охлаждения (радиаторы, водяные насосы и др.) изготавливают из черных и цветных металлов и их сплавов (алюминий, медь, латунь и т. п.). В системе охлаждения используются также резиновые соединительные и уплотнительные детали. Требования к качеству охлаждающих жидкостей вытека­ ют из их назначения и условий применения.

Охлаждающие жидкости должны удовлетворять следующим основным требованиям:

—эффективно отводить тепло, для чего иметь большую тепло­ емкость, хорошую теплопроводность и небольшую вязкость;

—не образовывать отложений в системе охлаждения;

—иметь высокую температуру кипения и теплоту испарения;

—обладать низкой температурой кристаллизации;

—не вызывать коррозии металлических и не разрушать рези­ новые детали системы охлаждения;

—не вспениваться в процессе работы;

334

— быть дешевыми, недефицитными и, по возможности, не­ токсичными.

ЭКСПЛУТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ

Охлаждающая способность. Для оценки качества охлаждаю­ щих жидкостей наибольшее значение имеют следующие свойства: охлаждающая способность, испаряемость, прокачиваемость, кор­ розионность, вспениваемость и токсичность.

Охлаждающая способность жидкости зависит в основном от ее теплоемкости, теплопроводности, склонности к образованию отло­ жений, вязкости, которая оказывает большое влияние на процесс циркуляции жидкости в системе охлаждения.

Из жидкостей, применяемых в системе охлаждения двигателей, наибольшей охлаждающей способностью обладает вода, которая

Этиленгликоль — двухатомный спирт (СН2 ОН — СН20Н ), име­ ет значительно меньше теплоемкость (0,6 ккал/кг-град )и тепло­ проводность.

Спирты, глицерин, нефтепродукты, входящие в состав некото­ рых охлаждающих жидкостей, также уступают воде по охлаждаю­ щей способности.

Склонность к образованию отложений. При использовании во­ ды в качестве охлаждающей жидкости образование отложений в системе обусловлено наличием минеральных примесей, в основ­ ном растворенных в ней солей. Это оказывает большое влияние на эффективность системы охлаждения. Растворенные в воде соли об­ разуют в системе охлаждения двигателей отложения — накипь, теплопроводность которой приблизительно в 100 раз меньше, чем стали. При отложении накипи повышается тепловой режим дви­ гателей, увеличивается расход топлива и масла.

О количестве растворенных в воде солей судят по ее жесткости. Различают временную, постоянную и общую жесткость воды.

Временная, или устранимая, жесткость воды обусловливается наличием в ней бикарбонатов кальция Са(НСОз)г и магния Mg(HC0 3 ) 2, которые термически нестойки и при нагревании раз­ лагаются. Процесс протекает по уравнению

Са(НСОз)г СаСОз + С 0 2 + Н20.

Образующиеся карбонаты кальция и магния практически не­ растворимы в воде, выпадают в осадок и образуют накипь на внут­ ренних поверхностях деталей системы охлаждения.

335

Эти соли не выпадают в осадок при кипении, если их концент­ рация не превышает предела насыщения. Из них особенно боль­ шой вред приносят гипс C aS04, дающий исключительно твердую накипь, и MgCl2, гидролизующийся при повышенных температурах с образованием НС1.

Общая жесткость воды составляется как сумма временной и постоянной жесткости.

За единицу жесткости принимают миллиграмм-эквивалент (мг-экв). 1 мг-экв соответствует такому содержанию солей, когда

может быть мягкой, средней жесткости или жесткой. Мягкая вода содержит до 3 мг-экв в 1 л, вода средней жесткости —• от 3 до 6 и жесткая — более 6 мг-экв в 1 л.

Для уменьшения образования накипи в системе охлаждения предпочтительно применять атмосферную воду, которая является мягкой. Поверхностные и грунтовые воды рекомендуется кипятить перед заливом в систему или добавлять к ним антинакипины, на­ пример хромпик (двухромовокислый калий).

Хромпик К2 СГ2 О7 взаимодействует с бикарбонатами, реакция протекает по уравнению

Са (НСОз) 2 + К2СГ2О7 К Н С 0з + СаСг20 7 .

Образующийся бикарбонат калия распадается на карбонат ка­ лия К2СО3 и свободную углекислоту С 02.

Продукты реакции (КС03 и СаСг20 7) хорошо растворимы в во­ де и не образуют осадка.

В большинстве случаев жесткую воду перед употреблением об­ рабатывают реагентами, тринатрийфосфатом Na3P 0 4, кальциниро­ ванной содой NaC03 и др. Эти реагенты эффективно взаимодейст­ вуют с солями жесткости и переводят их в соединения, выпадаю­ щие в виде осадка. Поэтому реагенты можно применять только для предварительной обработки воды. Для ускорения реакции обработ­ ка должна проводиться при нагревании.

При умягчении воды применяют также аппараты, представляю­ щие собой фильтр, заполненный природными минералами (цеолит, пермутит, глауконит), которые вступают в обменную реакцию с со­ лями жесткости и заменяют в них ионы кальция и магния на натрий.

Воду, используемую для приготовления низкозамерзающих этиленгликолевых и других охлаждающих жидкостей, предварительно кипятят для удаления солей жесткости. Поэтому низкозамерзаю­ щие охлаждающие жидкости дают мало отложений в системе охлаждения.

И с п а р я е м о с т ь . В момент испарения жидкости происходит наи­ большее охлаждение поверхности. Однако такой способ в системе охлаждения использовать нельзя, так как из жидкости выпадают растворенные в ней соли и образуют о с ад к и .

33S

Пары, образующиеся в системе охлаждения двигателей, нару­ шают циркуляцию жидкости, что снижает эффективность охлаж­ дения нагретых деталей. Интенсивное испарение охлаждающей жидкости приводит к увеличению ее потерь от испарения. Необхо­ димо, чтобы температура кипения охлаждающей жидкости была примерно на 20—30° С выше максимально возможной температу­ ры жидкости в системе.

Из жидкостей, содержащих летучие легко воспламеняющиеся компоненты, при работе двигателей в первую очередь испаряются эти вещества. Пары жидкостей создают опасность возникновения пожара и взрыва.

При работе двигателей из этиленгликолевых охлаждающих жидкостей в основном испаряется вода. Контактируясь с воздухом, этиленгликоль жадно поглощает влагу. Это приводит к необходи­ мости систематически проверять состав жидкости, находящейся в системе охлаждения двигателей. С этой целью обычно используют гидрометр и рефрактометр.

Если в охлаждающей жидкости в избытке имеется вода, то к ней добавляют концентрированный этиленгликоль. К жидкости, из которой испарилось большое количество воды, добавляют мяг­ кую. прокипяченную или дистиллированную воду. Нельзя добав­ лять воду, содержащую большое количество солей жесткости, так как они взаимодействуют с антикоррозионной присадкой и обра­ зуют малорастворимые фосфаты кальция и магния, выпадающие в осадок и образующие накипь. Об испаряемости жидкости судят по температуре кипения и давлению насыщенных паров.

Низкотемпературные свойства. При эксплуатации техники в суровых климатических условиях зимой приобретают важное зна­ чение низкотемпературные свойства охлаждающих жидкостей. Тем­ пература кристаллизации жидкостей должна быть ниже минималь­ но возможной температуры окружающего воздуха.

Вода как охлаждающая жидкость обладает плохими низкотем­ пературными свойствами. При 0°С она замерзает со значительным (до 10%) увеличением объема. При этом на стенки системы дейст­ вует давление до 2500 кг/см2. Это приводит к разрушению блока цилиндров двигателя, радиатора и т. п. Поэтому применение воды в системе охлаждения машин при температуре ниже 0° С сопряже­ но с большими затруднениями в эксплуатации.

При хранении техники на открытых площадках или под наве­ сами приходится сливать воду или периодически прогревать дви­ гатель. Поэтому в зимний период эксплуатации для военной техни­ ки применяют низкозамерзающие охлаждающие жидкости (анти­ фризы) .

Наибольшее распространение получили гликолевые низкозамер­ зающие охлаждающие жидкости, представляющие собой смеси эти­ ленгликоля с водой. Этиленгликоль имеет температуру кристалли­ зации минус 11,5° С. Смеси этиленгликоля с водой имеют значитель­ но более низкие температуры кристаллизации (рис. 98).

Из графика следует, что температура кристаллизации зодкогликолевых растворов постепенно понижается до минимального значения (минус 75° С) при концентрации этиленгликоля около 66,7%. С увеличением содержания этиленгликоля температура кри­ сталлизации смеси повышается.

Рис. 98. Температуры кристаллизации водно-гликолевых смесей.

При кристаллизации этиленгликолевых смесей с водой образу­ ется рыхлая масса, объем которой даже при содержании 60% во­ ды увеличивается незначительно, всего на 0,25%. Поэтому не про­ исходит разрушения системы охлаждения.

Спирты, особенно метиловый, образуют с водой смеси с низкой температурой замерзания (до — 45° С при соотношении 1:1). Одна­ ко сравнительно невысокие температуры их кипения (метилового 64,7° С, этилового 78,3° С, изопропилового 82° С) обусловливают большие потери их от испарения в процессе работы двигателя. Это создает угрозу возникновения пожара. Кроме того, уменьшение содержания спирта в смеси приводит к повышению ее вязкости и температуры кристаллизации.

Глицерин имеет высокую температуру кипения (290°С). Одна­ ко для получения смеси с температурой кристаллизации минус 40° С необходимо вводить в смесь 60—70% глицерина. Такая смесь обладает повышенной вязкостью, что затрудняет циркуляцию жид­

кости в системе.

Этиленгликоль и его водные растворы при нагревании сильно расширяются. Чтобы предотвратить выброс жидкости из системы,

338

ее заполняют в прогретом состоянии на 94—95% жидкостью мар­

ки 40 и на 92—94% — марки 65.

Температуру кристаллизации и состав низкозамерзающих этиленгликолевых охлаждающих жидкостей определяют с помощью гидрометра или по значениям плотности и коэффициенту прелом­ ления, которые зависят от соотношения в жидкости этиленгликоля

и воды.

Коррозионность. В процессе применения охлаждающие жидко­ сти вызывают коррозию металлических деталей системы охлажде­ ния. Коррозионность воды обусловливается наличием в ней кисло­ рода, хлоридов и углекислоты, а также других растворенных газов.

Водные растворы этиленгликоля и других спиртов имеют повы­ шенную коррозионность по отношению к металлам. Этиленгликоль, кроме того, разрушает резину, что вызывает необходимость при­ менения соединительных шлангов из специальной резины.

Для уменьшения коррозионности охлаждающих жидкостей ши­ роко применяют присадки. Так, к воде добавляют нитрит натрия NaN02, а к водным растворам этиленгликоля — 2,5—3,5 г/л двузамещенного фосфорнокислого натрия ЫагНРСХ, предохраняющего от коррозии чугунные, стальные и медные детали, и 1 г/л картофель­ ного декстрина, защищающего от коррозии припой, алюминий

имедь.

Кохлаждающим жидкостям марок 40м и 65м, кроме этих при­ садок, добавляют марганцевокислый натрий Na2Mn04 (7,5—10 г/л), Вспениваемость охлаждающей жидкости ухудшает отвод тепла и может привести к выбросу жидкости из системы охлаждения.

Легко вспениваются водо-глицериновые смеси. Вспениваемость их уменьшается при добавлении спирта.

Гликолевые охлаждающие жидкости, загрязненные нефтепро­ дуктами, сильно вспениваются в процессе работы в двигателях.

АНТИОБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫЕ ЖИДКОСТИ

Назначение и условия применения. При полетах в неблагопри­ ятных метеорологических условиях, например, при низкой темпера­ туре окружающего воздуха, когда самолет находится в облаках, тумане или проходит полосу дождя или мокрого снега, может про­ исходить образование ледяного покрова на поверхностях деталей самолета. Наибольшие отложения льда создаются на передних кромках крыльев, хвостовом оперении, воздушном винте, фонаре кабины летчика и в карбюраторе. При этом резко ухудшаются аэродинамические свойства самолета, видимость и управляемость.

Для борьбы с обледенением самолета применяют механические, термические, электротермические и химические методы. Большое распространение получил химический способ удаления льда. Сущ­ ность этого метода заключается в том, что при обледенении поверх­ ности частей самолета, от которых прежде всего зависит безопас­ ность полета, смачивают антиобледенительной жидкостью, которая