otdat_GOS_SDM / госы сдм вопросы и приблизительные ответы / Приблизительные варианты ответов на вопросы к гос. экзамену / 2007 / 101 Охлаждающие жидкости,сос-в,прим,мет.улучш.корроз.св-в.М

101 Охлаждающие жидкости, состав, применение, методы улучшения коррозионных свойств Методы умягчения охлаждающей воды. Альтернативно охлаждающие смеси.

Охлаждение двигателей может быть воздушным или наиболее распространенным - жидкостным. При воздушном охлаждении тепло отводится потоком воздуха, при жидкостном - циркулирующей в системе охлаждения двигателя водой.

Надежность системы охлаждения во многом зависит от физико-химических свойств используемых жидкостей, к которым предъявляются следующие требования; температура кипения должна быть на 15…20 °С выше максимально возможной температуры в системе охлаждения, а температура замерзания не менее чем на 5... 10 °С ниже минимальной температуры окружающей среды; не должны образовывать в системе осадков, шлама, накипи, снижающих интенсивность теплоотвода и нарушающих циркуляцию; не должны вспениваться, а также вызывать коррозию металлических деталей, разрушение уплотнительных материалов; обладать малым коэффициентом расширения в силу значительных перепадов температур при работе двигателя; должны быть недефицитными, недорогими, пожаробезопасными и не оказывать вредного влияния на здоровье обслуживающего персонала.

В качестве охлаждающих жидкостей для ДВС широко используют воду и низкозастывающие смеси - антифризы. Однако они не в полной мере отвечают необходимым требованиям.

Так, существенный недостаток обыкновенной воды - высокая температура замерзания (°С), что затрудняет се применение в зимнее время При длительной остановке двигателя при отрицательных температурах необходим слив воды из системы охлаждения или работа двигателя на малой частоте вращения, что приводит к перерасходу топлива, закоксовыванию колец и повышенному износу деталей.

При отрицательных температурах окружающего воздуха применяют низкозамерзающие охлаждающие жидкости Антифризы имеют низкую температуру замерзания и обеспечивают надежную работу системы охлаждения в широком диапазоне отрицательных температур. Однако, кроме достоинств, они имеют и недостатки: высокий коэффициент расширения, отрицательно воздействуют на резинотехнические изделия, сравнительно дороги и дефицитны.

При температурах наружного воздуха от 0°С и ниже приходится заливать в жидкостные системы охлаждения автомобилей, строительных машин и тракторов вместо воды низкозамерзающие жидкости - антифризы. В качестве антифризов можно использовать смеси воды со спиртами, глицерином, а также смеси углеводородов и ряд других веществ. Наибольшее распространение получили жидкости на основе этиленгликоля, который хорошо смешивается с водой, ацетоном, различными спиртами и не растворяется в нефтепродуктах

Этиленгликоль - двухатомный спирт С₂Н₄(ОН)₂, получаемый гидратацией этилена (ГОСТ 6367-52). Представляет собой прозрачную бесцветную маслянистую сладковатую жидкость без запаха Цвет технического этиленгликоля слегка желтоватый. Температура замерзания чистого этиленгликоля минус 11.5°С, температура кипения - 197,5°С, температура вспышки в открытом тигле – 122⁰С, плотность - 1,1132, удельная теплоемкость при 20°С - 2,357 кДж/кг·град.

При смешивании этиленгликоля с водой температура застывания смеси ниже, чем у каждой из составляющих. Меняя соотношение воды и этиленгликоля, можно получить смеси с температурой застывания oт 0 до минус 70°С.

Жесткость обуславливается наличием в воде растворенных солей и является ее эксплуатационным недостатком. При нагревании соли разлагаются, образуя на поверхностях охлаждения трудноудаляемые твердые вещества, называемые накипью Накипь - это слой отложений светло-серого или коричневою цвета, прочно связанный с поверхностью нагрева, толщиной от десятых долей до нескольких миллиметров. По составу накипь представляет собой неоднородную механическую смесь различных химических соединений кальция и магния: CaS0₄·2H₂0 (гипс), CaS0₄, CaCO₃, MgCO₃, CaSi0₃, MgSi0₃ и т.д.

Воду принято считать мягкой, если в ней общее содержание солей не превышает 3 мг·экв/л, средней жесткости - от 3 до 6 мг·экв/л и жесткой - более 6 мг·экв/л. Мягкой водой (дождевой, снеговой) можно заправлять систему охлаждения двигателя без специальной обработки, дав ей предварительно отстояться. При жесткости свыше 3 мг·экв/л (озерная и речная 3…6,5, колодезная и ключевая - 6,5... 11,0; морская - более 11,0 мг·экв/л) вода перед заправкой подлежит умягчению. Умягчение проводят с целью удаления из воды катионов Са⁺² и Mg⁺² с помощью термического и химического способов.

Термическое умягчение основано на том, что при нагревании воды до 85... 110°С соли карбонатной жесткости разлагаются и образуют труднорастворимые, выпадающие в осадок карбонаты кальция и гидроокиси магния с одновременным частичным удалением углекислого газа и кислорода.

Химическое умягчение воды основано на двух принципиально различных методах - осаждении и катионного обмена.

Метод осаждения основан на переводе содержащихся в воде катионов кальция и магния растворимых солей в малорастворимые соединения, выпадающие в осадок Этого достигают введением в воду гидроксильных ОН^-2 и карбонатных СО₃^-2 ионов Для этой цели применяют известь Са(ОН)₂ едкий натр NaOH, кальцинированную соду Nа₂СО₃ и тринатрийфосфат Na₃P0₄.

Метод катионирования заключается в использовании нерастворимых в воде веществ, называемых катионитами, которыми заполняют фильтры и которые в процессе фильтрования заменяют свой обменный катион на катионы солей. К минеральным катионитам относятся природные минералы глауконит, группа цеолитов и др.

Способы умягчения воды

Наиболее простыми и доступными способами умягчения воды в условиях эксплуатации машин являются следующие.

Кипячение При кипячении воды соли - накипеобразователи карбонатной (временной) жесткости разлагаются и выпадают в осадок. 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 диоксил углерода, уходящий в атмосферу.

Прокипяченную воду отстаивают и пропускают через матерчатый фильтр. Способ очень простой, но требует значительного расхода топлива. Поэтому сливаемую воду из системы охлаждения очищают и вновь заливают в двигатель.

Умягчение воды тринатрийфосфатом. Для этого в отдельной емкости готовят насыщенный раствор технического тринатрийфосфата из расчета 3 кг Na₃PO₄ на 10 л воды, который несколько раз перемешивают, а затем отстаивают. Для осаждения 1 мг·экв солей в 1 л воды требуется 20 мг безводного тринатрийфосфата.

После добавления раствора тринатрийфосфата воду тщательно перемешивают, после чего дают ей отстояться, фильтруют и только после этою очищенную заливают в систему охлаждения двигателя

Умягчение воды глауконитовым фильтром основано на обменной реакции между солями жесткости и глауконитом. Он представляет собой природный минерал цеолит, в виде гладких зерен зеленого цвета разных оттенков. При прохождении жесткой воды через глауконитовый фильтр ионы кальция и магния солей жесткости обмениваются на ион натрия из глауконита, и вода умягчается. Для восстановления фильтрующей способности фильтр подвергают регенерации. С этой целью в корпус фильтра на 10ч заливают 10 %-ный раствор поваренной соли. После некоторого времени раствор сливают и фильтр промывают водой.

Магнитная обработка воды. В аппаратах для магнитной обработки воды применяют постоянные и электрические магниты. Первые проще по конструкции и не требуют источника питания. Но с течением времени они размагничиваются.

Метод умягчения заключается в том, что под воздействием магнитного поля из воды в виде твердой фазе (шлама) выделяются соли жесткости, которые легко удаляются из воды при фильтровании.

Внутри корпуса магнитного фильтра установлены постоянные магниты. В передней части фильтра находится вихревая камера, образованная корпусом аппарата и лопастями шнековой навивки. Вода, поступающая в аппарат, ударяется о винтовую лопасть и приобретает вращательное движение. Следуя по кольцевому зазору между корпусом и лопастями тисковой навивки, выполненной из диамагнитного материала, на воду действует магнитное поле, в результате чего в ее массе зарождаются центры кристаллизации, которые и способствуют выпадению солей жесткости, а виде шлама

Применение антикоррозионных присадок и антинакипинов. Антинакипины - это вещества, позволяющие предотвращать образование накипи в системе охлаждения Добавление антинакипинов особенно удобно при работе машин в полевых условиях в отсутствии мягкой воды. Действие антинакипинов сводится к предотвращению образования твердых отложений накипи на горячих поверхностях Достигается это за счет перевода солей жесткости в рыхлое состояние или удержание их в воде в виде перенасыщенного раствора.

При отсутствии специальных препаратов жесткость воды можно СНИЗИТЬ вытяжкой из древесно-растительной золы или сенным настоем.

Из альтернативных охлаждающих жидкостей для системы двигателей могут применяться;

1. Водоспиртовые смеси, недостатком которых является быстрое испарение, невысокая температура кипения и недостаточно низкая температура замерзания

2. Водоглицериновые и спирто-водоглицериновые смеси, имеющие температуру замерзания до -45°С. но трудно прокачиваемые по системе охлаждения из-за высокой вязкости. Так. при температуре -20⁰С вязкость глицериновой смеси возрастает в 10 раз, по сравнению с температурой +20 °С. Смесь из 67 % глицерина и 33 % воды застывает при температуре -47 °С.

3. Дизельное топливо зимней марки, которое нагревают до 120...130°С в присутствии медной стружки, что способствует удалению из него вредно действующих кислот. После удаления стружки в топливо добавляют 4...5 % серной кислоты и выдерживают в течение двух часов, после чего добавляют 10 % кальцинированной соды и делают трехкратную промывку горячей водой После этого топливо для освобождения от воды нагревают до 100 °С. Обработанное таким образом топливо имеет в два раза меньшую окислительную способность Достоинство дизельного топлива недефицитность, низкая вязкость, создание на поверхностях антикоррозионной пленки и др. Недостаток - опасно в пожарном отношении, недостаточно эффективно отводит тепло, вспенивается при попадании воды, быстро разрушает резиновые шланги.