Жидкости, применяемые для охлаждения ДВС
Оглавление.
Введение.
Требования,предъявляемыек охлаждающимжидкостям.
Вода, какохлаждающаяжидкость.
Этиленгликолевыесмеси.
1. Часть тепла,выделяющегосяпри сгораниитоплива в двигателеидет на нагревкамеры сгоранияи цилиндровдвигателя. Причрезмерномнагреве стеноккамер сгораниятеряется мощностьдвигателявследствиеухудшениянаполненияцилиндров,ухудшаютсяусловия смазывания,появляетсядетонация,калильноезажигание идругие нежелательныеявления. Чтобыпредотвратитьперегрев деталейдвигателя, ихохлаждают. Вкачестве охлаждающихагентов в двигателяхиспользуютвоздух илижидкости Наибольшеераспространениеполучили жидкостныесистемы охлаждения.
В двигателяхс жидкостнымохлаждениемблок и головкацилиндроввыполненыдвойными. Междустенками образуетсяохлаждающаярубашка, котораязаполняетсяжидкостью.Охлаждающаяжидкостьотводит теплоот стенок иголовки цилиндрови отдает тепловоздуху,который нагнетаетсявентиляторомчерез радиатор.Таким образом,охлаждающаяжидкость непрерывноциркулируетв замкнутойсистеме охлаждения,нагреваясьв блоке и головкецилиндров иохлаждаясьв радиаторе.
2. Для обеспечениянормальнойработы всейсистемы к охлаждающейжидкости предъявляютряд требований.Жидкость должна:
•иметь высокиетеплоемкостьи теплопроводностъдля эффективногоотвода тепла;
•не замерзатьи не кипеть привсех рабочихтемпературахдвигателя;
•не воспламеняться;
•не вспениваться;
•не вызыватькоррозии металлови сплавов;
•не разъедатьрезинотехническиеизделия системыохлаждения;
•обладатьдостаточнонизкой стоимостьюи производитьсяв достаточномколичестве;
Для эксплуатациидвигателейпри положительныхтемпературахвоздухасамой подходящейохлаждающейжидкостьюявляется вода.При отрицательныхтемпературахво избежаниезамерзанияводы применяютводные смесис различнымивеществами,понижающимитемпературузастывания.Такие смесиполучили названиеантифризов.
3. Вода -наиболеераспространеннаяохлаждающаяжидкость. Онадоступна,безопасна впожарном отношении,безвредна длячеловека иимеет высокуюудельную теплоемкость- 4,19 кДж/кг·°С,превосходящуювсе другиеизвестныеохлаждающиежидкости.Существеннымнедостаткомявляется высокаятемпературазамерзания(вода замерзаетпри температуреО °С со значительнымувеличениемобъема, чтовызываетразрушение(размораживание)системы охлажденияпри низкихтемпературах.
Вода имеетсравнительнонизкую температурукипения, поэтомув системе охлаждениясовременныхдвигателейподдерживаюттемпературу80...90 °С. При эксплуатациидвигателейв условияхжаркого климата,особенно вюжных районахстраны, температураводы можетдостигать 95...100 °С. Во избежаниебольших потерьжидкости системыохлаждениядвигателейгерметизируют.На пробке радиатораустанавливаютклапан, которыйоткрываетсятолько приповышениидавленияв системе охлаждения.Это позволяетнесколькоповысить температурукипения водыи снизить еепотери от испарения.
Н
едостаткомводы, как охлаждающейжидкости, являетсятакже способностьобразовыватьв системе накипьи шлам. Накипьобразуетсяна горячихстенках за счетвыпадения солейиз водногораствора. Подшламом имеютввиду илистыеотложенияминеральногоили органическогопроисхождения,скапливающиесяв застойныхполостях рубашкиохлаждениядвигателя ив нижнем бачкерадиатора. Рис. 1 Влияниеотложенийнакипи в системе
охлажденияна расход топлива
Образованиенакипи в системеохлаждениясвязано с выпадениемиз водногораствора солейкальция и магния,которые вместес частичкамипримесейи продуктовкоррозии «прикипают»к поверхностямнагретогометалла.Слой накипиимеет оченьмалуютеплопроводность,т.е. ухудшаеттеплоотвод.Одновременноуменьшаетсясечение трубокрадиатора, чтотакже ведетк перегревудвигателя икак следствие- к увеличениюрасхода топлива(рис.1).
Соли кальцияи магния, находящиесяв растворенномсостоянии,придаютводе свойства,которые получилиназвание«жесткость».
Чем вышесодержаниев воде солеймагния и кальция,тем больше еежесткость. Заединицу жесткостипринимаютмиллиграмм-эквивалентсолей на 1 л воды.Если жесткостьводы равна 1мг·экв/л, тоэто означает,что в 1 л водысодержится20,04 мг ионов кальцияили 12,16 мг ионовмагния. Различаютжесткостьвременную,постояннуюи общую.
Временнаяжесткостьхарактеризуетсодержаниев воде в основномдвух соединений- бикарбонатакальция Ca(НСО3)2и бикарбонатамагнияМg(НСО3)2.Эти соли могутнаходитьсяв воде в растворенномсостояниитолько в присутствиинекоторогоколичествасвободнойуглекислоты.При кипяченииводы свободнаяуглекислотаиз нее удаляетсяи соли временнойжесткостираспадаютсяна карбонаты,выпадающиев осадок, и диоксидуглерода, уходящийв атмосферу.Таким образом,при кипячениибикарбонатыудаляются изводы, поэтомуобусловленнуюих присутствиемжесткостьназывают временнойили устранимой.
Постояннаяжесткостьопределяетсяприсутствиемв воде болеестойкихсолей, таких,как СаSО4,СаСI2,МgSО4,МgСI2,СаSiO3,МgSiO3и др. Эти соединенияпри кипячениине разлагаютсяи не выпадаютв осадок, еслиих концентрацияне превосходитпредела насыщения.
В образованиинакипи в системеохлажденияучаствуют соликак временной,так и постояннойжесткости. Нобольший вредприносят соливременнойжесткости.Первое же закипаниеводы в системеохлажденияприводит квыпадениюкарбонатови образованиюнакипи. Приэтом происходитснижение временнойжесткости воды.
Соли постояннойжесткостипринимаютучастие в образовании
накипи толькопосле испарениячасти воды,т.е. когда ихконцентрацияв воде превышаетпредел насыщения.При перегреведвигателя вода,соприкасаясьс сильно нагретымиповерхностями,образует пузырькипара, а выпадающиесоли оседаютна перегретойповерхности.Сумму временнойи постояннойжесткостейназывают общейжесткостью.Вода считаетсямягкой, еслиона содержитсолей не более3, средней- 3...6 и жесткой -более 6 мг·экв/л.
По степенипригодностидля системохлаждениядвигателейприродныеводы можнораспределитьв следующемпорядке: атмосферная(дождевая,снеговая) - мягкая;речная илиозерная - мягкаяили средняя;колодезная,ключевая илиморская - жесткая.
Воду среднейили высокойжесткости передиспользованиемв системахохлаждениярекомендуется«смягчить»или смешиватьсо специальнымидобавками -антинакипинами.Простейшимспособом смягченияводы являетсякипячение, прикотором бикарбонатыразлагаютсяи карбонатывыпадают изводы в видеосадка. Послефильтрованияводу можноиспользоватьдля системохлаждения.
С
мягчениеводы можнодостичь еехимическойобработкой.Добавлениесоды и извести(гашеной) приводитк выпадениюсоединенийкальция и магнияв осадок.Известково-содовыйспособ смягченияводы эффективнеекипячения.Весьма простойи эффективныйспособ смягченияводы - фильтрованиечерез катиониты.Промышленностьвыпускаеттиповыеустановки длясмягчения водыс помощьюкатионитовыхфильтров.
Рис. 2 Влияниеантинакипинана процессобразованиянакипи.
Вещества,известные подназваниемантинакипинов,позволяютпредотвратитьобразованиенакипи обработкойводы непосредственнов системе охлаждения(рис.2). Добавлениеантинакипиновособо удобнов полевыхусловиях приотсутствиимягкой воды.Действиеантинакипиновсводится кпредотвращениюобразованиятвердых отложенийнакипи на горячихповерхностях.Достигаетсяэто за счетперевода солей,дающих накипь,в рыхлое состояниеили за счетудержания такихсолей в водев виде перенасыщенныхрастворов. Вкачествеантинакипиновиспользуютразличныесоставы (таблица1).
Воду, предназначеннуюдля системохлаждения,необходимопредохранятьот загрязнениянефтепродуктами.Попаданиетоплив и маселв воду частосопровождаетсяинтенсивнымвспениваниеми выбросомохлаждающейжидкости изсистемы.
Таблица 1. -Составы дляудаления накипи
Примечание:* - нельзя использоватьдля очисткидеталей изалюминияи его сплавов
При температурахокружающеговоздуха ниже0 °С необходимозаливатьв жидкостныесистемы охлаждениявместо водынизкозамерзающиежидкости - антифризы.В качествеантифризовможно использоватьсмеси воды соспиртами, смесиводы с глицерином,смеси углеводородови ряд другихвеществ. Наибольшеераспространениев качественизкотемпературныхохлаждающихжидкостейполучили водныерастворыэтиленгликоля.
4. Этиленгликолъ- двухатомныйспирт, представляетсобой прозрачнуюбесцветнуювязкую жидкостьбез запаха.Цвет техническогоэтиленгликоляслегка желтоватый.При небольшойтемпературезастываниячистого этиленгликоля,его смеси сводой застываютпри болеенизких температурах.Меняя соотношениеводы и этиленгликоля,можно получитьсмеси с температуройзастыванияот 0 до минус70°С (рис. 3).
Рис. 3 Криваякристаллизацииводно-этиленгликолевойсмеси
Основныепоказателиэтилен гликоляследующие:
• плотностьпри 20 °С, кг/м31,113
• коэффициентрефракции1,4318
• температураплавления,°С11,5
• температуракипения, °С197,4
• коэффициентобъемногорасширения0,00062
• удельнаятеплоемкостьпри 20°С, кДж/(кг· °С)2,40
• температуравспышки, °С122
• температуравоспламенения,°С140
Техническийэтиленгликольи жидкости, вкоторых онсодержится,являются весьматоксичными.
Посколькувода и этиленгликольимеют разнуюплотность, апри их смешенииплотностьизменяетсяпропорционально,определитьтемпературузастыванияможно по изменениюплотности.
В связи с тем,что этиленгликольоказываеткоррозионноедействиена металлы, всостав антифризоввводят антикоррозионныеприсадки. Дляпредотвращениявспениванияв антифризыдобавляютантипенныеприсадки.
При испаренииводных растворовэтиленгликолявыделяющиесяпары всегдасодержат значительнобольше воды,чем этиленгликоля.В условияхэксплуатацииот испарениятеряется практическитолько вода.При пониженииуровня охлаждающейжидкости (вслучае отсутствияподтеканий)доливать необходимодистиллированнуюводу.
Этиленгликолевыежидкости имеютбольшой коэффициентобъемногорасширения.При нагреваниидо рабочейтемпературыих объем увеличиваетсяна 6...8 %. При застыванииэтиленгликолевыхантифризовобъем образующейсякашицеобразноймассы увеличиваетсяочень незначительнои размораживаниядвигателя илирадиатора непроисходит.
Химическаяпромышленностьвыпускаетнесколько марокантифризовна базе этиленгликоля(таблица 2). Первыенизкозамерзающиеохлаждающиежидкости - антифризымарок 40 и 65. Жидкостьмарки 40представляетсобой смесь53 % этиленгликоляи 47% воды иимеет температурузамерзанияне выше минус40 °С. Жидкостьмарки 65 содержит66 % этиленгликоляи 34% воды и имееттемпературузамерзанияне выше минус65 °С.
Таблица 2 -Показателикачестванизкозамерзающихохлаждающихжидкостей
В качествеантикоррозионныхдобавок в антифризывводят ди-натрийфосфат(техническийдвузамещённыйфосфорнокислыйнатрий) -2,5…3,5 г/л и декстрин(углевод типакрахмал) - 1 г/л.Считают, чтодинатрийфосфатзащищает откоррозии чугунные,стальные ичастичномедные детали,а декстрин -припой и деталииз алюминияи меди. Иногда,кроме этихприсадок, вантифризывводят молибденовокислыйнатрий, чтоулучшает ихантикоррозионныесвойства вотношениицинковых ихромовых покрытий.Такие антифризыимеют индексы40М и 60М.
Наибольшеераспространениеполучиланизкозамерзающаяохлаждающаяжидкость «Тосол».Ее применяюткруглогодичнокак в зимнее,так и в летнеевремя. Жидкостьготовят наоснове этиленгликоляс добавлениемантикоррозионныхприсадок иантивспенивателя.Выпускаюттри марки - ТосолА, Тосол А-40 и ТосолА-65.
Тосол Аконцентрированныйэтиленгликольс присадками.ПользоватьсяТосолом А следуеттолько послеразведенияего дистиллированнойводой. СмесьТосола А и водыв соотношении1:1 имеет температуруначала кристаллизацииминус 35 °С.
Список литературы.
СтребковС.В., СтрельцовВ.В. Применениетоплива, смазочныхматериалови техническихжидкостей вагропромышленномкомплексе.Учебное пособие.– Белгород:БелгородскаяГСХА, 1999. – 404 с.
Министерствосельскогохозяйства ипродовольствия
РоссийскойФедерации
Главноеуправлениевысших учебныхзаведений
Оренбургскийордена ТрудовогоКрасного Знамени
государственныйаграрный университет
Факультетмеханизациисельскогохозяйства
Кафедратракторови автомобилей
Р Е Ф Е Р А Т
НА ТЕМУ:«Жидкости,применяемые,для охлажденияДВС»
Выполнилстудент М-33агр. Ситков Л.С.
Проверил ИскандаровА.З.
г. Оренбург2001г.