8. Технічні рідини

8.1. Охолодні та мастильно-охолодні рідини

Для забезпечення нормального теплового режиму ДВЗ необхідно в процесі його роботи постійно відводити тепло від найбільш нагрітих деталей. Залежно від типу двигуна, способу охолодження, режиму роботи кількість відведеної теплоти становить 15...35 % загальної кількості тепла, що виділяється при згорянні робочої суміші. Відхилення оп­тимальних теплових умов (як перегрівання, так і переохо­лодження) можуть суттєво порушити нормальний режим роботи ДВЗ і навіть призвести його до аварійного стану.

Охолодження двигуна може бути:

• повітряним;

• рідинним.

Охолодна рідина повинна відповідати таким ос­новним вимогам:

• мати високу теплоємкість, теплопровідність і відповідну в'язкість;

• бути дешевою і недефіцитною;

• мати високі температури кипіння і займання, низьку температуру замерзання;

• не утворювати відкладень на деталях системи охолод­ження і не забруднювати її;

• не визивати корозії металевих виробів і не руйнувати гумові і пластмасові деталі, мати високу фізичну і хімічну стабільність;

• бути не токсичною, вибухо- і пожежобезпечною.

Поки ще не має охолодної рідини, яка повністю відпо­відала б даним вимогам. Широке застосування в системах охолодження одержала вода, а при низьких температурах – низькозамерзаючі охолодні рідини.

Вода як охолодна рідина має переважне застосування, оскільки недефіцитна, має високу теплоємкість, пожежобезпечна і нетоксична. Однак їй властиві суттєві екс­плуатаційні недоліки. Це – висока температура замер­зання (0°С), що дуже ускладнює її застосування взимку. До того ж при замерзанні вода збільшує свій об'єм на 10 %, тому при утворенні льоду в системі охолодження виникає тиск до 200...300 МПа, що призводить до поломок двигуна і радіатора. Низька температура кипіння веде іно­ді до закипання води в системі охолодження, інтенсивного випаровування і припинення циркуляції, внаслідок утворен­ня парових пробок. Застосування закритої системи охолодження дозволяє підвищити темпе­ратуру кипіння до 110... 120°С.

Одним з найбільших недоліків води є здатність утво­рювати накипи на стінках деталей системи охолодження. Накип, маючи низьку теплопровідність (приблизно в 100 раз нижче чавуну), погіршує відведення тепла від стінок двигуна, порушуючи його тепловий режим, внаслідок чого при товщині шару накипу від 1,5 до 6 мм збільшується ви­трата палива на 9...20 % (рис. 8.1), масла – на 15...40 %, а потужність двигуна знижується на 10...25 %.

Інтенсивність утворення накипу залежить від вмісту в воді розчинних солей, в основному кальцію і магнію, що характеризується твердістю води. Твердість води вимірює­ться в міліграм-еквівалент на 1 л (мг-екв/л). Вода, яка міс­тить в 1 л 20,04 мг кальцію або 12,16 мг магнію має твер­дість, що дорівнює одному міліграм-еквіваленту.

Рис. 8.1 Вплив накипу на перевитрату палива

Розрізняють твердість:

• тимчасову (карбонатну);

• постійну (некарбонатну).

Тимчасова твердість пов'язана з наяв­ністю у воді бікарбонатів кальцію та магнію, які при на­гріванні води 80 °С і вище розкладаються, утворюючи на стінках системи охолодження нерозчинну у воді накип у вигляді карбонатів кальцію і магнію.

Постійна твердість пов'язана з наявністю у воді некарбонатнях солей: хлоридів і сульфатів кальцію та магнію, які не розкладаються при її нагріванні, а взаємодіючи а водою або солями, що знаходяться в ній, утворюють щіль­ну і тверду накип.

Сума тимчасової і постійної твердості складає твердість або загальну твердість води, за якою її і класифікують: твердість

• твердість до 3 мг-екв/л – м'яка;

• твердість від 3 до 6 – середньої твердості;

• твердість від 6 до 9 – тверда;

• твердість більше 9 мг-екв/л – дуже тверда.

Застосування в системі охолодження твердої води не бажано, дуже твердої – недопустимо.

Найбільш м'якою та чистою є дощова і снігова (атмос­ферна) вода, яка має твердість менше 0,04 мг-екв/л. Ця во­да найкраще підходить для системи охолодження, хоч і має дещо підвищені корозійні властивості внаслідок розчинених вуглекислого газу і кисню.

Вода рік, озер, ставків (поверхнева) найчастіше має не­велику твердість від 0,5 до 5,0 мг-екв/л, тобто відноситься до води м'якої і середньої твердості. Накип майже не утво­рює, але буває забруднена механічними і органічними до­мішками.

Вода з колодязів і джерел (підземна) частіше всього буває тверда і дуже тверда, тому її не можна застосовувати в системі охолодження без попередньої підготовки (пом'як­шення).

Розрізняють способи пом'якшення води:

• термічний;

• хімічний.

Найпростішим термічним способом пом'якшення во­ди є кип'ятіння її 20...30 хв, протягом цього часу бікарбона­ти кальцію та магнію переходять у карбонати і випадають в осад, який потім вилучають відстоюванням та фільтру­ванням. Це дозволяє знизити тимчасову твердість до 1,0...1,5 мг-екв/л.

Технічно складніший спосіб — перегонка води (одержан­ня дистильованої води), коли розчинні солі залишаються в перегонному кубі.

Хімічні способи пом'якшення побудовані на методі оса­дження солей або катіонному обміні.

При вимушеному користуванні твердою непом'якшеною водою утворення накипу можна зменшити додаванням та­ких присадок (антинакипінів), як хромпік (3...5 г на 1 л во­ди) – переводить солі накипу в розчинний стан, гексамета-фосфат натрію (5...6 мг на 1 л води) – утримує солі накипу в завислому стані. Використання антинакипінів безпосе­редньо в системі охолодження особливо зручно в польових умовах експлуатації машин. З часом необхідно видаляти накип.

Перед видаленням накипу необхідно повністю злити во­ду з усієї системи охолодження і вийняти термостат.

Після зупинки двигуна розчин зливають, а систему охо­лодження промивають чистою водою 2...З рази.

При експлуатації тракторів і автомобілів з рідинною си­стемою охолодження двигунів взимку доцільно застосову­вати рідини, які мають низькі температури замерзання – низькозамерзаючі охолодні рідини (НОР). Такими є сумі­ші води зі спиртами або гліцерином, суміш вуглеводнів та інші речовини.

Поширеною низькозамерзаючою рідиною є суміш води з двохатомним спиртом – етиленгліколем.

Етиленгліколь — прозора безколірна в'язка рідина без запаху. Технічний етиленгліколь трохи голубуватий. Ки­пить при температурі 197°С, а кристалізується (замерзає) при мінус 11,5°С. Однак суміші етиленгліколю з водою за­мерзають при нижчих температурах. Змінюючи співвідношення води і етиленгліколю (рис. 42) можна одержати су­міші з температурами замерзання від 0 до мінус 75°С (33 % води і 67 % етиленгліколю).

Стандартні низькозатерзаючі рідини (антифризи) складаються з води, етиленгліколю і спеціальних присадок, що зменшують корозійні дію цієї суміші на внутрішню поверхню системи охолодження. Для захисту від руйнування міді, алюмінію і свинцево-олов'янистого припою застосовують складний вуглеводень – дек­стрин (1 г/л), для захисту чавуну, сталі, латуні – динатрійфосфат (2,5...3,5 г/л) і проти корозії цинкового і хро­мового покриття – молібденокислий натрій (7...8 г/л). Такі антифризи мають індекс М.

Промисловість випускає антифризи двох марок 40 і 65, температура замерзання яких відповідно мінус 40° і мінус 65°С. Перший використовують у зонах з помірним кліма­том, другий – в північних і східних районах.

Крім того, виробляють напівфабрикат антифризу — тех­нічний етиленгліколь з набором протикорозійних присадок, його маркірують цифрою з індексом «к» (40 к). Якщо до­датки до 1 л цієї рідини 0,73 л дистильованої води, то одер­жимо готовий до застосування антифриз 40.

Для нових марок автомобілів і тракторів виготовляють яизькозамерзаючі рідини, які розраховані на тривале всесєзонне застосування: Тосол А-40М і Тосол А-65М. Випускають і концентрований Тосол АМ, корис­туватися яким можна тільки після розбавлення дистильо­ваною водою. Він являє собою концентрований етиленглі­коль з антикорозійними, антипінними та іншими присад­ками.

Строк служби «Тосолів» – до трьох років. При більш тривалому застосуванні на деяких деталях системи охолод­ження з'являється корозія, в першу чергу на крильчатці во­дяного насоса, тобто чавуні. Кородують також деталі з алю­мінію, припой і латунні трубки радіатора, корпус термоста­та. Перевіряють «Тосоли» на якість індикаторним папірцем: .лужне середовище вказує на запас присадок, які нейтралі­зують кислоти, що утворюються під час «старіння» НОР. Трирічний строк служби «Тосолів» гарантується тільки при підтримуванні протягом цього періоду густини НОР не менше 1075 кг/м³.

Охолодна рідина Лена-40 за своїми властивостями близька до Тосолу А-40М, але менше кородує чавунні і алюмінієві деталі. Змішується з «Тосолом» у будь-яких пропорціях.

Збільшити строк служби «Тосолів» можна додаванням спеціального засобу «Отера» (ТУ 6-15-07-112-85) у кіль­кості 1 л на заправку двигуна. Засіб «Отера» – водогліколевий концентрат з композицією ефективних присадок. Він відновлює експлуатаційні властивості «Тосолів» і збільшує їх строк служби до 2 років. Додавати засіб необхідно тіль­ки в тому випадку, коли «Тосол» після 3 років служби має нормальну густину і не містить забруднень.

Застосування НОР має свої особливості. Оскільки тем­пература кінця кипіння етиленгліколю більша, ніж води,, то в процесі експлуатації википає води завжди більше, в результаті оптимальне співвідношення компонентів пору­шується: збільшується концентрація етиленгліколю, тому в систему охолодження, що заповнена НОР, при її випаро­вуванні необхідно доливати не антифриз, а дистильовану воду.

Якщо втрати НОР із системи пов'язані не з випарову­ванням, а з негерметичністю з'єднань або витіканням із си­стеми охолодження, то після усунення несправності необ­хідно долити НОР.

Потрібно також враховувати, що НОР має більший ко­ефіцієнт теплового розширення, ніж вода, тому, якщо систе­ма не має розширювального бачка, кількість НОР повинна' бути на 6...8 % менше норми для води.

Перед заповненням системи охолодження НОР необхід­но видалити накип, тому що він вступає в реакцію з про­тикорозійною присадкою, знижує її концентрацію, внаслі­док чого підвищується корозійність НОР.

При користуванні НОР, необхідно пам'ятати, що ети­ленгліколь сильна харчова отрута. Потрапляння навіть не­великої його кількості в організм людини небезпечно. Смер­тельна доза етиленгліколю всього 20...30 г, тому зберігання" і видача НОР підлягають суворому контролю.

Ведуться випробування щодо застосування на авто­тракторних двигунах НОР на основі солі (сіль+інгібітор корозії). Такого типу НОР мають ряд переваг перед існую­чими: нетоксичні, мають у 3 рази менший коефіцієнт об'єм­ного розширення, випаровуючись утворюються кристалики солі, які закупорюють щілини, сировина в 3 рази дешевша «Тосолів», змішується з ними в будь-яких пропорціях.

Мастильно-охолодні рідини (МОР), іноді їх називають мастильно-охолодні технологічні засоби (МОТЗ), знаходять широке використання в ремонтному виробництві під час обробки металів різанням і тиском. МОТЗ виконують роль мастильної речовини, полегшують процеси деформації ша­рів металу, що зрізуються; покращують якість поверхні, яку обробляють; охолоджують інструмент і деталь; змива­ють стружку, металевий пил й

Масляні МОР – це мінеральні масла в'язкістю при 50°С від 2 до 40 мм²/с без присадок або ж з присадками різного функціонального призначення (антифрикційні, протиспрацьовувальні, протизадирні, антиокислювальні тощо). МОТЗ на основі мінеральних масел поставляють у вигляді, при­датному для безпосереднього використання. Маючи добрі мастильні властивості у масляних МОР є і недоліки: низь­ка охолодна здатність, висока вартість, підвищена випар­ність і пожежонебезпека.

Більш широке застосування одержали емульсоли, які самовільно емульгують при змішуванні з водою. При цьому утворюються прозорі емульсії, стабілізовані високомолекулярними органічними кислотами, спиртами та іншими ре­човинами.

Крім того в склад МОР входять антиокислювальні, протизношувальні, протизадирні і антипінні присадки. Емуль­соли мають ряд переваг перед масляними МОТЗ: більш ви­сока охолодна здатність, пожежобезпечність і невисока вартість. Разом з тим вони мають і недоліки: підвищене ціноутворення, необхідність утилізації відпрацьованих вод­них розчинів. Емульсоли вводять у воду в концентрації від 2 до 10 % залежно від їх типу та умов застосування.

Відпрацьовані МОТЗ можна використовувати як загар-, тувальне і консерваційне середовища, для змащення форм для лиття, форм при виробництві залізобетону і цегли, для просочення деревини тощо.