Використання води як охолоджувальної рідини

Призначення та основні вимоги до охолоджувальних рідин

РІДИНИ ДЛЯ СИСТЕМ ОХОЛОДЖЕННЯ ДВИГУНІВ

СПЕЦІАЛЬНІ ТЕХНІЧНІ РІДИНИ

РІДИНИ ІНШОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

РІДИНИ ДЛЯ СИСТЕМ ОХОЛОДЖЕННЯ

РОЗДІЛ III. ОСНОВИ ВИКОРИСТАННЯ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ТЕХНІЧНИХ РІДИН

1.1. Призначення та основні вимоги до охолоджувальних рідин

1.2. Використання води у якості охолоджувальної рідини

1.3. Низькозамерзаючі охолоджувальні рідини

При спалюванні палива в двигуні частина тепла йде на на­грів стінок камери згоряння та всього двигуна. При досягненні критичної температури двигун перегрівається, при цьому погір­шується наповнення циліндрів та умови мащення, з’являється детонація, калильне запалювання, збільшується витрата палива та знижується потужність двигуна. Для підтримування нормаль­ної температури двигуна його охолоджують, використовуючи для цього охолоджувальні рідини.

До охолоджувальних рідин висувають наступні вимоги:

- висока температура кипіння (щоб запобігти утворенню парових пробок та втрат рідини);

- висока теплоємність та теплопровідність;

- висока хімічна та фізична стабільність;

- корозійна пасивність;

- не вступати в реакцію з гумовими деталями;

- оптимальна в’язкість;

- відсутність утворення накипу;

- низька вартість та недефіцитність;

- нетоксичність та пожежобезпечність.

При температурах вище нуля всім перерахованим вимогам відповідає вода, основними перевагами якої є нешкідливість, до­ступність, низька вартість. В’язкість води забезпечує легкість її циркуляції в системі охолодження. Вода володіє великою тепло­ємкістю.

Поки ще немає охолоджувальної рідини, яка повністю від­повідала б даним вимогам. Широке застосування в системах охолодження двигунів одержала вода, а при низьких темпера­турах - низькозамерзаючі охолоджувальні рідини.

Найрозповсюдженішою рідиною, що використову­ється для охолодження, є вода. Вона має найвищу тепло­ємність 4,19 кДж/(кг·°С), більшу теплопровідність, невелику кі­нематичну в’язкість (ν_{20 °C} = 1 мм²/с) та більшу теплоту випаро­вування.

При використанні води як охолоджувальної рідини утворення відкладень в системі охолодження двигуна визнача­ється в основному наявністю розчинених у воді солей, що утво­рюють накип.

Використовувати технічну воду слід після попередньої її пом’якшення (кип’ятіння, обробки вапном та содою) або з до­бавленням протинакипних присадок (антинакипинів). Напри­клад, калієвий хромпік К₂Сr₂O₇ при концентрації його від 5 до 10 г в 1 л води здатний перетворювати солі у речовини, що не утворюють накип.

Використання любого антинакипина повинна випереджа­ти очищення системи охолодження від утвореної раніше накипи.

На рис. 3.1 приведена схема установки для пом’якшення жорсткої води.

Рис. 3.1. Схема стаціонарної катіонітової установки

для пом’якшення жорсткої води:

1 – насос; 2 – катіоновий фільтр з сульфованим вугіллям; 3 – мішалка для приготування розчину повареної солі; 4 – збірник пом’якшеної води

Вода, як охолоджувальна рідина має переважне застосуван­ня, оскільки недефіцитна, має високу теплоємкість, пожежобезпечна і нетоксична. Однак їй властиві суттєві експлуатаційні недоліки. Це – низька температура замерзання (0°С), що дуже ус­кладнює її застосування взимку. До того ж при замерзанні вода збільшує свій об’єм на 10% (рис. 3.2), тому при утворенні льоду в системі охолодження виникає тиск до 200-300 МПа, що призводить до поломок двигуна і радіатора.

Рис. 3.2. Залежність об’єму води від температури

Низька температура кипіння веде іноді до закипання води в системі охолодження, інтенсивного випаровування і припинення циркуляції, внаслідок утворення парових пробок. Цей недолік води виявляється перш за все у жаркий періоді в гористій місцевості. 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. 3.3), масла – на 15-40%, а потужність двигуна знижується на 10-20%.

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. 3.3. Вплив накипу на перевитрату палива

Розрізняють тимчасову (карбонатну) і постійну (некарбонатну) твердість. Тимчасова твердість пов’язана з наявністю у воді бікарбонатів кальцію та магнію, які при нагріванні води до 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 некарбонатних солей: хлоридів і сульфатів кальцію та магнію, які не розкладаються при її нагріванні, а взаємодіючи з 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 класифікують. Вода, яка має твердість до 3 мг-екв/л – м’яка, від 3 до 6 – середньої твердості, від 6 до 9 – тверда, більше 9 мк-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 утворюється, 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 термічний та хімічний способи пом’якшення води. 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.

Обробка води содою Na₂CO₃ або тринатрійфосфатом Na₃PO₄ з подаль-шим фільтруванням дозволяє вилучати з неї солі тимчасової і постійної твердості, знизити загальну твердість. На кожний 1 мг-екв/л твердості 1 л пом’якшеної води необхідно додати 53 мг соди і 55 мг тринатрійфосфату. Теплу (гарячу) воду перемішують з реагентом протягом 20-30 хв, відстоюють і фільтрують.

У промисловості широке застосування знайшов метод пом’якшення води фільтруванням через катіонові фільтри, тобто речовини, які здатні вступати в реакцію з іонами кальцію і магнію. Як катіони використовують природні мінерали глау­коніт або штучно виготовлені катіоніти, які називають перму­титами. Залишкова загальна твердість при використанні катіонітових фільтрів не більше 0,5-1,0 мг-екв/л.

Найпростішим, економічним і ефективним способом пом’якшення води є магнітна обробка. Суть її полягає в пропус­канні води (не менше 6 разів) через магнітне силове поле в на­прямку, перпендикулярному силовим лініям, в результаті чого солі, які знаходяться у воді, не утворюють накипу, а випадають у вигляді легкозмиваючого шламу. Крім того, під дією магніт­ного поля в обробленій воді руйнується раніше утворений на­кип. Для магнітної обробки води використовують апарати з постійним і електричним магнітами (рис. 3.4), вмонтованим у водопровідну мережу.

Рис. 3.4. Схема апарата для електромагнітної обробки води:

1 – водопровідні трубу; 2 – корпус апарата; 3 – корпус магніта;

4 – котушка електромагніта; 5 – електропровід

Дата добавления: 2017-02-01