1
Надежный гидропривод зимой
«Зимнее» гидравлическое масло МГ-15В (ВМГЗ)
Длинная рука разрушения
Машины со сверхдлинным рабочим оборудованием
Вся правда о ямочном ремонте (ч.1)
Дорожный ремонт
 1
Золотая ручка
Обзор экскаваторов-планировщиков
О влиянии уплотнений на надежность гидропривода
Запас карман не тянет
Гидроаккумуляторы энергии гидромолотов
 1
Модернизация колесных экскаваторов ТВЭКС
Наращивание производительности и улучшение эргономики экскаваторов ЕК-14, ЕК-18
 1
Когда тянуть, а когда и толкать (ч.1)
Конструкции тягово-сцепных устройств
Секреты «долголетия» ходовой части гусеничных машин (ч. 4)
Оценка характера износа ходового механизма и типичные повреждения
Поговорим о ремонте шин
Местный ремонт сквозных повреждений бескамерных шин
Полезные мешки для... воздуха
«Воздушные пакеты» для раскрепления грузов
Техническое обслуживание гидравлического привода мобильных машин (ч.1)

Антифриз (Часть 1)
Свойства охлаждающих жидкостей разных типов для тяжелой техники

В западной технической литературе любая охлаждающая жидкость (ОЖ) именуется «антифриз», т. е. «низкозамерзающая жидкость». В России антифризом традиционно называют примитивную ОЖ, применяемую вначале как альтернатива чистой воде и состоящую из смеси этиленгликоля c водой практически без присадок. ОЖ более совершенного состава – этиленгликоль, вода и пакет присадок – в России носит название ТОСОЛ. Эта торговая марка ОЖ, специально разработанной в свое время в ГосНИИОХТе (Государственный научно-исследовательский институт органической химии и технологии), своевременно не была зарегистрирована, поэтому ТОСОЛ выпускают сейчас различные предприятия с разными пакетами присадок и название ТОСОЛ стало именем нарицательным для ОЖ на основе этиленгликоля с присадками.

В статье приведены иностранные обозначения антифризов и их компонентов, поскольку их часто используют в современной русской технической литературе.

Характеристики ОЖ в зависимости от содержания этиленгликоля

Неисправности в тяжелых дизелях, связанные с системой охлаждения

По некоторым данным, до 22% неисправностей двигателей непосредственно, а до 40% и косвенно связано с охлаждением.

Кавитация (от лат. cavitas – пустота) – это образование в охлаждающей жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, что может происходить, например, при увеличении ее скорости или в результате мощной высокочастотной вибрации гильз цилиндров (гидродинамическая кавитация). Физически кавитация близка к процессу закипания жидкости. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением, кавитационный пузырек схлопывается, излучая при этом ударную волну. Возникает разрежение между поверхностью металлической детали и охлаждающей жидкостью, выбивающее оттуда молекулы и мельчайшие кусочки металла. Это происходит миллионы раз, в результате чего стенки гильз и лопасти жидкостного насоса разрушаются и в них образуются каверны и сквозные отверстия, будто проколотые иглой. Кавитация может разрушить практически любое вещество.

Одной из причин разрушения гильз цилиндров «мокрого» типа являются блуждающие паразитные токи, проходящие через ОЖ на «массу». При коротком замыкании в электропроводке ток течет на «массу» по пути наименьшего сопротивления. Часто этим путем оказывается система охлаждения. Электроток, проходя через ОЖ, быстро разлагает нитриты, содержащиеся в некоторых присадках, а ведь именно эти присадки защищают гильзы цилиндров от кавитации.

В эксплуатации часто не следят за чистотой оборудования – в результате в систему охлаждения попадает грязь

Известен факт: в США тяжелый магистральный грузовик, находившийся вроде бы в прекрасном состоянии, вышел в рейс, и через 9,5 тыс. км пути у него полностью вышел из строя двигатель – разрушились гильзы цилиндров. Причиной стало короткое замыкание в стартере.

Достаточно распространены и другие причины – отложения накипи и шлама, действие хлоридов, содержащихся в воде: в особо серьезных случаях эти соединения обезуглероживают чугун до такой степени, что гильзы цилиндров становятся хрупкими, будто они из песка.

Накипь образуется на горячих стенках гильз за счет выпадения в осадок солей кальция и магния, содержащихся в ОЖ, которые вместе с частичками примесей и продуктов коррозии «прикипают» к поверхностям нагретого металла. Слой накипи имеет очень малую теплопроводность, т. е. ухудшает теплоотвод, и детали цилиндропоршневой группы перегреваются. Традиционные ОЖ, содержащие силикаты, имеют такое неприятное свойство, как образование гелей. Жидкости, содержащие фосфаты, могут образовывать нерастворимые осадки – шлам, т. е. илистые отложения минерального (или органического) происхождения, скапливающиеся в застойных полостях рубашки охлаждения двигателя и в нижнем бачке радиатора. Эти гели и осадки блокируют термостат, засоряют радиатор и протоки рубашки охлаждения, что приводит к нарушению охлаждения двигателя.

Кавитация, образование накипи и многие другие явления в системе охлаждения связаны со свойствами охлаждающей жидкости. Поговорим о них подробнее.

В эксплуатации часто не следят за чистотой оборудования – в результате в систему охлаждения попадает грязь

Типы антифризов

ОЖ разных типов. В настоящее время применяют охлаждающие жидкости, изготовленные на основе этиленгликоля или родственного ему спирта – пропиленгликоля. Обычно содержание гликоля в воде составляет от 30 до 60%. Именно при таком составе ОЖ обладает самой низкой температурой охлаждения и высокой температурой кипения (лучше, чем у чистого этиленгликоля и тем более воды). По физическим свойствам этиленгликоль и пропиленгликоль (и их смеси с водой) весьма похожи. По некоторым данным, при использовании ОЖ на основе пропиленгликоля увеличивается срок службы уплотнений жидкостных насосов двигателей. Никаких значительных различий в ресурсе шлангов и уплотнений гильз цилиндров, а также в темпах расхода присадок обнаружено не было. Известны результаты испытаний, по которым пропиленгликоль показал некоторые преимущества при защите от кавитационной коррозии. Разница между этиленгликолем и пропиленгликолем в том, что этиленгликоль очень ядовит для человека, может абсорбироваться даже через кожу, а пропиленгликоль менее опасен, зато дороже этиленгликоля приблизительно в 10 раз. Поэтому ОЖ на основе пропиленгликоля составляют в общем объеме продаж на рынке около 1%.

Кавитационные пузырьки разрушают стенки гильз цилиндров: 1 – охлаждающая жидкость; 2 – кавитационные пузырьки; 3 – эрозия металла; 4 – гильза цилиндра «мокрого» типа

Отечественная химическая промышленность выпускает ТОСОЛы на базе этиленгликоля марок А-40, А-60 и А-65, имеющие температуру замерзания –40, –60 и –65 °С соответственно. Заметим, что температура замерзания, указанная на упаковках ОЖ, это температура, при которой в ней образуются первые кристаллы льда, т. е. до полного затвердевания еще далеко.

Антифризы разных типов различаются присадками, введенными в этиленгликоль (доля присадок, используемых для изготовления охлаждающих жидкостей двигателей, как правило, меньше 3% по массе). Назначение всех пакетов присадок одинаковое, но по химическому составу они могут кардинально различаться. ОЖ традиционного состава содержат пакеты присадок на основе солей неорганических кислот: силикатов, нитритов и т. д. ОЖ, произведенные по карбоксилатной технологии (англ. аббревиатура OAT, organic acid technology), содержат ингибиторы коррозии – соли органических кислот (карбоксилаты).

«Обычные» ОЖ. Для предотвращения вспенивания в состав «обычных» антифризов добавляют антипенные присадки, а поскольку этиленгликоль оказывает на металлы коррозионное действие, добавляют и антикоррозионные присадки. В антифризы для дизельных двигателей включают также присадки для защиты гильз цилиндров «мокрого» типа от воздействия кавитации.

Силикаты – это ингибитор коррозии алюминия.

Декстрин – углевод типа крахмала, он защищает от коррозии припои, алюминий и медь.

Традиционные ОЖ образуют на поверхности металла защитный слой, достигающий 0,5 мм; карбоксилатные ОЖ формируют защитный слой толщиной 0,0006 мм только в местах образования коррозии

Толилтриазол – ингибитор коррозии цветных металлов: меди и ее сплавов, никеля, цинка, свинца и серебра.

Нитраты защищают от коррозии черные металлы.

Нитриты защищают от кавитации.

Нитриды также защищают от кавитации (но в меньшей степени, чем нитриты).

Бораты защищают от кавитации и поддерживают уровень щелочного числа (нейтрализуют кислоты).

Молибденаты защищают от кавитации, молибденовокислый натрий защищает от коррозии цинковые и хромовые покрытия. Такие ТОСОЛы имеют индексы «М»: А-40М, А-60М и А-65М.

Фосфаты защищают от кавитации, от коррозии алюминий и черные металлы, частично – медные детали, поддерживают уровень щелочного числа (нейтрализуют кислоты). Фосфаты добавляют в состав многих антифризов производства компаний США и Японии. Европейские производители автомобилей не рекомендуют использовать ОЖ, содержащие фосфаты, в Европе пользуются антифризами, содержащими другие ингибиторы. Причина в том, что вода в Европе более жесткая, чем в США и Японии, и фосфаты, взаимодействуя с жесткой водой, способствуют образованию накипи из солей кальция или магния на теплопередающих поверхностях. До 90% отечественных «обычных» ОЖ производится с использованием силикатов и нитритов.

Конечно, лучше использовать современный готовый антифриз, специально предназначенный для тяжело нагруженных дизелей, но даже в таких ОЖ силикаты и нитриты быстро истощаются, и через 30…40 тыс. км пробега автомобилей ОЖ практически полностью теряет защитные свойства. Использование нитридных присадок сопряжено с множеством трудностей. Во-первых, нитриды довольно быстро истощаются. Во-вторых, сами по себе нитриды нестабильны и могут выпадать в осадок, образуя в системе охлаждения осадки и гель. В-третьих, увеличение концентрации этих присадок приводит к коррозии алюминиевых сплавов и припоя. Практически неорганические нитридные присадки не могут обеспечить защиту от кавитации гильз «мокрого» типа на уровне, какого требуют условия эксплуатации современных дизельных двигателей. Заметим также, что силикаты, фосфаты и бораты ядовиты и чрезвычайно опасны для окружающей среды и человека.

Сравнительные результаты высокотемпературных динамических испытаний на коррозию алюминия в охлаждающей жидкости, демонстрирующих превосходство карбоксилатных ОЖ над традиционными

По мере работы «обычной» ОЖ содержание присадок уменьшается, и в нее следует вводить дополнительные присадки. Однако делать это следует осторожно, поскольку слишком высокое содержание нитритов может вызвать коррозию металла припоев, а чрезмерное содержание других присадок вызывает повышение общей концентрации растворенных твердых веществ, что создает опасность выпадения твердых отложений и ухудшения охлаждения. Заметим, что пакеты присадок сбалансированы, и в случае нарушения композиции за счет быстрого расхода одного из компонентов ОЖ утрачивает свои свойства. Поэтому, чтобы обезопасить систему охлаждения от выпадения отложений, рекомендуется полностью заменять «обычную» ОЖ через каждые два года.

Главным недостатком ОЖ, произведенных по традиционной технологии, является неспособность присадок на основе неорганических соединений защищать алюминий (и другие металлы) при температурах свыше 105 °С и при мощных тепловых потоках.

Трубки этого радиатора окислились и снаружи, и наверняка изнутри, явно вместо антифриза часто заправлялась водопроводная вода

Антифризы, предназначенные для бензиновых легковых автомобилей, нельзя использовать для дизельных двигателей, особенно высоконагруженных. Правда, существуют «универсальные» антифризы, которые, как утверждают их производители, можно применять и для легковых автомобилей, и для тяжелой техники. Универсальный состав содержит достаточно силиката, чтобы обеспечить надлежащую защиту алюминия, но не настолько высокий, чтобы его нельзя было использовать в тяжелых транспортных средствах.

Присадки SCA. Для защиты гильз цилиндров «мокрого» типа от кавитации в высоконагруженных дизелях в состав «обычной» ОЖ обязательно должны быть введены дополнительные присадки, содержащие нитрит (англ. аббревиатура SCA – supplemental coolant additive). Следует учесть, что существует два основных типа присадок SCA: одни содержат нитриты/ бораты, другие – нитриты/ молибденаты/ фосфаты. Смешивать ОЖ, содержащие присадки SCA разных типов, не рекомендуется, как и приобретать подозрительно дешевые присадки SCA, которые могут оказаться подделкой и нанести системе охлаждения лишь вред. Проверьте, указано ли на упаковке, какому стандарту соответствует присадка – например, ASTM D-5752: это будет хоть какой-то гарантией качества продукта.

Уменьшение содержания присадок в антифризах в зависимости от пробега машины

ОЖ увеличенного срока службы. Чтобы решить проблему быстрого старения ОЖ, в последние годы разработаны охлаждающие жидкости увеличенного срока службы (англ. аббревиатура ELC – extended life coolant) для современных высокофорсированных дизелей, в которых ингибиторами кавитации и коррозии в большинстве случаев служат карбо­ксилаты, устойчивые к окислению и тепловому воздействию органические кислоты (англ. аббревиатура ОАТ – Organic Acid Technology). Они защищают металлические детали, в том числе алюминиевые, образуя тонкую окисную пленку, причем только на очагах коррозии. Благодаря «адресной» защите расход присадок происходит гораздо медленнее. Карбоксилатные антифризы не образуют в процессе эксплуатации гелей и осадка. Производители этих ОЖ обещают, что они могут использоваться без замены до 1 млн. км, 5 лет или 12 000 моточасов. На упаковке таких антифризов западные производители ставят маркировку «G12».

«Обычные» ОЖ образуют на поверхности металла защитный слой, достигающий порой 0,5 мм. Защищая металл от коррозии, этот слой одновременно значительно ухудшает теплоотвод (до 50%) за счет своей низкой теплопроводности. При этом увеличивается вероятность перегрева двигателя. Карбоксилатные охлаждающие жидкости образуют защитный слой только в местах образования коррозии толщиной 0,0006 мм. При этом на остальных теплопередающих поверхностях защитный слой, ухудшающий теплоотвод, не формируется.

Карбоксилатные антифризы не агрессивны по отношению к пластиковым, эластомерным, резино-силиконовым и другим материалам, используемым в системе охлаждения.

«Гибридные» антифризы. Существуют ОЖ на основе органических кислот с добавлением неорганических ингибиторов (например, нитритов, силикатов и/ или фосфатов), такие антифризы часто называют гибридными (англ. аббревиатура Hybrid OAT, HOAT). Также иногда гибридными называют антифризы, созданные на основе некарбоксилатных органических кислот, таких как бензоаты (соли бензойной кислоты), и др. Карбоксилатные ОЖ, содержащие нитриты, иногда называют «созданные по технологии нитритных органических кислот» (англ. аббревиатура Nitrit OAT, NOAT).

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ, РАСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Станислав Протасов Основные Средства 02'2011 5 февраля 2016

Комментарии (1)

Наталия. mail: 673434@bk.ru
Добрый день, Протасов С. В вашей статье информация доходчива и понятна, но очень обобщенна. Могли бы Вы поделиться своими знаниями в области карбоксилатных присадок к ЭГ, т.е. конкретизировать что это за соединение - какая именно соль карбоновой кислоты? Занимаюсь разработкой и производством синтетических СОЖ на основе ЭГ.
20 сентября 2012 – 17:59 Ответить