Что такое кавитация в системе охлаждения двигателя

Кавитации на гильзах цилиндра

Описание повреждения

Мокрая гильза цилиндра в зоне водяной рубашки имеет сильно выраженную кавитацию. Она доходит до такой степени, что уже появилась дыра во внутренней полости цилиндра.

Оценка повреждения

Кавитация появляется в основном в плоскости качания поршня (на нагруженной стороне или на ненагруженной стороне), она вызвана вибрациями стенки цилиндра. Высокочастотные вибрации вызваны давлением сжигания, боковыми усилиями поршня и перекладкой поршня в нижней и верхней мертвой точке.

Если охлаждающая вода не может больше повторять вибрации стенки цилиндра, водяная пленка кратковременно приподнимается с гильзы цилиндра. В возникшей из-за этого зоны разряжения образовываются пузырьки пара, которые при обратном движении стенки цилиндра разрушаются (имплозия) с чрезвычайно высокой скоростью. Вытесненная пузырьками вода при имплозии ударяет о поверхность цилиндра.

В результате энергии удара из поверхности цилиндра вылетают малейшие частицы. Со временем вследствие этого образовываются (вымываются) настоящие дырки. Особенность кавитации заключается в том, что происходит расширение дырок вовнутрь и в результате образовываются полости в материале, откуда в конечном счете также взято название кавитации.

Возможные причины повреждения

Не соблюден правильный зазор поршня (повторная установка уже работавших поршней или цилиндры со слишком большими размерами).

Некачественная или неточная посадка гильзы в корпусе.

Отсутствует предписанная присадка для защиты от замерзания с защитой от коррозии или соответствующая присадка для охлаждающей воды. Средство защиты от коррозии содержит ингибиторы, предотвращающие пенообразование. Эти ингибиторы, однако, в течение времени теряют свой эффект. Поэтому необходимо заменять средство защиты от коррозии через каждые 2 года и предусматривать правильное соотношение смеси.

Использование неподходящих средств охлаждения, как напр. соленая вода (морская вода), агрессивная или содержащая кислоту вода или другие жидкости.

Недостаточное избыточное давление в системе охлаждения. Необходимое избыточное давление радиатора не обеспечено из-за неподходящих крышек радиатора (недостаточная герметизация из-за дефектного предохранительного клапана) или из-за негерметичности в системе охлаждения. При правильном избыточном давлении в системе охлаждения температура кипения охлаждающего средства выше, чем при атмосферном давлении. Избыточное давление в системе охлаждения не может устранить причину для образования паровых пузырьков, но во всяком случае это мешает образованию пузырьков.

Слишком низкая рабочая температура двигателя: если двигатель в определенных условиях эксплуатации или из-за дефектов термостата не достигает обычной рабочей температуры, то в системе охлаждения не может образоваться избыточное давление из-за более низкого теплового расширения охлаждающего средства. Из-за слишком низкой рабочей температуры поршни также не имеют правильного теплового расширения. Они работают при эксплуатации с повышенным поршневым зазором. И то, и другое способствует образованию пузырьков и тем самым кавитации.

Источник

Кавитация простыми словами

В предыдущем обсуждении мы выяснили, зачем нужен такой показатель, как NPSH (Net Positive Suction Head) — конечный положительный напор на входе в насос, при котором он может работать согласно своей заводской характеристике. Другими словами, параметр NPSH является сравнительной характеристикой насоса, необходимой для оценки возможности его работы в конкретной гидравлической системе в конкретных эксплуатационных условиях без риска кавитации.

Отступая от узкоспециализированных технических терминов, таких как число Рейнольдса, закон Бернули, сплошность потока и прочих, попробуем описать явление кавитации для понимания ее природы.

Сформулирую определение следующим образом: кавитация (от английского cavity – полость, впадина) – образование множества пузырьков пара в областях локального пониженного давления при неравномерном течении потока жидкости.

Это явление возникает только тогда, когда величины скоростей потока жидкости кратковременно, но существенно начинают различаются в разных точках сечения этого потока. Это происходит в основном при условии наличия:

— высоких скоростей потока жидкости (более 2-3 м/с для воды);

— резкого изменения направления потока жидкости;

— резкого изменения площади сечения потока;

— локального препятствия в потоке жидкости.

В этом случае за точкой внезапно возникшего препятствия (или за препятствием) возникает своего рода карман (на рисунках выделен красным цветом), в котором происходит резкий отрыв потока жидкости от ограничивающей его стенки. Это происходит из-за невозможности быстро изменить направление течения потока вследствие наличия у него массы и скорости, а значит инерции. Из-за расслоения потока и невозможности быстро заполнить образовавшиеся пустоты в этих карманах резко падает давление жидкости, а значит, создаются условия для образования пузырьков пара, то есть локального вскипания жидкости. Для примера: при нормальном атмосферном давлении (1 бар) вода кипит при 100 °С, но если давление упадет до 10% от него(0,1 бар), то вода будет кипеть уже при 46 °С, если до 5% (0,05 бар) то вода закипит при 33 °С. Величина падения давления зависит от скорости потока.

Читайте также:  Почему дымит двигатель опель вектра

Далее образовавшиеся пузырьки пара за счет неравномерного течения жидкости в кармане частично увлекаются основным потоком, а также частично продолжают циркулировать в кармане. Попадая в область большего давления пузырьки пара оказываются переохлажденными, поэтому при наличии внешнего возмущения они практически мгновенно коллапсируют, т.е. схлопываются. Схлопываются они особым образом (рисунок) внутрь себя, но в направлении к точке приложения возмущения. При этом порождается микро ударная волна со скоростью, превышающей скорость звука. Если этим внешним возмущением является препятствие, например, стенка трубы или рабочее колесо, то каждый коллапсирующий пузырек выбивает микроскопическую частичку металла с поверхности. Если этот пузырек один, то ничего страшного не произойдет, но если их садится на поверхность рабочего колеса насоса миллиарды в минуту, то очевидно, скоро от колеса ничего не останется:

Стоит также отметить, что любое местное сопротивление может привести к кавитации, например, частично закрытая задвижка или клапан, засоренный фильтр, некачественно сваренный сварной шов и прочее.

Следует обратить внимание, что чем выше температура и чем ниже давление потока, тем вероятнее возникновение кавитации. Поэтому наиболее подвержены данному явлению системы теплоснабжения, горячего водоснабжения и канализации, соответственно при их эксплуатации необходим тщательный контроль за параметрами их работы для своевременного выявления и устранения отклонений.

Таким образом, кавитация является весьма вредным явлением, ведущим к тяжелым последствиям. Поэтому очень важно контролировать температуру, давление и расход жидкости (а значит скорость потока) в системе, особенно в местах, где есть риск возникновения кавитации: за и перед фильтрами, на теплообменниках, перед насосами, по системе трубопроводов в целом в «узких местах». Также необходимо строго соблюдать все требования завода-изготовителя оборудования, включая такое понятие, как NPSH , о котором мы говорили ранее.

Иллюстрации, использованные в данной статье взяты из открытого доступа с использованием поисковой системы «Яндекс картинки»

Источник

Кавитация в водяных насосах

Вследствие возникновения кавитации на корпусах водяных насосов могут образоваться отверстия, которые станут причиной негерметичности.

Колеса насосов из металла при определенных обстоятельствах под действием кавитации ослабляются настолько, что разрушаются. Нередко только после демонтажа водяного насоса устанавливают, что имела место кавитация.

Кавитация — это результат:

Ошибок при проведении техобслуживания

неблагоприятных производственных условий

некорректной работы системы охлаждения

неправильно выбранной охлаждающей жидкости

Когда жидкости достигают своей точки кипения, образуются маленькие пузырьки пара, которые моментально лопаются (взрываются под действием наружного давления). Во время разрушения пузырьков, характерным для данного процесса образом, по центру пузырька образуется «микросопло». В «микросопле» жидкость получает огромное ускорение и оказывает точечное воздействие на поверхность компонента. В результате этого мельчайшие частички металла вырываются механическим путем с поверхности крыльчатки или корпуса насоса. Если кавитация возникает всегда на одном и том же месте, через некоторое время там образуются все более глубокие отверстия или выемки.

Пузырьки пара возникают, если достигается точка кипения жидкости. Это зависит от 3 параметров:

Точки кипения самой жидкости.

Эти 3 параметра напрямую зависят друг от друга.

Далее перечислены причины, при которых возможно достижение точки кипения в системе охлаждения двигателя. Зачастую к достижению точки кипения приводят сразу несколько причин.

Достижение точки кипения из-за слишком низкого начального давления в системе охлаждения

Негерметичная система охлаждения.

Дефектная или неверно выбранная пробка радиатора – низкое давление открытия предохранительного клапана.

Слишком низкая рабочая температура двигателя — работа двигателя без термостата ли термостат со слишком низкой температурой открытия.

Работа двигателя в высокогорных регионах — более низкое окружающее давление влияет на начальное давление в системе охлаждения.

Достижение точки кипения из-за быстрого движения жидкостей и
объектов

Локальные зоны разрежения на деталях, вызванные вибрацией деталей.

Локальные зоны разрежения из-за быстрого движения деталей в жидкостях, особенно на колесах насосов и рабочих колесах.

Высокие скорости потоков жидкостей, связанные с сильным изменением направления потоков или при изменении направления потока на обратное. Если скорость потока

жидкости настолько высока, что статическое давление опускается ниже давления сжатия, образуются пузырьки

Слишком низкая точка кипения охлаждающей жидкости

Использование обычной воды в качестве охлаждающей жидкости.

Неподходящая охлаждающая жидкость.

Достижение точки кипения в результате слишком высокой температуры детали

В результате перегрузки двигателя или вследствие неправильного процесса сгорания выделяется больше теплоты, чем предусмотрено.

Плохо работающая система охлаждения, например, из-за нехватки охлаждающей жидкости, засоренного радиатора, загрязненного снаружи радиатора, изношенных приводных ремней, выхода из строя электрического вентилятора радиатора и т.п.

Источник

4 способа устранения кавитации в насосе

Говоря простым языком, кавитация – это процесс возникающий исключительно в жидких средах с образования пузырьков и схлопывание их с выделение энергии. Как правило, кавитация возникает в насосах, в турбинах и т.п. где происходит вращение жидкости посредством лопастей двигателя, завихрения жидкости проходя через зону пониженного давления образовывают пузырьки воздуха которые взрываются. Кавитация существенно снижает КПД насосов, а также изменяет характеристики дросселирующих устройств, повышает шумовые и вибрационные характеристики оборудования, увеличивает потери энергии.

Читайте также:  Самопроизвольное увеличение оборотов двигателя калина

Самая главная проблема в кавитационном процессе это эрозия. Эрозия затрагивает насосное оборудование, турбины и винты, а также клапаны и вентили. Сам процесс эрозии материала может происходить очень быстро, что даже винт корабля может прийти в негодность после одного рейса. Самыми стойкими материалами которые способны противостоять кавитационной эрозии считаются алюминиевая бронза, нержавеющая сталь, никелевые сплавы, титан.

Как определить наличие кавитации?

Если у вас есть насос, который часто выходит из строя на протяжении года, либо выходят из строя механические уплотнения и подшипники двигателя, то весьма вероятно, что причина всему кавитация. Кавитация очень заметна на больших насосах, так как насос в котором происходит процесс кавитации обычно очень шумный.

Главный принцип устранения причины кавитации в рабочем насосе – это то, что на входе в насос должно быть жидкости больше, чем на выходе. Этого можно добиться выполнив данные требования:

1) необходимо заменить диаметр всасывающего патрубка на больший, чем стоит сейчас;

2) необходимо перенести насос ближе в питающему резервуару;
3) необходимо уменьшить сопротивление во всасывающей трубе, заменой существующей задвижки на новую шиберную;

4) если всасывающая труба имеет повороты, то необходимо как можно меньше уменьшить их количество.

Современный инженерный мир не стоит на месте, то и дело, что-то разрабатывается и модернизируется. В настоящее время огромное количество современного оборудования способно противостоять кавитации, но много еще чего надо сделать.

Источник

Система охлаждения ДВС: как устроена и надо ли промывать ее зимой?

Выясняем, какие могут быть характерные неисправности у системы охлаждения двигателя и как их избежать.

Воздушка или водянка

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания предназначена для отвода излишнего тепла от деталей и узлов двигателя. На самом деле эта система вредна для вашего кармана. Приблизительно треть теплоты, полученной от сгорания драгоценного топлива, приходится рассеивать в окружающей среде. Но таково устройство современного ДВС. Идеальным был бы двигатель, который может работать без отвода теплоты в окружающую среду, а всю ее превращать в полезную работу. Но материалы, используемые в современном двигателестроении, таких температур не выдержат. Поэтому по крайней мере две основные, базовые детали двигателя — блок цилиндров и головку блока — приходится дополнительно охлаждать. На заре автомобилестроения появились и долго конкурировали две системы охлаждения: жидкостная и воздушная. Но воздушная система охлаждения постепенно сдавала свои позиции и сейчас применяется, в основном, на очень небольших двигателях мототранспорта и генераторных установках малой мощности. Поэтому рассмотрим подробнее систему жидкостного охлаждения.

Устройство системы охлаждения

Система охлаждения современного автомобильного двигателя включает в себя рубашку охлаждения двигателя, насос охлаждающей жидкости, термостат, соединительные шланги и радиатор с вентилятором. К системе охлаждения подсоединен теплообменник отопителя. У некоторых двигателей охлаждающая жидкость используется еще и для обогрева дроссельного узла. Также у моторов с системой наддува встречается подача охлаждающей жидкости в жидкостно-воздушные интеркулеры или в сам турбокомпрессор для снижения его температуры.

Работает система охлаждения довольно просто. После запуска холодного двигателя охлаждающая жидкость начинает с помощью насоса циркулировать по малому кругу. Она проходит по рубашке охлаждения блока и головки цилиндров двигателя и возвращается в насос через байпасные (обходные) патрубки. Параллельно (на подавляющем большинстве современных автомобилей) жидкость постоянно циркулирует через теплообменник отопителя. Как только температура достигнет заданной величины, обычно около 80–90 ˚С, начинает открываться термостат. Его основной клапан направляет поток в радиатор, где жидкость охлаждается встречным потоком воздуха. Если обдува воздухом недостаточно, то вступает в работу вентилятор системы охлаждения, в большинстве случаев имеющий электропривод. Движение жидкости во всех остальных узлах системы охлаждения продолжается. Зачастую исключением является байпасный канал, но он закрывается не на всех автомобилях.

Схемы систем охлаждения в последние годы стали очень похожи одна на другую. Но осталось два принципиальных различия. Первое — это расположение термостата до и после радиатора (по ходу движения жидкости). Второе различие — это использование циркуляционного расширительного бачка под давлением, либо бачка без давления, являющегося простым резервным объемом.

На примере трех схем систем охлаждения покажем разницу между этими вариантами.

Компоненты

Рубашка головки и блока цилиндров представляют собой каналы, отлитые в алюминиевом или чугунном изделии. Каналы герметичны, а стык блока и головки цилиндров уплотнен прокладкой.

Насос охлаждающей жидкости лопастной, центробежного типа. Приводится во вращение либо ремнем ГРМ, либо ремнем привода вспомогательных агрегатов.

Термостат представляет собой автоматический клапан, срабатывающий при достижении определенной температуры. Он открывается, и часть горячей жидкости сбрасывается в радиатор, где и остывает. В последнее время стали применять электронное управление этим простым устройством. Охлаждающую жидкость начали подогревать специальным ТЭНом для более раннего открытия термостата в случае потребности.

Читайте также:  Двигатели для мультивана какой лучше

Радиатор представляет собой теплообменник, содержащий два бачка (входной и выходной), соединенных множеством алюминиевых трубок, по которым проходит охлаждающая жидкость. Для увеличения теплообмена к трубкам присоединены тонкие пластины, во много раз увеличивающие поверхность теплообмена. Для улучшения теплоотвода воздух протягивается через радиатор принудительно с помощью электровентилятора.

Радиатор отопителя выполняет функцию нагревания воздуха, поступающего в салон автомобиля. Краны отопителя сейчас не устанавливают, а потому радиатор этот нагрет всегда, когда прогрет двигатель, и только воздушные заслонки не дают летом поступать горячему воздуху в салон автомобиля.

Расширительный бачок это хранилище резерва жидкости. Но в зависимости от типа системы охлаждения (см. выше) он может быть циркуляционным или тупиковым. Соответственно, находиться под давлением или без него.

Пробка , обеспечивающая герметичность системы, может быть установлена либо прямо на радиаторе, либо на расширительном бачке. Вне зависимости от места установки пробка обеспечивает повышенное давление в системе охлаждения. Такое давление (достигающее 1,1–1,3 бара) повышает температуру кипения жидкости, улучшает теплопередачу, предотвращает кавитацию насоса.

И главный компонент системы — это сама рабочая жидкость . Идеальной с точки зрения теплотехники была бы вода, но она вызывает коррозию и замерзает зимой. Поэтому применяют антифризы с низкой температурой замерзания (-40°C или — 65°C) и присадками, снижающими коррозию, пенообразование и т.д.

Неисправности системы охлаждения

Все, что может потечь, рано или поздно потечет. Это не только одна из интерпретаций закона Мерфи, но и четкое описание главной неисправности системы охлаждения. Система, включающая в себя порой более 10 резиновых шлангов, постепенно старея, начинает терять герметичность. Текут сами шланги, пропуская жидкость через нитяное армирование, текут хомутовые соединения. Со временем под воздействием противогололедных реагентов и летящих с дороги камней теряет герметичность радиатор. Особенно он страдает на автомобилях без кондиционера, где его не прикрывает теплообменник этой системы. Также радиатор принимает на себя все «удары судьбы» даже при небольших авариях. Течь теплообменника отопителя, хотя он и стоит в более «защищенном» от внешнего воздействия месте, также встречается нередко. Тот же антифриз, просочившийся сквозь сальниковое уплотнение насоса, выводит из строя подшипник, и — «Здравствуй, замена помпы». И хорошо, если вовремя уследите за признаками выхода из строя насоса, а то его поломка приведет или к обрыву ремня ГРМ и аварии двигателя, или к невозможности двигаться дальше на автомобилях, где установлен цепной привод газораспределительного механизма.

Термостат, этот маленький точный приборчик, тоже может начать хандрить. Его клапан может зависнуть или в закрытом, или в открытом состоянии. В первом случае неминуем перегрев двигателя даже в холодную погоду, а во втором двигатель не будет прогреваться до рабочей температуры. Повышенные износ мотора и расход топлива, негреющая печка — вот что гарантирует нам постоянно открытый термостат. Еще остается расширительный бачок. Течь его встречается только в схеме системы охлаждения, где он находится под рабочим давлением.

И последний узел, который может терять герметичность, — это пробка радиатора или расширительного бачка. И хотя жидкость через нее сразу не потечет, но это произойдет после первого же закипания двигателя. А закипит он быстро. Помните назначение пробки? Правильно: обеспечивать повышение температуры кипения жидкости. Ни один современный мотор не может работать без герметичной пробки, кроме случаев очень низкой температуры окружающей среды и небольшой нагрузки на двигатель.

Интересный тест на знание причин перегрева можно пройти здесь

Замена жидкости и промывка

Если не пришлось заменять какой-либо узел в системе охлаждения раньше, то инструкции рекомендуют менять антифриз не реже чем в 5–10 лет. Если вам не приходилось доливать в систему воду из канистры, а еще хуже — из придорожной канавы, то при замене жидкости систему можно не промывать.

А вот если автомобиль многое повидал на своем веку, то при замене жидкости полезно произвести промывку системы охлаждения . Разомкнув в нескольких местах систему можно струей воды из шланга тщательно ее прополоскать. Либо просто слить старую жидкость и залить чистую, кипяченую воду. Запустить двигатель и прогреть до рабочей температуры. Выждав, пока система остынет, чтобы не обжечься, слить воду. Затем продуть воздухом систему и залить свежий антифриз.

Промывку системы охлаждения обычно затевают в двух случаях: когда перегревается двигатель (проявляется это прежде всего в летний период) и когда перестает греть печка зимой. В первом случае причина кроется в заросших грязью снаружи и засоренных изнутри трубках радиатора. Во втором — проблема в том, что забились отложениями трубки радиатора отопителя. Поэтому при плановой смене жидкости и при замене компонентов системы охлаждения не упускайте возможности хорошенько промыть все узлы.

Расскажите, с какими неисправностями системы охлаждения сталкивались вы. И желаю вам жаркого отопителя зимой и хорошего охлаждения летом.

Источник

Adblock
detector