Инновации бизнесу. Влияние ингибиторов на механизм кавитационной эрозии

ПОДРОБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Заявку на получение дополнительной информации по этому проекту можно заполнить здесь.

Номер

82-011-03

Наименование проекта

Влияние ингибиторов на механизм кавитационной эрозии

Назначение

Стабильная работа дизельных двигателей

Рекомендуемая область применения

Автомобильная промышленность

Описание

Описание к ИЛ № 82-011-03

Результат проведения научно-исследовательской работы.

Кавитационная эрозия часто наблюдается на литой рубашке, соприкасающейся с охладителем дизелей. Проблема обостряется, когда увеличивается размер труб установившихся блоков для повышения производительности двигателя без соответствующего увеличения толщины стенок рубашки или расстояния между отдельными цилиндрами.

Рассмотрено влияние растворов антифризов, имеющихся на рынке и ингибиторов кавитационной коррозии.

Установлены существенные различия механизма между образцами, подвергнутыми кавитации в ингибированных и неингибированных растворах.

Кавитационная эрозия инициируется нормальным возвратно-поступательным движением поршня. Стук поршня порождает вибрации облицовки в направлении нормальном к оси цилиндра.

При вибрации внешней стенки трубопровода относительно охлаждающей жидкости образуется система с циклическим изменением давления. В колеблющемся поле давления образуются пузырьки пара. Эти пузырьки формируются во время уменьшения давления и коллапсируют при повышении давления. Многие из этих пузырьков схлопываются у стенки трубопровода и вызывают серьезные повреждения, известные под названием кавитационной эрозии.

Испытания проводились с использованием двух коммерческих ингибиторов, условно обозначаемых А и Б. Два коммерческих раствора антифриза обозначались С и Д.

Образцы для испытаний готовились из модифицированного серого чугуна СЧ20.

Анализ фотографий, полученных с помощью СЭМ, показал, что после кавитации в течение 20 часов в водопроводной воде происходит обширное повреждение поверхности и образуются глубокие ямы шириной около 400 ?м. Глубина этих полостей также может иметь такие размеры. Повреждения поверхности образца после 20 часовой кавитации в 33,3% растворе коммерческого антифриза С, содержащего дополнительно 3,5% ингибитора А гораздо меньше.

В неингибированных растворах атака направлена на микроскопические чешуйки, приводя к вытравливанию перлитовой матрицы. Этот эффект возникал приблизительно через 30 минут кавитации. В ингибированных растворах с поверхности образца, подвергнутого кавитации в течение 60 минут в растворе, содержащем 33,3% антифриза С и 3% ингибитора А, почти не происходит вытравливания. Не происходит вытравливания в растворах одного антифриза С. Далее можно видеть, что осталась часть графита, очевидно, защищенная ингибитором.

Установлено, что массопотеря за 20 часов кавитации в водопроводной воде составляет 230 мг.

Растворы продажных ингибиторов А и Б дают очень разные уровни защиты от кавитационной эрозии. Эти два вещества были использованы в рекомендованных концентрациях 3% и 1% соответственно, однако ингибитор Б растворяется в воде и растворах антифриза с большим трудом. Несмотря на трудности растворения ингибитора Б, об этом веществе известно, что оно эффективно в испытаниях на статическую коррозию.

Ингибитор А оказывается весьма эффективным при понижении кавитационной эрозии как в водопроводной воде, так и в 33,3% растворе этиленгликоля. При добавке к уже ингибированной системе, ингибитор А оказывает слабое влияние. На самом деле это влияние слабо отрицательно, хотя разница в весах на несколько миллиграмм, установленная экспериментально, не должна считаться значительной.

Во многих испытаниях считается, что кавитационное повреждение является преимущественно механической проблемой, когда разрушение происходит из-за некоторого рода поверхностной усталости, обусловленной локальным высоким давлением, порожденным коллапсом пузырьков. Эффективность ингибиторов в сокращении массопотерь в 10 и более раз подтверждает, что коррозия является очень важным механизмом кавитационной эрозии.

Рис. 1 показывает, как на повреждение кавитационной эрозией влияет концентрация продажного антифриза С. Оказалось, что критическая концентрация имеет очень низкую величину около 3,5%. Эта величина много меньше, чем ожидалось и предполагала бы, что даже очень разбавленные растворы антифриза будут эффективны в двигателях с точки зрения кавитации. На практике это положение совсем не обязательно выполняется. Отношение площади серого чугуна к объему жидкости на испытательном стенде составляло 530 кв. мм на 1500 мл. В двигателях площадь серого чугуна по сравнению с раствором охладителя больше, хотя, не весь чугун подвергается действию кавитационных условий. Была предпринята попытка увеличить поверхность чугуна в растворе путем добавления в раствор чугунной пыли, однако, эта добавка, как это видно, не изменила критического результата.

Рис. 2 показывает влияние только одного этиленгликоля на кавитационную эрозию. Присутствие в растворе этиленгликоля изменяет вязкость смеси, а также все ее термодинамические свойства, что влияет на образование пузырьков. Конечным результатом является равномерное снижение кавитационных повреждений до концентрации этиленгликоля около 75-80%.

Инициирование повреждения поверхности, видимо, сходно как в ингибированных, так и неингибированных растворах. И в тех и в других, первыми участками, подвергающимися разрушению, являются ферритовые зерна, связанные с графитовыми кластерами. Эти зерна окружены хлопьями малопрочного графита. Начальные пластические деформации ферритовых зерен тогда приводят к их быстрому отрыву от массы материала, Рост повреждений снаружи этих ячеек в макроскопическом масштабе сходен в ингибированных и неингибированных растворах, хотя скорость распространения эрозии очень различна из-за механизма повреждений.

Присутствие ингибиторов в кавитационном растворе снижает скорость эрозии за счет уменьшения толщины окисной пленки, которая может образовываться за время между коллапсами пузырьков.

В неингибированных растворах через 20 часов кавитационных испытаний на поверхности чугуна образуются глубокие полости. Эти полости типичны для тех, которые образуются в трубах охлаждения цилиндров. В ингибированных растворах такие полости не образовывались до приблизительно 200 часов испытаний.

Ингибиторы снижают потери от кавитационной эрозии в 10 и более раз. Присутствие ингибиторов изменяет механизм кавитационных повреждений, защищается перлитовая матрица и, в меньшей степени, хлопья графита.

Хотя условия этих испытаний не идентичны с имеющимися в дизельном двигателе, можно сделать вывод, что подходящие ингибиторы были бы очень благотворны для сокращения кавитационных повреждений. Все растворы современных антифризов содержат ингибиторы. Для гарантии защиты жидкостных трубопроводов дизельных двигателей следует применять дополнительные ингибиторы. Это обусловлено тем, что есть условия, когда отсутствует необходимость в растворах антифризов или они неправильно поддерживаются.