Кавитация в системе охлаждения: как неправильный антифриз разрушает помпу и гильзы

Содержание:

1. Как устроен антифриз
2. Что такое кавитация?
3. Где может возникать кавитация
4. Как присадки защищают от кавитации
5. Риски и меры профилактики
6. Антифризы Sibiria и противокавитационная защита

Большинство автовладельцев оценивает антифриз главным образом по двум параметрам: цвет и температура застывания. Последний параметр иногда даже стараются проверить в домашних условиях бытовыми рефрактометрами. Тем временем современный антифриз представляет довольно сложный состав, включающий и сбалансированный пакет присадок, отвечающий за защиту от коррозии, антипенные свойства, защиту от накипи, стабилизацию pH и антикавитационные свойства. Об этой последней функции говорят меньше всего. А зря: кавитация в системе охлаждения вполне способна заметно сократить ресурс помпы.

Как устроен антифриз

В готовом антифризе на смесь этиленгликоля и воды приходится около 95% объёма. Остальные 5% составляет пакет присадок, но именно в нём и заключена практически вся инженерия продукта. Логично, что именно на него же приходится и значительная часть себестоимости качественного антифриза, поэтому при удешевлении производители экономят в первую очередь именно здесь.

Задач у пакета присадок несколько:

• Защита металлов от коррозии — у каждого из них в системе (чугун, сталь, алюминий, медь, латунь) свой набор ингибиторов.
• Защита от пенообразования — пена резко снижает теплопередачу и сама становится источником кавитации.
• Защита от образования накипи и других отложений в каналах радиатора.
• Стабилизация pH — без неё этиленгликоль с водой со временем превращается в кислотную среду, агрессивную к сальникам и металлам.
• Защита от кавитации.

Что такое кавитация?

С самим словом «кавитация» вы могли и не сталкиваться, а вот её главный визуальный эффект знаком всем — эрозия. На разрушенной крыльчатке помпы встречаются характерные язвы, «оспины» и даже сквозные отверстия. Это и есть кавитационная эрозия — постепенное разрушение поверхности под воздействием процесса кавитации в жидкости.

Когда антифриз движется через сужающийся участок системы (например, на входе в крыльчатку помпы), его скорость резко возрастает. В соответствии с законом Бернулли (и эффектом Вентури, в частности) рост скорости вызывает снижение статического давления. Когда оно падает ниже уровня насыщенного пара при текущей температуре, антифриз локально вскипает, и в нём образуются крошечные паровые полости. Когда поток попадает в зону повышенного давления, пар моментально конденсируется обратно, и пузырёк схлопывается.

Схлопывание (также это явление называют «коллапс») устроено как взрыв наоборот: вместо разлёта вещества из центра окружающая жидкость наоборот стремительно сжимает паровой пузырёк до полного исчезновения. В точке коллапса на доли секунды достигаются давления в десятки тысяч атмосфер и температуры в тысячи градусов. Если явление происходит рядом с металлической поверхностью, она получает своего рода гидравлический удар — за миллионы повторов это и приводит к точечному усталостному износу металла.

Где может возникать кавитация

Если мы говорим о легковом автомобиле, то главная зона риска — крыльчатка водяной помпы. Именно там на входе после ускорения потока создаются условия для образования пузырьков, а на выходе они схлопываются. Если противокавитационные свойства антифриза по тем или иным причинам слабые, крыльчатка начинает точечно «страдать». Дальше эффект лавинообразный: помпа теряет производительность, пузырьки попадают в основной поток и ухудшают теплопередачу, разрушается торцевое уплотнение, появляется течь. Именно так часто и выглядит «загадочная гибель помпы», которую владелец списывает на брак запчасти.

В двигателях с мокрыми гильзами существует и второй сценарий — кавитация на внешних стенках гильз цилиндров. Пузырьки схлопываются прямо на внешней поверхности гильзы и со временем появляются характерные признаки износа, в запущенных случаях может доходить и до сквозных дыр. Это классическая болячка тяжёлых дизелей Cummins, Caterpillar, Detroit Diesel. В легковом сегменте мокрые гильзы можно вспомнить на бензиновых моторах PSA серии XU (Peugeot 405/406, Citroën BX, ZX, Xantia), а также совсем уж старинных моторах Alfa Romeo или Renault. На современной легкомоторной технике такой сценарий практически невозможен.

Как присадки защищают от кавитации

Сама по себе база антифриза, смесь этиленгликоля и воды, уже работает против кавитации. Вода быстро вскипает в местах разрежения, а добавление этиленгликоля повышает вязкость и температуру кипения смеси, заметно поднимая порог «запуска» процесса кавитации. При этом соотношение этиленгликоля и воды — всегда компромисс: увеличение содержания гликоля даёт лучшие температурные свойства, но снижает теплоёмкость и эффективность отвода тепла.

С эффектом кавитации борются и присадки. Антипенные — минимизируют количество микропузырьков воздуха в жидкости, лишая кавитацию центров зарождения. Свой вклад вносят и ингибиторы коррозии, формируя защитную плёнку на поверхностях системы охлаждения, хотя в силикатных и карбоксилатных составах она формируется немного по-разному.

Риски и меры профилактики

Справедливости ради отметим, что при использовании качественной охлаждающей жидкости шансов на проявление этого эффекта практически нет, поэтому абсолютно все риски связаны с тем или иным изменением в составе антифриза.

• Банальная выработка ресурса антифриза. Жидкость вполне может выглядеть внешне нормально, но свои первоначальные свойства уже потеряла.
• Антифризы, произведенные с нарушением технологии. Пакет присадок составляет всего 3-5% от всего состава ОЖ, а вот в себестоимости его составляющая достигает 40-45%. Велика возможность сэкономить, и многие недобросовестные производители этим пользуются.
• Смешивание антифризов разного состава при доливе. Напоминаем правило: при отсутствии протечек доливаем только дистиллированную воду! В противном случае используем тот же самый антифриз, который уже залит систему охлаждения, и торопимся устранить течь.
• Стоит отметить и избыточное разбавление антифриза водой. Это банально снижает концентрацию пакета присадок и снижает температуру кипения — и то, и другое увеличит риски возникновения эффекта кавитации.

Антифризы Sibiria и противокавитационная защита

Линейка антифризов Sibiria разработана в соответствии с мировым стандартом ASTM D 3306, который в числе прочего включает и тест D2809 на эффект кавитации в помпе системы охлаждения. ASTM первая среди мировых отраслевых организаций включила соответствующие испытания в программу. Автопроизводители тоже обращают внимание на данную проблему: FVV-тесты предусмотрены для всех классов Volkswagen от G11 до G12evo и жидкостей для Mercedes-Benz, аналогичные присутствуют в программе Chinese National Standard GB 29743. Продукция Sibiria с соответствующими обозначениями также полностью выполняет все необходимые нормативы, так что при своевременной замене вам вряд ли грозит кавитация.

Для большинства современных легковых автомобилей оптимальный выбор — карбоксилатные антифризы класса G12+. В каталоге Sibiria этой категории два продукта: «SIBIRIA -40 G12+» для большинства регионов России и флагманский «SIBIRIA -50 G12+» для эксплуатации в условиях экстремально низких температур. Для автомобилей более раннего модельного года, где предписаны силикатные жидкости, предусмотрен «SIBIRIA -40 G11» в трёх вариантах цвета. И помните: цвет ничего не значит, противокавитационную защиту обеспечивает пакет присадок внутри канистры.