Устройство для приготовления водотопливной эмульсии

 

Использование: в топливных системах дизельного двигателя, а именно в устройствах для приготовления водотопливной эмульсии. Сущность изобретения: дизельный двигатель содержит топливный и водяной баки, насосы низкого давления, смеситель, нагреватель, регуляторы расхода, расходомер, фильтр. Устройство снабжено дополнительно резервуаром для сбора льяльной воды, через первый насос связанный с маслоотделителем. Маслоотделитель соединен при помощи трубопроводов с топливным и водяным баками. Нагреватель установлен под баками воды и топлива. Смеситель выполнен в виде эжектора. Второй насос низкого давления подсоединен трубопроводом к соплу эжектора, а фильтр, подсоединенный трубопроводом к диффузору эжектора, выбран щелевым, и его первый выход подсоединен к дизельному двигателю, а второй выход через клапан для регулирования потока водотопливной эмульсии подсоединен трубопроводами к второму насосу низкого давления и к штуцеру возврата водотопливной эмульсии в эжектор. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к топливным системам дизельного двигателя, а именно к устройствам для присадки негорючих веществ в топливо, преимущественно для присадки воды.

Известна топливная система дизеля, содержащая плунжерный топливный насос, дозатор, трубопровод подачи воды, трубопровод подачи топлива, смеситель, выполненный в виде эжектора [1].

Это устройство предназначено для подвода водо-топливной эмульсии к форсунке и впрыска эмульсии в цилиндр дизеля, что приводит к дублированию системы для каждого цилиндра и усложнению конструкции.

Наиболее близким к изобретению является устройство для приготовления водо-топливной эмульсии (с системой контроля потока), содержащее дизельный двигатель, топливный танк, танк для воды, насосы низкого давления, смеситель, причем топливный танк и танк для воды присоединены трубопроводами к смесителю, нагреватель, регуляторы расхода и расходомер, установленные на трубопроводе между танком для воды и смесителем, и фильтр, установленный на выходе смесителя на трубопроводе к дизельному двигателю [2].

В этом техническом решении водо-топливная эмульсия приготавливается для одного или нескольких дизельных двигателей.

Задача, решаемая изобретением - повышение экологичности путем использования льяльных вод в водо-топливных эмульсиях, повышение экономичности за счет уменьшения расхода топлива. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения - упрощение конструкции и улучшение качества приготовления водо-топливной эмульсии.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в устройство для приготовления водо-топливной эмульсии, содержащее дизельный двигатель, топливный танк, танк для воды, насосы низкого давления, смеситель, причем топливный танк и танк для воды подсоединены трубопроводами к смесителю, нагреватель, регуляторы расхода и расходомер, установленные на трубопроводе между танком для воды и смесителем, и фильтр, установленный на выходе смесителя на трубопроводе к дизельному двигателю, согласно изобретению введены резервуар для сбора льяльной воды и маслоотделитель, при этом резервуар для сбора льяльной воды посредством одного из насосов низкого давления соединен трубопроводом с маслоотделителем, который подсоединен топливопроводом к топливному танку и трубопроводом для подачи воды к танку для воды, нагреватель установлен непосредственно на топливном танке и на танке для воды, смеситель выполнен в виде эжектора, другой из насосов низкого давления подсоединен трубопроводом к соплу эжектора, а фильтр, подсоединенный трубопроводом к диффузору эжектора, выбран щелевым, и его второй выход через клапан для регулирования потока водо-топливной эмульсии подсоединен к второму из насосов низкого давления и к штуцеру возвратно-топливной эмульсии в эжектор.

В одном из вариантов нагреватель может быть выполнен в виде теплообменника, подсоединенного трубопроводом к внутреннему контуру охлаждения дизельного двигателя.

Кроме того, эжектор может быть выполнен с камерой смешения цилиндрической формы, соосно с которой размещены сопло и диффузор, в корпусе эжектора выполнены каналы для подачи воды, для подачи топлива и для возврата водо-топливной эмульсии, подсоединенные к камере смешения, причем каналы для подачи воды и для возврата водо-топливной эмульсии размещены параллельно оси камеры смешения, а канал для подачи топлива расположен под углом 55-65^о относительно канала для подачи воды.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для приготовления водо-топливной эмульсии; на фиг.2 - эжектор; на фиг.3 - вид А, на фиг.2.

Устройство для приготовления водо-топливной эмульсии (фиг.1) содержит дизельный(е) двигатель(и) (на фигурах не показан(ы)), топливный танк 1, танк 2 для воды, насосы 3 и 4 низкого давления, смеситель 5. Топливный танк 1 и танк 2 для воды подсоединены трубопроводами 6 и 7 соответственно к смесителю 5. Регуляторы 8 и 9 расхода установлены в трубопроводах 6 и 7, а в трубопроводе 7 установлен также расходомер 10. На выходе смесителя 5 на трубопроводе 11 к дизельному двигателю установлен фильтр 12. В конструкции танка предусмотрен нагреватель 13.

В схему для приготовления водо-топливной эмульсии введены резервуар 14 для сбора льяльной воды и маслоотделитель 15. Резервуар 14 для сбора льяльной воды посредством насоса 3 соединен трубопроводом 16 с маслоотделителем 15, который подсоединен топливопроводом 17 к топливному танку 1 и трубопроводом 18 для подачи воды к танку 2 для воды. Нагреватель 13 установлен непосредственно на топливном танке 1 и танке 2 для воды. Смеситель 5 выполнен в виде эжектора. Насос 4 низкого давления подсоединен трубопроводом 19 к соплу 20 эжектора, а фильтр 12 подсоединен трубопроводом 11 к диффузору 21 эжектора. Фильтр 12 выполнен щелевым и его второй выход через клапан 22 для регулирования потока водо-топливной эмульсии подсоединен трубопроводами 23 и 24 соответственно к насосу 4 и к штуцеру 25 возврата водо-топливной эмульсии в эжектор.

На фиг. 1 схематично показаны штуцер 26 для подачи топлива в эжектор и штуцер 27 для подачи воды в эжектор.

Нагреватель 13 в одном из вариантов может быть выполнен в виде теплообменника, подключенного к внутреннему контуру охлаждения дизельного двигателя. Однако, как указано выше, нагреватель 13 служит для подогрева как топлива, так и воды до одинаковой температуры.

Несмотря на введение дополнительного резервуара 14 для сбора льяльных вод и маслоотделителя 15, количество трубопроводов в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом осталось практически неизменным за счет новой связи элементов, в то же время сокращено количество насосов и упрощена цепь контроля за расходом воды. Кроме того, резервуар 14 для отбора льяльных вод практически имеется в реальных конструкциях транспортных средств. Например, на теплоходах скопившиеся льяльные воды перекачиваются из этого резервуара на сборные пункты или на специальные суда сбора льяльных вод для дальнейшей их переработки, в результате чего при перекачке происходит загрязнение окружающей среды. В предложенном техническом решении происходит практически полная переработка льяльных вод непосредственно на том транспортном средстве, где они образованы. Таким образом, повышена экологичность и экономичность за счет использования льяльных вод и уменьшения расхода топлива.

Конструкция упрощена за счет установки нагревателя 13 для нагрева как топлива, так и воды, использования в качестве смесителя 5 эжектора и создания контура циркуляции, состоящего из насоса 4 низкого давления, смесителя 5, фильтра 12, клапана 22, соответственно подсоединенных отрезками трубопроводов 11, 19, 23, 24 к эжектору.

Высокое качество водо-топливной эмульсии получено за счет поддержания единого температурного режима всех компонентов. Этим достигается наибольшая эффективность работы эжектора, повышаются стойкость эмульсии от расслоения и экономичность, так как не требуется ни дополнительного подогрева в цепи эжектора, ни дополнительных средств контроля и регулировки. Кроме того, качество и производительность (при одинаковых габаритах эжектора) повышены за счет возврата части водо-топливной эмульсии в эжектор и циркуляции водо-топливной эмульсии в замкнутом контуре.

В качестве эжектора может быть использована любая известная конструкция, позволяющая смешивать несколько компонентов (например, конструкция, описанная в патенте США N 3628879, кл. F 04 F 5/00, опублик. 1971 и др.).

С целью уменьшения габаритов, повышения производительности и качества эмульсии разработана конструкция эжектора (фиг.2 и 3), выполненного с камерой 28 смешения цилиндрической формы, соосно с которой расположены сопло 20 и диффузор 21. В корпусе 29 эжектора выполнены каналы для подачи воды 30 и топлива 31, подсоединенные к камере 28 смешения. Каналы для подачи воды 30 и для возврата водо-топливной эмульсии 32 размещены параллельно оси камеры 28 смешения, а канал 31 для подачи топлива расположен под углом 55-65^о относительно канала 30 для подачи воды.

На фиг. 2 и 3 также показаны штуцер 33 для подсоединения трубопроводов 19 от насоса 4, штуцер 34 для подсоединения трубопровода 11 к фильтру 12, штуцер 25 для подсоединения трубопровода 24 возврата водо-топливной эмульсии, штуцер 26 для подсоединения трубопровода 6 подачи топлива, штуцер 27 для подсоединения трубопровода 7 подачи воды и регулятор 9 расхода, выполненный в виде регулировочного клапана.

Исследования показали, что если канал 31 для подачи топлива расположен под углом 55-65^о относительно канала 30 для подачи воды, происходит завихрение потоков компонентов и их качественное смешение. При других углах, выходящих за указанные пределы, при температурах воды и топлива ниже 70^о качество приготовления водо-топливной эмульсии ухудшается.

Работает устройство для приготовления водо-топливной эмульсии следующим образом.

Льяльные воды накапливаются в резервуаре 14, откуда насосом 3 низкого давления (например, винтовым) направляются в маслоотделитель 15 (например, выполненный в виде отстойника, в котором нефтепродукты скапливаются вверху, вода - внизу и отфильтровываются механические примеси, выпадающие в осадок). Выделенные таким образом нефтепродукты подаются по топливопроводу 17 в топливный танк 1, а вода - по трубопроводу 18 в танк 2 для воды. (Хотя маслоотделитель 15, выполненный в виде отстойника, не обеспечивает полную глубину очистки льяльной воды, однако полной очистки не требуется, поскольку нефтепродукты и вода поступают на месте на переработку в водотопливную эмульсию. При сборе льяльных вод в пункты или специальные суда необходима глубокая дальнейшая очистка льяльных вод).

Топливный танк 1 и танк 2 для воды смонтированы на одном основании, выполненном в виде теплообменника, нагревателя 13, получающего питание от внутреннего контура системы охлаждения дизельного двигателя. Таким образом поддерживается единый температурный режим 50-70^оС во всех компонентах системы.

При работе насоса 4 (например, шестеренчатого) топливо рециркулирует в контуре циркуляции и в смеситель 5 - эжектор поступает по трубопроводу 6 топливо, по трубопроводу 7 вода и по трубопроводу 24 водо-топливная эмульсия. Дозирование воды осуществляется регулятором 9 расхода и контролируется расходомером 10, и поскольку дозируется вода, нагретая до температуры 50-70^оС, а не пар, то не надо учитывать процессы конденсации пара, и удается точно подобрать состав водо-топливной эмульсии. Из диффузора 21 эжектора по трубопроводу 11 водо-топливная эмульсия поступает через фильтр 12 (щелевой, фильтр средней очистки) к дизельному двигателю и в трубопроводы 23 и 24. Клапан 22 регулирует потоки водо-топливной эмульсии, циркулирующей в трубопроводах 19, 23, 24.

Полученная таким образом водо-топливная эмульсия подводится к топливным насосам высокого давления дизельных двигателей.

В вырабатываемой водо-топливной эмульсии может содержаться не менее 10% воды, чем достигаются значительная экономия топлива и улучшение экологичности как на транспортном средстве, так и окружающей среды.

Устройство для приготовления водо-топливной эмульсии проходит испытание на опытном образце технологического комплекса теплохода "Л.Красин".

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ для дизельного двигателя с жидкостной системой охлаждения, содержащее топливный и водяной баки, соединенные при помощи трубопровода со смесителем, установленные на трубопроводе между водяным баком и смесителем, насосы низкого давления, нагреватель, выполненный в виде теплообменника, расходомер, регулятор расхода воды и фильтр, размещенный на трубопроводе между смесителем и дизельным двигателем, отличающееся тем, что оно снабжено маслоотделителем, клапаном регулирования потока водотопливной эмульсии, резервуаром для сбора льяльной воды, который при помощи одного из насосов низкого давления соединен трубопроводом с маслоотделителем, сообщенным с топливным и водяным баками, и нагревателем, установленным под топливным и водяным баками, причем смеситель выполнен в виде эжектора с камерой смешения, диффузором и штуцером возврата, сопло которого соединено с другим насосом, фильтр выполнен щелевым с входом и двумя выходами, его вход соединен с диффузором эжектора, а один из выходов через клапан регулирования потока водотопливной эмульсии - с другим насосом и со штуцером возврата водотопливной эмульсии в эжектор.

2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе эжектора выполнены каналы подачи воды, топлива и возврата водотопливной эмульсии, а камера смешения выполнена цилиндрической формы и расположена соосно с соплом и диффузором, причем каналы подачи воды и возврата водотопливной эмульсии размещены параллельно оси камеры смешения и подсоединены к последней, а канал подачи топлива размещен по отношению к каналу подачи воды под углом 55 - 65^o и подсоединен к камере смешения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3