Устройство для приготовления водотопливной эмульсии



Устройство для приготовления водотопливной эмульсии
Устройство для приготовления водотопливной эмульсии

 


Владельцы патента RU 2422193:

Фисоник Холдинг Лимитед (CY)

Устройство относится к приготовлению водотопливной эмульсии и может использоваться в энергетической, судостроительной, машиностроительной промышленности и на транспорте. Устройство содержит камеру смешения 3, а также топливное 4 и водяное 5 сопла для подачи соответствующих сред в камеру 3. В качестве водяного сопла 5 использовано сопло, обеспечивающее вскипание воды. Водяное сопло 5 содержит входной сужающийся 6 и выходной расширяющийся 7 по ходу среды участки, между которыми расположено минимальное сечение сопла. Образующая начальной части расширяющегося участка 7 сопла 5 имеет вогнутую по отношению к оси сопла 5 форму кривой, плавно переходящей в критическом сечении сопла 5 в выпуклую по отношению к оси сопла 5 кривую. Водяное сопло 5 расположено по продольной оси 2 камеры 3, а топливное сопло 4 расположено соосно с водяным соплом 5 и выполнено в виде кольца, охватывающего концевую часть водяного сопла 5. Технический результат состоит в снижении энергетических затрат. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Устройство относится к струйной технике и может быть использовано в энергетической, судостроительной, машиностроительной промышленности и на транспорте для приготовления высококачественных водотопливных эмульсий.

Известен способ приготовления эмульсий с помощью трансзвукового устройства, содержащего сопло для подачи рабочей среды, средства для подачи эмульгируемых компонентов и камеру смешения (патент SU 1669519 А1, МПК5 B01F 5/04, А23С 11/00, публ. 1991). В этом устройстве в качестве рабочей среды используется пар, и недостатком, ограничивающим применение этого устройства, является уменьшенный диапазон соотношения рабочей и гомогенизируемой среды, так как пар, обладая высокой теплоемкостью, уже при содержании его в смеси более 10% приводит к значительному повышению температуры смеси и объемного содержания паровой (газовой) составляющей в смеси, в результате чего резко увеличивается скорость звука в смеси (уменьшается ее сжимаемость) перед скачком давления, что резко уменьшает интенсивность скачка давления и приводит к ухудшению качества получаемой эмульсии.

Известно также устройство для приготовления водотопливной эмульсии, содержащее камеру смешения, а также топливное и водяное сопла для подачи соответствующих сред в камеру смешения (патент RU 1761241 А1, МПК5 B01F 5/04, публ. 1992). Для устранения недостатка устройства по ранее указанному патенту путем обеспечения возможности расширения диапазона соотношения смешиваемых компонентов в этом устройстве было предложено в качестве рабочей среды для создания сверхзвукового потока использовать не пар, а холодную воду, из которой на выходе из водяного сопла выделялся растворенный в воде газ. При этом увеличение скорости смеси достигалось за счет увеличения давлений рабочей и гомогенизируемой среды на входе в устройство, что приводило, однако, к увеличению энергетических затрат (к необходимости увеличения мощности насосов), а снижение скорости звука в смеси достигалось выделением растворенного в воде и гомогенизируемой среде газа за счет снижения давления перед скачком ниже давления насыщения. Значение давления перед скачком при заданном давлении на входе в устройство зависит от объемного соотношения фаз перед скачком. Чем больше объем газовой составляющей, тем меньше давление перед скачком, больше скорость смеси, больше число Маха (больше сжимаемость) и тем более интенсивным является скачок давления (пропорциональный квадрату числа Маха). В результате повышается качество получаемой водотопливной эмульсии. Однако использование в известном устройстве холодной воды в качестве рабочей среды ограничивает объемное соотношение фаз диапазоном от 0,4 до 0,7, что сильно суживает диапазон используемых чисел Маха (1,67-1,83) и дает узкий диапазон и низкую интенсивность скачка давления (2,78-3,33). Между тем, при температуре воды 150°С число Маха может достигать 6, а интенсивность скачка давления возрастает более чем на порядок.

Целью настоящего изобретения является создание устройства для приготовления водотопливной эмульсии, которое обеспечило бы снижение энергетических затрат при одновременном улучшении качества эмульсии.

Указанная цель достигается тем, что согласно настоящему изобретению предложено устройство для приготовления водотопливной эмульсии, содержащее камеру смешения, топливное сопло для подачи топлива в камеру смешения и обеспечивающее вскипание воды водяное сопло для подачи водяной среды в камеру смешения, причем водяное сопло содержит входной сужающийся и выходной расширяющийся по ходу среды участки и расположено по продольной оси камеры смешения, а топливное сопло расположено соосно с водяным соплом и выполнено в виде кольца, охватывающего концевую часть водяного сопла.

Использование в настоящем изобретении указанных конструкций водяного и топливного сопел и их взаимное расположение обеспечивает более полное вскипание жидкости, приводящее в результате к улучшению качества (однородности) эмульсии при снижении энергетических затрат.

При этом наиболее оптимальной является такая форма водяного сопла, когда образующая начальной части расширяющегося участка водяного сопла имеет вогнутую по отношению к оси этого сопла форму кривой, плавно переходящей в критическом сечении этого сопла в выпуклую по отношению к оси сопла кривую. Выходное сечение топливного сопла может быть выполнено в виде отверстий, симметрично размещенных вокруг оси водяного сопла.

Обеспечение в настоящем изобретении более полного вскипания воды позволяет расширить диапазон объемного соотношения фаз в смеси и тем самым позволяет подавать рабочую среду (воду) и гомогенизируемую (эмульгируемую) среду (топливо) под меньшим давлением, что обеспечивает снижение энергетических затрат и повышает качество эмульсии.

В качестве жидкостного сопла, обеспечивающего вскипание жидкости, может быть использовано, например, сопло Лаваля или испарительное сопло, описанное в патенте SU 1268867 А1, МПК F22B 3/04, 1986. Однако наиболее оптимальной с точки зрения повышения эффективности преобразования энергии давления в кинетическую энергию двухфазного газожидкостного потока среды является такая форма жидкостного сопла, когда образующая начальной части расширяющегося участка жидкостного сопла имеет вогнутую по отношению к оси этого сопла форму кривой, плавно переходящей в критическом сечении этого сопла в выпуклую по отношению к оси сопла кривую.

Устройство по настоящему изобретению поясняется приложенными чертежами.

На фиг.1 представлена схема устройства для приготовления водотопливной эмульсии по настоящему изобретению;

на фиг.2 - схема использования устройства для приготовления водотопливной эмульсии по настоящему изобретению при подаче приготовленной водотопливной эмульсии в тепловой котел.

Заявленное устройство для получения водотопливной эмульсии содержит установленные в корпусе 1 по общей продольной оси 2 цилиндрическую камеру 3 смешения, а также топливное сопло 4 (сопло для подачи топлива) и водяное сопло 5 (сопло для подачи вскипающей воды), подающие соответствующие среды в камеру 3.

Водяное сопло 5 содержит входной сужающийся и выходной расширяющийся по ходу среды участки 6 и 7 соответственно, между которыми расположено минимальное (наиболее узкое) сечение Smin сопла 5. Образующая начальной части расширяющегося участка 7 водяного сопла 5 имеет вогнутую по отношению к оси 2 форму кривой, плавно переходящей в критическом сечении Scr этого сопла в выпуклую по отношению к оси 2 кривую. Другими словами, первая производная образующей начальной части расширяющегося участка сопла по длине последнего имеет отрицательное значение, в критическом сечении Scr сопла эта производная равна нулю, а после критического сечения эта производная имеет положительное значение.

Термин "критическое сечение сопла" является широко применимым термином в струйной технике и обозначает сечение сопла, в котором локальная скорость газового потока достигает звуковой.

В ходе проведенных экспериментальных работ было установлено, что вышеописанная форма выполнения водяного сопла 5 обеспечивает возможность повышения эффективности преобразования энергии давления в кинетическую энергию потока со вскипанием воды в проточной части сопла по сравнению с известным соплом Лаваля. Используемое в настоящем изобретении водяное сопло 5 в отличие от сопла Лаваля характеризуется следующим:

- дозвуковым водяное сопло 5 является не только в его сужающемся участке 6, но и в некоторой части расширяющегося участка 7;

- в минимальном сечении Smin сопла 5 устанавливается максимальный удельный расход среды, но сечение это не является критическим;

- критическое сечение Scr, в котором скорость потока равна локальной скорости звука, смещается в сопле 5 вниз по потоку и находится в расширяющемся участке 7 сопла;

- в этом критическом сечении Scr не первая, а вторая производная от площади сечения по длине сопла 5 равна нулю; таким образом, в критическом сечении Scr зависимость площади сопла 5 от его длины имеет не минимум, как это имеет место в сопле Лаваля, а точку перегиба этой зависимости.

Как видно из фиг.1, топливное сопло 4 выполнено в виде кольца, охватывающего концевую часть водяного сопла 5.

Из фиг.1 также видно, что сумма площадей выходных сечений сопел 4 и 5 составляет площадь входного сечения цилиндрической камеры 3 смешения. Если площадь выходного сечения топливного сопла 4 обозначить через f, а площадь входного сечения камеры 3 - через F, то площадь выходного сечения водяного сопла 5 составит F-f. Длина камеры 3 смешения равна или более шести ее диаметров. Объемное соотношение фаз β на входе в камеру 3 смешения составляет:

.

Таким образом, объемное соотношение фаз β применительно к заявленному устройству - это отношение площади сечения F-f, занятой парообразной средой (вскипевшей водой), к общей площади F, занятой топливом и парообразной средой и равной площади сечения на входе в камеру 3 смешения (перед скачком давления).

Значение показателя изоэнтропы

Число Маха .

Если давление на входе в сопло 5 равно Р0, то давление на входе в камеру 3 смешения перед скачком равно .

Если в известном устройстве по патенту RU 1761241 объемное соотношение фаз на входе в камеру смешения было в диапазоне 0,4-0,7, то в настоящем устройстве это соотношение всегда будет больше 0,7. Поэтому в настоящем устройстве достигается большее число Маха, больший скачок давления на выходе из сопла 5, больший диапазон устойчивой работы устройства и более высокое качество эмульсии.

Настоящее устройство в схеме подачи получаемой водотопливной эмульсии в тепловой котел (фиг.2) работает следующим образом.

Из расходной топливной емкости (не показана), находящейся под атмосферным давлением, топливным насосом (не показан) через клапан 8 топливо подается на вход в устройство 9 (более подробно изображенное на фиг.1) для получения водотопливной эмульсии. Через топливное сопло 4 (фиг.1) этого устройства топливо поступает в камеру 3 смешения и через перепускной клапан 10 возвращается в расходную емкость. При этом на мановакууметре 11 устанавливается минимальное давление вследствие скачка давления в камере 3 смешения устройства 9, а на манометре 12 устанавливается давление, примерно равное атмосферному. Затем клапан 10 постепенно прикрывают на байпас и открывают на тепловой котел (не показан) при закрытом клапане 13. Давление на манометре 12 начинает возрастать, но на мановакуумметре 11 давление остается без изменений. Как только при дальнейшем открытии клапана 10 начинает расти давление на мановакуумметре 11, начинают открывать клапан 13, которым давление на мановакуумметре 11 удерживается постоянным до полного закрытия перепуска на байпас клапаном 10. При этом тепловой котел работает на топливе.

Затем открытием клапана 14 в водяное сопло 5 устройства 9 подают горячую воду. В камере 3 смешения происходит обмен количеством движения между пароводяным потоком вскипающей воды и топливом, при этом резко увеличивается скорость потока смеси, возрастает число Маха и увеличивается скачок давления в камере 3 смешения. При этом увеличивается температура водотопливной эмульсии и снижается ее вязкость. Попадая через клапан 13 в топочное пространство теплового котла, вода, равномерно распределенная в топливе, вскипает, в результате чего ее объем увеличивается в сотни раз, что приводит к разделению вещества топлива на группы молекул. Это интенсифицирует процесс горения, при этом сама вода диссоциирует, выделяя водород, что также приводит к снижению удельного расхода топлива.

Как показано на фиг.1, топливное сопло 4 выполнено в форме кольцевой щели. Однако в тех случаях, когда расход топлива мал и выдержать размер кольцевого зазора с требуемой площадью f выходного сечения сопла 4 конструктивно сложно, то выходное сечение сопла 4 можно выполнить в виде отдельных отверстий, симметрично расположенных вокруг оси 2 под углом к ней, меньшим 30°. Тогда площадь f будет равна сумме площадей этих отверстий.

Настоящее устройство было испытано на стенде для приготовления эмульсии из воды и дизельного топлива. Содержание воды в эмульсии превышало 30%, при этом смесь была качественной, а ее горение устойчивым, что позволило снизить расход топлива в котле более чем на 30% без снижения его мощности.

1. Устройство для приготовления водотопливной эмульсии, содержащее камеру смешения, топливное сопло для подачи топлива в камеру смешения и обеспечивающее вскипание воды водяное сопло для подачи водяной среды в камеру смешения, причем водяное сопло содержит входной сужающийся и выходной расширяющийся по ходу среды участки и расположено по продольной оси камеры смешения, а топливное сопло расположено соосно с водяным соплом и выполнено в виде кольца, охватывающего концевую часть водяного сопла.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что образующая начальной части расширяющегося участка водяного сопла имеет вогнутую по отношению к оси этого сопла форму кривой, плавно переходящей в критическом сечении этого сопла в выпуклую по отношению к оси сопла кривую.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходное сечение топливного сопла выполнено в виде отверстий, симметрично размещенных вокруг оси водяного сопла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области переработки жидких сред, в частности к физико-химическому изменению исходного жидкого углеводородного сырья, например нефти и нефтепродуктов, получению жидких композиционных материалов, в том числе наноструктурированных жидкостей, и может использоваться в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей пищевой, фармацевтической промышленности.

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для диспергирования, эмульгирования и обеззараживания технологических, например, смазывающих и охлаждающих жидкостей.

Изобретение относится к устройствам для диспергирования в потоке движущейся жидкости пузырьков газа или жидкости, несмешивающейся с несущей жидкостью, и может быть использовано для образования газожидкостных смесей во флотационных установках и аэрации грунтовых вод в процессах водоподготовки.

Изобретение относится к способу гомогенизации находящейся под давлением жидкой эмульсии, такой как молоко. .

Изобретение относится к смесителям для получения эмульсий путем кавитационной обработки потока жидкостной смеси в теплоэнергетике, металлообработке, в химической, лакокрасочной, пищевой промышленности.

Изобретение относится к оборудованию для гомогенизации и тепловой обработки суспензий, и может быть использовано в консервной и пищевой промышленности. .

Смеситель // 1558448
Изобретение относится к аппаратам для перемешивания и может найти применение в нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к средствам получения высокодисперсных гомогенизированных смесей с заданной концентрацией компонентов
Изобретение относится к изготовлению резиновой смеси для автомобильной шины на основе ненасыщенных каучуков
Изобретение относится к изготовлению резиновой смеси для автомобильной шины
Изобретение относится к изготовлению резиновой смеси для автомобильной шины

Настоящее изобретение направлено на жидкие композиции для кондиционирования ткани и способы их получения и применения. Описана композиция кондиционера для ткани, имеющая вязкость от 5 сПз до 5000 сПз, при этом композиция содержит от 4 % до 30 % по массе одного или более активных веществ кондиционера для ткани, которое представляет собой соединение сложноэфирного четвертичного аммония, выбранное из группы, состоящей из сложных моноэфиров ацил-оксиэтил- N,N-диметиламмоний хлорида, сложных диэфиров ацил-оксиэтил-N,N-диметиламмоний хлорида и их смесей, при этом указанное активное вещество содержит частицы, при этом частицы имеют гранулометрический показатель от 750 до 3000: от 1 м.д. до 5000 м.д. электролита, от 60 до 96 % носителя, содержащего воду и необязательно один или более вспомогательных ингредиентов. Технический результат - высокая эффективность активного вещества кондиционера для ткани. 3 н. и 39 з.п. ф-лы, 10 пр., 3 ил., 8 табл.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, эмульгирования, гомогенизации жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации гидродинамических физико-химических, тепломассообменных процессов в системах «жидкость-жидкость» и жидкость-газ». Устройство содержит корпус с передней торцовой крышкой, консольно закрепленные упругие заостренные пластины, расположенные напротив горизонтальных осей щелевидных участков конических сопел с возможностью осевого смещения. Предусмотрен радиальный патрубок ввода основного компонента. Входной патрубок основного компонента, имеющий цилиндрический участок может перемещаться в осевом направлении. Смесительный элемент представляет собой цилиндрический корпус с внутренней конической поверхностью, на которой выполнены не менее двух радиальных проточек. В торцовой перегородке корпуса, где находится четное количество сквозных пересекающихся каналов, закреплена ступенчатая цилиндрическо-коническая вставка. На ее цилиндрическом конце, находящемся напротив щелевидного сопла, выполнена лыска, на которой жестко закреплена упругая пластина одной толщины. Пластина имеет П-образную форму с пластинами-ножками разной длины. Средняя ступень, значительно большего диаметрального размера, имеет коническую поверхность и находится внутри корпуса смесительного элемента. На другой цилиндрической поверхности ступенчатой вставки закреплены стержни с консольной частью разной длины, расположенные по окружностям в несколько рядов вдоль оси. В каждом последующем ряду оси стержней смещены по длине окружности относительно осей стержней предыдущего ряда на одинаковое расстояние. Внутренняя часть задней торцовой крышки, по оси которой находится выходной патрубок, выполнена в виде поверхности, близкой к сферической. Разность длин консольных пластин-ножек П-образной упругой пластины выбирается таким образом, чтобы разность частот, генерируемая этими элементами, не превышала 5%. Оси входа и выхода пересекающихся сквозных каналов находятся на одном диаметре и располагаются друг напротив друга на боковых поверхностях торцовой перегородки таким образом, что в каждой паре соседних каналов вход первого канала находится напротив выхода второго канала, а вход второго канала находится напротив выхода первого канала. Длина консольной части стержней в каждом ряду одинакова, но в каждом следующем ряду уменьшается таким образом, чтобы коническая поверхность, прилегающая к наружной поверхности торцов стержней была эквидистантна внутренней конической поверхности корпуса смесительного элемента. Форма поперечного сечения консольной части стержней может быть любой (круг, треугольник, многоугольник и др.). На боковой поверхности стержней выполнены не менее одной продольной канавки с округлой формой поперечного сечения, имеющих длину не менее чем 3/4 длины консольной части стержня. Стержни установлены с произвольной ориентацией боковых поверхностей. Диаметр, на котором находятся оси выхода сквозных пересекающихся каналов, должен быть больше внутреннего диаметра выходного патрубка в 1,4…1,6 раза. В устройстве осуществляется комплексное воздействие на обрабатываемую среду: акустических колебаний, кавитации, турбулентных пульсаций, сдвиговых напряжений, вихревых потоков. Технический результат изобретения - интенсификация гидродинамических, физико-химических и тепломассообменных процессов. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх