Установка получения водотопливной эмульсии

Изобретение относится к технике приготовления эмульсии, которая может быть использована в качестве альтернативного топлива в двигателях внутреннего сгорания. Изобретение позволяет получить и автоматически поддерживать оптимальный состав эмульсии без ее расслоения в широком диапазоне изменения режима работы двигателя внутреннего сгорания. Установка получения водотопливной эмульсии включает насос-диспергатор, связанный трубопроводом подачи и возврата ВТЭ с топливоподающей системой двигателя внутреннего сгорания, топливный бак и бак с водой, каждый из которых подсоединен к диспергатору трубопроводом с запорной арматурой. Установка снабжена регулятором расхода воды, который соединен с трубопроводом подачи водотопливной эмульсии к топливоподающей системе двигателя внутреннего сгорания, и дюзой, установленной на трубопроводе возврата ВТЭ в насос-диспергатор. 2 ил.

 

Изобретение относится к технике приготовления эмульсии, которая может быть использована в качестве альтернативного топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Известна установка получения водотопливной эмульсии (ВТЭ), содержащая диспергатор в виде шестеренчатого насоса, подключенного к двигателю внутреннего сгорания, регулятора максимального давления за насосом, топливопровод и водопровод с регулируемыми жиклерами (см. Ф.В.Смоль, Е.Е.Арсенов «Перспективные топлива для автомобилей», М., Транспорт, 1976, стр. 81-82, рис. 34).

Данная установка, отличаясь простотой, обладает следующими недостатками:

- добавка эмульгатора к топливу значительно снижает эксплуатационные показатели двигателя;

- при изменении режима работы двигателя для поддержания состава ВТЭ требуется ручное регулирование соотношения расходов воды и топлива.

Наиболее близкой по технической сущности является установка получения ВТЭ, включающая диспергатор в виде центробежного насоса, подключенного трубопроводом подачи и возврата ВТЭ к топливоподающей системе ДВС, регулятор поддержания давления, топливный бак и бак для воды с расходомером и регулирующей арматурой, подключенные к диспергатору (см. О.Н.Лебедев, В.А.Сомов «Водотопливные эмульсии в судовых дизелях», Л., Судостроение, 1982, стр. 67-68, рис. 3.5).

Основными недостатками данной установки являются:

- необходимость поддержания давления за насосом;

- необходимость постоянного контроля и регулирования расхода воды для поддержания заданного состава водотопливной эмульсии при изменении режима работы двигателя;

- необходимость дополнительного контроля расхода топлива в случае автоматического поддержания состава ВТЭ.

Технической задачей является создание установки получения ВТЭ с саморегулируемой системой подачи воды в широком диапазоне изменения скоростного или нагрузочного режима работы ДВС.

Поставленная цель достигается тем, что установка снабжена регулятором расхода, который соединен с трубопроводом подачи водотопливной эмульсии к топливоподающей системе двигателя внутреннего сгорания, и дюзой, установленной на трубопроводе возврата ВТЭ в насос-диспергатор.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию «новизна».

Техническая сущность предлагаемого решения поясняется фиг.1 и 2. На фиг.1 дана принципиальная схема установки получения ВТЭ, реализующей предложенное техническое решение.

Установка получения ВТЭ состоит из насоса-диспергатора 1, например, центробежного или роторного типа, трубопровода 2 подачи ВТЭ к топливоподающей системе 3 ДВС, трубопровода 4 возврата ВТЭ в насос-диспергатор 1 с установленной дюзой 5, бака 6 с топливом, подсоединенного трубопроводом 7 к насосу-диспергатору 1, бака 8 с водой, также подключенного к насосу-диспергатору с помощью трубопровода 9, на котором последовательно установлены запорный вентиль 10 и регулятор 11 расхода воды, при этом регулятор 11 подключен к трубопроводу 2 подачи ВТЭ к топливоподающей системе 3 посредством трубопровода 12.

На фиг.2 для пояснения работы водотопливной установки приведена кривая зависимости производительности насоса-диспергатора (V_н) от напора, а кроме того приведена шкала мощности двигателя (N, кВт), совмещенная со шкалой расхода (V_ВТЭ) водотопливной эмульсии, необходимой для получения соответствующей мощности двигателя, а также шкала с расходом воды (V'), требуемым для образования ВТЭ с пятнадцатипроцентным содержанием воды в составе эмульсии.

Работа установки получения ВТЭ происходит следующим образом. Эмульсия, образующаяся в насосе-диспергаторе 1 за счет механического перемешивания топлива и воды, по трубопроводу 2 поступает в топливоподающую систему 3 дизеля, где часть ВТЭ отбирается на получение требуемой мощности двигателя, а нереализованная часть ВТЭ через дюзу 5 по трубопроводу 4 возвращается на всас насоса 1, куда также поступает топливо из бака 6 по трубопроводу 7 и вода из емкости 8 по трубопроводу 9 через регулятор 11 в суммарном количестве, эквивалентном расходу ВТЭ, отобранном для работы двигателя. Все три потока интенсивно перемешиваются в насосе-диспергаторе 1, образуя ВТЭ определенного состава, который остается постоянным во всем диапазоне изменения мощностного режима двигателя.

Стабильность состава ВТЭ обеспечивается регулированием расхода воды с помощью регулятора 11, подключенного трубопроводом 12 к трубопроводу 2, при этом при расчете и отстройке регулятора 11 необходимо учитывать, что давление за насосом-диспергатором всегда будет ниже ввиду дополнительного циркуляционного расхода ВТЭ через дюзу 5, который при работе двигателя на ВТЭ необходим, чтобы избежать осаждения дисперсной фазы (воды) из эмульсии, особенно при малых нагрузках, требующих для поддержания работы режимов двигателя малых расходов ВТЭ.

Рассмотрим на конкретном примере работу установки в случае установившегося режима работы двигателя с номинальной мощностью 180 кВт. Пусть, например, мощность двигателя в установившемся режиме составляет 150 кВт, то тогда необходимый расход ВТЭ (в соответствии с фиг.2) будет равняться 50 л/ч. В том случае, если бы отсутствовал циркуляционный расход ВТЭ через дюзу 5, то на кривой производительности насоса-диспергатора такому расходу соответствовала бы точка А, где производительность насоса равняется 50 л/ч, а напор, создаваемый насосом 2,75 кГс/см, при этом для получения ВТЭ с содержанием воды 15% необходимый расход воды, который должен поддерживать регулятор 11, должен составлять 7,5 л/ч. В то же время стендовые испытания показали, что для исключения возможности выпадения воды из эмульсии циркуляционный расход ВТЭ через дюзу 5 должен быть не менее 15% от текущего рабочего расхода, требующегося для работы двигателя. Если принять циркуляционный расход 20% от текущего значения, то производительность насоса составит 60 л/ч, а фактический напор после насоса 1 - 2,5 кГс/см², т.е. это то давление, под действием которого регулятор 11 должен поддерживать расход воды 7,5 л/ч для получения 15% ВТЭ.

В случае снижения мощности двигателя уменьшится расход ВТЭ, отбираемый топливоподающей системой 3. Это автоматически приведет к изменению режима работы насоса-диспергатора 1, который будет сопровождаться снижением производительности и повышением напора. Увеличение давления за насосом приведет к некоторому увеличению циркуляционного расхода через дюзу 5, но самое главное переведет регулятор 11 в положение, обеспечивающее необходимое снижение подачи воды для сохранения стабильным состава эмульсии. Понятно, что при увеличении мощности двигателя оборудование установки отработает в обратном направлении, достигнув устойчивого состояния, соответствующего новому режиму работы двигателя. Вполне понятно, что пуск, первоначальная работа и остановка двигателя производятся на чистом топливе, при этом подача воды перекрыта вентилем 10.

Таким образом, в широком диапазоне изменения режимов работы двигателя установка получения ВТЭ позволяет получить и автоматически поддерживать заданный состав эмульсии с гарантией, исключающей ее расслоение в процессе циркуляции. Кроме того, за счет профилирования регулирующего органа регулятора расхода воды можно получать эмульсию разной концентрации, но оптимального состава при работе двигателя в широком диапазоне изменения режима работы двигателя.

Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное решение отвечает критериям "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

Установка получения водотопливной эмульсии, включающая насос-диспергатор, связанный трубопроводом подачи и возврата ВТЭ с топливоподающей системой двигателя внутреннего сгорания, топливный бак и бак с водой, каждый из которых подсоединен к диспергатору трубопроводом с запорной арматурой, отличающаяся тем, что установка снабжена регулятором расхода воды, который соединен с трубопроводом подачи водотопливной эмульсии к топливоподающей системе двигателя внутреннего сгорания, и дюзой, установленной на трубопроводе возврата ВТЭ в насос-диспергатор.