Фильтр предварительной очистки биодизельного топлива

Изобретение относится к области энергетики. Фильтр предварительной очистки биодизельного топлива содержит корпус с впускным и выпускным каналами, впускной полостью, образованной коаксиально и эквидистантно расположенными внешней и внутренней стенками, в которой расположен сепаратор-завихритель, стакан-отстойник со сливным краном и датчиком уровня отстоя, фильтрующий элемент и разделитель потоков. Сепаратор-завихритель расположен на выходе из впускной полости и выполнен в виде тарельчатой детали, на которой по внешнему краю выполнены наклонные в тангенциальном направлении лопасти с L-образным поперечным сечением, причем свободная полка L-образного сечения каждой лопасти направлена к внешней стенке впускной полости, при этом наклон свободной полки лопасти выполнен под углом от 18° до 22° к поперечной плоскости сечения впускной полости, разделитель потоков выполнен в виде усеченного конуса с радиальными ребрами, большее основание которого направлено к фильтрующему элементу, а ребра расположены вдоль плоскости продольного сечения со стороны стакана-отстойника, стакан-отстойник сделан цилиндрическим вверху и коническим внизу, причем верхняя точка датчика уровня отстоя расположена в плоскости сопряжения цилиндрической и конической частей стакана отстойника. Технический результат - повышение надежности и эффективности работы фильтра предварительной очистки биодизельного топлива, то есть отделения твердых и жидких посторонних включений в широком диапазоне расходов биодизельного топлива. 2 ил.

 

Изобретение относится к энергетике и альтернативным возобновляемым жидким топливам, преимущественно - к энергетическим и двигательным установкам, предназначенным для работы на альтернативных топливах, в частности может быть использовано в фильтрах топливных систем дизельных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), предназначенных для работы на частном виде альтернативного возобновляемого горючего, то есть на биодизельном топливе.

Использование предложенной конструкции фильтра рассмотрено на примере фильтра предварительной очистки биодизельного топлива, так как его использование в автомобильных дизельных двигателях сопряжено с наибольшими трудностями из-за широкого диапазона расходов и повышенными требованиями к его качеству и содержанию посторонних включений. В других видах энергетических установок, таких как печи, энергетические котлы или карбюраторные ДВС требования к качеству очистки биотоплива ниже.

Биодизельное топливо, как и любое альтернативное возобновляемое топливо биологического происхождения, имеет повышенное содержание продуктов жизнедеятельности биологических объектов, таких как различные кислоты, вода и твердые частицы, вследствие их наличия - высокие температуру замерзания и коррозионную активность к конструкционным элементам и материалам фильтра. По этой причине в топливных системах, использующих биодизельное топливо, отсутствуют цветные металлы и материалы, которые разрушаются, контактируя с составляющими биодизельного топлива. Все детали фильтра предварительной очистки биодизельного топлива выполнены из полимерных материалов и эластомеров. Для фильтрации биодизельного топлива обычно выбирают конструкцию фильтра грубой очистки с водоотделением, электроподогревом и ручным подкачивающим насосом, имеющего как минимум четыре ступени очистки топлива. Топливоподготовка включает в себя многоступенчатый процесс сепарации и фильтрации, обеспечиваемый конструкцией гидроциклона (завихрителя) и сепаратора-завихрителя, что придает таким видам фильтров высокую эффективность и высокую пропускную способность, а также и высокую сложность. Причем дизельные двигатели внутреннего сгорания из-за высокоточного изготовления и подгонки элементов топливной аппаратуры требуют высокой чистоты топлива. В противном случае будет происходить быстрый износ или их поломка.

Известен фильтр для очистки топлива (см. патент на изобретение Советского Союза №1058489 А, заявитель Гидеон Хагберг (GIDEON KHAGBERG), опубл. 30.11.83), содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, впускной полостью, образованной коаксиально расположенными внешней и внутренней стенками, в которой расположен сепаратор-завихритель, стакан-отстойник со сливным приспособлением, фильтрующий элемент и разделитель потоков. Основным недостатком известного устройства является сложная организация движения потоков топлива и, как следствие, большое гидродинамическое сопротивление из-за сложной формы сепаратора-завихрителя со спиралеобразными каналами, образованными спиральными ребрами между коаксиальными поверхностями соответственно внешней конической и внутренней цилиндрической стенок. Сложная форма сепаратора-завихрителя также имеет низкую эффективность закрутки потоков. Отсутствие разделителя потоков и вращение сепаратора разделителя приводит к излишней турбулизации восходящего потока и вследствие этого к заносу восходящими потоками твердых включений и капель воды с поверхности отстоя обратно в поток топлива, поступающего на фильтрующий элемент. Сепаратор-завихритель, установленный с возможностью вращения, будет приводить на выходе из него к турбулентному перемешиванию чистого топлива и загрязнений с поверхности отстоя, что снизит эффективность отделения капель воды и других тяжелых частиц.

Известен фильтр грубой очистки топлива (см. патент на полезную модель № RU 101153 U1, заявитель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия, опубл. 10.01.2011), содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, впускной полостью, образованной коаксиально и эквидистантно расположенными внешней и внутренней стенками, с тангенциально расположенными подводящими каналами, стакан-отстойник со сливным краном и датчиком уровня отстоя, фильтрующий элемент и разделитель потоков. Основным недостатком известного устройства является сложная организация движения потоков топлива и, как следствие, большое гидродинамическое сопротивление для движения закрученного потока между коаксиально и эквидистантно расположенными стенками впускной полости, а стакан-отстойник сделан цилиндрическим вверху и коническим внизу. Изменение направления относительного торообразного движения закрученного потока приведет к невозможности отделения мелких частиц загрязнений и мелких капель воды, потому что, во-первых, центробежные силы будут их отбрасывать к внутренней поверхности разделителя потоков, где они и должны собираться, но стекать им в стакан-отстойник по краю разделителя потоков не позволит торобразный закрученный поток, меняющий в этом месте направление движения из нисходящего на восходящее, так как с края разделителя потоков вода и другие загрязнения не смогут попасть в стакан, отстойник, потому что им для этого будет необходимо пересечь весь поток топлива, во вторых, указанный поток будет отрывать и уносить с поверхности отстоя мелкие капельки воды и твердые частицы, что снижает эффективность работы фильтра.

Известен фильтр грубой очистки биодизельного топлива (см. патент на изобретение РФ №2478823, заявитель ФГУП «НАМИ», опубл. 20.03.2013), содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, впускной полостью, образованной коаксиально и эквидистантно расположенными внешней и внутренней стенками, в которой расположен сепаратор-завихритель, а также стакан-отстойник со сливным краном и с датчиком отстоя и фильтрующий элемент, имеющий вверху цилиндрическую и внизу коническую поверхности. Основным недостатком известного устройства является сложная организация движения потоков биодизельного топлива и, как следствие, большое гидродинамическое сопротивление из-за сложной формы сепаратора-завихрителя со спиралеобразными каналами, образованными эквидистантными поверхностями соответственно внешней и внутренней стенок сепаратора-завихрителя. Сложная форма сепаратора-завихрителя также имеет низкую эффективность закрутки потоков. Наличие разделителя потоков, расположенного за пределами движения разделяемых потоков, приводит к нарушению выполнения им функций по разделению потоков и к заносу восходящими потоками мелких твердых включений и капель воды с поверхности отстоя обратно в поток биодизельного топлива. Разделитель потоков (сепаратор в терминологии заявителя) не может выполнять свою основную функцию по разделению потоков загрязненного и чистого топлива, так как он расположен в зоне движения якобы уже очищенного топлива, но при этом проходного сечения указанных отверстий явно недостаточно для обеспечения необходимого расхода топлива и оно будет подниматься вдоль стенок в противотоке к потоку из завихрителя. Сложная форма завихрителя также имеет низкую эффективность закрутки потоков. Отсутствие описанной заявителем работы разделителя потоков приводит к заносу восходящими потоками топлива твердых включений и капель воды с поверхности отстоя обратно в поток биодизельного топлива, при этом форма стакана-отстойника не оказывает сколь-нибудь значительного влияния на процессы движения потоков биодизельного топлива, так как проходные сечения отверстий в гидроциклонном завихрителе малы и большая часть топлива будет уходить вверх вдоль стенок чаши стакана-отстойника, вынося при этом мелкие капельки воды и твердые частицы загрязнений, двигаясь радиально в сторону, противоположную организованному винтовому торообразному движению, восходящий поток которого должен быть направлен через отверстия в гидроциклонном завихрителе.

Известен фильтр предварительной очистки биодизельного топлива (см. патент на изобретение РФ №2556476, заявитель ФГУП «НАМИ», опубл. 10.07.2014), содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, впускной полостью, образованной коаксиально и эквидистантно расположенными внешней и внутренней стенками, в которой расположен сепаратор-завихритель, а также стакан-отстойник со сливным краном и датчиком отстоя, фильтрующий элемент и разделитель потоков. Основным недостатком известного устройства является сложная организация движения потоков биодизельного топлива и, как следствие, большое гидродинамическое сопротивление из-за сложной формы сепаратора-завихрителя со спиралеобразными каналами, образованными эквидистантными поверхностями соответственно внешней и внутренней стенок. Сложная форма сепаратора-завихрителя также имеет низкую эффективность закрутки потоков, как и в предыдущем аналоге. Дополнительный разделитель потоков, расположенный за пределами движения разделяемых потоков, приводит к нарушению выполнения им функций по разделению потоков, а расположение его над поверхностью отстоя не может полностью предотвратить занос восходящими потоками твердых включений и капель воды со свободной поверхности отстоя обратно в поток биодизельного топлива.

Известен фильтр предварительной очистки топлива (см. патент США № US 4880537 «MULTIPLE DISC TYPE FILTER AND DISC CONSTRUCTION USEFUL THEREIN», заявитель DRORI MORDEKI, опубл. 14.11.1989), содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, впускной полостью, образованной коаксиально расположенными внешней и внутренней стенками, в которой расположен сепаратор-завихритель, фильтрующий элемент и разделитель потоков. Расположение сепаратора-завихрителя на входе во впускную полость, образованную коаксиально расположенными внешней и внутренней стенками, и выполнение его многозаходным с наклонными лопастями с П-образным поперечным сечением, расположение их эквидистантно приводит к неоправданно высокому гидродинамическому сопротивлению при не очень высокой эффективности отделения твердых частиц и капель воды путем пристеночной седиментации, а также и к излишне большим бесполезным объемам стакана-отстойника, так как турбулизированный компактный поток топлива из впускного канала будет неравномерно распределяться по входам каналов, расположенных между дисками с наклонными лопастями с П-образным поперечным сечением, что будет приводить не только к неравномерному распределению потоков в них, но и к излишней пристеночной турбулизации, вследствие чего эффективность отделения мелких твердых частиц и капель воды будет понижена, что приведет к необходимости увеличения объема стакана-отстойника для увеличения времени нахождения в нем топлива и проведения процесса их отделения в динамически закрученном потоке гидроциклона. Кроме этого совмещение фильтрующих элементов дисков и каналов сепаратора-завихрителя усложняет конструкцию и повышает гидравлическое сопротивление движению топлива.

Известен фильтр для очистки топлива (см. патент на изобретение РФ № RU 2352862, заявитель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия, опубл. 20.04.2009), содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, впускной полостью, в которой расположен сепаратор-завихритель (распределитель), а также стакан-отстойник со сливным приспособлением и фильтрующий элемент. Основным недостатком известной конструкции является низкая эффективность сепаратора-завихрителя, выполненного в виде трубок, изогнутых в форме полуокружностей, установленных симметрично относительно оси корпуса, такое выполнение сепаратора-завихрителя создает большое гидродинамическое сопротивление на впуске топлива и малоэффективно закручивает поток топлива.

Известен фильтр очистки дизельного топлива (см. патент США № US 5078875 A «DEVICE FOR REMOVING SOLID PARTICLES AND LIQUIDS OF HIGHER DENSITY FROM A LIQUID OF LOWER DENSITY», заявитель LOESING WILLIBRORD, опубл. 07.01.1992, аналоги патент РФ №2308315 или патент СССР № SU 1805992), содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, впускной полостью, образованной коаксиально и эквидистантно расположенными внешней и внутренней стенками, в которой расположен сепаратор-завихритель, стакан-отстойник со сливным краном и датчиком воды, фильтрующий элемент и разделитель потоков. Расположение сепаратора-завихрителя на входе во впускную полость, образованную коаксиально и эквидистантно расположенными внешней и внутренней стенками и выполнение его с многовитковыми многозаходными винтовыми поверхностями приводит к неоправданно высокому гидродинамическому сопротивлению при не очень высокой эффективности отделения твердых частиц и капель воды, а также из-за лопаток завихрителя, выполненных в виде открытого П-образного профиля, и с излишне большим бесполезным объемом стакана-отстойника, так как турбулизированный компактный поток дизельного топлива из впускного канала будет неравномерно распределяться по входам каналов, расположенных между многозаходными винтовыми лопастными направляющими и П-образными лопатками, меняющими при этом направление потока на противоположное, и закрутке винтовыми поверхностями потока по сложной траектории, что будет приводить к неравномерному распределению потоков в них и излишней турбулизации, вследствие чего эффективность отделения мелких твердых частиц и капель воды будет понижена, что приведет к необходимости увеличения объема стакана-отстойника для увеличения времени нахождения в нем дизельного топлива и проведения процесса их отделения в динамически закрученном потоке гидроциклона. Расположение П-образных лопаток, предназначенных для коаллесценции капелек более тяжелой жидкости в восходящем потоке, и противоток топлива, движущегося вверх, и оседающих в стакане-отстойнике воды и других загрязнений приводит к снижению эффективности его работы, так как поток топлива будет выносить их к фильтрующему элементу, что сократит срок его службы до замены.

Известная конструкция имеет наибольшее число общих и эквивалентных признаков и наиболее соответствует технической задаче и получаемому результату предложенной конструкции, по этой причине она принимается за прототип.

Технической задачей, решаемой предложенной конструкцией, является повышение надежности и эффективности работы фильтра предварительной очистки биодизельного топлива, то есть отделения твердых и жидких посторонних включений в широком диапазоне расходов биодизельного топлива.

При решении технической задачи достигаются следующие, описанные ниже технические результаты.

Первым техническим результатом является повышение надежности и эффективности работы фильтра предварительной очистки биодизельного топлива, то есть отделения твердых включений и капель воды различной дисперсности от биодизельного топлива, что должно снизить нагрузку на фильтрующий элемент.

Вторым техническим результатом будет его эффективная работа при различных (от малых до максимальных) расходах биодизельного топлива при высокой эффективности отделения воды и загрязнений и их удаления.

Технические результаты достигаются тем, что фильтр предварительной очистки биодизельного топлива содержит корпус с впускным и выпускным каналами, впускной полостью, образованной коаксиально и эквидистантно расположенными внешней и внутренней стенками. Такое сочетание элементов конструкции позволяет получить равномерное распределение потоков во впускной полости, между образующими ее коаксиально и эквидистантно расположенными внешней и внутренней стенками. Значительная по объему и протяженности впускная полость позволяет погасить неравномерность распределения скоростей потока, возникающую у впускного канала. Во впускной полости расположен сепаратор-завихритель который размещен на выходе из впускной полости и выполнен в виде тарельчатой детали, на которой по внешнему краю выполнены наклонные лопасти с L-образным поперечным сечением, причем свободная полка лопасти L-образного сечения направлена к внешней стенке впускной полости и наклонена под утлом 20° к плоскости поперечного сечения фильтра. Такое их выполнение позволяет создать равномерное винтовое торообразное движение потока топлива вдоль внутренней поверхности внешней стенки корпуса и стенки стакана-отстойника, на которых будет происходить коаллесценция, то есть явление при котором капельки воды и твердые включения загрязнений будут собираться, укрупняться и сливаться вместе на указанных поверхностях, отжатые к ней полем центробежных сил, далее твердые включения и капельки воды будут отделяться и оседать, то есть седиментировать, по стенке по ходу движения потока и затем будут стекать в стакан-отстойник.

Винтовое торообразное движение представляет собой совокупность (векторную сумму) двух совмещенных между собой движений, торообразного в плоскости продольного сечения и винтообразного вокруг осевой линии воображаемого тора.

При малых расходах равномерно движущийся в кольцевом зазоре между коаксиально и эквидистантно расположенными стенками поток биодизельного топлива с малой относительной скоростью набегает на наклонную часть свободной полки лопасти с L-образным сечением и течет по ней, закручиваясь за счет центробежных сил и направляясь от свободной полки к внутренней поверхности наружной стенки корпуса. При этом вдоль кромки каждой свободной полки создается местный участок закрученного вихреобразного потока, который плавно сползает с полки в направлении наклона лопасти и продолжает движение вдоль нее за выходной радиальной кромкой. При этом указанный вихрь закручивается под действием цилиндрической и конической частей стакана-отстойника в части тора. Вместе все вихри от лопастей будут двигаться и сворачиваться в торообразную фигуру с центральной восходящей частью.

При высоком расходе биодизельное топливо с большой относительной скоростью набегает на наклонную часть поверхности свободной полки лопасти с L-образным поперечным сечением, ударяется о свободную полку и веерообразно растекается в направлении внутренней поверхности внешней стенки. Под наружной кромкой лопасти возникает местный вихрь, который отбрасывает в направлении открытой части свободной полки тяжелые частицы и капельки воды, поджатые силами инерции к свободным полкам лопастей с L-образным сечением, что будет препятствовать их проникновению во внутреннюю область объема биодизельного топлива. Местный вихрь стекает с задней радиальной кромки лопасти и потоком с торообразным движением разрушается и частично выносится к средней части корпуса фильтра. Направленный к внутренней поверхности внешней стенки корпуса поток биодизельного топлива образует торообразный вихрь, имеющий винтовую составляющую движения вдоль воображаемой оси тора, с тангенциально движущимися интенсивно закрученными вдоль свободной полки местными вихрями, в поле центробежных сил которых твердые частицы и капельки воды отбрасываются слипаются (коаллесцируют) и выносятся потоком вдоль указанной стенки к конической части стакана-отстойника, на поверхности которого слипаются тормозятся и выносятся к поверхности отстоя и оседают на нее, седиментируют, которая заворачивает торообразный поток с местными вихрями в сторону внутренней части объема стакана-отстойника, создавая восходящий поток по его середине. Местные вихри сближаются, трутся один об другого, тормозятся и разрушаются. Восходящий поток биодизельного топлива с мелкими частицами, не успевшими коаллесцировать и с увлекаемыми им с поверхности отстоя мелкими частицами и капельками воды поднимается, попадает на разделитель потоков, который выполнен в виде тарельчатой детали с радиальными ребрами и усеченным конусом, большее основание которого направлено к фильтрующему элементу, а ребра расположены вдоль плоскости продольного сечения со стороны стакана-отстойника, тормозится на его радиальных ребрах, частично повторно закручивается в вихри на радиальных ребрах, в поле центробежных сил которых повторно отделяются мелкие твердые частички и капельки воды, которые укрупняются и выносятся ко внутренней поверхности внешней стенки и повторно направляются на сепарирование. Центральная очищенная часть вихреобразно закрученного биодизельного топлива из указанных вторичных вихрей с разной интенсивностью (на всех режимах) выходит в отверстия в разделителе потоков, а внешняя с укрупнившимися капельками воды и твердыми частицами повторно направляется по внутренней поверхности ребер разделителя потоков и выносится в основной винтовой торообразно движущийся поток, где снова отделяется от биодизельного топлива путем сепарирования из-за разности плотностей.

Сепаратор-завихритель имеет простую форму лопастей, составленных из простых пространственных тел, и может быть соответственно составлен из плоскостей или винтовых или цилиндрических поверхностей. Наиболее предпочтительным и эффективным будет последнее сочетание форм поверхностей.

Сепаратор-завихритель, на котором по внешнему краю выполнены лопасти с L-образным сечением и с наклоном осевой линии свободных полок в тангенциальном направлении от 18° до 22° к поперечной плоскости сечения фильтра, имеет эффективно работающую, оптимальную по параметрам работы и простую по форме конструкцию. Указанный диапазон углов наклона лопастей позволяет наилучшим образом выбрать соотношение между гидродинамическим сопротивлением и эффективностью закручивания потока топлива, оптимальной для отделения посторонних твердых включений и капелек воды при различных расходах биодизельного топлива. Таким образом, выбранный диапазон углов наклона свободных полок в тангенциальном направлении лопастей с L-образным сечением позволяет оптимальным образом соотнести гидродинамическое сопротивление каналов, возникающее за счет создания местных вихрей различной интенсивности, возникающие между лопастями сепаратора-завихрителя с повышенной эффективностью их воздействия на сепарацию частиц воды и твердых загрязнений в потоке топлива при различных расходах биодизельного топлива. Наклон осевой линии каждой свободной полки лопасти с L-образным сечением к плоскости поперечного сечения фильтра менее 18° будет приводить к созданию неоправданно высокого гидродинамического сопротивления из-за повышенного гидравлического сопротивления вследствие почти отвесного падения на лопасть и создания вследствие этого на кромке свободной полки высокоинтенсивного вихря и возможности возникновения интенсивной кавитации, то есть из-за явления, приводящего к попаданию воды в зону местного разряжения, и ее низкотемпературного вскипания, то есть появления газопаровых пузырьков и последующего их схлопывания, и разрушения каналов, создаваемых лопастями сепаратора-завихрителя. Выполнение утла наклона осевой линии свободной полки лопасти с L-образным сечением к плоскости поперечного сечения фильтра более 22° будет снижать степень торообразного закручивания потока топлива вдоль оси тора и избыточно увеличивать составляющую движения вдоль оси фильтра, также увеличивать скорость движения топлива тангенциального к поверхностям впускной полости и стакана-отстойника, и снижать время его нахождения в стакане-отстойнике, уменьшая путь при винтообразном движении вдоль оси воображаемого тора, что будет приводить к снижению эффективности удаления посторонних твердых включений и воды, так как они не будут успевать отделиться от потока биодизельного топлива.

Наличие разделителя потоков и его выполнение в виде тарельчатой детали с усеченным конусом, большее основание которого направлено к фильтрующему элементу, и радиальными ребрами, которые расположены вдоль продольного сечения фильтра со стороны стакана-отстойника, который по своей форме подобен части торообразного движения биодизельного топлива в нем, позволяет отделить от чистого биодизельного топлива центральный восходящий поток топлива, содержащий остаточные мелкие твердые частицы включений и мелкие капельки воды, которые могут отрываться местными вихрями от поверхности отстоя. Эти загрязнения, путем создания местных радиальных вихрей у радиально расположенных ребер, будут подвергаться коаллесценции и возврату из внешней части местных радиальных вихрей у радиально расположенных ребер в нисходящий поток у внешней стенки, а более чистое топливо из их центральной части будет через отверстия в разделителе потока направляться к фильтрующему элементу.

Форма стакана-отстойника, выполненная из двух простых по форме, сопряженных между собой частей, верхней цилиндрической и нижней конической, позволяет организовать торообразное движение топлива во внутренней полости фильтра и оптимизировать путь и время нахождения топлива в стакане-отстойнике, необходимые для отделения твердых включений и капелек воды для их седиментации во всем диапазоне рабочих расходов топлива.

Расположение верхней точки датчика воды в плоскости сопряжения цилиндрической и конической частей позволяет избежать чрезмерного ухудшения работы фильтра при накоплении отстоя, так как при этом положении крайней точкой эффективной работоспособности фильтра будет предельное заполнение отстоем стакана-отстойника, при котором перестает работать коническая поверхность из-за покрытия ее отстоем, а поверхность отстоя будет излишне турбулизироваться нисходящим потоком, что должно приводить к повышенному перемешиванию отстоя с топливом.

При достижении уровнем отстоя плоскости расположения датчика уровня отстоя, расположенного в плоскости сопряжения цилиндрической и конической частей стакана-отстойника, подается сигнал на пульт управления и контроля оператору для удаления накопленного отстоя. Так как этот уровень отстоя ухудшает работу фильтра предварительной очистки биодизельного топлива, то при этом эффективное торообразное движение потока и местных вихрей будет нарушаться из-за покрытия отстоем конической поверхности, под воздействием которой и по которой в штатном режиме работы при малых и больших расходах создается винтовое торообразное с радиальной составляющей движение вихрей потока топлива во внутрь к центральной части корпуса вдоль поверхности отстоя, создающее затем восходящий поток.

Предложение поясняется чертежами, на которых изображены:

На Фиг. 1 - продольный разрез фильтра предварительной очистки биодизельного топлива;

На Фиг. 2 - аксонометрический вид снизу сепаратора-завихрителя.

Фильтр предварительной очистки биодизельного топлива содержит корпус 1 с впускным 2 и выпускным 3 каналами, впускной полостью 4, образованной коаксиально и эквидистантно расположенными внешней 5 и внутренней 6 стенками, в которой расположен сепаратор-завихритель 7, стакан-отстойник 8 со сливным краном 9 и датчиком уровня отстоя 10, фильтрующий элемент 11 и разделитель потоков 12. Сепаратор-завихритель 7 расположен на выходе 13 из впускной полости 4 и выполнен в виде тарельчатой детали 14 (см. Фиг. 2), на которой по внешнему краю выполнены наклонные лопасти 15 с L-образным поперечным сечением, причем свободная полка 16 лопасти 15 с L-образным сечением направлена к внешней стенке 5 впускной полости 4. Наклон свободной полки 16 лопасти 15 с L-образным сечением к плоскости поперечного сечения выполнен преимущественно под углом 20° (т.е. в диапазоне от 18° до 22°), причем разделитель потоков 12 (см. Фиг. 2) выполнен в виде тарельчатой детали 14 с усеченным конусом 17 и радиальными ребрами 18, большее основание 19 которого направлено к фильтрующему элементу 11, а радиальные ребра 18 расположены вдоль плоскости 20 продольного сечения, которая совпадает с плоскостью чертежа Фиг. 1. Стакан-отстойник 8 выполнен из двух сопряженных между собой частей, верхней цилиндрической 21 и нижней конической 22, а верхняя точка 23 датчика 10 уровня отстоя расположена в плоскости 24 сопряжения цилиндрической 21 и конической 22 частей стакана-отстойника 8.

Фильтр очистки биодизельного топлива работает следующим образом

При поступлении топлива из впускного канала 2 во впускную полость 4, коаксиальные и эквидистантные внешняя 5 и внутренняя 6 стенки которой создают своеобразный кольцевой щелеобразный успокоитель потока, в ней происходит равномерное распределение топлива, выравнивание скоростей его движения по окружному периметру впускной полости 4 и устраняется неравномерность распределения скоростей его движения. Нисходящий поток в сепараторе-завихрителе 7 попадает на соответствующую свободную полку 16 лопасти 15 с L-образным сечением, равномерно закручивается в тангенциальном направлении к внешней стенке 5 и в направлении наклона вдоль осевой линии свободной полки 16 лопасти 15 с L-образным сечением, что закручивает поток топлива в двух направлениях движения - в первом тангенциальном направлении вдоль наклона лопасти 15, как бы, вдоль оси воображаемого тора и второе веерообразное растекание потока в радиальном направлении вдоль свободной полки 16 поперек лопасти 15 с L-образным сечением, то есть в плоскости продольного сечения фильтра, что создает на кромке каждой свободной полки 16 лопасти 15 с L-образным сечением при обтекании биодизельным топливом лопастей 15 местный вихрь, который, в зависимости от расхода, бывает разной интенсивности, как и последующее его торообразное движение и разрушение вследствие торможения в тангенциальном направлении вдоль внутренней цилиндрической 21 и конической 22 поверхностей стакана-отстойника 8, которая является продолжением внутренней поверхности внешней стенки 5, и что способствует возникновению поля центробежных радиально направленных сил, в котором отделяются крупные твердые включения и капельки воды, которые, попадая на внутреннюю поверхность внешней стенки 5, слипаются (коалесцируют) между собой и стекают, отстаиваются (седиментируют) вниз стакана-отстойника 8, где и собираются, создавая поверхность отстоя, но при этом частично от этой поверхности могут отрываться указанными вихрями отдельные мелкие частички и капельки и уноситься восходящим потоком к разделителю потоков 12. Для предотвращения попадания указанных частиц в объем очищенного топлива, то есть для устранения этого явления, устанавливается разделитель потоков 12. Разделитель потоков 12 отделяет чистое биодизельное топливо от восходящей его части торообразного движения с мелкими частицами твердых загрязнений и капельками воды. И дополнительно создает поле центробежных сил на радиальных ребрах 18 разделителя потоков 12, где восходящий поток будет разбиваться на отдельные ветви, создавая местные радиально расположенные вихри, которые будут закручиваться вследствие тангенциальной составляющей восходящего торообразного движения потока, направленного вдоль радиально расположенных ребер 18, в поле центробежных сил которых будут отделяться мелкие капельки воды и мелкие частицы твердых включений, ранее не отделившиеся на стенке стакана-отстойника 8 и впускной полости 4, также как и другие мелкие частицы и капельки воды, вынесенные с поверхности отстоя, и сливаться, коаллесцировать в более крупные конгломераты на поверхности разделителя потоков 12 и его радиальных ребер 18 и выноситься в радиальном направлении по периферийной части радиальных вихрей к потоку, нисходящему по поверхности стакана-отстойника 8 и направляться к поверхности отстоя, и где они повторно седиментируются, отстаиваются, оседают. Центральная часть потока биодизельного топлива, очищенного в указанных местных радиальных вихрях, будет выходить через отверстия 25 в разделителе 12 потоков и направляться к фильтрующему элементу 11. При необходимости впускной канал корпуса может располагаться тангенциально к впускной кольцевой полости 4, что создаст дополнительное вращательное движение биодизельного топлива и эффект гидроциклона.

При достижении уровнем отстоя плоскости расположения верхней точки 23 датчика уровня отстоя 10, расположенного в плоскости 24 сопряжения цилиндрической 21 и конической 22 частей стакана-отстойника 8, подается сигнал на пульт управления и контроля оператору для удаления накопленного отстоя и, соответственно, им через сливной кран 9 отстой удаляется. При достижения поверхностью отстоя плоскости 24 сопряжения цилиндрической 21 и конической 22 частей стакана-отстойника 8 эффективное торообразное движение потока топлива будет нарушаться из-за покрытия отстоем конической части 22 поверхности стакана-отстойника 8, по которой он движется и которой создается радиальная составляющая движения потока топлива во внутрь корпуса 1 в плоскости продольного сечения фильтра, создающее затем восходящий поток и поверхность отстоя при этом будет возмущаться (баламутиться) почти отвесно падающим потоком топлива и направленными также местными вихрями от лопастей 15. При штатном же режиме работы коническая поверхность 22 перенаправляет в тангенциальном направлении поток биодизельного топлива, закрученного и движущегося вокруг и вдоль оси воображаемого тора (в плоскости поперечного сечения), а также составляющую, направленную вдоль плоскости продольного сечения фильтра, то есть радиальную составляющую движения к центру потока топлива, снижая возмущение поверхности отстоя и уменьшая вынос мелких капель потоком, восходящим по центральной части стакана-отстойника 8. При этом местные вихри из-за трения между собой интенсивно разрушаются и взаимно гасятся до достижения центральной части стакана-отстойника 8.

Восходящая часть торообразного потока, встречая на своем пути радиальные ребра 18 разделителя потоков 12, повторно распадается на радиальные закрученные вдоль радиального направления ветви, которые закручиваются в вихри, расположенные вдоль радиальных ребер 18 и создающие поле центробежных сил, которое отбрасывает мелкие частицы и капельки воды на поверхность разделителя потоков 12 и его радиальных ребер 18, где, как уже указывалось, происходит коаллесценция (срастание, соединение) мелких твердых включений и капель воды в крупные. Укрупненные таким образом загрязнения, такие как мелкие твердые частицы и мелкие капельки воды, периферийным потоком местного вихря биодизельного топлива выносятся к нисходящему потоку и направляются к поверхности отстоя, где и оседают (седиментируют). Чистое топливо из средней части каждого местного вихря через отверстия 25 в разделителе потоков 12 направляется к фильтрующему элементу 11 и после окончательной фильтрации направляется в выпускной канал 3 корпуса 1 фильтра предварительной очистки биодизельного топлива, что увеличивает срок службы фильтрующего элемента до замены. При необходимости в стакане-отстойнике может быть установлен подогреватель топлива.

Все указанные существенные признаки необходимы и достаточны для повышения надежности и эффективности работы фильтра предварительной очистки биодизельного или другого альтернативного топлива, то есть эффективного отделения твердых включений и капель воды от биодизельного или другого альтернативного топлива, то есть отделения твердых включений и капель воды от биодизельного топлива при широком диапазоне расходов топлива через фильтр. Это позволяет утверждать, что предложение соответствует критерию охраноспособности «промышленная применимость». Предложенная конструкция имеет отличия от всех известных заявителю конструкций, это позволяет утверждать, что предложение соответствует критерию охраноспособности «новизна». Отличительные признаки приводят к новым техническим результатам и свойствам конструкции. По этой причине предложение может соответствовать критерию охраноспособности «изобретательский уровень».

Фильтр предварительной очистки биодизельного топлива, содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, впускной полостью, образованной коаксиально и эквидистантно расположенными внешней и внутренней стенками, в которой расположен сепаратор-завихритель, стакан-отстойник со сливным краном и датчиком уровня отстоя, фильтрующий элемент и разделитель потоков, отличающийся тем, что сепаратор-завихритель расположен на выходе из впускной полости и выполнен в виде тарельчатой детали, на которой по внешнему краю выполнены наклонные в тангенциальном направлении лопасти с L-образным поперечным сечением, причем свободная полка L-образного сечения каждой лопасти направлена к внешней стенке впускной полости, при этом наклон свободной полки лопасти выполнен под углом от 18° до 22° к поперечной плоскости сечения впускной полости, разделитель потоков выполнен в виде усеченного конуса с радиальными ребрами, большее основание которого направлено к фильтрующему элементу, а ребра расположены вдоль плоскости продольного сечения со стороны стакана-отстойника, стакан-отстойник сделан цилиндрическим вверху и коническим внизу, причем верхняя точка датчика уровня отстоя расположена в плоскости сопряжения цилиндрической и конической частей стакана-отстойника.