Использование эффекта Ранка–Хилша для восстановления эксплуатационных свойств отработанных моторных масел
Authors:   Fershalov Yu., Gribinichenko M., Korshunov V., Tsigankova L.
Published: September 2020

Предпринят анализ возможности создания устройства по удалению жидких фракций (воды и топлива) из отработанного моторного масла для восстановления его эксплуатационных свойств с целью повторного использования в судовых дизелях. Показано, что необходимость повторного использования отработанных моторных масел обусловлена требованиями защиты окружающей среды. Проанализированы особенности вихревого движения жидкости как твёрдого тела или как «потенциального вихря» (вихри Ренкина). Однако эти особенности не объясняют эффект Ранка–Хилша. Теоретическое объяснение эффекта Ранка–Хилша: в вихревых трубах происходит энергетическое разделение газа за счёт центробежного эффекта турбулентных элементов по величине тангенциальной скорости. В результате разделения заторможенных элементов под действием центробежной силы и их адиабатного расширения происходит снижение температуры центрального потока. На основе использования эффекта Ранка–Хилша, мы полагаем, можно создать установку по отделению от масла топлива и воды. Идея заключается в том, что вращательным движением тонкой плёнки масла, содержащей водотопливные фракции, как и любым другим вращательным движением, создаётся центробежная сила. Дисперсная фаза воды, как обладающая большей плотностью, отжимается к периферии, а дизельное топливо с меньшей плотностью находится ближе к центру вращения. Моторное масло, имеющее промежуточное значение плотности, будет находиться между этими слоям воды и топлива. Согласно эффекту Ранка–Хилша, температура на периферии будет выше, она постепенно понизится от слоя воды к слою топлива. Основная задача при разработке устройства удаления жидких загрязнителей – создать такие давление и температуру, чтобы на наружном слое происходило выпаривание влаги, а с внутреннего слоя испарялось топливо, при этом защищённое этими двумя слоями масло, имеющее температуру кипения выше, чем у дизельного топлива и ниже, чем у воды, не испарялось.
Ключевые слова: регенерация, моторное масло, эффект Ранка–Хилша, удаление воды, удаление топлива, устройство для удаления воды и топлива из масла.

An analysis is made for the possibility of creating a device for removing liquid fractions (water and fuel) from used engine oil to restore its operational properties for subsequent reuse in marine diesels. It is shown that the need for reuse of used motor oils is based on environmental protection requirements. The features of the vortex motion of liquid as a solid body or as a “potential vortex” (Rankine vortex) are analyzed. However, these features do not explain the Ranque–Hilsch effect. A theoretical explanation of the
Ranque–Hilsch effect is that in the vortex tubes energy separation of the gas occurs due to the centrifugal effect of the turbulent elements in terms of the tangential velocity. As a result of the separation of inhibited elements under the action of centrifugal force and their adiabatic expansion, the temperature of the central stream decreases. Based on the use of the Ranque–Hilsch effect, we believe it is possible to create a facility
for separating fuel and water from oil. The idea is that the rotational motion of a thin film of oil containing water-fuel fractions, like any other rotational motion, creates a centrifugal force. The dispersed phase of water, as the one of higher density, is squeezed to the periphery, and diesel fuel as the one of lower density gets
closer to the center of rotation. Engine oil of intermediate density will then be positioned between these layers of water and fuel. According to the Ranque–Hilsch effect, the temperature at the periphery will be higher; it will gradually decrease from the water layer to the fuel layer. The main task in developing a device for removing liquid pollutants is to create such pressure and temperature that moisture evaporates on the outer layer, and fuel evaporates from the inner layer. At the same time, engine oil protected by these two layers, the boiling point of which is higher than that of diesel fuel and lower than that of water, would not evaporate.
Keywords: regeneration, motor oil, Ranque–Hilsch effect, water removal, fuel removal, device for removing water and fuel from oil.