Устройство для охлаждения дистиллятного топлива судового дизельного двигателя

Полезная модель относится к области двигателестроения и может быть использована в дизельных установках судов речного и морского флота.
Известна термокомпенсирующая топливная система, содержащая бак, топливоподкачивающий насос (ТПН), фильтр грубой очистки топлива, фильтр тонкой очистки топлива, топливоприводы, топливный насос высокого давления (ТНВД), датчик-терморезистор, установленный на входе в топливный насос высокого давления, магистраль слива избыточного топлива, при этом система дополнительно содержит электромагнитный клапан, установленный в магистраль слива избыточного топлива и электрически соединенный через усилитель сигнала с датчиком ТНВД и с источником питания, топливопровод внутреннего контура, соединенный с магистралью слива избыточного топлива перед электромагнитным клапаном и с топливопроводом на входе в ТПН, дроссель, соединенный с топливопроводом внутреннего контура и с топливным баком, теплообменник стабилизации температуры топлива, соединенный первым (топливным) контуром на входе с фильтром тонкой очистки топлива и на выходе с каналом и датчиком температуры топлива ТНВД, а вторым контуром соединенный на входе с термостатом входа, который соединен с трубопроводом охлаждающей жидкости, выходящей из компрессора тормозной системы и дополнительно соединен трубопроводом с патрубком выхода охлаждающей жидкости из котла предпускового подогревателя, на выходе соединенный с термостатом выхода, который соединен трубопроводом с расширительным бачком системы охлаждения и дополнительно соединен трубопроводом с патрубком входа охлаждающей жидкости котла предпускового подогревателя, содержащего датчик включения и датчик температуры, электрически соединенных с блоком управления электрической схемы предпускового подогревателя (ПМ РФ №120150,  МПК F02M 53/00, опубл. 10.09.2012).
Данное устройство отличается неоправданной сложностью и непременимо для топливных систем судовых энергетических установок, так как последние не содержат в своем составе компрессора тормозной системы и являются многотопливными.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для охлаждения топлива двигателя, примененное в системе топливоотдачи многотопливного двигателя, которое включает теплообменник, использующей в качестве хладагента воду из низкотемпературного контура системы, охлаждающей дизельный двигатель, фильтр тонкой очистки и топливный насос высокого давления (ТНВД). Для понижения температуры топлива, а, следовательно, для повышения вязкости, в устройстве используется хладагент в виде воды низкотемпературного контура охлаждения главного двигателя (пат. РФ № 2546909, МПК F02M 43/00, 31/00; F02D 19/08, 41/00, опубл. 10.04.2015).
Однако это изобретение имеет ряд недостатков.
При применении в судовых дизелях вязкость низкосернистых маловязких топлив должна быть не ниже 2 сСт. Иначе значительно возрастает износ топливной аппаратуры (Guidelines on Operation on Distillate Fuels//Service letter SL09-515/CXR MAN Diesel. – 5c.
x
В настоящее время в соответствии с требованиями VI Приложения к конвенции МАРПОЛ 73/78 в зонах контролях за выбросами соединений серы для морских судов (SECA - SOEmission Control Areas) необходимо применять топливо с содержанием серы менее 0,1%. Применение низкосернистых топлив в сочетании с их низкой вязкостью резко интенсифицирует износ топливной аппаратуры. Вследствие чего, значительно снижаются мощность и экономичность работы двигателя (И.Ф. Крылов, В.Е. Емельянов, Е.А. Никитина, Б.Н. Вижгородский, К.Б. Рудяк, Малосернистые дизельные топлива: плюсы и минусы. Химия и технология топлив и масел, 2005. – №6. – С. 3–6).
Авторами заявляемой полезной модели установлено, что чем выше вязкость особенно низкосернистых топлив, тем ниже износ топливной аппаратуры. Поэтому вязкость топлива перед ТНВД должна иметь как можно большие значения. Следует также отметить, что при эксплуатации судовых энергетических установок в тропических широтах температура воздуха в машинно-котельном отделении нередко достигает 40–45°С. При этом температура дистиллятных топлив составляет 45–50°С и соответственно их вязкость может быть ниже чем 2 сСт.
Однако устройство для охлаждения в известном техническом решении не позволяет достичь требуемого результата, т.к. температура воды низкотемпературного контура поддерживается равной 32–34 С. Эффективность теплообменника (перепад температур между охлаждающей водой и охлаждаемой жидкостью, выходящей из теплообменника, составляется 5–7°С) [Справочник по теплообменным аппаратам / П. И. Бажан, Г. Е. Каневец. В. М. Селиверстов. – М.: Машиностроение, 1989.– 200 с.]. В результате температура топлива на выходе из теплообменного аппарата не может быть ниже 37–40 С, а, следовательно, добиться существенного снижения вязкости не удастся, и, как следствие, устройство не позволит обеспечить надежность работы топливной аппаратуры дизельного двигателя.
Технической проблемой, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение надежности работы топливной аппаратуры дизельного двигателя, за счет увеличения вязкости топлива перед двигателем до максимально допустимого значения. Максимально допустимое значение вязкости контролируется по прозрачности топлива, до его помутнения.
Техническая проблема решается тем, что в известном устройстве для охлаждения дистиллятного топлива судового дизельного двигателя, содержащем теплообменник для охлаждения топлива, фильтр тонкой очистки и топливный насос высокого давления (ТНВД), согласно полезной модели, в качестве теплообменника для охлаждения топлива установлена одноконтурная абсорбционная холодильная машина (АБХМ), использующая воду высокотемпературного контура охлаждения судового дизельного двигателя, при этом выход АБХМ соединен с судовым дизельным двигателем через фильтр тонкой очистки и топливный насос высокого давления, а перед фильтром тонкой очистки установлен датчик прозрачности топлива, который, в свою очередь, соединен с АБХМ через блок управления и поворотную заслонку, снабженную электроприводом и установленную на входе в АБХМ на линии входа воды от высокотемпературного контура охлаждения судового дизельного двигателя.
На вход АБХМ подается низкосернистое маловязкое дистиллятное топливо для охлаждения.
Применение в полезной модели АБХМ позволяет повысить вязкость дистиллятного топлива до максимально допустимого значения, так как температура её хладагента может достигать даже отрицательных температур. В результате применения холодильной машины в виде АБХМ, в конечном результате, значительно повышает надежность работы топливной аппаратуры судового дизельного двигателя.
Кроме того, использование АБХМ, работающей на теплоте охлаждающей воды высокотемпературного контура судового дизельного двигателя, позволяет достичь следующих положительных результатов:
– экономии топливно-энергетических ресурсов, так как для выработки одинакового количества холода АБХМ требуется электрическую мощность на 25 раз меньше, чем у компрессорной холодильной машины [Абсорбционная холодильная установка [Электронный ресурс, Режим доступа: http://www.manbw.ru/analitycs/absorbtion_chillers_absorptive_refrigerators-ABHM.html];
– возможность работы за счет утилизации теплоты охлаждающей воды высокотемпературного контура судового дизельного двигателя.
Установка датчика прозрачности позволяет предотвратить достижения топливом температуры помутнения, при которой образуются кристаллы парафинов, вследствие чего, возможна блокировка фильтра тонкой очистки и остановка двигателя.
Использование блока управления обеспечивает возможность регулирования расхода горячей воды из высокотемпературного контура системы охлаждения дизельного двигателя и тем самым позволяет поддерживать температуру топлива, обеспечивающую поддержание вязкости топлива на максимально допустимом уровне (не допуская его помутнения). В свою очередь, изменение пропуска горячей воды через АБХМ позволяет регулировать её холодопроизводительность.
Блок управления управляет работой поворотной заслонки, которая электрически связана с данным блоком. Блок управляет заслонкой, изменяя её проходное сечение, что меняет холодопроизводительность АБХМ, чем больше проходное сечение, тем больше расход горячей воды из высокотемпературного контура системы охлаждения дизельного двигателя, выше холодопроизводительность, а, следовательно, ниже температура топлива, выше его вязкость и наоборот.
Таким образом, заслонка позволяет поддерживать необходимую вязкость топлива, что, в конечном результате, положительно влияет на работу судового дизельного двигателя.
Заявляемое устройство иллюстрируется схемой, представленной на фигуре, где 1 – одноконтурная АБХМ, 2- судовой дизельный двигатель, 3 – фильтр тонкой очистки, 4 – ТНВД, 5 – датчик прозрачности; 6 – блок управления; 7 – поворотная заслонка.
Устройство для охлаждения дистиллятного топлива судового дизельного двигателя содержит одноконтурную АБХМ 1, использующую тепло охлаждающей воды высокотемпературного контура судового дизельного двигателя 2, при этом выход АБХМ 1 соединен с судовым дизельным двигателем 2 через датчик прозрачности 5, фильтр тонкой очистки 3, ТНВД 4; в свою очередь, датчик прозрачности 3 подсоединен к АБХМ 1 через блок управления 6 и поворотную заслонку 7, снабженную электроприводом (на чертеже не обозначен) и установленную на входе в АБХМ на линии входа воды от высокотемпературного контура охлаждения судового дизельного двигателя 2.
Устройство работает следующим образом.
При переходе судового дизельного двигателя 2 на работу на дистиллятное топливо (ДТ), топливо поступает на вход АБХМ 1. Поскольку в начале работы ДТ на выходе из АБХМ 1 имеет высокую температуру и абсолютно прозрачно, то датчик прозрачности 5 передает сигнал об отсутствии помутнения ДТ в блок управления 6. На основании этого сигнала блок управления полностью открывает поворотную заслонку 7. В результате, из высокотемпературного контура системы охлаждения дизельного двигателя 2 горячая вода поступает в АБХМ 1, которая, вследствие этого, начинает свою работу, охлаждая ДТ. После использования в АБХМ 1, вода высокотемпературного контура системы охлаждения дизельного двигателя 2 возвращается обратно в систему. Датчик прозрачности топлива 5 контролирует прозрачность ДТ на выходе из АБХМ 1. Как только температура топлива станет ниже температуры помутнения, сигнал об этом от датчика прозрачности 5 поступает в блок управления 6, тот, в свою очередь, начинает управлять поворотной заслонкой 7. За счет изменения угла поворота уменьшается её проходное сечение, что приводит к уменьшению подачи горячей воды из высокотемпературного контура системы охлаждения дизельного двигателя 2 в АБХМ 1, тем самым уменьшается его холодопроизводительность, т.е. увеличивает температуру её хладагента. В результате, температура ДТ растет. Как только датчик прозрачности топлива 5 зафиксирует отсутствие помутнения топлива, сигнал от него поступает в блок управления 6, и последний перестает изменять проходное сечение поворотной заслонки 7. Это позволяет поддерживать максимально допустимое значение вязкости таким, чтобы топливо всегда было прозрачное и не достигало температуры помутнения. Таким образом, происходит поддержание вязкости топлива на максимальном допустимом уровне при работе на ДТ, тем самым, обеспечивается минимально возможный износ прецизионных пар топливной аппаратуры.