УСТАНОВКА ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ
UNIT FOR PRODUCTION OF WATER-FUEL EMULSION

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, регулятор 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 насос-диспергатор, подключенный трубопроводом подачи и возврата ВТЭ к топливоподающей системе ДВС, которая связана трубопроводом возврата ВТЭ со входом насоса-диспергатора, топливный бак и бак для воды, каждый из которых подсоединен к насосу-диспергатору, и регулятор расхода воды (см. патент РФ №2472028).
Несмотря на то что установка обеспечивает получение стабильного состава ВТЭ в широком мощностном диапазоне работы двигателя, она обладают двумя существенными недостатками:
- возможность применения в ДВС малой и средней мощности из-за уменьшения циркуляционного расхода ВТЭ через дюзу, установленную на трубопроводе возврата ВТЭ в насос-диспергатор, особенно в периоды работы ДВС на номинальной или максимальной нагрузках, что может привести к отказам работы системы из-за вскипания воды;
- необходимость высотной компоновки бака для воды и необходимость замены седла и регулирующего органа в конструкции регулятора расхода воды в случае изменения состава ВТЭ из-за отсутствия регулирования давления воздушной подушки в баке для воды.
Технической задачей является создание установки получения ВТЭ с саморегулируемой системой подачи воды для дизельных двигателей большой мощности, работающих в широком диапазоне изменения скоростного или нагрузочного режима работы ДВС.
Поставленная цель достигается тем, что установка оснащена регулятором давления, который установлен на трубопроводе возврата ВТЭ из топливоподающей системы, при этом механически и гидравлически связан с регулятором расхода воды, а кроме того, установка дополнительно снабжена воздушным баллоном и редуктором, подключенными к баку для воды.
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 чертежом, на котором дана принципиальная схема установки получения ВТЭ, реализующей предложенное техническое решение.
Установка получения ВТЭ состоит из насоса-диспергатора 1, регулятора расхода воды 2, трубопроводом 3 подключенного к баку для воды 4, а трубопроводом 5 - к трубопроводу 6 подачи топлива из бака 7 к насосу-диспергатору 1, который трубопроводом 8 подачи ВТЭ подключен к топливоподающей системе 9 ДВС. На трубопроводе 10 возврата ВТЭ из топливоподающей системы 9 установлен регулятор давления 11, который механически и гидравлически связан с регулятором расхода воды 2, а трубопроводом 12 - с трубопроводом 6 подачи топлива к насосу-диспергатору 1. В состав установки входит воздушный баллон 13 и редуктор 14, подключенные к баку для воды 4.
Работа установки происходит следующим образом.
После насоса-диспергатора 1 к топливоподающей системе 9 независимо от режима работы ДВС подается постоянный расход ВТЭ по трубопроводу 8, в котором с помощью регулятора давления 11, установленного на трубопроводе 10 возврата ВТЭ из топливоподающей системы 9, поддерживается постоянное давление после насоса-диспергатора 1. В зависимости от нагрузки ДВС часть расхода ВТЭ отбирается топливоподающей системой 9, а оставшаяся часть расхода ВТЭ после регулятора давления 11 по трубопроводу 12 возвращается на вход насоса-диспергатора 1.
Компенсация расхода ВТЭ, отобранного для работы ДВС, осуществляется за счет подачи топлива из бака 7 по трубопроводу 6 и воды, поступающей из бака 4 по трубопроводам 3 и 5 через регулятор 2 расхода воды, при этом количество воды по отношению к количеству пополняемого топлива обеспечивает получение состава ВТЭ, оптимального для установившегося режима работы двигателя. Стабильность состава ВТЭ в широком диапазоне изменения режима ДВС от режима холостого хода и до режима максимальной нагрузки сохраняется и поддерживается, с одной стороны, за счет постоянного перепада давления в регуляторе 2, а с другой - путем регулирования расхода воды с помощью регулятора 2, который механически и гидравлически взаимосвязан с регулятором давления 11, при этом последний, сохраняя свою прямую функцию поддержания заданного давления ВТЭ за насосом-диспергатором 1, фактически выполняет также роль расходомера топлива, отбираемого топливоподающей системой 9 для работы ДВС.
2
Рассмотрим на конкретном примере работу установки. Пусть в установившемся режиме номинальной нагрузки дизельного двигателя мощностью 200 кВт отбор ВТЭ с 15%-ным содержанием воды после насоса-диспергатора 1, производительность которого равняется 100 л/час, составляет 40 л/час, т.е. топливоподающая система 9 отбирает это количество ВТЭ для работы двигателя из трубопровода 8, где с помощью регулятора давления 11 поддерживается, например, давление 2,5 кгс/см. При этом через регулирующий клапан регулятора давления 11 протекает расход ВТЭ, равный 60 л/час, который возвращается на всас насоса-диспергатора 1 по трубопроводу 12.
Таким образом, для компенсации расхода ВТЭ, отбираемого на работу двигателя, требуется 6 л/час воды, которые подаются из бака для воды 4 с помощью регулятора расхода воды 2, и 34 л/час топлива, поступающего из топливного бака 7 по трубопроводу 6, для получения ВТЭ с 15%-ным содержанием воды.
В случае перехода работы двигателя на режим холостого хода для поддержания его работы требуется расход ВТЭ порядка 10 л/час. Таким образом, при сохранении того же давления после насоса-диспергатора 1 через регулятор давления 11 на всас насоса-диспергатора 1 будет возвращаться расход ВТЭ, равный 90 л/час с 15%-ным содержанием воды. Увеличение пропускной способности достигается изменением проходного сечения регулятора давления 11 за счет перемещения его регулирующего клапана, при этом происходит автоматическое перемещение взаимосвязанного с ним регулирующего органа регулятора расхода воды 2 в сторону уменьшения проходного сечения. При работе двигателя в режиме холостого хода регулятор расхода 2 обеспечивает расход воды в количестве 1,5 л/час, которые смешиваются с расходом топлива 8,5 л/час, поступающим из бака для топлива. Оба потока соединяются с расходом ВТЭ в количестве 90 л/час, возвращаемым через регулятор 11 давления. Объединенный поток поступает на всас насоса-диспергатора 1, где перемешивается с образованием однородной ВТЭ с 15%-ным содержанием воды.
Таким образом, в широком диапазоне изменения режимов работы, особенно для ДВС большой мощности, установка получения ВТЭ позволяет получить и автоматически поддерживать заданный состав эмульсии с гарантией, исключающей ее расслоение, а также - образование паров воды в процессе циркуляции.
Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».