УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСЕВОГО ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR PRODUCTION OF MIX DIESEL FUEL (VERSIONS)

Изобретение относится к устройствам получения смесевого дизельного топлива и может быть использовано для получения моторного топлива для дизельных двигателей.
Известно устройство изготовления печного жидкого топлива путем смешения мазута с водой и получения водотопливной эмульсии с последующим использованием в топочных камерах (а.с. СССР №214948, кл. F23D 11/06, 1966 г.). Недостатком известного устройства является невысокое качество смесеобразования и высокие энергозатраты на получение смесевого топлива. Другим недостатком является то, что полученное жидкое топливо не соответствует стандартам на моторное топливо и оно не пригодно для использования в двигателях внутреннего сгорания.
Известна конструкция механического эмульгатора, состоящего из корпуса с расположенными в нем перегородками, служащими для турбулизации потока мазута и подаваемой на вход эмульгатора воды (а.с. СССР №117106, класс C10L 11/00, 1959 г.). Недостатком известного устройства является его большая металлоемкость и малая дисперсность получаемой водомазутной смеси.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для подготовки к сжиганию обводненного мазута, содержащее корпус со штуцерами для ввода мазута и водяного пара, корпус выполнен в виде нескольких цилиндрических прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами, а внутри каждого прямолинейного участка установлены тела кавитации, расположенные скрещенно-последовательно в поперечных сечениях по диаметру между штуцерами ввода пара. Корпус дополнительно снабжен штуцером для ввода воды, установленным на гибе, штуцером для ввода пара, также установленным на гибе, а оси прямолинейных участков расположены под углом 30-120° друг к другу. Устройство используется в котельной технике, где в качестве топлива используется мазут, для приготовления водомазутной эмульсии для последующего сжигания в топочных устройствах (пат. РФ №2044960, кл. 6F23K 5/00, 25.09.1992). Недостатком известного устройства являются большие энергозатраты на получение пара и подогрев топлива. Другим недостатком является необходимость быстрого использования полученного топлива непосредственно после приготовления, а также несоответствие характеристик получаемого топлива стандартам на моторное топливо.
Все рассмотренные устройства используют для получения водотопливной эмульсии, тогда как основным требованием к дизельному топливу является отсутствие следов воды в топливе.
Задачей изобретения является создание устройства для получения смесевого дизельного топлива с низкими энергетическими затратами и характеристиками, удовлетворяющими стандартам качества на моторное топливо, и пригодного для использования в двигателях внутреннего сгорания.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для получения смесевого дизельного топлива, содержащем корпус с патрубками для подачи и отвода топлива, выполненный в виде герметичного канала из нескольких прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами, с установленными внутри каждого участка телами кавитации, на гибах установлены дополнительно формирователи вихря, выполненные в виде цилиндрических полостей с коническим основанием, ось которых перпендикулярна оси канала, а оси прямолинейных участков расположены друг к другу под углом 121-200°.
В варианте устройства для получения смесевого дизельного топлива, содержащего корпус с патрубками для подачи и отвода топлива с герметичным каналом из нескольких соединенных прямолинейных участков с установленными внутри каждого прямолинейного участка телами кавитации, корпус содержит несколько герметичных каналов, каждый из которых состоит из нескольких прямолинейных участков, соединенных переходами, входы и выходы соседних участков соединены между собой, при этом каждый участок содержит несколько тел кавитации, оси которых перпендикулярны оси канала, а на переходах установлены формирователи вихря, выполненные в виде цилиндрических полостей с коническими основаниями, ось которых перпендикулярна оси канала.
В другом варианте устройство для получения смесевого дизельного топлива, содержащее корпус с патрубками для подачи и отвода топлива с герметичным каналом из нескольких соединенных прямолинейных участков с установленными внутри каждого прямолинейного участка телами кавитации, содержит несколько герметичных каналов, каждый из которых состоит из нескольких прямолинейных участков, соединенных переходами, входы и выходы каналов соединены между собой и направлены под углом 121-200° друг к другу, в местах пересечения каналов установлены объемные полости диаметром D с телами кавитации диаметром d с соотношением  а на гибах каналов установлены формирователи вихря, выполненные в виде цилиндрических полостей с коническими основаниями, ось которых перпендикулярна оси канала.
В устройстве для получения смесевого дизельного топлива объемные полости и тела кавитации выполнены в виде цилиндров, оси которых перпендикулярны оси канала.
В другом варианте устройства для получения смесевого дизельного топлива объемные полости и тела кавитации выполнены в виде осесимметричных сфер.
Устройство получения смесевого дизельного топлива иллюстрируется на фиг.1-7, где на фиг.1 представлена общая схема устройства получения смесевого дизельного топлива, на фиг.2 - конструкция устройства для получения смесевого дизельного топлива с одним каналом, на фиг.3 - поперечное сечение канала с цилиндрическим телом кавитации, на фиг.4 - поперечное сечение канала с формирователем вихря, на фиг.5 - конструкция устройства с двумя параллельными каналами, на фиг.6 - конструкция устройства с каналами, развернутыми друг к другу под углом 130°, на фиг.7 - поперечное сечение канала со сферическим телом кавитации.
Устройство на фиг.1 содержит емкость 7 для дизельного топлива, емкость 2 для воды и емкость 3 для поверхностно-активных веществ. Емкости 1, 2, 3 соединены трубопроводами 4, 5 и 6 со смесителем 7. Смеситель 7 через насос высокого давления 8, реактор 9 соединен с фильтром 10 и накопительной емкостью 11.
Устройство на фиг.1 работает следующим образом. Дизельное топливо, воду и поверхностно-активные вещества смешивают в объемном отношении 1:(0,01-0,5):(0,0001-0,005) в смесителе 7. Полученную смесь с помощью насоса высокого давления 8 подают в реактор 9, где водотопливную эмульсию преобразуют в смесевое дизельное топливо, не содержащее воды. В реакторе 9 производят также дополнительную очистку смесевого дизельного топлива от парафинов и серы. Смесевое дизельное топливо фильтруют в фильтре 10 и подают в накопительную емкость 11.
Реактор 9 устройства для получения смесевого дизельного топлива на фиг.2 имеет корпус 12, входной 13 и выходной 14 патрубки. В корпусе установлены участки 15, состоящие из прямолинейных каналов 16, соединенных последовательно с помощью гибов 17 друг с другом и с патрубками 13 и 14. Количество прямолинейных каналов 16 составляет от 1 до 100. Оси 18 каналов 16 расположены друг к другу под углом 121-200°. На каждом канале 16 установлены тела кавитации 19, оси которых перпендикулярны оси 18 каналов 16. На гибах 17 установлены формирователи вихря 20.
На фиг.3 представлено поперечное сечение тела кавитации 19, выполненного в виде цилиндра 21. Диаметр d цилиндра 21 тела кавитации 19 составляет 90-99% от поперечного размера В канала 16.
На фиг.4 представлено поперечное осевое сечение формирователя вихря 20. Формирователи вихря 20 выполнены в виде цилиндрических полостей 22 с коническими основаниями 23, которые расположены на двух основаниях цилиндрической полости 22 или только на нижней полости.
Реактор устройства для получения смесевого дизельного топлива на фиг.5 содержит два соединенных канала 16 и 24, каждый из которых состоит из прямолинейных участков. Входы 25 и выходы 26 каналов 16 и 24 соединены между собой с помощью переходов 27. При этом в каналах 16 и 24 установлены тела кавитации 19, а на переходах 27 установлены формирователи вихря 20.
На фиг.6 входы и выходы каналов 16 и 24 соединены между собой и направлены под углом α=121-200° (например, под углом α=130°) друг к другу. В центре пересечения каналов 16 и 24 установлены полости 28, в которых размещены тела кавитации 19. Полости 28 и тела кавитации выполнены в виде цилиндров с диаметром D и d, оси которых перпендикулярны оси 29 канала 16 и оси 30 канала 24. В другом варианте конструкции устройства полости 28 и тела кавитации выполнены в виде сфер диаметром D и d, отношение  Формирователи вихря 20 выполнены на гибах 31 каналов 16 и 24.
На фиг.7 показано поперечное сечение полости 28 со сферическим телом кавитации 19. Диаметр d сферического тела кавитации 19 составляет 90-99% от диаметра D сферической полости 28. Каналы 16 и 24 установлены под углом 30° друг к другу.
Устройство для получения смесевого дизельного топлива работает следующим образом.
2
-3
2
3
+
-
+
-
Смесь дизельного топлива с водой подают под давлением 10-100 кг/см на входной патрубок 13 реактора 9. Температура смеси составляет 10-100°С, а производительность реактора 10-10 м/час. Цилиндрическая форма каналов 16 и 24 с переменной кривизной с формирователями вихрей 20 приводит к появлению вихрей в водотопливной смеси и столкновению встречных потоков смеси на каналов 16 и 24. Гидравлическое сопротивление реактора при подаче водотопливной смеси со стороны выходного патрубка 13 в 10-300 раз превышает гидравлическое сопротивление реактора при подаче водотопливной смеси со стороны выходного патрубка 14. При этом водотопливная смесь гомогенизируется под действием поверхностно-активных веществ и под действием тел кавитации 19. В гомогенизированной водотопливной смеси в каналах 16 и 24 создают микро- и нанообласти в виде схлопывающихся кавитационных пузырьков, в которых давление и температура в 20-1000 раз превышают давление и температуру водотопливной смеси на входе 13 реактора 9. Высокое давление и температура в присутствии каталитического воздействия поверхностно-активных веществ приводят к разрыву углеводородных цепей и связей Н и ОН в воде, к их взаимодействию с образованием новых углеводородных цепей с присоединением к ним ионов Н и ОН. Процесс получения смесевого дизельного топлива осуществляют до полного преобразования и исчезновения воды в смесевом дизельном топливе.
После обработки в реакторе 9 получены следующие характеристики смесевого дизельного топлива.
№ п/п
Параметры
Дизельное топливо
Смесевое дизельное топливо
1
Кинематическая вязкость при 18°С
2,7 мм<sup>2</sup>/с
2,8 мм<sup>2</sup>/с
2
Кислотность
1,23 мг кон/100 мл
0,82 мг кон/100 мл
3
Содержание воды
отсутствует
отсутствует
4
Цетановое число
51,5
51,5
5
Плотность при 18°С
821
821,5
6
Температура вспышки, °С, не ниже
66
68
7
Температура помутнения, °С, не выше
-16
-19
8
Температура застывания, °С, не выше
-23
-26
9
Содержание водорастворимых кислот и щелочей
отсутствует
отсутствует
Фракционный состав полученного смесевого дизельного топлива практически не отличается от исходного дизельного топлива. Остальные характеристики смесевого дизельного топлива соответствуют стандартам на дизельное топливо.
Предлагаемое устройство позволяет осуществить получение качественного смесевого дизельного топлива при минимальных энергетических затратах. Устройства могут быть использованы для получения смесевого биодизельного топлива на основе растительных масел, а также для получения смесевого мазутного и печного топлива.