УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДОГРЕВА ТОПЛИВА

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к средствам подогрева топлива и стабилизации его температуры в двигателях, эксплуатируемых в условиях низких температур.
Известно устройство для подогрева топлива и стабилизации его температуры (АС №2002095, опубл. 30.10.93) [1], содержащее ступенчатый цилиндрический корпус и водяную рубашку со штуцерами для подвода и отвода жидкости из системы охлаждения. В корпусе концентрично установлена втулка с двумя рядами боковых окон, золотниковый регулирующий клапан, линейный термочувствительный элемент которого механически связан с цилиндрическими обечайками.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, низкая эффективность подогрева топлива, низкая точность регулирования температуры, связанная с большой инерционностью термочувствительного элемента, имеющего механическую связь с исполнительным органом.
Наиболее близким аналогом является устройство для подогрева жидкого топлива в двигателе внутреннего сгорания (АС №1160089, опубл. 07.06.85) [2], содержащее неразъемный корпус, разделенный криволинейной перегородкой на топливную и обогревательную камеры, каждая из которых снабжена подводящим и отводящим патрубками соответственно для топлива и обогревающей жидкости. Топливная камера расположена над обогревательной камерой и снабжена электронагревателем, расположенным вокруг топливной камеры и подключенным к выходу блока управления. Терморегулирующий блок, состоит из датчика температуры, размещенного в топливной камере и выполненного в виде поплавка, соединенного с пластиной, закрепленной на корпусе, тензоэлемента, установленного на пластине и подключенного к входу блока управления. Между обогревательной и топливной камерами осуществляется прямоточный процесс теплообмена.
Недостатками указанного устройства являются: низкая эффективность очистки криволинейной перегородки от механических отложений, вследствие неразъемного корпуса, недостаточно эффективный процесс теплообмена, сложность конструкции терморегулирующего блока.
Задачей полезной модели является возможность проведения операции удаления механических отложений с криволинейной перегородки, оседающих в процессе эксплуатации, повышение эффективности теплопередачи подогревателя, упрощение конструкции терморегулирующего блока.
Указанная задача достигается благодаря тому что, в устройстве для подогрева топлива, содержащем корпус, разделенный криволинейной перегородкой на топливную и обогревательную камеры, между которыми осуществляется процесс теплообмена, каждая из которых снабжена подводящим и отводящим патрубками соответственно для топлива и обогревающей жидкости, электронагреватель, расположенный вокруг топливной камеры и терморегулирующий блок, согласно полезной модели корпус выполнен разъемным, а терморегулирующий блок выполнен позистором, последовательно соединенным с электронагревателем.
Противоточный процесс теплообмена позволяет дополнительно улучшить процесс теплопередачи, а применение терморегулирующего блока, представленного позистором значительно упростить конструкцию данного блока. Разъемный корпус обеспечивает свободный доступ к волнистой перегородке для удаления механических отложений.
Сущность полезной модели представлена на чертеже, где на фиг. 1 показано устройство для подогрева топлива, а на фиг. 2 дана расчетная схема поверхности теплообмена, выполненной в виде конусной волнистой перегородки.
Подогреватель состоит из корпуса который выполнен в виде двух емкостей 1 и 13, стыкующихся посредством резьбового соединения, между которыми установлено уплотнительное кольцо 12. Сборка осуществляется при помощи неподвижно закрепленных на емкостях 1 и 13 головок болтов 11. Волнистая перегородка 14, выполненная в виде конуса, делит внутреннее пространство корпуса подогревателя на две камеры: топливную камеру 8 и обогревательную камеру 10. Емкость 1 подогревателя содержит подводящий патрубок топлива 3, подводящий патрубок 9 жидкости из системы охлаждения двигателя и отводящий патрубок 2 жидкости из системы охлаждения двигателя. Емкость 13 корпуса подогревателя имеет отводящий патрубок топлива 7. Емкость 13 подогревателя содержит электронагреватель 5, расположенный вокруг нее, который последовательно соединен через позистор 6, расположенный у выходного патрубка 7, с источником постоянного тока, в роли которого может выступать аккумуляторная батарея предназначенная для запуска двигателя. Позистор 6 представляет собой полупроводниковый резистор с положительным коэффициентом сопротивления. В данной конструкции позистор 6 является терморегулирующим блоком, поскольку выполняет одновременно роль датчика и исполнительного элемента, что обусловлено его характеристикой (с увеличением температуры его сопротивление повышается). Для повышения эффективности работы подогревателя последний снабжен теплоизолирующим материалом 4.
Устройство для подогрева топлива работает следующим образом.
Перед пуском двигателя механизатор включает в работу электронагреватель 5. При достаточной температуре топлива находящегося в топливной камере 8 загорается контрольная лампа, параллельно подсоединенная к входу электронагревателя и позистора (на рисунке не показана). Производится пуск двигателя. Топливо из бака, поступая через подводящий патрубок 3 в топливную камеру 8, изначально подогревается только электронагревательным элементом и последовательно соединенным позистором. При достижении оптимальной температуры жидкости в системе охлаждения двигателя начинается ее циркуляция через емкость 1 подогревателя. Таким образом топливо, поступающее в топливную камеру 8 через подводящий патрубок 3 попадает на волнистую перегородку 14, выполненную в виде конуса, которая в свою очередь подогревается встречным потоком жидкости, поступающей из системы охлаждения двигателя через подводящий патрубок 9. Далее топливо подогревается электроподогревателем 5 и, проходя через отводящий патрубок 7, направляется к топливному насосу. Жидкость из системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания постоянно подогревает топливо, проходя через подводящий патрубок 9, обогревательную камеру 10 и отводящий патрубок 2. Позистор 6 в данной конструкции выполняет две функции: функцию подогревателя и функцию терморегулятора, поскольку соединен последовательно с электронагревателем 5. При достижении заданной температуры топлива на выходе из топливной камеры 8 сопротивление позистора резко возрастает, ограничивая силу тока, протекающего через электронагреватель 5. При снижении температуры топлива омываемого позистор, его сопротивление снижается.
Во время эксплуатации подогревателя возникает необходимость эффективной очистки волнистой перегородки 14, выполненной в виде конуса, от механических примесей, встречающихся в топливе. Данная задача решается благодаря разъемной конструкции подогревателя.
Благодаря волнистому исполнению поверхности теплообмена фиг. 2 улучшаются условия конвективного теплообмена, увеличивается поверхность теплообмена (при прочих равных условиях), возрастает значение теплового потока, в сравнении с аналогом.
Согласно закону Ньютона-Рихмана тепловой поток в процессе теплоотдачи для нашего случая в общем виде можно определить из формулы:
где Q - тепловой поток, Вт;
2
α - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м·К)
2
F - площадь поверхности теплообмена, м;
c
ж
t и t - температура поверхности теплообмена и жидкости, К.
Для определения площади поверхности теплообмена можно воспользоваться формулой боковой площади поверхности круглого конуса:
осн
где R - радиус у основания конуса, м;
l - боковая образующая, м.
Образующую для нашего случая (поверхность 15 фиг. 2) можно представить как:
где R и r - большой и малый радиусы образующие криволинейную поверхность, м;
n - количество радиусов образующих криволинейную поверхность, шт.
Отсюда можем определить площадь поверхности теплообмена для нашего случая:
Образующую для аналога (поверхность 16 фиг. 2) можно представить в виде:
Отсюда можем определить площадь поверхности теплообмена для случая аналога:
Сравнивая формулы 4 и 6 делаем вывод, что тепловой поток для нашего случая в π/2 раза больше по сравнению с аналогом.
Использование предлагаемого устройства для подогрева топлива позволяет проводить очистку волнистой перегородки от механических примесей благодаря разъемной конструкции корпуса, улучшить процесс теплопередачи путем более равномерного прогрева топлива, повысить надежность терморегулирующего блока, упростив его конструкцию. Таким образом, в целом обеспечивается более высокая эффективность работы устройства.