УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для приготовления водотопливных эмульсий для котельных промышленных предприятий (в т.ч. железнодорожного транспорта), судовых энергетических установок (главных двигателей, газотурбинных, вспомогательных котлов).
Известна установка получения водотопливной эмульсии (Патент №2472028 РФ, МПК B01F 3/08, F02M 25/025. Установка получения водотопливной эмульсии / Духанин Ю.И. (RU), Коленко Н.Н. (RU), Шерстюк Н.В. (RU), Панов Е.И. (RU). - №2011149726/06; Заявлено 07.12.2011; опубл. 10.01.2013).
Установка получения водотопливной эмульсии содержит насос-диспергатор, связанный трубопроводом подачи и возврата ВТЭ (водотопливная эмульсия) с топливоподающей системой двигателя внутреннего сгорания, топливный бак и бак с водой, каждый из которых подсоединен к диспергатору трубопроводом с запорной арматурой, также установка снабжена регулятором расхода воды, который соединен с трубопроводом подачи водотопливной эмульсии к топливоподающей системе двигателя внутреннего сгорания, и дюзой, установленной на трубопроводе возврата ВТЭ в насос-диспергатор.
Работа установки получения ВТЭ происходит следующим образом. Эмульсия, образующаяся в насосе-диспергаторе за счет механического перемешивания топлива и воды, по трубопроводу поступает в топливоподающую систему дизеля, где часть ВТЭ отбирается на получение требуемой мощности двигателя, а нереализованная часть ВТЭ через дюзу по трубопроводу возвращается на всас насоса, куда также поступает топливо из бака по трубопроводу и вода из емкости по трубопроводу через регулятор в суммарном количестве, эквивалентном расходу ВТЭ, отобранном для работы двигателя.
Все три потока интенсивно перемешиваются в насосе-диспергаторе, образуя ВТЭ определенного состава, который остается постоянным во всем диапазоне изменения мощностного режима двигателя. Стабильность состава ВТЭ обеспечивается регулированием расхода воды с помощью регулятора, подключенного трубопроводом к трубопроводу, при этом при расчете и отстройке регулятора необходимо учитывать, что давление за насосом-диспергатором всегда будет ниже ввиду дополнительного циркуляционного расхода ВТЭ через дюзу, который при работе двигателя на ВТЭ необходим, чтобы избежать осаждения дисперсной фазы (воды) из эмульсии, особенно при малых нагрузках, требующих для поддержания работы режимов двигателя малых расходов ВТЭ.
Недостатками установки получения водотопливной эмульсии являются:
- возможность применения только 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.
Наиболее близким является устройство для приготовления водотопливной эмульсии, содержащее топливную накопительную цистерну, снабженную патрубком спуска отстоянной воды, эмульгатор, снабженный напорным патрубком и приемным патрубком, приемным трубопроводом для забора топлива из накопительной цистерны, соединенный с приемным патрубком эмульгатора, фильтр, установленный на линии приемного трубопровода перед эмульгатором, трубопровод для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть топливной накопительной цистерны и трубопровод для подачи топлива в расходную цистерну, соединенный с напорным патрубком эмульгатора, при этом приемный трубопровод на поверхности имеет попеременно сверху и снизу приемные отверстия, при этом приемный трубопровод расположен горизонтально и установлен внутрь цистерны, а также приемный трубопровод оборудован вибратором кулачкового типа, кулачок которого установлен внутри цистерны под консолью приемного трубопровода и связан через вал с приводом, установленным снаружи цистерны (Патент №2621332 РФ, МПК B01F 3/08. Устройство для приготовления водотопливной эмульсии / Катин В.Д. (RU), Богачев А.П. (RU), Вольхин И.В. (RU). - №2016126253; Заявлено 29.06.2016; опубл. 06.06.2017). Устройство работает следующим образом.
В топливную накопительную цистерну из железнодорожной цистерны подается обводненное топливо. В соответствии с заводским регламентом в зависимости от вида топлива его предварительно нагревают от 40°С до 140°С. После отстоя часть отстоявшейся воды спускается через патрубок, а неотстоявшаяся часть воды располагается в объеме цистерны в виде линз. Из топливной накопительной цистерны топливо с водой через отверстия поступает в приемный трубопровод, где создается оптимальный режим перемешивания и диспергирования обводненного топлива уже на стадии подачи топлива по приемному трубопроводу к приемному патрубку роторного смеситель-диспергатора. Водяная линза поступает в приемный трубопровод совместно с мазутом через несколько отверстий, диспергируется в нем и далее поступает на дальнейшее механическое перемешивание. Это существенно улучшает смешивание.
Далее обводненное топливо через фильтры (для удаления механических примесей) и приемный патрубок попадает в роторный смеситель-диспергатор, где топливо гомогенизируется и диспергируется. Затем открывается задвижка на трубопроводе для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть накопительной цистерны и через напорный патрубок образовавшаяся гомогенная водотопливная эмульсия поступает в накопительную цистерну. После чего гомогенная водотопливная эмульсия из топливной накопительной цистерны через отверстия поступает в приемный трубопровод, где она еще раз перемешивается и поступает по приемному патрубку в роторный смеситель-диспергатор. Далее задвижка на трубопроводе для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть накопительной цистерны закрывается, и открывается задвижка на трубопроводе для подачи готовой гомогенной водотопливной эмульсии в расходную цистерну, и гомогенная водотопливная эмульсия из роторного смеситель-диспергатора по напорному патрубку поступает в трубопровод и далее в расходную цистерну на сжигание в котле.
Благодаря тому, что приемный трубопровод оборудован вибратором кулачкового типа, кулачок которого установлен внутри цистерны под консолью приемного трубопровода и связан через вал с приводом, установленным снаружи цистерны, повышаются производительность и качество приготовленной водотопливной эмульсии, обусловленные временем ее приготовления. Это обусловлено тем, что создаются колебания приемного трубопровода, что позволяет дробить дополнительно водяные линзы.
Недостатками устройства для приготовления водотопливной эмульсии является низкое качество приготовляемой эмульсии, обусловленные неравномерностью перемешивания топлива с водяными линзами в накопительной цистерне.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение качества приготовляемой водотопливной эмульсии.
Для решения поставленной задачи устройство для приготовления водотопливной эмульсии, содержащее топливную накопительную цистерну, патрубок спуска отстоянной воды, приемный трубопровод, содержащий отверстия для забора топлива, эмульгатор, напорный патрубок, приемный патрубок, фильтр, трубопровод для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть цистерны, трубопровод для подачи топлива в расходную цистерну, неотстоявшаяся часть воды в виде линз, согласно полезной модели, дополнительно оборудовано амортизационными пружинами, площадным вибратором, а также резонаторами.
Признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа, согласно полезной модели, является то, что устройство дополнительно оборудовано амортизационными пружинами, площадным вибратором, а также резонаторами.
Благодаря указанным отличительным признакам существенно повышается качество приготовляемой водотопливной эмульсии. Это объясняется тем, что высота Н топливной накопительной цистерны находится в строгой зависимости от длины L в соотношении 1:5. Такое соотношение позволяет увеличить площадь перемешивания поступающего обводненного топлива с водяными линзами. Соотношение меньше 1:5 (1:4, 1:3 и т.д.) не обеспечивает должного перемешивания, а соотношение больше чем 1:5 (1:10, 1:100 и т.д.) экономически нецелесообразно, а также повышается материалоемкость устройства. Процесс равномерного перемешивания и ускоряющего процессы осаждения воды обеспечивает площадный вибратор, установленный на топливной накопительной цистерне. Вибрация передается по корпусу накопительной цистерны и передается на резонаторы, которые создают локальную зону вибраций для предотвращения застойных зон, а амортизационные пружины позволяют гасить вибрации установки и увеличивают число степеней свободы движения установки, позволяя осуществлять колебания не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной.
Сущность решения поясняется чертежом (фиг. 1), где схематично изображено устройство для приготовления водотопливной эмульсии.
Устройство для приготовления водотопливной эмульсии содержит топливную накопительную цистерну 1, патрубок для спуска отстоянной воды 2, приемный трубопровод 3 с отверстиями для забора топлива 4, эмульгатор 5, напорный патрубок 6, приемный патрубок 7, фильтр 8, трубопровод для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть цистерны 9, трубопровод для подачи топлива в расходную цистерну 10, амортизационные пружины 12, площадный вибратор 13, резонаторы 14. Неотстоявшаяся часть воды располагается в топливной накопительной цистерне в виде линз 11.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В топливную накопительную цистерну 1 подается обводненное топливо, например, из железнодорожной цистерны. Обводненное топливо заполняет объем накопительной топливной цистерны 1 на уровень не выше 80% от максимальной загрузки, при этом вода, содержащаяся в топливе, располагается неравномерно по объему накопительной топливной цистерны 1 в виде линз 11. В зависимости от вида топлива его предварительно нагревают от 40 до 140°С. Затем включают площадный вибратор 13, и накопительная топливная цистерна 1 вместе с топливом начинают совершать колебания в пространстве благодаря установленным амортизационным пружинам 12. Режим работы площадного вибратора 13 определяется в зависимости от типа топлива и уровня его обводненности. Резонаторы 14, установленные в накопительной топливной цистерне 1, передают колебания внутри объема топливной смеси, предотвращая образование застойных зон, и ускоряют процесс осаждения воды. После отстоя часть воды располагается в нижней части топливной накопительной цистерны 1, где она спускается через патрубок для спуска отстоянной воды 2. Из топливной накопительной цистерны 1 топливо с относительно более низким уровнем обводненности поступает в приемный трубопровод 3 через отверстия для забора топлива 4, затем, двигаясь по приемному патрубку 7, поступает на фильтр 8, где топливная смесь проходит очистку от механических примесей. После прохождения фильтра 8 топливная смесь поступает в эмульгатор 5, где происходит процесс эмульгирования топлива с водой. Затем эмульгированное топливо через напорный патрубок 6 по трубопроводу для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть цистерны 9 поступает в накопительную топливную цистерну 1.
После чего гомогенная водотопливная эмульсия может многократно проходить цикл осаждения воды, очистки топлива и эмульгирования, до достижения требуемых показателей качества приготовляемой водотопливной эмульсии.
По достижении требуемых показателей качества приготовляемой водотопливной эмульсии гомогенная водотопливная эмульсия по приемному патрубку 7 проходит через фильтр 8, затем поступает в эмульгатор 5 и затем поступает по трубопроводу для подачи топлива в расходную цистерну 10.
После чего в топливную накопительную цистерну 1 поступает обводненное топливо, и процесс повторяется.
Благодаря тому, что накопительная топливная цистерна оборудована площадным вибратором, амортизационными пружинами, а также резонаторами, существенно повышается качество приготовляемой водотопливной эмульсии.