УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТОПЛИВА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области обработки топлива, углеводородного сырья нефтепродуктов в электростатическом поле и может быть использована в различных технологических процессах, преимущественно при переработке тяжелого углеводородного сырья с целью повышения выхода более легких фракций нефтепродуктов и при подготовке его сжигания в различных энергетических установках.
Известно устройство для обработки топлива, содержащее стержень, предназначенный для подсоединения к одному из выводов источника электропитания, корпус, установленный снаружи относительно стержня с образованием камеры обработки топлива в зазоре между стержнем и корпусом, электрод, предназначенный для подсоединения к другому из выводов источника электропитания (Патент Российской Федерации №2153594, F 02 М 27/04, опубл. 2000 г.).
В этом устройстве корпус выполнен металлическим и выполняет функцию упомянутого электрода. На наружной поверхности стержня выполнена спиральная канавка для обеспечения турбулизации потока топлива, что позволяет уменьшить продольные габариты устройства.
Ограничением устройства является недостаточно высокое качество обработки топлива, что обусловлено низкой добротностью контура, образованного спиральной канавкой. Это обстоятельство приводит к уменьшению величины электромагнитного поля, воздействующего на топливо, которое протекает через камеру обработки. Кроме того, также увеличиваются габариты устройства в целом, несмотря на турбулизацию топлива.
Известно устройство для обработки топлива, содержащее стержень, выполненный электропроводящим и предназначенный для подсоединения к одному из выводов источника электропитания, корпус, установленный коаксиально снаружи относительно стержня с образованием камеры обработки топлива в зазоре между стержнем и корпусом, намотку, спирально расположенную вокруг стержня, электрод, предназначенный для подсоединения к другому из выводов источника электропитания (Авторское свидетельство СССР №1590608, F 02 М 27/04, опубл. 1990 г.).
В этом устройстве корпус выполнен диэлектрическим. Стержень выполнен полым с отверстиями на его конце и закрыт диэлектрической заглушкой. Топливо подается непосредственно в полость стержня через входной штуцер. Намотка выполнена на наружной поверхности стержня из изолированного провода и подсоединена непосредственно к упомянутому электроду. Такое техническое решение позволяет несколько повысить добротность контура, что повышает качество обработки топлива по сравнению с предыдущей конструкцией. Однако, ограничением этого устройства, является достаточно высокая величина гидросопротивления протекающему топливу, недостаточно высокая добротность контура, образованного намоткой и стержнем, поскольку электрод подсоединен непосредственно к проводу намотки, что приводит к уменьшенной величине электромагнитного поля, воздействующего на протекающее топливо, сложность конструкции и большие ее поперечные габариты.
Наиболее близким конструктивно является устройство для обработки топлива, содержащее стержень, выполненный электропроводящим и предназначенный для подсоединения к первому выводу источника электропитания в области конца стержня, ближней по ходу топлива, корпус, выполненный электропроводящим, предназначенный для подсоединения ко второму выводу источника электропитания и установленный снаружи относительно стержня с образованием камеры обработки топлива в зазоре между стержнем и корпусом, намотку, расположенную вокруг стержня и выполненную из провода, свободного от изоляции и изогнутого по спирали, диэлектрическую втулку (Патент Российской Федерации №2215172, F 02 М 27/04, опубл. 2002 г.).
В этом техническом решении диэлектрическая втулка установлена снаружи стержня, намотка выполнена из двух оголенных проводов, спирально изогнутых и расположенных на наружной поверхности диэлектрической втулки. Конец одного провода соединен со стержнем с одного края, а противоположный конец другого провода соединен со стержнем с другого его края, другие концы проводов изолированы от стержня.
Техническое решение позволяет повысить экономию топлива при эксплуатации различных типов двигателей, уменьшить дымность газов и уменьшить габариты конструкции.
Ограничением этого устройства является недостаточно высокое качество обработки тяжелого углеводородного топлива, такого как мазут, солярка, керосин
при их использовании в энергетических установках котельных, судовых энергетических установках, а также при сжигании турбинного топлива. Причем известное устройство при работе с тяжелым углеводородным сырьем не позволяет значительно снизить вредные вещества в отходящих газах.
Решаемая полезной моделью задача - улучшение экологичности работы при использовании тяжелого углеводородного сырья.
Технический результат, который может быть достигнут при выполнении полезной модели, - снижение вредных веществ в составе отходящих газов, в частности, серы и окислов азота, повышение КПД, а также дальнейшее упрощение конструкции.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в первом варианте выполнения полезной модели в известном устройстве для обработки топлива, содержащем стержень, выполненный электропроводящим и предназначенный для подсоединения к первому выводу источника электропитания в области конца стержня, ближней по ходу топлива, корпус, выполненный электропроводящим, предназначенный для подсоединения ко второму выводу источника электропитания и установленный снаружи относительно стержня с образованием камеры обработки топлива в зазоре между стержнем и корпусом, намотку, расположенную вокруг стержня и выполненную из провода, свободного от изоляции и изогнутого по спирали, диэлектрическую втулку, согласно заявленной конструкции диэлектрическая втулка установлена внутри стержня в области его конца, дальней по ходу топлива, намотка выполнена из одного провода, пропущенного через отверстие диэлектрической втулки, при этом концы провода соединены со стрежнем диаметрально противоположно в области его конца, ближней по ходу топлива.
Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- провод был выполнен изогнутым по спирали, внутренний диаметр которой равен наружному диаметру стрежня;
- провод был выполнен изогнутым по спирали, внутренний диаметр которой больше наружного диаметра стрежня;
- намотка была выполнена с чередующимся диаметром вдоль продольной оси стержня.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата во втором варианте выполнения полезной модели в известном устройстве для обработки топлива, содержащем стержень, выполненный электропроводящим, корпус, выполненный электропроводящим, предназначенный для подсоединения ко второму выводу источника электропитания и установленный снаружи относительно стержня с образованием камеры обработки топлива в зазоре между стержнем и корпусом, намотку, расположенную вокруг стержня и выполненную из провода, свободного от изоляции и изогнутого по спирали, диэлектрическую втулку, согласно заявленной конструкции введены переменный резистор и конденсатор, диэлектрическая втулка установлена внутри стержня в области его конца, дальней по ходу топлива, намотка выполнена из одного провода, пропущенного через отверстие диэлектрической втулки, при этом один конец провода соединен со стрежнем в области его конца, ближней по ходу топлива, а другой конец провода подсоединен в области конца стержня, ближней по ходу топлива, к первым выводам переменного сопротивления и конденсатора, второй вывод конденсатора соединен с корпусом, а второй вывод переменного сопротивления предназначен для подсоединения к первому выводу источника электропитания.
Для второго варианта выполнения полезной модели возможны упомянутые выше дополнительные варианты, касающиеся выполнения намотки непосредственно на стержне, с зазором относительно стержня, с чередующимся диаметром намотки.
Указанные преимущества, а также особенности настоящей полезной модели поясняются лучшими вариантами ее выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.
Фиг.1 схематично изображает продольное сечение заявленного устройства по первому варианту;
Фиг.2 - продольное сечение заявленного устройства по второму варианту;
Фиг.3 - выполнение намотки без зазора, непосредственно на стержне;
Фиг.4 - выполнение намотки с зазором относительно стержня;
Фиг.5 - выполнение намотки с чередующимся диаметром. Устройство для обработки топлива по первому варианту (фиг.1) содержит стержень 1, выполненный электропроводящим и предназначенный для подсоединения к первому выводу 2 источника электропитания в области конца стержня, ближней по ходу топлива (ход топлива показан стрелкой). Корпус 3
выполнен электропроводящим, предназначен для подсоединения ко второму выводу 4 источника электропитания и установлен снаружи относительно стержня 1 с образованием камеры 5 обработки топлива в зазоре между стержнем 1 и корпусом 3 (принципиальная схема питания по первому варианту известна и не изменена). Намотка 6 расположена вокруг стержня 1 и выполнена из провода, свободного от изоляции (оголенного) и изогнутого по спирали.
Диэлектрическая втулка 7 установлена внутри стержня 1 в области его конца, дальней по ходу топлива. Намотка 6 выполнена из одного провода, пропущенного через отверстие диэлектрической втулки 7. Концы провода намотки 6 соединены со стрежнем 1 диаметрально противоположно в области его конца, ближней по ходу топлива.
Провод намотки 6 может быть выполнен изогнутым по спирали, внутренний диаметр которой равен наружному диаметру стрежня 1 (фиг.3).
Провод намотки 6 может быть выполнен изогнутым по спирали, внутренний диаметр которой больше наружного диаметра стрежня 1 (фиг.4).
Намотка 6 может быть выполнена с чередующимся диаметром вдоль продольной оси стержня 1 (фиг.5).
Расположение входного и выходного штуцера относительно камеры 5 обработки топлива в заявленных устройствах не является принципиальным, т.к. не влияет на решение поставленной задачи и достижение указанного технического результата, поэтому они на фигурах не показаны. Входной и выходной штуцер могут быть расположены как в продольном, так и в поперечном направлении. Стержень 1 должен быть электрически не связан (изолирован) с корпусом 3. Провод намотки 6 выполнен оголенным, с низким удельным сопротивлением.
Также как в известном техническом решении намотка 6 может быть выполнена в виде групп витков (фиг.3) или разношаговой. Расстояние вдоль продольной оси стержня 1 между группами витков может быть выбрано большим, чем расстояние между витками в группах.
Второй вариант выполнения заявленного устройства (фиг.2) отличается от первого изменением принципиальной схемы питания.
Устройство для обработки топлива по второму варианту (фиг.2) содержит стержень 1, выполненный электропроводящим. Корпус 3 выполнен электропроводящим, предназначен для подсоединения ко второму выводу 4 источника электропитания и установлен снаружи относительно стержня 1 с
образованием камеры 5 обработки топлива в зазоре между стержнем 1 и корпусом 3. Намотка 6 расположена вокруг стержня и выполнена из провода, свободного от изоляции и изогнутого по спирали.
Устройство снабжено переменным резистором 8 и конденсатором 9. Диэлектрическая втулка 7 установлена внутри стержня 1 в области его конца, дальней по ходу топлива. Намотка 6 выполнена из одного провода, пропущенного через отверстие диэлектрической втулки 7. Один конец провода намотки 6 соединен со стрежнем 1 в области его конца, ближней по ходу топлива. Другой конец провода намотки 6 (может быть свободен от электрического контакта со стержнем 1) подсоединен в области конца стержня 1, ближней по ходу топлива, к первым выводам переменного сопротивления 8 и конденсатора 9. Второй вывод конденсатора 9 соединен с корпусом 3, а второй вывод переменного сопротивления 8 предназначен для подсоединения к первому выводу 2 источника электропитания.
Провод намотки 6 может быть выполнен изогнутым по спирали, внутренний диаметр которой равен наружному диаметру стрежня 1 (фиг.3).
Провод намотки 6 может быть выполнен изогнутым по спирали, внутренний диаметр которой больше наружного диаметра стрежня 1 (фиг.4).
Намотка 6 может быть выполнена с чередующимся диаметром вдоль продольной оси стержня 1 (фиг.5).
Работает устройство для обработки топлива (фиг.1, 2) следующим образом.
Намотку 6 из одного провода осуществляют следующим образом. Провод намотки 6 пропускают через отверстие диэлектрической втулки 7, одну из выходящих частей провода изгибают и сразу наматывают две части провода (как будто это один провод) на стержень 1. В результате получают намотку, соответствующую фиг.3, при которой провод выполнен изогнутым по спирали, внутренний диаметр которой равен наружному диаметру стрежня 1. В этом случае жесткость провода не важна (провод может быть выполнен медным, алюминиевым или из электротехнических сплавов). Конструкция отличается повышенной надежностью в эксплуатации при протекании топлива.
Или используют вспомогательную втулку, которую надевают на стержень 1 (на фиг.4, вспомогательная втулка конечно не показана, т.к. не входит в конструкцию заявленного устройства). Провод намотки 6 пропускают через отверстие диэлектрической втулки 7, одну из выходящих частей провода изгибают и сразу наматывают две части провода (как будто это один провод) на
вспомогательную втулку. В результате получают намотку, соответствующую фиг.4, при которой провод выполнен изогнутым по спирали, внутренний диаметр которой больше наружного диаметра стрежня 1 (намотка 6 установлена с зазором относительно стержня 1). Провод намотки 6 выбирают достаточно жестким (например, из отожженной стали). Эта конструкция имеет чуть меньшую надежность в эксплуатации, но более лучшие технико-эксплуатационные параметры при относительно высоком давлении топлива в камере 5.
Можно использовать несколько вспомогательных втулок с разным диаметром, которые надевают на стержень 1. Осуществляя намотку 6 описанным выше образом получают чередующиеся диаметры витков вдоль продольной оси стержня 1 (фиг.5). Эта конструкция позволяет получить увеличение турбулизации потока топлива, что позволяет дополнительно улучшить технико-эксплуатационные параметры и уменьшить продольные габариты устройства.
Топливо пропускают через камеру 5, расположенную между стержнем 1 и корпусом 3.
В первом основном варианте выполнения полезной модели на стержень 1 и на корпус 3 (фиг.1) подают напряжение в диапазоне от 12 В до 2000 В в зависимости от типа топлива или вида углеводородного сырья и при частоте колебаний, выбранной из диапазона 0,5 - 6,0 кГц.
Во втором основном варианте выполнения полезной модели напряжение на стержень 1 подают непосредственно через намотку 6 от первого вывода 2 источника электропитания посредством переменного резистора 8 и конденсатора 9. К корпусу 3 подсоединяют второй вывод 4 источника электропитания. Такая схема подачи напряжения позволяет регулировать параметры электростатического поля в зависимости от вида используемого для обработки тяжелого углеводородного сырья (мазута, или солярки, или керосина) при неизменном, выбранном разработчиком, напряжении из диапазона от 12 В до 12 кВ и частоте - из диапазона от 0,5 до 6,0 кГц.
Увеличение турбулизации топлива осуществляется за счет его взаимодействия с намоткой 6 при протекании в ее спиральных промежутках. Под действием переменного электрического напряжения происходит наведение переменного тока в проводе намотки 6. Так как намотка 6 может быть выполнена с зазором относительно стержня 1 (фиг.4), разношаговой (фиг.3), или с чередующимся диаметром вдоль продольной оси стержня 1 (фиг.5), то как показали
испытания, она позволяет исключить зависимость степени обработки топлива от скорости его протекания в камере 5, поэтому такая конструкция может быть использована для совершенно различных типов двигателя при различных расходах топлива.
Выполнение намотки 6, указанным выше образом, позволяет увеличить добротность эквивалентного контура между стержнем 1 и корпусом 3, что увеличивает эффективность активации топлива за счет его большей поляризации в камере 5 обработки. При этом эквивалентный контур, образованный при помощи корпуса 3 - металлического, имеет постоянную емкостную характеристику. Намотка 6 выполнена из одного провода, что упрощает конструкцию.
При испытании заявленного устройства в мазутной котельной на котлах ДЕ-25 было достигнуто снижение расхода топлива на 5-10%, увеличение КПД от 1,8 до 4,5%, снижение окислов азота на 12%, снижение серы на 80%. Содержание вредных веществ в отходящих газах по сравнению с ближайшим аналогом представлено в нижеприведенной таблице.
ПАРАМЕТРЫ
БЛИЖАЙШИЙ АНАЛОГ
ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Кислород
3%
2%
Углекислый газ
10%
8%
Угарный газ
2,5%
0,5%
Оксид азота
330 мг/м<sup>3</sup>
290 мг/м<sup>3</sup>
Двуокись серы
450 мг/м<sup>3</sup>
150 мг/м<sup>3</sup>
Наиболее успешно заявленные варианты устройства для обработки топлива промышленно применимы в котельных, дизельных, судовых энергетических установках, а также в различных технологических процессах обработки углеводородных топлив.