УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

Данное устройство относится к устройствам обработки жидкого углеводородного топлива электрическими средствами в различных энергетических установках, а также двигателях внутреннего сгорания (ДВС), применяемых на железнодорожном, водном и автомобильном транспорте при подготовке его к сжиганию в камерах сгорания.
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, причем намотка выполнена разношаговой из двух проводов, которые расположены с образованием промежутка между ними и установлены с возможностью встречного протекания тока, при этом в камере обработки топлива один конец одного провода соединен со стержнем с одного его края, а противоположный конец другого провода соединен со стержнем с другого его края, другие концы проводов изолированы от стержня, корпус выполнен металлическим и упомянутый электрод подсоединен к корпусу (патент RU 2215172 С1, кл. F02M 27/04, опубл. 27.10.2003).
К недостаткам известного устройства следует отнести невысокое качество обработанного топлива, обусловленное ослабленным электромагнитным полем при протекании встречных токов по стержню с намоткой из двух проводов, что не позволяет изменить физико-химические характеристики углеводородного топлива, а также невозможность применения данного устройства для высокомощных энергетических установок и двигателей внутреннего сгорания, требующих большой объем и высокую скорость протока обрабатываемого топлива.
Известно устройство для обработки топлива, содержащее корпус в виде камеры с входным и выходным отверстиями, снабженный, по крайней мере, двумя разнополярными электродами для воздействия электрическим постоянным полем на поток топлива в камере обработки, подключенными к источнику питания, при этом корпус является одним из электродов, а другой внутренний электрод, размещенный в камере обработки, расположен коаксиально корпусу (патент RU №2156879, кл. F02M 27/04, опубл. 27.09.2000).
Недостатками известного устройства являются:
-6
-3
- применение сложной и дорогостоящей технологии изготовления диэлектрического материала толщиной 4×10 до 0,5×10 м;
- ограниченность применения из-за низкой температуры плавления диэлектрического материала;
- недостаточная механическая устойчивость к механическим примесям и абразивам, присутствующим в топливе;
- воздействие постоянным электрическим полем на поток топлива и размещение диэлектрического материала между разнополярными электродами не обеспечивает изменения физико-химических характеристик и структуры молекулярного состава топлива.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является устройство для повышения теплотворной способности углеводородного топлива под воздействием электрического поля переменного напряжения путем изменения структуры его молекулярного состава, содержащее корпус цилиндрической или прямоугольной формы с входным и выходным отверстиями, снабженный электродами для воздействия электрическим полем на поток топлива в камере обработки, подключенными к источнику питания, при этом корпус может являться
одним из электродов, а другой внутренний электрод, размещенный в камере обработки, расположен коаксиально или центрально симметрично в поперечном сечении корпусу, при этом внутренний электрод выполнен пустотелым и внутри него коаксиально или центрально симметрично в поперечном сечении размещен дополнительный электрод, электрически соединенный с корпусом (патент WO 2012026841 А1, опубликованный 01.03.2012 - прототип).
К недостатку известного устройства следует отнести: ограниченную возможность включения его в топливную систему энергетических установок и ДВС, в зависимости от конструкции последних.
Решаемая заявленным устройством задача - обработка жидкого углеводородного топлива в различных энергетических установках и ДВС, установленных на железнодорожном, водном и автомобильном транспорте, обеспечивается улучшением качества смесеобразования и сгорания топлива и, как следствие, увеличением коэффициента сгорания топлива, уменьшением выбросов экологически вредных продуктов неполного сгорания и сажеобразования; два входных патрубка, один из которых закрывается крышкой, позволяют менять схему включения устройства в топливную систему энергетических установок и ДВС, в зависимости от конструкции последних.
Техническим результатом, который может быть получен при создании устройства обработки жидкого углеводородного топлива в различных энергетических установках и двигателях внутреннего сгорания, установленных на железнодорожном, водном и автомобильном транспорте, является улучшение технико-экономических и экологических характеристик при их эксплуатации; возможность менять схему включения устройства в топливную систему энергетических установок и ДВС, в зависимости от конструкции последних.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что устройство (фигура) обработки жидкого углеводородного топлива в различных энергетических установках и двигателях внутреннего сгорания установленных на железнодорожном, водном и автомобильном транспорте содержит корпус 1 с двумя входными 3, 7, один из которых закрывается крышкой 2, и выходным 8 патрубками, камеру обработки топлива 4, снабженный электродами для воздействия электрическим полем на поток топлива в камере обработки, подключенными к источнику питания, при этом корпус является одним из электродов, а другой внутренний электрод 5, размещенный в камере обработки, расположен коаксиально корпусу; источник питания выполнен в виде генератора переменного напряжения, при этом внутренний электрод выполнен пустотелым и внутри него коаксиально размещен дополнительный электрод 6, электрически соединенный с корпусом. Перестановка заглушки 2 с одного входного патрубка на другой позволяет оптимизировать и быстро изменить схему подключения в топливную систему двигателя или энергетической установки. Между корпусом и внутренним электродом установлены изолирующие вставки 9.
На фигуре показан продольный разрез устройства.
Устройство обработки жидкого углеводородного топлива в различных энергетических установках и двигателях внутреннего сгорания установленных на железнодорожном, водном и автомобильном транспорте работает следующим образом. Устройство включается в систему подачи топлива (по низкому давлению) посредством фланцевого, резьбового или иного соединения, обеспечивающего требуемую надежность и герметичность, путем подсоединения входного патрубка 3 или 7 и выходного 8. Топливо прокачивается между корпусом 1, электродами 5 и 6 и подвергается воздействию переменного электрического поля в камере обработки топлива 4. Электроды подключены к источнику питания (на чертеже не показан), переменного напряжения. Под воздействием
переменного электрического поля, возникающего между электродами, происходит процесс деструкции молекул с разветвлением цепей, что приводит к изменению физико-химических характеристик топлива. В результате этого изменения происходит улучшение качества обрабатываемого топлива, улучшение его смесеобразования и сгорания. Обработанное топливо выходит из камеры обработки 4 через выходной патрубок 8 и поступает в камеру сгорания энергоустановки. Наличие изолирующих вставок 9 позволяет подводить переменный электрический потенциал к внутреннему электроду 5, центрировать внутренний электрод 5 по продольной оси камеры обработки 4 и устанавливать необходимое расстояние между корпусом 1 и внутренним электродом 5. Кроме того, введение дополнительного электрода 6 позволяет оптимизировать напряженность электрического поля в зависимости от применяемого источника питания.
Лучший вариант осуществления устройства
Заявляемое устройство обработки жидкого углеводородного топлива прошло экспериментальную апробацию. (1. Журнал «Судостроение», №1 2012 г.: Повышение экономических и экологических характеристик судовых двигателей внутреннего сгорания. 2. Научно-технический журнал «Надежность и безопасность энергетики», №4(15), 2011: Улучшение физико-химических характеристик котельного мазута электрическими полями.)
Экспериментально установлены оптимальные соотношения размеров основных деталей устройства.
Оптимальная длина внутреннего электрода соответствует соотношению
где: L - длина среднего электрода - м,
3
Q - средний объемный расход обрабатываемого топлива - м/с,
v - средняя скорость движения топлива в камере обработки - м/с.
В таком устройстве обработки жидкого углеводородного топлива под воздействием электрического поля предпочтительно:
вх
к
вх
- площадь сечения входного отверстия и площадь сечения камеры обработки находятся в соотношении S≤S, где S - площадь сечения входного отверстия, Sк - площадь сечения камеры обработки;
вх
вых
вп
вых
- входное и выходное отверстия выполнены удовлетворяющими соотношению S=(0,8÷1,1)S, где S - площадь сечения входного отверстия, S - площадь сечения выходного отверстия;
к
с
к
c
- диаметр наружной поверхности внутреннего электрода должен удовлетворять соотношению D/d=1,5-2,4, где: D - диаметр внутренней полости корпуса, d - значение диаметра наружной поверхности внутреннего электрода;
Промышленная применимость заявляемого устройства подтверждаются эксплуатационными испытаниями различных энергоустановок и ДВС, в ходе которых зарегистрировано снижение расхода топлива и уменьшение содержания вредных веществ в отработавших газах.