ФИЛЬТР-ДИСПЕРГАТОР НЕФТЕПРОДУКТОВ
FILTER-DISPERSANT OF OIL PRODUCTS

Изобретение относится к области машиностроения, к устройствам очистки нефти, нефтяного жидкого топлива, других нефтепродуктов и может быть использовано при создании и использовании дизельных двигателей, работающих на тяжелых сортах жидкого топлива, в частности, при создании и использовании системы обеспечения требуемых свойств топлива по составу и размеру содержащихся в нем включений.
Известно «Устройство очистки и подготовки жидкого топлива к сгоранию» по патенту № RU 2263846 (опубл. 10.05.2005), содержащее расположенный в корпусе с крышкой фильтрующий элемент в виде расширяющего вниз усеченного конуса, магниты в виде катушки, имеющей форму усеченного конуса. На дне корпуса закреплен отстойник, выполненный из немагнитного материала и имеющий форму воронки, обращенной вниз узкой частью. В кольцевом зазоре между фильтрующим элементом и магнитами параллельно их внутренней поверхности на дне корпуса закреплена тарелка из немагнитного материала, выполненная в форме усеченного конуса, причем ее верхний край расположен от крышки на расстоянии. Недостатком данной конструкции является низкая эффективность подготовки тяжелого топлива к использованию в дизельном двигателе, вызванная низким качеством его фильтрации, отсутствием возможности диспергирования содержащихся в топливе грубодисперсных взвесей и большим количеством отхода фильтрации.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является фильтр-диспергатор [1], содержащий корпус с расположенным в нем фильтродиспергирующем элементом, выполненным в виде пакета плоских тарелок, зазоры между которыми образуют фильтрующие каналы. Фильтродиспергирующий элемент соединен штоком с механическим приводом, который расположен снаружи корпуса. Между корпусом и штоком размещено уплотнение. Недостатками данного фильтра-диспергатора являются значительные затраты энергии на преодоление сил трения в уплотнении, а также низкое качество диспергирования топлива вследствие использования только одного эффекта - разрушения содержащихся в топливе грубодисперсных взвесей под действием кавитации, возникающей в фильтрующих каналах пакета тарелок. Интенсивность кавитации в фильтре недостаточно высока ввиду отсутствия ступенек между периферийными краями рядом расположенных тарелок и нерациональной их формы. По указанным причинам фильтр-диспергатор не обладает необходимой эффективностью подготовки тяжелого топлива к использованию в дизельном двигателе.
Целью предлагаемого технического решения является повышение эффективности подготовки тяжелого топлива к использованию в дизельном двигателе за счет высокоэффективного освобождения топлива от крупных частиц загрязнений и измельчения крупных молекулярных углеводородных образований, а также грубодисперсных взвесей, включая глобулы воды, при уменьшенных затратах энергии.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение степени фильтрации и диспергирования жидкого топлива при уменьшении затрат энергии.
Для достижения указанного технического результата фильтр-диспергатор нефтепродуктов содержит корпус, а также установленный внутри корпуса и подключенный к приводу механических колебаний посредством штока фильтродиспергирующий элемент с центральным каналом. Фильтродиспергирующий элемент выполнен в виде пакета тарелок с увеличивающимся от тарелки к тарелке в направлении движения нефтепродукта в центральном канале диаметром, установленных на центральном канале с формированием межтарелочных фильтрующих каналов. При этом привод механических колебаний выполнен в виде электромагнитного генератора колебаний и установлен внутри корпуса. В упомянутом пакете тарелок тарелки выполнены коническими по форме расширяющегося в направлении движения нефтепродукта в центральном канале конуса, причем тарелки установлены на стенке центрального канала соосно и с возможностью формирования внешними краями соседних тарелок ступенек. Фильтродиспергирующий элемент закреплен внутри корпуса посредством демпфирующих пружин противоположно направленного действия.
Технический результат достигается за счет синергетического наложения ряда технических эффектов. Во-первых, размещение привода механических колебаний и штока фильтродиспергирующего элемента внутри корпуса позволяет исключить уплотнение между штоком и корпусом, следовательно, исключить затраты энергии на преодоление сил трения в уплотнении при работе устройства. Во-вторых, выполнение привода механических колебаний в виде электромагнитного генератора колебаний усиливает эффект кавитационного разрушения сгустков молекул топлива и глобул воды за счет их поляризации в электромагнитном поле, что позволяет уменьшить затраты энергии на указанное разрушение, уменьшить размеры сгустков и глобул и, соответственно, уменьшив размер фильтрующих каналов между тарелками, существенно повысить степень фильтрации топлива. В-третьих, коническая форма пакета тарелок фильтродиспергирующего элемента обеспечивает наличие кавитирующих ступенек, формируемых внешними краями соседних тарелок. При движении фильтродиспергирующего элемента в направлении движения топлива в центральном канале (вверх) в зоне ступеньки образуется область разрежения, в которой возникают кавитационные каверны, а при движении фильтродиспергирующего элемента в противоположном направлении ввиду повышенного давления в указанной зоне каверны схлопываются, вызывая за счет гидравлического удара разрушение сгустков молекул топлива и глобул воды. В-четвертых, коническая форма тарелок в пакете определяет такую ориентацию фильтрующих каналов между тарелками, при которой при движении фильтродиспергирующего элемента вверх слой топлива между тарелками ввиду его инерции вызывает дополнительное разрежение в пространстве между тарелками, увеличивая размеры кавитационных каверн и интенсифицируя за счет этого разрушение сгустков молекул топлива и глобул воды.
Синергетическое наложение указанного ряда эффектов состоит в следующем. Выполнение привода механических колебаний в виде электромагнитного генератора колебаний, размещенного внутри корпуса устройства, обеспечивает возможность кавитационного разрушения сгустков молекул топлива и глобул воды, вызванных движением и предлагаемой формой фильтродиспергирующего элемента, непосредственно в электромагнитном поле, создаваемом электромагнитным генератором. Такое одновременное наложение эффектов вызывает существенное повышение интенсивности кавитационного разрушения сгустков молекул топлива и глобул воды за счет их поляризации в электромагнитном поле.
На Фиг. 1 представлена схема предлагаемого фильтра-диспергатора нефтепродуктов.
Возможная реализация фильтра-диспергатора нефтепродуктов содержит (Фиг. 1): корпус 1, разделенный на входную 2 и выходную 3 камеры; фильтродиспергирующий элемент 4, состоящий из пакета тарелок 5 и штока 6; привод механических колебаний 7, включающий электромагнтные катушки 8 прямого и обратного хода; демпфирующие пружины 9, 10 противоположно направленного действия; входной канал 11 необработанного топлива; выходной канал 12 обработанного топлива; канал 13 для очистки входной камеры 2; центральный канал 14 фильтродиспергирующего элемента 4; отверстия 15 в штоке фильтродиспергирующего элемента.
Фильтр-диспергатор нефтепродуктов работает следующим образом. Необработанное топливо поступает во входную камеру 2 через канал 11. Через фильтрующие каналы между тарелками 5 совершающего колебательные (возвратно-поступательные) движения фильтродиспергирующего элемента 4 топливо по стрелке А поступает в центральный канал 14, по которому в направлении стрелки Б топливо поднимается вверх и по отверстиям 15 в штоке перетекает в полость выходной камеры 3 и далее по стрелке В поступает в выходной канал 12. Кавитационные каверны, разрушающие сгустки молекул топлива и глобулы воды, образуются и схлопываются в зоне ступенек Г, сформированными внешними краями соседних тарелок 5 фильтродиспергирующего элемента 4.
Совокупность предложенных в изобретении признаков позволяет достичь высокого качества очистки и диспергирования нефтяного топлива, снижения затрат энергии на работу устройства и высокой надежности его работы при сохранении простоты конструкции и относительно невысокой стоимости устройства.
[1] Кочанов Э.С., Кочанов Ю.С., Скачков А.Е. Электрические методы очистки судовых топлив. - Л.: Судостроение, 1990. - С. 48-50.