Дизельная установка

Полезная модель относится к судовым техническим средствам по предотвращению загрязнения нефтепродуктами окружающей среды и предназначена для повышения эффективности утилизации нефтесодержащих вод.
Известна полезная модель устройства для очистки нефтесодержащих вод в виде нефтеводяных сепараторов типа СК, СКМ, УСКГ, сепараторы типа ОВ и др. (см., например, Справочник судового механика по теплотехнике / И.Ф. Кошелев, А.П. Пимошенко, Г.А. Попов, В.Я. Тарасов. - Л: Судостроение, 1987, - 480 с: стр. 414-419). Подобные сепарационные установки дорогие, занимают значительное место в машинном отделении, требуют квалифицированного обслуживания и ремонта, поэтому их установка не всегда целесообразна.
Известна также полезная модель «Дизельная установка» согласно патенту на полезную модель №151927 по заявке №2014121199 от 26.05.2014, авторы Чичурин А.Г., Шураев О.П., Садеков М.Х., Власов В.Н.
Дизельная установка, включает последовательно соединенные систему топливоподготовки, дизель, коммутатор отработанных газов дизеля, утилизационный котел, газоанализатор, а также обводной канал и цистерну нефтесодержащих вод, причем вход обводного канала соединен с вторым выходом коммутатора отработанных газов дизеля, а выход обводного канала подключен к выходу утилизационного котла, кроме того содержит последовательно соединенные систему подготовки нефтесодержащих вод, регулируемый клапан и форсунку нефтесодержащих вод, причем система подготовки нефтесодержащих вод содержит последовательно соединенные фильтр грубой очистки, вход которого является входом системы подготовки нефтесодержащих вод и подключен к цистерне нефтесодержащих вод, насос и фильтр тонкой очистки, выход которого является выходом системы подготовки нефтесодержащих вод, при этом форсунка нефтесодержащих вод установлена в обводном канале.
В данной полезной модели дизельной установки, отфильтрованные нефтесодержащие воды с низкой концентрацией нефтепродуктов через регулируемый клапан подаются в обводной канал через форсунку. Распыленные нефтесодержащие воды вместе с отработавшими газами дизеля идут по обводному каналу. При этом происходит нагрев нефтесодержащих вод отработавшими газами и испарение из их состава воды.
Поскольку отработавшие газы на выходе дизеля имеют достаточно высокую температуру (350-400°С), то в обводном канале также происходит процесс испарения и последующего дожигания нефтеостатков из состава нефтесодержащих вод.
Здесь в процессе утилизации нефтесодержащих вод энергия отработавших газов расходуется последовательно на нагрев распыленных в обводном канале нефтесодержащих вод и их испарение. Поэтому для увеличения эффективности данной полезной модели целесообразно снизить затраты на нагрев и испарение нефтесодержащих вод.
Наиболее близкой по технической сущности является полезная модель «Дизельная установка» согласно патенту на полезную модель №172627 по заявке №2016144787 от 15.11.2016, авторы Чичурин А.Г., Шураев О.П., Храмов М.Ю., Добротворская А.П.
Дизельная установка, включает последовательно соединенные систему топливоподготовки, дизель, коммутатор отработанных газов дизеля, утилизационный котел, газоанализатор, а также обводной канал с форсункой нефтесодержащих вод и причем вход обводного канала подключен к второму выходу коммутатора отработанных газов дизеля, а выход обводного канала подключен к выходу утилизационного котла, кроме того содержит последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод, систему подготовки нефтесодержащих вод и регулируемый клапан причем система подготовки нефтесодержащих вод содержит последовательно соединенные фильтр грубой очистки, вход которого является входом системы подготовки нефтесодержащих вод, насос и фильтр тонкой очистки, выход которого является выходом системы подготовки нефтесодержащих вод, а также подогреватель нефтесодержащих вод, вход которого соединен с выходом регулируемого клапана, а выход подключен к входу форсунки нефтесодержащих вод.
В данной полезной модели нефтесодержащие воды перед подачей на форсунку нефтесодержащих вод подогреваются до температуры, близкой к температуре кипения воды (90…99°С). В результате утилизируемые нефтесодержащие воды после распыления в обводном канале практически сразу испаряются, то есть нет затрат теплоты на нагрев нефтесодержащих вод до кипения. Поэтому появляется возможность увеличить количество подаваемых нефтесодержащих вод на форсунку нефтесодержащих вод для утилизации, то есть повышается эффективность утилизации нефтесодержащих вод.
Однако, здесь имеются значительные затраты на испарение нефтесодержащих вод подаваемых в обводной канал. Так, например, теплоемкость воды при 100°С равна 4.220 кДж/(кг⋅К), а удельная теплота парообразования 2256.8 кДж/кг (см., например, книгу Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи, М., «Энергия», 1973. 320 с. с ил., стр. 299-300). А это означает, что испарение 1 кг воды требует энергии более чем в 5 раз по сравнению с ее нагревом, например, от 0 до 100°С.
Задачей полезной модели является повышение эффективности утилизации нефтесодержащих вод, отработавшими газами дизеля путем их перегрева перед подачей в обводной канал дизеля.
Задача полезной модели достигается тем, что в известной дизельной установке, включающей последовательно соединенные систему топливоподготовки, дизель, коммутатор отработанных газов дизеля, утилизационный котел, газоанализатор, а также обводной канал с форсункой нефтесодержащих вод и причем вход обводного канала подключен ко второму выходу коммутатора отработанных газов дизеля, а выход обводного канала подключен к выходу утилизационного котла, кроме того содержит последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод, систему подготовки нефтесодержащих вод, регулируемый клапан и подогреватель нефтесодержащих вод, причем система подготовки нефтесодержащих вод содержит последовательно соединенные фильтр грубой очистки, вход которого является входом системы подготовки нефтесодержащих вод, насос и фильтр тонкой очистки, выход которого является выходом системы подготовки нефтесодержащих вод, дополнительно введен перегреватель нефтесодержащих вод, вход которого соединен с выходом подогревателя нефтесодержащих вод, а выход подключен к входу форсунки нефтесодержащих вод.
Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем.
В известной полезной модели нефтесодержащие воды перед подачей на форсунку нефтесодержащих вод подогреваются до температуры, близкой к температуре кипения воды (90…99°С). В результате утилизируемые нефтесодержащие воды после распыления в обводном канале практически сразу начинают испаряться. Однако на испарение требуется весьма значительная энергия.
В заявляемой полезной модели предлагается нагревать нефтесодержащие воды перед подачей в топку котла до температуры выше 100°С, при этом можно использовать как «бросовую» теплоту самого котла, так и судовых дизелей, которой, как правило, на судне достаточно много (см., например, Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. - Л.: Судостроение, 1988, 296 с; стр. 231-232). Поскольку давление в трубопроводе перед форсункой выше атмосферного, закипания воды в составе нефтесодержащие воды не происходит. Давление в обводном канале близко к атмосферному, поэтому после попадания порции нефтесодержащих вод в топку, вода в ее составе оказывается перегретой. При этом часть воды в составе нефтесодержащих вод практически моментально превратится в пар, причем количество пара определится величиной перегрева воды относительно 100°С. Чем больше перегрев, тем больше образуется пара (см., например, Павленко A.M., Климов Р.А. Особенности вскипания капель дисперсной фазы эмульсий при изменении температуры несущей среды. // Журнал «Металлургия, теплотехника», вып. 2(17), 2010, с. 149-156.). Это, в свою очередь, ведет к уменьшению затрат теплоты, выделяющейся в топке котла при сгорании топлива, на утилизацию нефтесодержащих вод. Поэтому, появляется возможность увеличить количество подаваемых нефтесодержащих вод в обводной канал для утилизации, то есть повышается эффективность утилизации нефтесодержащих вод.
Таким образом, в заявляемой полезной модели после впрыска нефтесодержащих вод в обводной канал уменьшаются затраты теплоты, необходимые на испарение воды в составе впрыснутой порции нефтесодержащей воды, что ведет к повышению эффективности утилизации нефтесодержащих вод отработавшими газами дизеля
При этом у заявляемой полезной модели появляются новые свойства, заключающиеся в применении перегрева воды в составе нефтесодержащей воды, не совпадающие со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности утилизации нефтесодержащих вод отработавшими газами дизеля.
На фиг. приведена структурная схема дизельной установки.
Дизельная установка, включает последовательно соединенные систему топливоподготовки 1, дизель 2, коммутатор отработавших газов дизеля 3, утилизационный котел 4, газоанализатор 5, а также обводной канал 6 и цистерну нефтесодержащих вод 7, причем вход обводного канала 6 соединен со вторым выходом коммутатора отработавших газов дизеля 3, а выход обводного канала 6 подключен к выходу утилизационного котла 4, а также последовательно соединенные систему подготовки нефтесодержащих вод 8, регулируемый клапан 12, подогреватель нефтесодержащих вод 14, перегреватель нефтесодержащих вод 15 и форсунку нефтесодержащих вод 13, причем система подготовки нефтесодержащих вод 8 содержит последовательно соединенные фильтр грубой очистки 9, вход которого является входом системы подготовки нефтесодержащих вод 8 и подключен к выходу цистерны нефтесодержащих вод 7, насос 10 и фильтр тонкой очистки 11, выход которого является выходом системы подготовки нефтесодержащих вод 8.
Осуществление полезной модели
В известной полезной модели дизельной установки, отфильтрованные нефтесодержащие воды с низкой концентрацией нефтепродуктов с выхода системы подготовки нефтесодержащих вод 8 через регулируемый клапан 12, подогреватель нефтесодержащих вод 14, подаются в обводной канал 6 через форсунку нефтесодержащих вод 13, где происходит их распыление. В подогревателе нефтесодержащих вод 14 нефтесодержащие воды подогреваются до температуры близкой к температуре кипения воды (90-99°С). В результате утилизируемые нефтесодержащие воды после распыления в обводном канале 6 практически сразу подвергаются процессу испарения, то есть нет затрат энергии от потока отработавших газов дизеля 2 в обводном канале 6 на нагрев нефтесодержащих вод до кипения.
Однако, здесь имеются значительные затраты на испарение нефтесодержащих вод подаваемых в обводном канале 6. Так, например, теплоемкость воды при 100°С равна 4.220 кДж/(кг⋅К), а удельная теплота парообразования 2256.8 кДж/кг (см., например, книгу Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи, М., «Энергия», 1973. 320 с. с ил., стр. 299-300). А это означает, что испарение 1 кг воды требует энергии более чем в 5 раз по сравнению с ее нагревом, например, от 0 до 100°С.
В заявляемой полезной модели предлагается нагревать нефтесодержащие воды перед подачей в обводной канал 6 до температуры выше 100 С. Для этого нефтесодержащие воды с выхода подогревателя нефтесодержащих вод 14 подаются на перегреватель нефтесодержащих вод 15 и далее на форсунку нефтесодержащих вод 13. при этом можно использовать как «бросовую» теплоту самого котла, так и судовых дизелей, которой, как правило, на судне достаточно много (см., например, Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. - Л.: Судостроение, 1988, 296 с; стр. 231-232). Поскольку давление в трубопроводе перед форсункой нефтесодержащих вод 13 выше атмосферного, закипания воды в составе нефтесодержащих вод не происходит. Давление в обводном канале 6 близко к атмосферному, поэтому после попадания порции нефтесодержащих вод в обводной канал 6, вода в ее составе оказывается перегретой. При этом часть воды в составе нефтесодержащих вод практически моментально превратится в пар, причем количество пара определится величиной перегрева воды относительно 100°С. Чем больше перегрев, тем больше образуется пара (см., например, Павленко A.M., Климов Р.А. Особенности вскипания капель дисперсной фазы эмульсий при изменении температуры несущей среды // Журнал «Металлургия, теплотехника», вып. 2(17), 2010, с. 149-156.). Это в свою очередь, ведет к уменьшению затрат теплоты, отработавших газов дизеля, на утилизацию нефтесодержащих вод. Поэтому, появляется возможность увеличить количество подаваемых нефтесодержащих вод в обводной канал 6 для утилизации, то есть повышается эффективность утилизации нефтесодержащих вод.
Таким образом, в заявляемой полезной модели после впрыска нефтесодержащих вод в обводной канал 6 уменьшаются затраты теплоты, необходимые на испарение воды в составе впрыснутой порции нефтесодержащей воды, что ведет к повышению эффективности утилизации нефтесодержащих вод отработавшими газами дизеля путем их перегрева перед подачей в обводной канал дизеля.
При этом у заявляемой полезной модели появляются новые свойства, заключающиеся в применении перегрева воды в составе нефтесодержащей воды, не совпадающие со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности утилизации нефтесодержащих вод отработавшими газами дизеля.