CN100535524C - 具有磁性联轴器的燃料处理装置和其运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种处理燃料的装置(100)具有一个磁性联轴器(300)，它可从马达(500)传递旋转能量到燃料均匀器(400)。磁性联轴器(300)具有可以与燃料脱离接触的磁性件(336、338)。

Description

具有磁性联轴器的燃料处理装置和其运行方法
技术领域
本技术领域属于燃料系统。更具体地说，技术领域包括改善燃料、燃料混合物和燃料-水混合物等均匀性的方法和装置。
背景技术
传统的燃料均匀器设计用来剪碎沥青并使其混合在重燃料油中。沥青为稠密的碳粒，它在燃料箱中和在燃料处理系统中形成淤渣。沥青阻塞燃料滤清器并需要处置过量的废物。在系统的燃烧终端，沥青导致燃料的不完全燃烧。
传统燃料均匀器包括密封件，并且也有温度和压力运行限制。如果超过运行限制，或如果燃料均匀器没有正确地维护，热燃料将漏出机械密封件以外。燃料可能会损坏轴的轴承和其它部件，并且造成环境保护方面的危险状况。
发明概要
按照本发明的一实施方案，燃料处理装置包括燃料均匀器和联轴器。可以设置马达以便对联轴器提供旋转动力。燃料均匀器包括定子、可旋转地相对于定子安装的转子(其中空隙在转子和定子之间在平行于转子的旋转轴线的方向上延伸，从空隙的入口部分至空隙的出口部分空隙逐渐地变窄，并且转子和定子的相对表面被设置得剪碎通过空隙行进的燃料中的沥青)、与该空隙流体连通的入口和与该空隙流体连通的出口。联轴器包括具有第一磁性件的驱动转子、具有第二磁性件的被动转子和可旋转地安装在其纵向轴线上的轴，其中轴可旋转地联结在均匀器的转子上和联轴器的被动转子上。当旋转动力提供到联轴器上时，第一磁性件把驱动转子的旋转运动传递到第二磁性件上，从而转动被动转子。
按照上述实施方案，磁性件可以与燃料隔离接触，从而避免损坏或使磁性件恶化。
也按照上述实施方案，燃料可以在被动转子上循环冷却并且润滑燃料处理装置的部件。燃料处理装置也能够比传统装置在更高的温度下运行。
按照本发明的另一实施方案，一种处理燃料的方法，包括：提供联轴器，其具有带第一磁性件的驱动元件和带第二磁性件的被动元件，驱动元件通过第一和第二磁性件磁性地连接于被动元件；提供燃料均匀器，其具有一定子和相对于定子可转动地安装的一转子，其中，转子可转动地连接于联轴器的被动元件；提供燃料给转子；提供旋转能量给驱动元件，该旋转能量转动驱动元件和第一磁性件，其中，第一磁性件传送旋转能量给第二磁性件并转动转子；以及当燃料行进通过空隙时用转子和定子的相对表面剪碎燃料中的沥青，空隙在转子和定子之间在平行于转子的旋转轴线的方向上延伸，其中从空隙的入口部分至空隙的出口部分空隙逐渐地变窄。
按照本发明的另一实施方案，燃料处理装置包括增加燃料均匀度的装置、提供旋转能量的装置和联轴器。所述用于增加燃料均匀度的装置包括：转子，可旋转地相对于定子安装，其中空隙在转子和定子之间在平行于转子的旋转轴线的方向上延伸，从空隙的入口部分至空隙的出口部分空隙逐渐地变窄，并且转子和定子的相对表面被设置得当燃料行进通过空隙时剪碎燃料中的沥青；入口，与空隙流体连通，并且被设置得向转子输送燃料；和出口，与空隙流体连通。所述联轴器用于从提供旋转能量的装置传递旋转能量到增加燃料均匀度的装置，该联轴器包括：具有第一磁性联轴器装置的驱动装置；和具有第二磁性联轴器装置的被动装置，该被动装置联结于增加燃料均匀度的装置。
在参照下列各项图纸并阅读各种实施方案的下列详细描述以后，本行业熟练人士将认识到以上所说及其它优点和本发明各种实施方案的利益。
按照惯例，图纸的各种特征不一定按比例绘制。各特征的尺寸可能放大或缩小以便更清楚地阐明本发明的实施方案。
附图简要说明
详细的描述将参照下列图纸，其中相同的数字表示相同的元件，其中：
图1为按照本发明综合燃料处理装置的动力系统示意图；
图2为按照本发明的燃料处理装置前视剖面图；和
图3为按照图2中3-3线的剖面图。
具体的实施方式
图1为动力系统1000的示意图，其中燃料处理装置100可以用来处理在系统1000中的燃料。例如，动力系统1000可以为用于船舶的推进系统。
动力系统1000可以包括主机200和辅机210、220。重燃料油保持在重燃料油日用油箱230中，而柴油保持在柴油日用油箱232中。重燃料油和柴油混合后供应到供给泵236。供给泵236输送燃料到燃料处理装置100。在燃料处理装置100中处理以后，燃料用循环泵238供给到各发动机200、210、220。燃料也可以通过滤清器240滤清。
重燃料油沉淀箱250通过净化器252对重燃料油日用箱230提供重燃料油。燃料处理装置100可以与净化器252串联以便处理从重燃料油沉淀箱250来的燃料。也可以包括一个减少淤渣的分支循环264，其中燃料在处理装置100中处理后返回到重燃料油沉淀箱250。柴油可以在通过净化器262后从船用柴油(MDO)储存箱260提供到柴油日用箱232。
可以在系统1000中包括一个废油燃烧系统270处理废油。废油可通过，例如，在辅助锅炉或焚烧炉中燃烧处置。从净化器252、262来的废料可以用废油燃烧系统处置。
系统1000包括处理各种燃料、燃料混合物和燃料-水混合物的处理装置100。燃料处理装置100在图2和图3中进一步阐明。
图2为燃料处理系统100的前视剖面图。图3为取自图2中系统100的剖面图。燃料处理装置100包括联轴器300、燃料均匀器400和马达500。燃料均匀器400在入口402接受燃料、燃料混合物或燃料-水混合物并在出口404输出经过处理的燃料。进来的燃料可以是单独的燃料类型、或二种或多种燃料的混合物、水和燃料的混合物、或者任何以上类型的组合加上添加剂。在本说明书中，进来的燃料和/或燃料混合物可以称作通用名词“燃料”。名词“燃料”也可以理解为燃料可以是水和燃料的混合物并且包含其它添加剂。
马达500提供旋转能量以运行均匀器400。马达500可旋转地通过联轴器300联结在均匀器400上。联轴器300通过轴302联结在马达500上。轴302连接在马达500的方式可以是传统的，因此在此不予阐明。
均匀器400包括壳体401和一个同轴地并且可旋转地安装在锥形定子420内的锥形转子410。进来的燃料按箭头所示方向进入入口402，并穿过转子/定子空隙入口424。在一个实施方案中，转子/定子空隙入口424可具有宽度(垂直于均匀器400轴线方向测量)约3.0mm。按照应用情况也可以采用其它空隙入口宽度。转子410和定子420具有不同锥度时，其结果使转子410和定子420之间成为逐渐变狭的宽度418。如图2中箭头所示，燃料进入转子410和定子420之间逐渐变狭的空隙418，并且通过转子/定子空隙出口426离开。转子/定子空隙出口426具有可调节的宽度，按平行于均匀器400的中心线方向测量。转子/定子空隙出口426可具有宽度范围为，例如，约0.15-0.3mm。也可以采用其它宽度，视所处理燃料所需均匀度和所处理燃料的类型而定。
当燃料进入渐狭的空隙418时，燃料中的沥青在互相对置的转子410和定子420的表面之间被剪碎。均匀器400也担当混合不同燃料类型(包括进来的燃料)的作用，如果在进来的燃料中包含多种燃料类型。水和/或添加剂(如果存在)也在燃料中混合。进来的燃料的均匀程度从而由均匀器400提高。
联轴器300把旋转能量从马达500传递到均匀器。联轴器300为磁性的并且比较传统的联轴器装置提供更多的优点。联轴器300将在以下详细描述。
联轴器300包括轴承壳体304和轴承支架306。联轴器300可包括一个用于安装联轴器300在外部表面上的支架307，例如在船舶应用中的甲板上。轴承壳体304用布置在轴承壳体304周边上的多个螺栓308联结在均匀器400上。在图2中只显示出一个螺栓。轴承壳体304用布置在轴承支架306周边上的螺栓(只显示一个螺栓309)联结在轴承支架306上。
在联轴器300中，驱动转子310磁性地联结在被动转子330上。驱动转子310从马达500接受旋转能量，并通过磁性联轴器传递旋转能量到被动转子330。驱动转子310连接于轴302，而该轴转而联结于马达500。轴302由在轴承支架306中的轴承312支承，而驱动转子310由在轴承支架306中的轴承316支承。轴承312、316可以，例如，是滚珠轴承。
被动转子330包括联结于均匀器400转子410的轴332。轴332可以通过(例如)具有键槽442的螺栓440联结于转子410。在键槽442中嵌入键以保证轴332和转子一起旋转。转子410因此与联轴器300的被动转子一起旋转。
磁性联轴器是通过从一个外部磁性件336和一个内部磁性件338来的磁场的互相作用而建立的。外部磁性件336联结在驱动转子310上，而内部磁性件338联结在被动转子330上。磁性件336、338可以由安装成为环形的永久磁铁组成。内部磁性件环338可以包括一排磁铁360，而外部磁性件环336可以包括一排磁铁362。各磁性件336、338较佳地为两个单独的磁铁环形状。磁性件336、338的形状和布置将在以下参照图3进一步详细讨论。磁性件336、338创造一种多极磁性联轴器，它能够通过联轴器300的密封壳体340传递驱动转子310的旋转能量。
密封壳体340位于驱动转子310内部。密封壳体340静止地连接在轴承壳体304上，并且不与被动转子一起旋转。密封壳体340可以与垫片(未示)一起连接在轴承壳体304上，该垫片位于密封壳体340和轴承壳体304之间形成在密封壳体340内密封壳体或内室。密封壳体340可以由诸如陶瓷或不锈钢制成。
燃料在密封壳体340内循环。燃料可以经过均匀器400的出口圆盘444的周边进入密封壳体340。在密封壳体340内部循环的燃料冷却并且润滑密封壳体340内的部件。例如，轴332可以安装在套筒轴承350上，该轴承被循环燃料所润滑和冷却。套筒轴承较佳于传统的需要占据联轴器300中较大体积的滚珠轴承。套筒轴承可以用诸如碳化物钢制成。
内部磁性件338被封闭在被动转子330之内并且与流动在联轴器300内的燃料隔离。外部磁性件336也与燃料隔离接触，因为燃料并不进入密封壳体340和驱动转子310之间的空间。
在运行时，马达500旋转轴302，而轴转动驱动转子310。外部磁性件336磁性地连接于内部磁性件338，从而使被动转子330旋转。轴332可旋转地联结于被动转子330，并与被动转子330一起旋转。均匀器400的转子410连接于轴332，并且以与轴332同样的角速度旋转。当燃料进入均匀器400的入口时，它被吸入转子/定子入口空隙424，而诸如沥青的粒状物体逐渐地被空隙418中的剪切力所磨碎和混合。燃料的均匀化程度也随着沥青混合进入液体燃料和随着不同类型的燃料、水和添加剂(如果存在)混合在一起而增加。燃料穿过转子/定子空隙出口426并通过出口404而离开均匀器400。合适的处理后沥青尺寸应该为小于约5微米直径。出口404可以联结到燃料管线，该管线可供给处理后的燃料到(例如)发动机中。
在燃料处理装置100运行时，燃料可以有利地连续循环通过密封壳体340的内部。燃料在密封壳体内冷却和润滑部件。水可以在燃料通过燃料处理装置100以前添加到燃料中。燃料处理装置然后建立起燃料-水乳剂，当该乳剂喷入柴油机时可以导致降低的氧化氮(NOX)排放量。
图3为取自图2中3-3线的联轴器300的剖面图。如图3所示，内部磁性件338包括在被动转子330中由磁铁360组成的环。参照图2，内部磁性件338可以包括两个这样的环。两个环可以布置为端面对端面模式同轴地对准。相似地，外部磁性环可以包括两个同轴地对准的而由磁铁362组成的环。
按照上述实施方案，内部磁性件338的磁铁360封装在被动转子330内，而驱动转子310的磁铁362对于封闭壳体340和驱动转子310之间的空间开放，该空间不存在燃料。磁性件336、338因此与燃料脱离接触，而燃料可能损坏或使磁铁360、362变质。较佳地，封闭壳体340安装在驱动转子310内部，使其中间的空间气密地密封。
也按照上述实施方案，燃料在密封壳体340中循环而冷却和润滑位于其间的部件。套筒轴承350被燃料所润滑，使联轴器300的运行平稳和无需维护。
燃料处理装置100能够在很高的温度下运行。例如，燃料处理装置可以在约400℃的燃料温度下运行。相反，传统燃料均匀器的安全运行燃料最高温度范围在约150-180℃内。
马达500可以，例如，为一台电动机。一种合适的电动机是由德国Nordenham的ATB发动机技术公司生产，型号为IM B 35，销售号码为DE 160M-4。其他马达诸如德国Erlangen，SIEMENS(西门子)自动化和驱动集团生产的也可应用。一种合适的马达类型为通常标识为“鼠笼马达”的电动机。马达500，和相应地均匀器400，可以在广阔的旋转范围内运行。例如，当处理用于船舶应用中的重燃料油时，可以采用旋转速度为约1000-3000转/分钟范围。不过，马达500根据所处理燃料的类型和所处理燃料的用途，可以采用任何合适的速度。马达500可拆卸地安装在联轴器300的轴302上(图2)，并且装配成为单独的单元。
按照本说明书披露的实施方案，均匀器400可以执行剪切和/或磨碎在燃料中粒状物体的功能。均匀器400也混合各种类型的燃料、水、和添加剂。名词“均匀器”并不意味进入均匀器的燃料或燃料混合物将在均匀器400中处理以后具有高度的均匀程度。
以上动力系统1000是作为船舶动力装置而描述的。不过，以上描述的燃料处理装置100实施方案可以在其它方面应用。例如，燃料处理装置100可以在发电设施中使用。前面的发明描述阐明和描述了本发明。此外，这项公布只显示和描述选出的较佳的发明实施方案，但应该理解这项发明可以在各种组合、改型和环境中应用，并且能够在此表达的发明性概念范围内作出变化和变型，并且与以上说明和/或有关工艺的技巧和知识范围内一致。
以上描述的实施方案还打算解释最佳实施发明的模式，使本行业熟练人士在这样或那样实施方案中利用本发明，并随同发明特殊应用或使用所需的各种变型。相应地，这些说明不是为了限制发明在这里的披露形式。另外，所附权利要求应理解为包括没有明确地在详细说明中描述的可替代实施方案。

Claims (20)

1.一种燃料处理装置(100)，包括：
燃料均匀器(400)，其中燃料均匀器(400)包括：
定子(420)；
转子(410)，可旋转地相对于定子(420)安装，其中空隙(418)在转子(410)和定子(420)之间在平行于转子(410)的旋转轴线的方向上延伸，从空隙(418)的入口部分至空隙(418)的出口部分空隙(418)逐渐地变窄，并且转子(410)和定子(420)的相对表面被设置得剪碎通过空隙(418)行进的燃料中的沥青；
入口(402)，与空隙(418)流体连通；和
出口(426)，与空隙(418)流体连通；和
联轴器(300)，其中联轴器(300)包括：
驱动转子(310)，具有第一磁性件(336)；
被动转子(330)，具有第二磁性件(338)；和
轴(332)，可旋转地安装在其纵向轴线上，其中轴(332)可旋转地连接于均匀器(400)的转子(410)和被动转子(330)上，其中第一磁性件(336)传递驱动转子(310)的旋转运动到第二磁性件(338)，从而转动被动转子(330)。
2.如权利要求1所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，包括：
密封壳体(340)，其至少部分地封装被动转子(330)，其中在密封壳体(340)和驱动转子(310)之间存在空隙。
3.如权利要求2所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，第一磁性件(336)暴露在密封壳体(340)和驱动转子(310)之间的空隙中。
4.如权利要求2所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，密封壳体(340)设置在第一磁性件(336)和第二磁性件(338)之间。
5.如权利要求2所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，密封壳体(340)和驱动转子(310)之间的空间至少部分地由密封壳体(340)和驱动转子(310)气密地密封。
6.如权利要求2所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，
密封壳体(340)的内部与燃料均匀器(400)的转子(410)和定子(420)之间的空隙(418)流体连通：和
当轴(332)旋转时燃料从均匀器(400)流入密封壳体(340)。
7.如权利要求1所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，驱动转子(310)可旋转地安装在轴承支架(306)内。
8.如权利要求1所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，轴(332)安装在至少一个套筒轴承(250)中。
9.如权利要求1所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，第一磁性件(336)包括至少一个设置在驱动转子(330)上的磁铁(362)组成的环。
10.如权利要求9所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，
第二磁性件(338)包括至少一个设置在被动转子(330)上的磁铁(360)组成的环；和
第二磁性件(338)与第一磁性件(336)同轴心地布置。
11.如权利要求1所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，包括：
马达(500)，其中马达(500)联结于轴(332)，并且对轴(332)提供旋转能量，从而使均匀器(400)的转子(410)旋转。
12.如权利要求11所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，马达(500)在1000-3000转/分钟的转速范围内运行。
13.一种处理燃料的方法，包括：
提供联轴器，其具有带第一磁性件的驱动元件和带第二磁性件的被动元件，驱动元件通过第一和第二磁性件磁性地连接于被动元件；
提供燃料均匀器，其具有一定子和相对于定子可转动地安装的一转子，其中，转子可转动地连接于联轴器的被动元件；
提供燃料给转子；
提供旋转能量给驱动元件，该旋转能量转动驱动元件和第一磁性件，其中，第一磁性件传送旋转能量给第二磁性件并转动转子；以及
当燃料行进通过空隙时用转子和定子的相对表面剪碎燃料中的沥青，空隙在转子和定子之间在平行于转子的旋转轴线的方向上延伸，其中从空隙的入口部分至空隙的出口部分空隙逐渐地变窄。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，提供燃料包括：提供多种燃料类型给均匀器。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，提供燃料包括：提供燃料和水的混合物给均匀器。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，提供联轴器包括：提供设置在第一和第二磁性件之间的密封壳体。
17.一种燃料处理装置，包括：
增加燃料均匀度的装置，其中所述用于增加燃料均匀度的装置包括：
转子，可旋转地相对于定子安装，其中空隙在转子和定子之间在平行于转子的旋转轴线的方向上延伸，从空隙的入口部分至空隙的出口部分空隙逐渐地变窄，并且转子和定子的相对表面被设置得当燃料行进通过空隙时剪碎燃料中的沥青；
入口，与空隙流体连通，并且被设置得向转子输送燃料；和
出口，与空隙流体连通；
提供旋转能量的装置；和
联轴器，用于从提供旋转能量的装置传递旋转能量到增加燃料均匀度的装置，该联轴器包括：
具有第一磁性联轴器装置的驱动装置；和
具有第二磁性联轴器装置的被动装置，该被动装置联结于增加燃料均匀度的装置。
18.如权利要求17所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，联轴器包括：
密封壳体设置在第一磁性联轴器装置和第二磁性联轴器装置之间。
19.如权利要求18所述的燃料处理装置(100)，其特征在于，联轴器包括：可旋转地联结于被动装置和增加燃料均匀度的装置的轴。
20.如权利要求18所述的燃料处理装置(100)，其特征在于：
从增加燃料均匀度的装置来的燃料可以进入密封壳体内部，但与密封壳体的外部隔离。
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