CN104368249B - 动态超高压中程增压双射流纳米乳化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态超高压中程增压双射流纳米乳化装置，该装置主要由进料系统、底座、机身、双出轴电动机、变速器(1)、变速器(2)、第一级超高压泵、第一级射流阀、中程增压过渡压力蓄能贮油器、第二级超高压泵、第二级射流阀、进油管(1)、出油管(1)、进油管(2)、出油管(2)、纳米乳化液贮油系统组成。由附图可知其特征是，在第一级射流阀和第二级超高压泵之间装有中程增压过渡压力蓄能贮油器，它把经第一级射流阀出来的第一级乳化油的高速流体的流速迅速降低动能转化为压力势能，并蓄存在贮油箱中，再由中程增压过渡压力蓄能贮油器把第一级乳化油输入到第二级超高压泵中，经第二级射流阀再次均质乳化达到纳米乳化的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种高能纳米乳化装置，特别是涉及一种动态超高压中程增压双射流纳米乳化装置。
技术背景
燃油加水乳化更环保、更节能，人类在燃油渗水乳化技术方面的研究探索已有百年历史，1903年英国剑桥大学HOPKINSONY就提出发动机掺水燃烧的思想，1927年英国首先提出并完成了用超声波制取乳化油。上世纪六十年美国成功研究和试用了柴油掺水燃烧用于动力机械中，1981年国际燃烧协会第一次年会决定把燃油掺水乳化作为三大节能措施之一，引起了各工业国家的进一步重视，目前有关燃油掺水技术仍在积极进行中。上世纪八十年代我国国家科委和中科院联合组织了“七五”、“八五”攻关，进行了大量研究，取得了具有自主知识产权的技术成果。到了九十年代出现了水变油的伪科学，负面影响极大，给乳化油燃料和清洁燃烧的应用发展造成一定难度，但仍是国家支持的项目，燃油掺水乳化至今推广和应用还存在的问题：1、乳化油的稳定性和可靠性是关键因素之一，乳化油是油、水两相混合液，水是分散相，油是连续相，水和油是相互不溶解，只能形成悬浮混合液是不稳定，后来人们利用表面活性剂把油和水混合起来，使其具有热力学稳定性，还是不具有动力学稳定性，最终还是会分离，用于动力机械时由于振动会加快分离；2、油包水是乳化油的重要特性，使浮化油有油性，保障设备不因燃料有水而发生损坏，一般乳化油的油性特征还不是很可靠，这是影响推广的重要因素之一；3、乳化剂用量较大，且价格偏高，它的成本减少了节能的经济效益，因此影响了用户应用的积极性。
本发明生产的纳米乳化液，又称超细乳化液，它的水相粒径在50-100nm，纳米技术：无论什么物质，一旦尺寸缩小到100nm以下就会呈现全新的特性，与较大的粒子比较，它有奇特的物理和化学特性，纳米粒的关键在于尺寸，纳米物质的尺寸使原子之间和它们的组分之间，发生独特的相互作用，当水的粒子尺寸达到50-100nm时，它能迅速与周围的油分子混合形成稳定的油包水，它不能自发形成，它的性质和稳定性主要依赖于制备方法，原料加序和乳化过程中产生的相态变化，纳米乳液的形成需要外加能量，本发明是利用动态超高压中程增压两级射流纳米乳化机来向水、油两相混合液中输入能量形成纳米乳化液，解决目前微乳液尚存在的问题，消除乳化油推广应用中的障碍。
发明内容
本发明主要由进料系统、底座、机身、双出轴电动机、第一级超高压泵、变速器(1)、进油管(1)、第一级射流阀、出油管(1)、中程增压过渡压力蓄能贮油器、变速器(2)、第二级超高压泵、第二级射流阀、进油管(2)、出油管(2)、纳米乳化液贮油系统组成，其中进料系统包括水、油两相悬浮混合液贮罐、过滤器、低压输油泵、进油管(1)，中程增压过渡压力蓄能贮油器包括进口单向阀、气囊，贮油箱、出口单向阀，贮油系统包括贮油箱，自动泄油泵，贮油罐、输油泵，底座是整机的基础，起支撑作用，由铸铁或槽钢焊接制成，机身落座在底座上，在底座的导轨上装有双出轴Y型三相异步电动机，电动机在导轨上可有适应性位移，用以调整电动机出轴三角皮带轮的三角胶带的传动张紧力，还装有QC型磁力启动器，对大功率电动机配有电气控制箱，使之启动时保护电网，在电动机的左右两端出轴装有小三角皮带轮，配有两个变速箱，该变速箱由二级变速组成，第一级采用三角皮带传动，以防在特殊情况下(过载)引起设备损坏，第二级采用齿轮传动，大三角皮带轮与小齿轮同轴，与曲轴联成一体的大齿轮与小齿轮齿合，并转动曲轴，曲轴通过连杆、滑块、使柱塞在高压泵中作往复直线运动，高压泵中的油、水两相料液流体的高压能量是由柱塞往复运动获得，中程过渡压力蓄能贮油器确保油水乳化液两相流体在乳化过程流体运动的连续性和实现中程增压完成两级射流均质乳化，在第一级射流阀和第二级射流阀都各装有一只压力表，压力表显示的数据是阀的高压和背压之和，从第一级射流阀流出的高速流体的流速迅速降低，其动能转化为势能流体压力回升，经出油管(1)并通过中程过渡压力蓄能贮油器的进口单向阀进入贮油器中的贮油箱中完成第一级均质乳化，该第一级乳化油经出口单向阀经进油管(2)，再进入第二级超高压泵，在第二级超高压泵中料液产生更高的压力经第二级射流阀均质乳化，水粒子均质细化后使乳化油达到纳米级，经出油管(2)流入纳米乳化油贮箱。至此完成了油掺水纳米乳化的全过程。
本发明的优点是采用的SRHP系列高压泵和SRHY系列射流阀都是生产厂家的成熟产品，SRHP系列超高压泵是本设备的心脏，SPHY系列射流阀是本设备的关键部件，由于本发明选用这两个成熟系列产品确定本发明的高成功率；采用中程过渡压力蓄能贮油器确保油水两相料液流体在乳化过程中的连续性，把经第一级射流阀均质乳化后并进入出油管(1)的第一级乳化液的流体动能转化在压力势能蓄存起来，并贮存在贮油箱中，使流体连续向第二级超高压泵供油，减少动态流体的能量损失，提高效率并使整机结构紧凑，高效，圆满实现乳化油的中程增压，很流畅的形成两次射流均质乳化。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明
具体实施方式
说明书附图1动态超高压中程增压双射流纳米乳化装置总成图
由附图1可知，本发明是一种动态超高压中程增压双射流纳米乳化装置，主要由进料系统1、进油管(1)2、底座3、机身4、电动机5、变速器(1)6、第一级超高压泵7、第一级射流阀8、压力表(1)9、出油管10、中程过渡压力蓄能贮油器11、进油管(2)12、压力表(2)13、第二级射流阀14、第二级超高压泵15、变速器(2)16、出油管(2)17、纳米乳化油贮油系统18、组成；底座3是整机的基础，起支撑作用，由铸铁或槽钢焊接制成，机身4落座在底座3上，由螺栓紧固，双出轴Y型三相导步电动机5装在底座3的导轨上，装有QC型磁力启动器，对大功率电动机还配有电气控制箱，使之启动时保护电网，在电动机左右两端的出轴配有变速器(1)6和变速器(2)16变速器由二级变速组成，第一级采用三角带传动，变速器(1)6的三角带传动包括小三角皮带轮6-1，大三角皮带轮6-2三角皮带6-3，变速器(2)16包括(小)三角皮带轮16-1，大三角皮带轮16-2，三角皮带16-3，第二级采用齿轮传动它包括小齿轮、大齿轮，三角皮带传动三角皮带轮，可以在特殊情况下(过载时)保护设备，避免损伤，在电动机的左右两端出轴上各安装一只小三角皮带轮(1)6-1和小三角轮(2)16-1，大三角皮带轮(1)6-2与第一级超高压泵的动力端的小齿轮同轴，与小齿轮啮合的大齿轮与第一级超高压高压泵曲轴联成一体，曲轴驱动栓塞在泵中作往复直线运动，泵中的料液流体在柱塞的挤压下获得高压能量，大三角皮带轮(2)16-2与第二级超高压泵15的动力端的小齿轮同轴，与小齿轮啮合的大齿轮与第二级超高压泵15的曲轴联成一体，曲轴驱动柱塞在泵中作往复直线运动，泵中的料液流体在柱塞的挤压下获得高压能量，电动机在轨道上可微移，以调整变速器(1)6的三角皮带6-3传动张紧力，调整变速器(2)16的三角皮带16-3的传动张紧力；第一级超高压泵安装在机身4的垂向右壁4-1上，第二级超高压泵15安装在机身4的垂向左壁4-2上，第一级射流阀8和第二级射流阀14的阀座料液进口与超高泵料液出口对中后安装固定在超高压泵的泵体上，阀与泵之间有高压密封垫密封，在第一级射流阀8和第二级射流阀14的流道上各串联一只压力表(1)9和压力表(2)13，在压力表(1)压力表(2)与对应的射流阀之间各装配一台阻尼装置9-1和阻尼装置13-1，以避免压力表的指针摆动过大，压力表(1)压力表(2)显示的数据是射流阀的高压和背压之和，中程过渡压力蓄能贮油器11安装在机身4的顶部4-3，其包括进口单向阀11-1、贮油箱11-2、蓄压气囊11-3、出口单向阀11-4、供油系统1包括油、水两相混合液贮罐1-1，过滤器1-2，低压输入油泵1-3，纳米乳化油贮油系统18，包括纳米乳化油贮油箱18-1，低压自动泄油泵18-2，贮油罐18-3输入油18-4，贮存在经搅拌机搅拌制成的油水两相悬浮混合液罐1-1中的混合液通过过滤器1-2时清除有害的固体杂质颗粒后由低压输送泵1-3通过进油管(1)2送入第一级超高压泵7、双出轴电动机5，通过安装在右出轴的小三角带轮(1)6-1和小三角皮带轮(2)16-1同时驱动第一级超高压泵7和第二级超高压泵15，两个轴的传动功率分配可以通过调整第一级射流阀8的最大压力P1max和第二级射流阀14的最大压力P2max进行调节，一般P2max＝1.2～1.4P1max，第一级超高压泵7向第一级射流阀8输入油水二相混合液，在第一级射流阀8和第二级超高压泵15之间安装一个中程过渡压力蓄能贮油器11，由贮油器的进口单向阀11-1通过出油管10与第一级射流阀8连通，贮油器11的出口单向阀11-4通过进油管(2)12与第二级超高压泵15连通，当来自第一级超高压泵的油水两相料液流体通过第一级射流阀8的流道流体的，超高压力能转化为流体的高速动能，料液流体形成第一级均质乳化液，进入出油管10的第一级乳化液的流速迅速降低，其动能转化为流体的压力势能，由进口单向阀11-1进入中程过渡压力蓄能贮油器11的贮油箱11-2，压力蓄存在气囊11-3中，贮油箱11-2中的第一级乳化液在气囊11-3的推动下经出口单向阀11-4由进油管(2)12进入第二级超高压泵15第一级乳化液在第二级射流阀中再次进行均质乳化，在电动机5的驱动下以超高压力P2max向第二级射流阀14供油，中程过渡压力蓄能贮油器11促成整机两相料液流体乳化过程的连续性并实现中程增压双射流均质乳化，经两级细化达到纳米级超细乳化油后，再经出油管(2)17进入纳米乳化油贮油系统18的贮油箱18-1，当贮油箱的乳化油贮满再由自动泄油泵18-2把乳化油泄入贮油罐18-3，贮油罐18-3配有输油泵18-4可把贮油罐18-3中的乳化油向外输油。
至此，动态超高压中程增压双射流纳米乳化装置完成了以渣油和水为基料，复配有改性填料和复合添加剂的混合料液合成清洁柴油乳化油。本清洁柴油能源可以用于发电厂和其它工业锅炉以及船舶、机车、农机、汽车等低、中、高速内燃发动机作为燃料油，是一种清洁石油能源，它高效、高品质的利用宝贵的原油资源，能有效解决大气污染，对缓解我国目前的能源和环保两大严峻形势有重大的现实意义，它的成功将开辟我国的第二石油资源和建成一个国家级的新兴产业。
Claims (5)
1.一种动态超高压中程增压双射流纳米乳化装置，其特征在于：装置主要由进料系统、底座、机身、电动机、变速器一、变速器二、第一级超高压泵、第一级射流阀、中程增压过渡压力蓄能贮油器、进油管一、第二级射流阀、出油管一、第二级超高压泵、进油管二、出油管二、纳米乳化液贮油系统组成，双出轴Y型三相异步电动机装在底座导轨上，电动机还装有QC型磁力启动器，对大功率电动机配有电气控制箱，使之启动时保护电网，在电动机的左右两侧配有变速器一和变速器二，与变速器一匹配的第一级超高压泵固定在机身左侧垂向壁上，其料液出口与第一级射流阀的阀座进料口对准后安装固定，并有高压密封垫密封，与变速器二匹配的第二级超高压泵固定在机身右侧垂向壁上，其料液出口与第二级射流阀的阀座进料口对准后安装固定，并有高压密封垫密封，在两支射流阀的流道上各串联一只压力表，在射流阀和压力表之间装有一个阻尼装置，在第一级射流阀和第二超高压泵之间装有中程增压过渡压力蓄能贮油器；当进料系统把蓄油罐中的油、水两相悬浮混合料液经进油管一向第一级超高压泵供料液后经泵的挤压把二相流料液以压力P1送入第一级射流阀，料液经阀高速流出均质形成第一级乳化油，高速流体的流速迅速降低动能转化为压力势能流入中程增压过渡压力蓄能贮油器中，而后经过进油管二送入第二级超高压泵，第一级乳化油在第二级超高压泵中增压后进入第二级射流阀，第一级乳化油在第二级射流阀中再次均质乳化形成纳米乳化油。
2.按权利要求1所述的一种动态超高压中程增压双射流纳米乳化装置，其特征在于：在第一级射流阀和第二级超高压泵之间装有中程增压过渡压力蓄能贮油器，主要包括进口单向阀、蓄压气囊、贮油箱、出口单向阀，进口单向阀与第一级射流阀的出油管一连接，出口单向阀与第二级超高压泵的进油管二连接，从第一级射流阀流入经过第一级均质乳化的油流进入出油管一后高速流体的流速迅速降低动能转化为压力势能，由进口单向阀进入中程增压过渡压力蓄能贮油器中，压力蓄存在蓄压气囊中，油蓄存在贮油箱中，贮油箱中的第一级乳化油在气囊推动下经出口单向阀、进油管二进入第二级超高压泵，经过增压至P2＝1.2～1.4P1后，第一级乳化油进入第二级射流阀，再次均质乳化，实现油、水二相双射流乳化的连续性，使乳化油中的水粒子尺寸达到纳米的50～100nm。
3.按权利要求1所述的一种动态超高压中程增压双射流纳米乳化装置，其特征在于电动机在导轨上可作适应性位移，电动机两侧的变速器由二级变速组成，第一级是三角皮带传动，第二级是齿轮传动，在电动机的左右双出轴上各安装有一只小三角皮带轮，在超高压泵的动力端的小齿轮的同轴另一端装有三大角皮带轮，电动机在导轨上的位置微调可调整大、小三角皮带轮的传动三角带的张紧力，第一级三角皮带传动防止在特殊情况下过载时对设备的损坏，第二级齿轮传动中与小齿轮啮合的大齿轮与曲轴联成一体，曲轴带动超高压泵中的柱塞作往复直线运动，挤压高压泵中的油、水二相流，使之产生高压能量。
4.按权利要求1所述的一种动态超高压中程增压双射流纳米乳化装置，其特在于：进料系统包括水、油两相悬浮混合液贮罐、过滤器、低压输油泵，经过搅拌机搅拌后形成的水、油两相悬浮混合液蓄存在贮罐中，过滤器清除混入两相混合液中的固体杂质，再由低压输油泵经进油管一送入第一级超高压泵。
5.按权利要求1所述的一种动态超高压中程增压双射流纳米乳化装置，其特征在于：双出轴电动机同时向左右两个超高压泵输出功率，左右两轴输出功率的大小由调整两个射流阀的压力来调整，轴功率和射流阀的压力大小成正比。
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