CN110671193B - 一种船用发动机的纳米添加剂燃油超重力混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用发动机的纳米添加剂燃油超重力混合装置，包括混合腔体、预混腔体和旋转转子，旋转转子通过转动副安装在混合腔体内，预混腔体设于混合腔体内顶部，预混腔体上设有燃油进口和添加剂进口管，预混腔体下部或者侧壁设有一根或者多根燃料喷淋管，燃料喷淋管上设有一个或者多个对着旋转转子的中空内壁喷淋的喷嘴，所述混合腔体底部设有燃料出口，旋转转子通过动力系统驱动高速旋转，用于将喷在旋转转子的中空内壁的混合燃料进行离心超重，离心超重后，混合燃料从旋转转子渗透到外壁，沿着混合腔体内侧壁流下汇聚至燃料出口。本发明实现纳米添加剂燃油的高效微观混合，从而保证纳米添加剂燃油的实时稳定性，提高燃油利用率。

Description

一种船用发动机的纳米添加剂燃油超重力混合装置

技术领域

本发明属于发动机技术领域，涉及一种燃油和添加剂混合技术，具体涉及一种船用发动机的纳米添加剂燃油超重力混合装置。

背景技术

纳米添加剂燃油即在燃油中加入一定量的纳米颗粒，并进行表面改性处理与分散介质充分混合，形成固液悬浮液。纳米尺寸的颗粒由于其小尺寸和表面效应，不仅不会损坏供油系统和燃烧室，而且能够很好地改善发动机雾化和蒸发性能，加速燃油着火，达到提高燃油的燃烧效率，降低排放等目的。在全球石油价格急剧飙升的时代，纳米添加剂燃油的市场前景极为广阔。

由于纳米添加剂为固体颗粒，颗粒与分散介质的表面性质相反，相容性较差，颗粒间存在着团聚沉淀，现阶段常采取人为地改变颗粒表面性质，即通过添加分散剂的方式缩小颗粒表面与分散介质之间的相容性差异，并通过物理机械搅拌的方式实现颗粒在液体介质中的均匀分散。搅拌设备通过机械搅拌器和挡板的协同作用，可使液体进行周向、径向等综合运动，然而在尺度上仅达到了宏观混合的效果，难以达到分子尺度的固-液微观混合。

对于船用发动机而言，运行时的燃油消耗量大，且船体在航行过程中还存在着靠港等燃油使用的真空期，随着纳米颗粒浓度配比以及外在环境等因素的改变，纳米添加剂燃油的稳定性也会相应有所改变，现有的制备工艺难以保证纳米添加剂燃油长期稳定保存，诸多手段只能略微延缓其发生团聚沉淀的时间，解决短期内的稳定性问题，因此难以将其应用于船用发动机。想要将纳米添加剂燃油应用于船用发动机还需辅以合适、高效的辅助设备。

发明内容

本发明的目的在于提出一种船用发动机的纳米添加剂燃油超重力混合装置，通过将本装置与燃油供给系统连接，能够在船用发动机上实现大用量纳米添加剂燃油的配制与使用同步进行，从而保证纳米添加剂燃油的实时稳定性，避免了因纳米颗粒间的团聚沉淀而导致的难以长期稳定保存问题，为将纳米添加剂燃油应用于船用发动机提供途径，并充分发挥其良好性能，提高燃油利用率等。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种船用发动机的纳米添加剂燃油超重力混合装置，其特征在于：包括混合腔体、预混腔体和旋转转子，所述混合腔体为回转型腔体，所述旋转转子为中空的填料型转子，旋转转子通过转动副安装在混合腔体内，所述预混腔体设于混合腔体内顶部，预混腔体上设有燃油进口和添加剂进口管，预混腔体下部或者侧壁设有一根或者多根燃料喷淋管，所述燃料喷淋管伸入到旋转转子的中空腔内，所述燃料喷淋管上设有一个或者多个对着旋转转子的中空内壁喷淋的喷嘴，所述混合腔体底部设有用于混合后出料的燃料出口，所述旋转转子通过动力系统驱动高速旋转，用于将喷在旋转转子的中空内壁的混合燃料进行离心超重，离心超重后，混合燃料从旋转转子渗透到外壁，沿着混合腔体内侧壁流下汇聚至燃料出口。

作为改进，所述旋转转子为圆筒型，其由内外两层网状骨架和装填于两层网状骨架之间的填料层组成，旋转转子通过轴承同轴的安装于预混腔体内，其内部复杂的流道为纳米添加剂燃油提供良好的反应场所，用于实现纳米添加剂燃油的高效微观混合。

作为改进，所述动力系统为电机，所述电机固定于混合腔体外底部，所述电机的输出设有转轴，所述转轴伸入到混合腔体内与旋转转子底部同轴固定相连。

作为改进，所述预混腔体内设有用于提高预混强度的超声波发生器。

作为改进，所述混合腔体顶部设有对着添加剂进口管的纳米添加剂投料器。

作为改进，所述燃料喷淋管由2-8根，多根燃料喷淋管呈环形阵列分布在预混腔体四周。

作为改进，所述燃料喷淋管上的喷嘴从上至下均衡分布，每个燃料喷淋管上分布有6-12 个喷嘴，用于实现将初步反应后的纳米添加剂燃油均匀喷淋在旋转转子内缘。

一种利用上述纳米添加剂燃油超重力混合装置进行纳米添加剂燃油超重力混合方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，燃油和纳米添加剂分别通过燃油进口和添加剂进口管进入预混腔体内进行初步混合；

然后，初步混合好的燃油和纳米添加剂在重力作用下沿着燃料喷淋管流下，并通过喷嘴均匀喷洒在旋转转子的内壁；

动力系统带动旋转转子高速旋转，初步混合好的燃油和纳米添加剂在离心力的超重作用下，由旋转转子内壁渗透到外壁，并沿着混合腔体流下，完成二次超重微观混合，混合之后通过混合腔体底部的燃料出口流出。

本发明有益效果是：所述电机位于混合腔体的下部；所述转轴穿过混合腔体的底部并伸入体内；所述预混腔体设于混合腔体内的顶部；所述纳米添加剂投料器固定于混合腔体的上部，投料管道与预混腔体相通；所述超声波发生器位于预混腔体的底部；所述燃料喷淋管与预混腔体的下部相连，伸入到旋转转子的中空腔内，且燃料喷淋管上具有正对于旋转转子中空内壁的多个喷嘴；所述旋转转子通过转动副安装在混合腔体内；所述燃料出口位于混合腔体的下部。本发明通过采用独特的投料方式和超声波振荡的分散手段实现纳米添加剂在燃油中的初步混合；结合超重力技术，旋转转子在高速转动下所产生的强大剪切力使得燃油分散破碎形成微米级的液膜、液丝和液滴，纳米添加剂与燃油因固液相间的巨大且不断更新的相界面得以充分接触，从而实现纳米添加剂燃油的高效微观混合。本发明提供的船用发动机的纳米添加剂燃油超重力混合装置通过与燃油供给系统的连接，能够在船用发动机上实现大用量纳米添加剂燃油的配制与使用同步进行，从而保证纳米添加剂燃油的实时稳定性，避免了因纳米颗粒间的团聚沉淀而导致的难以长期稳定保存问题，为将纳米添加剂燃油应用于船用发动机提供途径，并充分发挥其良好性能，提高燃油利用率等。

附图说明

图1为本发明纳米添加剂燃油超重力混合装置纵向剖视图。

图2为本发明纳米添加剂燃油超重力混合装置横向剖视图。

1-电机，2-转轴，3-混合腔体，4-预混腔体，5-燃油进口，6-添加剂进口管，7-超声波发生器，8-燃料喷淋管，9-喷嘴，10-旋转转子，11-纳米添加剂投料器，12-燃料出口，13-网状骨架，14-填料层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行举例说明，需要指出的是本发明为回转体，因此提高单一的剖视图能够清楚表达本发明结构，本发明附图中的燃料喷淋管8数量仅为示意图，多余该数量和少于该数量均可。

参看图1和图2，一种船用发动机的纳米添加剂燃油超重力混合装置，包括混合腔体3、预混腔体4和旋转转子10，所述混合腔体3为回转型腔体，所述旋转转子10为中空的填料型转子，旋转转子10通过轴承同轴的安装在混合腔体3内(回转型腔体和旋转转子10均为立式设置)，所述预混腔体4设于混合腔体3内顶部，预混腔体4上设有延伸到混合腔体3顶部外的燃油进口5和添加剂进口管6，预混腔体4下部或者侧壁设有多根燃料喷淋管8，所述燃料喷淋管8伸入到旋转转子10的中空腔内，所述燃料喷淋管8上设有多个对着旋转转子 10的中空内壁喷淋的喷嘴9，所述混合腔体3底部低点处设有用于混合后出料的燃料出口12，所述旋转转子10通过动力系统驱动高速旋转，用于将喷在旋转转子10的中空内壁的混合燃料进行离心超重，离心超重后，混合燃料从旋转转子10渗透到外壁，沿着混合腔体3汇聚至燃料出口12。

本实施例混合过程为：首先，燃油和纳米添加剂分别通过燃油进口5和添加剂进口管6 进入预混腔体4内进行初步混合；

然后，初步混合好的燃油和纳米添加剂在重力作用下沿着燃料喷淋管8流下，并通过喷嘴9均匀喷洒在旋转转子10的内壁；

动力系统带动旋转转子10高速旋转，初步混合好的燃油和纳米添加剂在离心力的超重作用下，由旋转转子10内壁渗透到外壁，并沿着混合腔体3流下，完成二次超重微观混合，混合之后通过混合腔体3底部的燃料出口12流出。

本实施例中，燃料通过燃料进口通入至预混腔体4内；纳米添加剂投料器11通过添加剂进口管6以自动定量控制的方式将固态粉末状的纳米添加剂投入至预混腔体4内；预混腔体 4为纳米添加剂和燃油提供初步反应的场所，同时其底部装有超声波发生器7，可根据不同纳米添加剂属性、反应强度、反应时间要求不同将其调至合适的超声频率下进行超声振荡，通过超声波强化分散效果，促进纳米添加剂均匀的分散在燃油中并保持稳定性；初步混合后的纳米添加剂燃油将流至与预混腔体4底部所连接的多个燃料喷淋管8，并由燃料喷淋管8上正对于旋转转子10内缘侧壁的多个喷嘴9均匀喷淋至旋转转子10的内缘；在纳米添加剂燃油由旋转转子10内 缘流向外缘的过程中，高速转动下所产生的强大剪切力使得纳米添加剂燃油分散破碎形成微米级的液膜、液丝和液滴，其内部复杂的流道为其提供了良好的反应场所，纳米添加剂和燃油因固液相间的巨大且不断更新的相界面得以充分接触，从而实现纳米添加剂燃油的高效微观混合；充分混合后的纳米添加剂燃油沿着内壁流至混合腔体3的底部并汇集至燃料出口12流出。

作为一种替换实施例，预混腔体4内的超声波发生器7还可以替换为其他类型的混合设备，比如磁力搅拌器等等。

作为一种具体实施例，本发明的纳米添加剂投料器11可以为变频的螺杆输送器，以便完成纳米添加剂定量输送。

作为一种具体实施例，所述燃料喷淋管8由2-8根，多根燃料喷淋管8呈环形阵列分布在预混腔体4四周，所述燃料喷淋管8上的喷嘴9从上至下均衡分布，每个燃料喷淋管8上分布有6-12个喷嘴9，以便提高燃油和添加剂喷淋在旋转转子10上的均一性。

作为一种具体实施例，所述旋转转子10为圆筒型，其由内外两层网状骨架13和装填于两层网状骨架13之间的填料层14组成，填料层14的目的是为了在旋转转子10内壁和外壁之间形成波纹形的复杂流道，使得燃油和添加剂在超重离心力作用下行走路线为波纹形曲线，利用内部复杂的流道为纳米添加剂燃油提供良好的反应场所，用于实现纳米添加剂燃油的高效微观混合。

作为一种具体实施例，本发明的动力系统为电机1，所述电机1固定于混合腔体3外底部，所述电机1的输出设有转轴2，所述转轴2伸入到混合腔体3内与旋转转子10底部同轴固定相连，电机1通过转轴2带动旋转转子10高速旋转，从而在旋转转子10内壁产生超重离心力。

Claims (6)

1.一种船用发动机的纳米添加剂燃油超重力混合装置，其特征在于：包括混合腔体、预混腔体和旋转转子，所述混合腔体为回转型腔体，所述旋转转子为中空的填料型转子，旋转转子通过转动副安装在混合腔体内，所述预混腔体设于混合腔体内顶部，预混腔体上设有燃油进口和添加剂进口管，预混腔体下部或者侧壁设有一根或者多根燃料喷淋管，所述燃料喷淋管伸入到旋转转子的中空腔内，所述燃料喷淋管上设有一个或者多个对着旋转转子的中空内壁喷淋的喷嘴，所述混合腔体底部设有用于混合后出料的燃料出口，所述旋转转子通过动力系统驱动高速旋转，用于将喷在旋转转子的中空内壁的混合燃料进行离心超重，离心超重后，混合燃料从旋转转子渗透到外壁，沿着混合腔体内侧壁流下汇聚至燃料出口；

所述旋转转子为圆筒型，其由内外两层网状骨架和装填于两层网状骨架之间的填料层组成，旋转转子通过轴承同轴的安装于预混腔体内；

所述动力系统为电机，所述电机固定于混合腔体外底部，所述电机的输出设有转轴，所述转轴伸入到混合腔体内与旋转转子底部同轴固定相连。

2.如权利要求1所述的纳米添加剂燃油超重力混合装置，其特征在于：所述预混腔体内设有用于提高预混强度的超声波发生器。

3.如权利要求1所述的纳米添加剂燃油超重力混合装置，其特征在于：所述混合腔体顶部设有对着添加剂进口管的纳米添加剂投料器。

4.如权利要求1所述的纳米添加剂燃油超重力混合装置，其特征在于：所述燃料喷淋管由2-8根，多根燃料喷淋管呈环形阵列分布在预混腔体四周。

5.如权利要求1所述的纳米添加剂燃油超重力混合装置，其特征在于：所述燃料喷淋管上的喷嘴从上至下均衡分布，每个燃料喷淋管上分布有6-12个喷嘴。

6.一种利用权利要求1所述纳米添加剂燃油超重力混合装置进行纳米添加剂燃油超重力混合方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，燃油和纳米添加剂分别通过燃油进口和添加剂进口管进入预混腔体内进行初步混合；

然后，初步混合好的燃油和纳米添加剂在重力作用下沿着燃料喷淋管流下，并通过喷嘴均匀喷洒在旋转转子的内壁；

动力系统带动旋转转子高速旋转，初步混合好的燃油和纳米添加剂在离心力的超重作用下，由旋转转子内壁渗透到外壁，并沿着混合腔体流下，完成二次超重微观混合，混合之后通过混合腔体底部的燃料出口流出。

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