CN112502865A - 一种动态智能乳化系统 - Google Patents

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王军
陈静升
马李琛
周逸龙
丁若茜
刘耀辉
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Abstract

本发明公开了一种动态智能乳化系统，包括水箱和油箱，水箱和油箱输送的水和柴油经过滤清器过滤后混合，并通过两次乳化，接入柴油机供油系统；在输送水和柴油的管路中设有流量传感器，传感器将管路中流量大小的信号反馈至电脑控制器用于实时控制系统中掺水比例。本发明结构简单可靠、操作使用方便，可根据柴油机运行的实际工况实时自动调节掺水比例，提高燃烧效率，降低有害气体排放量。

Description

一种动态智能乳化系统
技术领域
本发明涉及柴油掺水乳化系统，尤其涉及一种动态智能乳化系统。
背景技术
随着国际海事组织对柴油机废气排放相关法规的生效，内燃机节能减排，实现清洁燃烧，已成为当前柴油机排放研究热点之一。国家倡导使用节能减排技术以降低现有高消耗、高污染，掺水乳化柴油作为一种节能减排的优化技术受到研究学者的追捧。据统计，我国2019年柴油消耗量为3.1亿吨，如果能够全部采用柴油乳化技术，按节油率10％计，约可以节省柴油3100万吨/年。由此可见，使用乳化柴油的意义非凡。
目前柴油掺水乳化多采用静态乳化系统，即将柴油掺水乳化后放在一个容器中，作为储备油料使用，经调制的乳化柴油的存放时间短，长期储存时容易产生分层的现象，同时储备装置大大增加了机舱占用空间。另外，通过远程控制端实现远程操作，需要人为的远程操控，乳化装置无法做到根据实际工况自动调节掺水比例。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种动态智能乳化系统，可根据柴油机运行的实际工况自动调节掺水比例，有效地解决静态乳化系统面临的问题，避免乳化油破乳现象。
技术方案：本发明提供一种动态智能乳化系统，包括水箱和油箱，水箱和油箱输送的水和柴油经过滤清器过滤后混合，并通过两次乳化，接入柴油机供油系统；在输送水和柴油的管路中设有流量传感器，传感器将管路中流量大小的信号反馈至电脑控制器用于实时控制系统中掺水比例。
水箱中的水依次经过阀门、滤清器1、流量传感器3和计量泵后与柴油混合，计量泵用于控制系统中掺水量，计量泵由变频器控制，电脑控制器输出控制电压改变变频器的频率实现对计量泵电压的控制。
流量传感器3用于实时反馈水箱流入系统中的水量。
油箱的中柴油在与水混合之前，依次经过滤清器和流量传感器1，流量传感器1用于实时反馈油箱流入系统中的油量。
其中，两次乳化包括油水混合物经过均质器实现预混合；经过乳化器实现第二次乳化后流入柴油机供油系统。
油水混合物在流入柴油机供油系统之前，经过流量传感器2用于实时反馈乳化油流量信号。
电脑控制器通过模糊查表实现掺水比例的调控，模糊查表包括利用查表法确定柴油机在不同转速和油量下的掺水率，利用关系矩阵法在已知掺水率的条件下控制调节柴油机进水量，使掺水量达到标准的水量，实现系统要求的油水比例。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点：通过系统自动调节油水比例，避免乳化油破乳现象，同时不需在船上设置储存乳化油容器，节省船舶空间，提高船舶空间利用率；根据工况实时调节油水比例，提高燃烧效率，降低有害气体排放量；可根据不同的控制指标，如转速、碳烟排放量和NOx排放量，智能调节掺水比例，本发明切合实际，实用性强。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明的气缸平均压力曲线；
图3为本发明的碳烟平均质量分数曲线；
图4为本发明的NO平均质量分数曲线；
图5为本发明的不同掺水比例乳化柴油燃烧放热曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，包括水箱和油箱，水箱中的水依次经过阀门、滤清器1、流量传感器3和计量泵后与柴油混合，计量泵用于控制系统中掺水量，计量泵由变频器控制，电脑控制器输出控制电压改变变频器的频率实现对计量泵电压的控制；流量传感器3用于实时反馈水箱流入系统中的水量。油箱的中柴油在与水混合之前，依次经过滤清器和流量传感器1，流量传感器1用于实时反馈油箱流入系统中的油量。油水混合物经过两次乳化，包括油水混合物经过均质器实现预混合；经过乳化器实现第二次乳化后流入柴油机供油系统，从而符合乳化要求。油水混合物在流入柴油机供油系统之前，油水混合物经过流量传感器2用于实时反馈乳化油流量信号。
其中，电脑控制器起到智能控制的作用。经过滤清器过滤作用的柴油经齿轮油泵增压，流经油流量传感器1时，传感器把油流量大小以脉冲信号的形式输出给电脑控制器。从水箱出来的水经滤清器过滤作用后经计量泵计量流入油路与柴油混合。此时，流量传感器1和流量传感器3以脉冲信号的形式把油、水流量输出给电脑控制器。安装在柴油机上的压力、排烟、转速传感器对柴油机运行工况进行检测，并向电脑控制器输送转速、压力、排放等工况信号，信号经整形、滤波、放大等前期信号处理后，得到适合电脑控制器处理的电信号，再传到电脑控制器进行分析计算，优化处理。最后由电脑控制器输出数字量经D/A转换后输出电压给变频器。变频器根据得到的电压，改变频率实现对计量泵电压的控制从而调节掺水比例。
在动态乳化柴油和水的同时，使用电脑控制器实现油水比例随柴油机负荷、排烟、压力等因素变化而变化。如图2至图5所示为实验仿真结果，以此为依据建立数据库，通过柴油机在实际运行过程中的性能参数与数据库对比，动态反馈调节掺水量。电脑控制器通过程序的模糊查表实现最佳掺水比例的控制，本设计中主要采用查表法和关系矩阵法。利用查表法来确定柴油机在不同转速和油量的掺水率，利用关系矩阵法在已知掺水率的条件下控制调节柴油机进水量，使掺水量达到标准的水量，以满足系统要求的油水比例，达到节油的目的。

Claims (7)

1.一种动态智能乳化系统，其特征在于，包括水箱和油箱，所述水箱和油箱输送的水和柴油经过滤清器过滤后混合，并通过两次乳化，接入柴油机供油系统；在输送水和柴油的管路中设有流量传感器，所述传感器将管路中流量大小的信号反馈至电脑控制器用于实时控制系统中掺水比例。
2.根据权利要求1所述的动态智能乳化系统，其特征在于，所述水箱中的水依次经过阀门、滤清器1、流量传感器3和计量泵后与柴油混合，所述计量泵用于控制系统中掺水量，所述计量泵由变频器控制，所述电脑控制器输出控制电压改变变频器的频率实现对计量泵电压的控制。
3.根据权利要求2所述的动态智能乳化系统，其特征在于，所述流量传感器3用于实时反馈水箱流入系统中的水量。
4.根据权利要求1所述的动态智能乳化系统，其特征在于，所述油箱的中柴油在与水混合之前，依次经过滤清器和流量传感器1，所述流量传感器1用于实时反馈油箱流入系统中的油量。
5.根据权利要求1所述的动态智能乳化系统，其特征在于，所述两次乳化包括油水混合物经过均质器实现预混合；经过乳化器实现第二次乳化后流入柴油机供油系统。
6.根据权利要求5所述的动态智能乳化系统，其特征在于，所述油水混合物在流入柴油机供油系统之前，经过流量传感器2用于实时反馈乳化油流量信号。
7.根据权利要求1所述的动态智能乳化系统，其特征在于，所述电脑控制器通过模糊查表实现掺水比例的调控，所述模糊查表包括利用查表法确定柴油机在不同转速和油量下的掺水率，利用关系矩阵法在已知掺水率的条件下控制调节柴油机进水量，使掺水量达到标准的水量，实现系统要求的油水比例。
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