RU201002U1 - Комбинированный фильтр с функцией обезвоживания дизельного и смесевого топлива - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к системе питания дизельных электростанций малой мощности на примере АД4-Т400 ВМ2 с двигателем внутреннего сгорания типа ТМ3-450Д, широко применяющейся в народном хозяйстве в качестве аварийного источника электроэнергии.Комбинированный водоотводящий фильтрующий элемент интегрирован в систему питания двигателя и соединен с ним трубопроводом. В корпусе устройства установлены два фильтрующих элемента - основной, который по устройству идентичен существующим фильтрам, и водоотводящий. Водоотводящий фильтр выполнен в виде цилиндрического элемента, который состоит из металлического каркаса, соединенный тонкой металлической сеткой. Между крышками расположен фильтрующий материал - свернутая гармошкой бумага с нанесенной гидрофобной мембраной (сложно-композиционным нанонапылением). Внутри фильтрующий элемент имеет топливосборный канал, переходящий в выпускной патрубок, сложенный материал закрывается металлической сеткой. А второй - горизонтальный фильтрующий элемент, выполнен в виде плоского перфорированного металлического диска с нанесенной гидрофильной мембраной, который установлен под бумажно-мембранным элементом, в корпусе ниже гидрофильной мембраны имеется штуцер для слива отделенной воды.

Description

Полезная модель относится к системе питания дизельных электростанций на примере АД4-Т400 ВМ2 с двигателем внутреннего сгорания типа ТМЗ-450Д, широко применяющейся в народном хозяйстве в качестве аварийного источника электроэнергии.

Применяемая стандартная система питания дизельного двигателя, состоит из следующих основных узлов: топливного бака, фильтра топливного, топливоподкачивающего насоса, топливного насоса высокого давления, форсунки, трубопроводов низкого давления и высокого давления. (См. Дизели ТМЗ-450Д руководство по эксплуатации. - М.: ООО «ТУЛАМАШЗАВОД» 2010. - 74 с.) Аналогичными системами питания оснащены, также широко распространенные модели дизельных электростанций.

Кроме этого, для повышения экологических показателей ДВС устанавливаемых на дизельные электростанции одним из решений стало применение смесевого топлива. У смесевого топлива имеется следующий недостаток как повышенная гигроскопичность.

Недостатками стандартного фильтрующего элемента являются: недостаточная очистка топлива от воды до 98,7%. Основываясь научных изысканиях связанных с исследованием наличия и влияния воды в топливе было выявлено что наличие 1% воды в топливе усиливает изнашивание плунжерных пар примерно в 2,2 раза, что эквивалентно наличию абразива в топливе в количестве около 0,00002%. При их совместном наличии - изнашивание усиливается примерно в 4,6 раза. (См. Рылякин Е.Г., Кузнецов А.Ю. Влияние воды на изнашивание топливной аппаратуры // Молодой ученый. - 2015. - №6. - С. 202-204. - URL https://moluch.ru/archive/86/16446/ (дата обращения: 26.11.2019).

Кроме этого содержание воды ухудшает качество дизельного топлива. В ее присутствии ухудшаются низкотемпературные свойства, вязкость, прокачиваемость, процессы смесеобразования, т.е. в конечном итоге снижается теплота сгорания и КПД двигателя. Присутствие воды ускоряет процессы коррозии, увеличивает склонность к накоплению загрязнений, ухудшается смазывающая способность топлива и повышению износа прецизионных пар.

Известно так же устройство с наиболее близким техническим решением, которое позволяет значительно повысить качество очистки топлива от воды за счет применения дополнительного фильтра для отделения воды от топлива за счет применения гидрофобной мембраны (См. патент РФ №188824, Устройство для обезвоживания топлива [U1], МПК F02M 37/22, опуб. 24.04.2019, Бюл. №12)

Представленное выше устройство в целом реализуется с использованием отдельного устройства с фильтрующим элементом, который выполнен в виде вертикального пористого керамического картриджа с нанесенной на поверхность гидрофобной мембраной, что в условиях небольших габаритов дизельной электростанции и малого свободного места установить затруднительно. Кроме того в предложенном выше устройстве применена керамическая основа которая существенно увеличивает стоимость и сложность изготавливаемого картриджа, что и является его недостатком (трудоемкое в изготовлении оборудование).

Задачей полезной модели является разработка комбинированного устройства с меньшей стоимостью фильтрующего элемента, с более высокими качественными характеристиками топлива поступающего к топливному насосу высокого давления.

Задача решается тем, что предложена конструкция устройства, объединяющая все этапы фильтрации в одном устройстве, с установленным в схему трехходовым клапаном позволяющий улучшить процесс предварительного прогрева топлива при запуске двигателя в зимний период.

На Фиг. 1. Представлена уточненная конструкция предложенного комбинированного водоотводящего фильтра с нагревательным элементом 3, состоящая из фильтрующего материала - свернутой бумаги в виде гармошки с нанесенной на поверхность гидрофобной мембраной 1, металлического каркаса в виде двух крышек 2, металлической сетки 3, корпуса водоотводящего фильтра 4, верхней уплотнительной втулки 5, нижнего уплотнительного конуса 6, пружины 7, керамического диска с нанесенным гидрофильным напылением 8, уплотнительного кольца 9, кольца 10, уплотнительной прокладки 11, стяжки водоотводящего фильтра 12, штуцера спускного 13, стяжной болт 14, медная прокладка 15, крышки фильтра 16, корпуса основного фильтра 17, основного фильтрующего элемента 18, стяжки основного фильтра 19, нагревательного элемента 20.

На Фиг. 2. Представлена схема монтажа комбинированного фильтра с нагревательным элементом и трехходовым клапаном в систему питания, позволяющая производить обезвоживание дизельного топлива и предварительную тепловую подготовку.

Система питания состоит из следующих элементов (Фиг. 2): топливного бака 21, запорного крана 22, топливного насоса низкого давления 23, комбинированного водоотводящего фильтра с нагревательным элементом 24, трехходового клапана 25, топливного насоса высокого давления 26, тройника с обратным клапаном 27, форсунки 28 и соединительных патрубков со штуцерами 29.

Предложенный комбинированный водоотводящий фильтр с нагревательным элементом очищает от механических примесей, обезвоживает топливо и предварительно подогревает, обеспечивая лучшие качественные характеристики топлива.

Система работает следующим образом. Топливо из бака 21 самотеком через запорный кран 22 попадает в полость топливного насоса низкого давления 23 откуда под давлением в 2 атм подается в полость основного фильтрующего корпуса 17 через нагревательный элемент 20, где происходит предварительный подогрев топлива при холодном запуске двигателя. Из полости корпуса основного фильтра топливо проходит предварительную очистку основным фильтрующим элементом 18 и подводится в полость водоотводящего корпуса к фильтрующему элементу свернутой гармошкой бумаги с нанесенной гидрофобной мембраной МФФК 1 (через которую проходят только молекулы топлива), после прохождения водоотводящего элемента, топливо собирается во внутренней полости фильтра и через отводящий канал крышки с соединенным с отводным штуцером подается в ТНВД 26, и через форсунку 28 подается в камеру сгорания 30. Конденсат, имеющий в топливе, попадая в корпус фильтра с топливом, не проходит через гидрофобную мембрану, и стекает вниз корпуса к перфорированному металлическому диску с нанесенным гидрофильным покрытием МФФ-Г (мембрана, через которую проходят только молекулы воды) 8 которая прижимается пружиной 7 к уплотнительному кольцу 9 и приваренному кольцу 10 и далее собирается в нижней части корпуса, при наполнении которого жидкостью возможно удаление за счет откручивания штуцера спускного 13.

Интегрирование в систему питания комбинированного водоотводящего фильтра с нагревательным элементом позволяет улучшить очистку топлива от присутствующей воды, что позволит продлить срок службы топливной аппаратуры, при минимальных затратах средств на установку и эксплуатацию.

Размещение устройства с комбинированным водоотводящим фильтром и нагревательным элементом в данном месте схемы обусловлено следующими факторами:

- Для обеспечения требуемой пропускной способности топлива через фильтрующий элемент требуется давление в более 2 атм, что обеспечивается топливным насосом низкого давления устанавливаемым перед фильтром.

- Обеспечение целостности трубопроводов и возможности обслуживания без внесения изменений в конструкцию дизельной электростанции.

- Удобство доступа к устройству.

Стоимость ремонта узлов и деталей системы питания дизельной электростанции в сервисе с учетом работы составит:

Ремонт с регулировкой ТНВД - 11500 руб. Ремонт и регулировка форсунок - 2000 руб.

Общая стоимость обслуживания топливной аппаратуры 13500 руб.

Перечисленные операции необходимо проводить не более чем через 4000 ч, Чтобы избежать внезапного отказа топливной аппаратуры.

За счет проведения лабораторных исследований проб топлива после стандартного и модифицированного комбинированного водоотводящего фильтра можно судить о остаточном количестве воды в топливе

Результаты лабораторных исследований показали наличие воды в пробе после стандартного фильтрующего элемента 1.3%, и после комбинированного водоотводящего фильтра 0.1%.

Основываясь на результаты Российских исследований выявлено, что наличие 1% воды в топливе усиливает износ топливной аппаратуры порядка в 2 раза.

Исходя из этого можно сделать вывод, что: за период эксплуатации дизельной электростанции в течении 8000 ч. (в условиях зоны Урала и суровых условиях эксплуатации и возможного наличия воды в топливе) произойдет полный ремонт топливной аппаратуры порядка 4 раз.

Сумма ремонтов и обслуживаний составит 54 400 руб.

При дооборудовании штатной системы из расчета за 8000 ч. эксплуатации необходимо провести 2 ремонта топливной аппаратуры плюс стоимость предлагаемой конструкции. Общая сумма составляет 33 000 руб.

За время эксплуатации в течении 8000 ч. выгода составит - 21 400 руб.

Использование заявленного устройства в системе очистки питания увеличивает межремонтный срок топливной аппаратуры в 2 раза. Приведенное устройство, повышает качественные характеристики топлива, что в свою очередь, облегчает запуск двигателя внутреннего сгорания при низких температурах, увеличивает работоспособность двигателя, и повышает износостойкость деталей и узлов в различных температурных режимах (в т.ч. в зимних условиях эксплуатации).

Сопоставительный анализ решения показывает, что заявляемое устройство для системы питания дизельной электростанции по новизне отличается от известных тем, что при его использовании значительно сокращается затраты на эксплуатацию дизельной электростанции, продляется срок службы топливной аппаратуры. Устройство позволяет исключить попадание воды в отфильтрованном топливе, что уменьшает вероятность возникновения процессов коррозии, снижает склонность к накоплению загрязнений, исключает нарушение смазывающей способности топлива прецизионных пар. Доступность, простота монтажа, легкость в обслуживании оборудования, эффективность, новизна, все это позволяет рассматривать перспективность заявляемой модели.

Claims (3)

1. Комбинированный фильтр с функцией обезвоживания дизельного и смесевого топлива, отличающийся тем, что в корпусе устройства установлено два фильтрующих элемента - основной и водоотводящий, водоотводящий фильтрующий элемент выполнен в виде цилиндра, который состоит из металлического каркаса из двух крышек, соединенных металлической сеткой, а между крышками расположен фильтрующий материал - бумага, свернутая гармошкой с нанесенной гидрофобной мембраной МФФК 1, при этом внутри имеется топливосборный канал, переходящий в выпускной патрубок, сложенный материал закрывается металлической сеткой, а второй - горизонтальный фильтрующий элемент, выполнен в виде плоского металлического перфорированного диска с нанесенной гидрофильной мембраной и установлен под бумажно-мембранным элементом, в корпусе ниже гидрофильной мембраны имеется штуцер для слива отделенной воды.

2. Комбинированный фильтр с функцией обезвоживания дизельного и смесевого топлива по п. 1, отличающийся тем, что герметичная фиксация гидрофильной мембраны к корпусу осуществляется за счет прижатия пружиной диска к вваренному кольцу в корпусе через уплотнительное кольцо.

3. Комбинированный фильтр с функцией обезвоживания дизельного и смесевого топлива по п. 1, отличающийся тем, что комбинированный фильтр с функцией обезвоживания дизельного и смесевого топлива монтируется после насоса низкого давления так, как требует рабочее давление в 2 атм в полости фильтрующего элемента.

Images