RU2343187C2 - Liquid additive, improving machine operating energy characteristics; used in machines, oil product-based hydrocarbon liquid and liquid hydrocarbon fuel - Google Patents
Liquid additive, improving machine operating energy characteristics; used in machines, oil product-based hydrocarbon liquid and liquid hydrocarbon fuel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2343187C2 RU2343187C2 RU2006129363/04A RU2006129363A RU2343187C2 RU 2343187 C2 RU2343187 C2 RU 2343187C2 RU 2006129363/04 A RU2006129363/04 A RU 2006129363/04A RU 2006129363 A RU2006129363 A RU 2006129363A RU 2343187 C2 RU2343187 C2 RU 2343187C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- hydrocarbon
- fuel
- molecular weight
- machines
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lubricants (AREA)
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нефтехимии и касается улучшающей эксплуатационные энергетические характеристики машин жидкой присадки к углеводородной жидкости и углеводородной жидкости на основе нефтепродуктов, используемой в машинах преимущественно с тепло- и/или энергонапряженными гидравлическими трактами в условиях эксплуатации, при нагреве и/или сжигании, в том числе в реактивных двигателях.The invention relates to the field of petrochemistry and relates to improving the operational energy characteristics of machines of liquid additives to hydrocarbon liquids and hydrocarbon liquids based on petroleum products used in machines mainly with heat and / or energy-stressed hydraulic circuits in operating conditions, during heating and / or combustion, including in jet engines.
Изобретение касается как собственно углеводородной жидкости, так и углеводородной жидкости как углеводородного топлива или углеводородного горючего.The invention relates to both the hydrocarbon liquid itself and the hydrocarbon liquid as a hydrocarbon fuel or hydrocarbon fuel.
Понятие «углеводородная жидкость» описывает нефтепродукты в широком смысле. Углеводородная жидкость движется (течет) по трубопроводам, трубам и т.д., включая гидравлический тракт топливной системы, в том числе внутри агрегатов, устройств и т.д.The term “hydrocarbon liquid” describes petroleum products in a broad sense. Hydrocarbon fluid moves (flows) through pipelines, pipes, etc., including the hydraulic path of the fuel system, including inside units, devices, etc.
Понятие «жидкое углеводородное топливо» описывает углеводородную жидкость, но предназначенную для сжигания с получением тепла.The term "liquid hydrocarbon fuel" describes a hydrocarbon liquid, but intended for combustion to produce heat.
Понятие «жидкое углеводородное горючее» описывает углеводородную жидкость, но предназначенную для сгорания с получением тяги, движения, в том числе в ЖРД - жидкостном ракетном двигателе.The concept of "liquid hydrocarbon fuel" describes a hydrocarbon liquid, but intended for combustion to obtain thrust, movement, including in a liquid propellant rocket engine.
Известно введение полимерных присадок различного назначения к углеводородным жидкостям, к топливам или маслам, для улучшения их эксплуатационных свойств.It is known the introduction of polymer additives for various purposes to hydrocarbon liquids, fuels or oils, to improve their operational properties.
Известна присадка к топливам, используемым в двигателях внутреннего сгорания, содержащая, мас.%: алифатический спирт С3-С4 5-15; полиэтиленполипропиленгликоль с мол.м. 3000-4000 5-15; N-(диэтиламинометил)бензотриазол 2-10; углеводородная фракция, выкипающая в интервале 160-350°С - остальное. Использование топлива с присадкой в двигателях внутреннего сгорания позволяет снизить токсичность выбросов в окружающую среду от автомобилей, повысить безопасность при наливе и транспортировке топлив (заявка РФ №94039648, 1996.11.20).Known additive for fuels used in internal combustion engines, containing, wt.%: Aliphatic alcohol C 3 -C 4 5-15; polyethylene polypropylene glycol with a mol.m. 3000-4000 5-15; N- (diethylaminomethyl) benzotriazole 2-10; hydrocarbon fraction boiling in the range of 160-350 ° C - the rest. The use of fuel with an additive in internal combustion engines can reduce the toxicity of emissions into the environment from cars, increase safety during filling and transportation of fuels (RF application No. 94039648, 1996.11.20).
Известны депрессорные присадки для снижения гидравлического сопротивления при ламинарном течении, содержащие низкомолекулярные сополимеры (РФ №2171818, МКИ C08F 8/50, оп. 2001).Known depressant additives to reduce hydraulic resistance during laminar flow, containing low molecular weight copolymers (RF №2171818, MKI C08F 8/50, op. 2001).
Известны противотурбулентные присадки, содержащие гидродинамически активный полимер, обеспечивающие гашение возникающей при транспортировке нефти турбулентности (РФ №2004132562, приор. 10.11. 2004).Known anti-turbulent additives containing a hydrodynamically active polymer that suppress turbulence arising during the transportation of oil (RF No. 2004132562, prior. 10.11. 2004).
Известен состав, содержащий полиальфаолефиновые агенты, снижающие сопротивление течению (патент РФ №2193569), в котором состав агента для снижения сопротивления течению, определяемый как состав, который уменьшает потери энергии на трение при протекании веществ по проводящим каналам, содержит жидкий полиальфаолефин с характеристической вязкостью не менее 10 дл/г, полимеризованный в жидкофазной полимеризационной смеси, и гидрофобный диспергатор, который вводится в жидкофазную полимеризационную смесь во время полимеризации, причем гидрофобный диспергатор определяется как диспергатор, неспособный растворяться в воде.A known composition containing polyalphaolefin agents that reduce flow resistance (RF patent No. 2193569), in which the composition of the agent to reduce flow resistance, defined as a composition that reduces friction energy loss when substances flow through conductive channels, contains a liquid polyalphaolefin with a characteristic viscosity not less than 10 dl / g, polymerized in a liquid-phase polymerization mixture, and a hydrophobic dispersant that is introduced into the liquid-phase polymerization mixture during polymerization, and hydrophobic ny dispersant is defined as a dispersant incapable of dissolving in water.
Известен агент снижения гидродинамического сопротивления углеводородных жидкостей (патент РФ №2171817), который получают сополимеризацией высших альфаолефинов в среде углеводородного растворителя, в качестве альфаолефинов используют индивидуальные альфаолефины от С6 до С12 или смесь двух или боле альфаолефинов С4-С14. Использование индивидуальных альфаолефинов с числом атомов менее 6 ведет к образованию кристаллических гомополимеров, ограниченно растворимых в углеводородных растворителях (осадок при стоянии в растворах гептана и керосина) и имеющих более низкую характеристическую вязкость.Known agent for reducing the hydrodynamic resistance of hydrocarbon liquids (RF patent No. 2171817), which is obtained by copolymerization of higher alpha olefins in a hydrocarbon solvent, individual alpha-olefins from C 6 to C 12 or a mixture of two or more C 4 -C 14 alpha olefins are used as alpha olefins. The use of individual alpha-olefins with the number of atoms less than 6 leads to the formation of crystalline homopolymers that are sparingly soluble in hydrocarbon solvents (precipitate when standing in solutions of heptane and kerosene) and having a lower intrinsic viscosity.
Известно жидкое углеводородное топливо с добавкой растворимого в нем неполярного полимера с целью воздействия на вязкость и уменьшения разбрызгивания топлива при ударе. Применен полимер с молекулярным весом более 106 и характеристической вязкостью более 2,5 дл/г, например полиизобутилен или сополимер этилена и пропилена, в такой концентрации, при которой молекулы частично перекрывают друг друга. Неполярный полимер вводят в количестве 0,1-2 вес.%. Молекулярный вес полимера должен быть более 106 для минимального влияния на другие свойства жидкости и уменьшения разбрызгивания в наиболее широких пределах ударных условий. Для углеводородных полимеров этот низший предельный молекулярный вес соответствует характеристической вязкости 2,5 дл/г, определяемой в углеводородной жидкости, в которой полимер растворяют при 25°С (патент СССР №446973).Liquid hydrocarbon fuel with the addition of a non-polar polymer soluble in it is known for the purpose of influencing viscosity and reducing fuel spatter upon impact. A polymer with a molecular weight of more than 10 6 and an intrinsic viscosity of more than 2.5 dl / g, for example polyisobutylene or a copolymer of ethylene and propylene, is used at a concentration at which the molecules partially overlap each other. The non-polar polymer is introduced in an amount of 0.1-2 wt.%. The molecular weight of the polymer should be more than 10 6 to minimize the effect on other properties of the liquid and reduce spatter in the widest range of impact conditions. For hydrocarbon polymers, this lower limit molecular weight corresponds to a characteristic viscosity of 2.5 dl / g, determined in a hydrocarbon liquid in which the polymer is dissolved at 25 ° C (USSR patent No. 446973).
В известном изобретении введение неполярного полимера, в том числе твердого высокомолекулярного полиизобутилена, в жидкое углеводородное топливо применено для уменьшения разбрызгивания топлива за счет увеличения вязкости сдвига.In the known invention, the introduction of a non-polar polymer, including solid high molecular weight polyisobutylene, into liquid hydrocarbon fuel is used to reduce fuel spatter by increasing shear viscosity.
Уменьшение разбрызгивания (распыла), в частности, в форсунках, например, жидкостного реактивного двигателя может привести к нарушению смесеобразования и возникновению высокочастотных пульсаций в камере сгорания, а следовательно, к ухудшению эксплуатационных энергетических характеристик двигателя (машины).Reducing the spray (spray), in particular, in nozzles, for example, of a liquid engine can lead to disruption of the formation of mixtures and the appearance of high-frequency pulsations in the combustion chamber, and therefore, to the deterioration of the operational energy characteristics of the engine (machine).
Под «машиной» здесь и далее понимается механизм или сочетание механизмов, осуществляющий преобразование энергии.Hereinafter, a “machine” is understood to mean a mechanism or combination of mechanisms that transforms energy.
Преимущественно к машинам относятся различные двигательные установки, двигатели, в том числе авиационные турбореактивные и жидкостные ракетные, насосы различных типов и т.п.Mostly machines include various propulsion systems, engines, including aircraft turbojets and liquid rocket engines, various types of pumps, etc.
Под трактом понимается тракт движения углеводородной жидкости (горючего, топлива) в целом - перекачка от исходного магистрального трубопровода, трубопроводов, насосов и т.п. до установок и агрегатов, где топливо используется по назначению.The path refers to the path of movement of a hydrocarbon liquid (fuel, fuel) as a whole - pumping from the original main pipeline, pipelines, pumps, etc. to installations and units where fuel is used for its intended purpose.
Для оценки характеристик машин традиционно используют такие характеристики как коэффициент полезного действия, в основном здесь для двигателей, напор для насосов, или гидравлические потери и, обобщаемые термином «эксплуатационные энергетические характеристики».To evaluate the characteristics of machines, traditionally use such characteristics as efficiency, mainly here for engines, pressure for pumps, or hydraulic losses and, generalized by the term "operational energy characteristics".
Известные полимерные добавки (присадки, агенты, составы), увеличивая вязкость или снижая гидродинамическое сопротивление, или гася турбулентность, в случае использования их в условиях эксплуатации в машинах уменьшают конвективный теплообмен в несколько раз.Known polymer additives (additives, agents, compositions), increasing viscosity or reducing hydrodynamic resistance, or suppressing turbulence, in the case of their use in operating conditions in machines reduce convective heat transfer by several times.
Столь значительное уменьшение известными полимерными добавками конвективного теплообмена является неблагоприятным фактором, препятствующим использованию жидкого углеводородного топлива или жидкого углеводородного горючего с полимерными добавками в теплонапряженных энергоустановках, особенно в охлаждающих трактах авиационных, реактивных двигателей и установок, в которых углеводородная жидкость (горючее) отводит тепло от более нагретых поверхностей.Such a significant reduction in the known polymer additives of convective heat transfer is an unfavorable factor that impedes the use of liquid hydrocarbon fuel or liquid hydrocarbon fuel with polymer additives in heat-stressed power plants, especially in the cooling ducts of aircraft, jet engines and installations in which hydrocarbon liquid (fuel) removes heat from more heated surfaces.
Кроме того, известные добавки для снижения гидравлического сопротивления, улучшая характеристики углеводородной жидкости (топлива, горючего) на одном участке тракта, одновременно могут привести к непригодности его использования на этом и/или последующем участке. Например, добавка, снижающая гидравлическое сопротивление углеводородной жидкости и уменьшающая потери энергии на трение при протекании углеводородной жидкости по проводящим каналам (начальному участку тракта), не позволяет использовать эту углеводородную жидкость на последующем участке тракта - в топливных агрегатах с теплонапряженными участками - из-за снижения добавкой конвективного теплообмена углеводородной жидкости иногда в несколько раз, так как снижение конвективного теплообмена, в частности в жидкостном реактивном двигателе, может вести к аварийным ситуациям из-за прогара топливной системы.In addition, well-known additives to reduce hydraulic resistance, improving the characteristics of a hydrocarbon liquid (fuel, fuel) in one section of the tract, at the same time can lead to unsuitability of its use in this and / or subsequent section. For example, an additive that reduces the hydraulic resistance of a hydrocarbon liquid and reduces the friction energy loss during the flow of a hydrocarbon liquid through the conductive channels (the initial section of the tract) does not allow the use of this hydrocarbon liquid in the subsequent section of the tract — in fuel assemblies with heat-stressed sections — due to the decrease the addition of convective heat transfer of a hydrocarbon liquid is sometimes several times, since a decrease in convective heat transfer, in particular in a liquid propulsion engine le, can lead to emergency situations due to burnout of the fuel system.
Все известные присадки улучшают какое-либо свойство углеводородной жидкости в узком диапазоне эксплуатационных параметров и не предназначены для улучшения энергетических характеристик машин в целом, в реальном эксплуатационном диапазоне температур современной техники.All known additives improve any property of a hydrocarbon liquid in a narrow range of operational parameters and are not intended to improve the energy characteristics of machines in general, in the real operating temperature range of modern technology.
Улучшающие эксплуатационные энергетические характеристики машин присадки и углеводородные жидкости на основе нефтепродуктов, используемые в машинах, с присадками, влияющими на улучшение эксплуатационных энергетических характеристик машин (коэффициент полезного действия, напор и т.п.) и тракта в целом, которые могут быть использованы в машинах с тепло- и/или энергонапряженными гидравлическими трактами в условиях эксплуатации при нагреве и/или сжигании, в известных технических решениях (в известном уровне техники) отсутствуют.Additives and hydrocarbon fluids based on petroleum products used in machines that improve the operational energy performance of machines, with additives that affect the improvement of the energy performance of the machines (efficiency, pressure, etc.) and the path as a whole that can be used in the machines with heat and / or energy-stressed hydraulic circuits under operating conditions during heating and / or combustion, in the known technical solutions (in the prior art) are absent.
В основу изобретения положена задача создания улучшающей эксплуатационные энергетические характеристики машин жидкой присадки к углеводородной жидкости и углеводородной жидкости на основе нефтепродуктов и используемой в машинах преимущественно с тепло- и/или энергонапряженными гидравлическими трактами в условиях эксплуатации, при нагреве и/или сжигании. Задачей изобретения является также создание углеводородной жидкости на основе керосина для реактивных двигателей, улучшающей их эксплуатационные энергетические характеристики.The basis of the invention is the creation of improving the operational energy characteristics of machines of liquid additives to hydrocarbon liquids and hydrocarbon liquids based on petroleum products and used in machines mainly with heat and / or energy-stressed hydraulic circuits in operating conditions, during heating and / or combustion. The objective of the invention is the creation of a hydrocarbon liquid based on kerosene for jet engines, improving their operational energy characteristics.
Задача связана с тем, что создание современной техники требует обеспечения больших напоров и минимальных массы и габаритов, высоких антикавитационных качеств, высокой экономичности и ресурса, что является «противоречивыми» требованиями, в значительной мере определяемыми рядом различных свойств углеводородной жидкости, так, например, напор и кпд насоса определяются вязкостью, антикавитационные качества зависят от давления насыщенных паров и т.д.The problem is that the creation of modern technology requires the provision of large heads and minimum mass and dimensions, high anti-cavitation qualities, high economy and resource, which are “contradictory" requirements, largely determined by a number of different properties of a hydrocarbon liquid, for example, pressure and pump efficiency are determined by viscosity, anti-cavitation qualities depend on saturated vapor pressure, etc.
Кроме того, при эксплуатации современной техники транспортировка углеводородной жидкости может осуществляться в широком диапазоне температур и скоростей течения. Например, значительная часть ракет-носителей в настоящее время оснащены двигателями, в которых применяются жидкие углеводородные ракетные горючие. При подаче жидкого углеводородного горючего из бака в камеру сгорания скорость течения изменяется от 3-5 м/с во входных магистралях до 200-250 м/с в межлопаточных каналах насосов агрегатов подачи, а температура жидкого углеводородного горючего изменяется от -40 до 200°С, при этом температура горячей охлаждаемой стенки может достигать 400°С и более. В топливных баках самолетов топливо интенсивно охлаждается до -50°С, а в топливоподающей системе оно, наоборот, нагревается до 150-250°С.In addition, during the operation of modern technology, the transportation of hydrocarbon liquid can be carried out in a wide range of temperatures and flow rates. For example, a significant portion of launch vehicles are currently equipped with engines that use liquid hydrocarbon rocket fuels. When liquid hydrocarbon fuel is supplied from the tank to the combustion chamber, the flow velocity varies from 3-5 m / s in the input lines to 200-250 m / s in the interscapular channels of the pumps of the supply units, and the temperature of the liquid hydrocarbon fuel changes from -40 to 200 ° С while the temperature of the hot cooled wall can reach 400 ° C or more. In aircraft fuel tanks, fuel is intensively cooled to -50 ° C, and in the fuel supply system, on the contrary, it is heated to 150-250 ° C.
Поэтому решение задачи направлено на изменение свойств углеводородной жидкости, которое улучшает энергетическую эффективность машин в целом и проявляется в техническом результате как улучшение эксплуатационных энергетических характеристик, таких как кпд двигателя, напор насоса и т.п.Therefore, the solution to the problem is aimed at changing the properties of the hydrocarbon liquid, which improves the energy efficiency of the machines as a whole and manifests itself in the technical result as an improvement in operational energy characteristics, such as engine efficiency, pump head, etc.
Технический результат - улучшение эксплуатационных энергетических характеристик машин: коэффициента полезного действия двигателей, напоров насосов и т.д.EFFECT: improvement of operational energy characteristics of machines: efficiency of engines, pump heads, etc.
Поставленная задача решается улучшающей эксплуатационные энергетические характеристики машин жидкой присадкой к углеводородной жидкости на основе нефтепродуктов и используемой в машинах преимущественно с тепло- и/или энергонапряженными гидравлическими трактами в условиях эксплуатации, при нагреве и/или сжигании, содержащей раствор углеводородной жидкости и высокомолекулярного полиизобутилена, имеющего молекулярную массу от примерно 3,7·106 до примерно 4,9·106.The problem is solved by improving the operational energy characteristics of machines with a liquid additive to a hydrocarbon liquid based on petroleum products and used in machines primarily with heat and / or energy-stressed hydraulic circuits under operating conditions, during heating and / or combustion, containing a solution of a hydrocarbon liquid and high molecular weight polyisobutylene having molecular weight from about 3.7 · 10 6 to about 4.9 · 10 6 .
Целесообразно, чтобы улучшающая эксплуатационные энергетические характеристики машин жидкая присадка содержала бы высокомолекулярный полиизобутилен в количестве до получения уровня предельной растворимости высокомолекулярного полиизобутилена в углеводородной жидкости.It is advisable that improving the operational energy characteristics of machines, the liquid additive would contain high molecular weight polyisobutylene in an amount to obtain the level of ultimate solubility of high molecular weight polyisobutylene in a hydrocarbon liquid.
Поставленная задача решается также тем, что углеводородная жидкость на основе нефтепродуктов и используемая в машинах преимущественно с тепло- и/или энергонапряженными гидравлическими трактами в условиях эксплуатации, при нагреве и(/или) сжигании, содержит жидкую присадку, содержащую раствор углеводородной жидкости и высокомолекулярного полиизобутилена, имеющего молекулярную массу от примерно 3,7·106 до примерно 4,9·106, в количестве, достаточном для усовершенствования эксплуатационных энергетических характеристик машин.The problem is also solved by the fact that a hydrocarbon fluid based on petroleum products and used in machines primarily with heat and / or energy-stressed hydraulic circuits in operating conditions, during heating and (/ or) combustion, contains a liquid additive containing a solution of hydrocarbon liquid and high molecular weight polyisobutylene having a molecular weight of from about 3.7 · 10 6 to about 4.9 · 10 6 , in an amount sufficient to improve the operational energy characteristics of the machines.
Целесообразно, чтобы углеводородная жидкость содержала жидкую присадку в количестве, обеспечивающим концентрацию высокомолекулярного полиизобутилена в углеводородной жидкости от 0,015 до 0,095 мас.%.It is advisable that the hydrocarbon liquid contains a liquid additive in an amount providing a concentration of high molecular weight polyisobutylene in the hydrocarbon liquid from 0.015 to 0.095 wt.%.
Углеводородная жидкость может содержать жидкую присадку, имеющую раствор на идентичной углеводородной жидкости.The hydrocarbon liquid may contain a liquid additive having a solution on an identical hydrocarbon liquid.
Поставленная задача решается также тем, что жидкое углеводородное горючее для реактивных двигателей дополнительно содержит улучшающую эксплуатационные энергетические характеристики двигателей жидкую присадку, содержащую раствор керосина и высокомолекулярного полиизобутилена, имеющего молекулярную массу от примерно 3,7·106 до примерно 4,9·106, в количестве, обеспечивающем концентрацию высокомолекулярного полиизобутилена в жидком углеводородном горючем от 0,015 до 0,095 мас.%.The problem is also solved by the fact that liquid hydrocarbon fuel for jet engines additionally contains a liquid additive improving the operational energy characteristics of engines containing a solution of kerosene and high molecular weight polyisobutylene having a molecular weight of from about 3.7 · 10 6 to about 4.9 · 10 6 , in an amount providing a concentration of high molecular weight polyisobutylene in liquid hydrocarbon fuel from 0.015 to 0.095 wt.%.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием и прилагаемыми чертежами.The invention is further explained in the description and the accompanying drawings.
Фиг.1 - графики растворимости высокомолекулярного полиизобутилена в углеводородной жидкости в зависимости от продолжительности растворения (времени растворения) и температуры.Figure 1 - graphs of the solubility of high molecular weight polyisobutylene in a hydrocarbon liquid depending on the duration of dissolution (time of dissolution) and temperature.
Фиг.2 - графики зависимости коэффициента гидродинамического сопротивления трения λ от числа Рейнольдса при течении в трубопроводе углеводородной жидкости с жидкой присадкой согласно изобретению и собственно углеводородной жидкости для сравнения.Figure 2 - graphs of the dependence of the coefficient of hydrodynamic resistance to friction λ on the Reynolds number during flow in the pipeline of a hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention and the actual hydrocarbon liquid for comparison.
Фиг.3а - графики зависимости начальной температуры стенки трубы от теплового потока через стенку при течении по трубе нагретой углеводородной жидкости с жидкой присадкой согласно изобретению и нагретой собственно углеводородной жидкости для сравнения.Figa - graphs of the dependence of the initial temperature of the pipe wall from the heat flux through the wall during the flow through the pipe of a heated hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention and the actual heated hydrocarbon liquid for comparison.
Фиг.3в - графики зависимости прироста температуры стенки трубы за 10 мин от начальной температуры стенки трубы при течении по трубе нагретой углеводородной жидкости с жидкой присадкой согласно изобретению и нагретой собственно углеводородной жидкости для сравнения.Fig. 3c shows graphs of the dependence of the increase in the temperature of the pipe wall over 10 minutes on the initial temperature of the pipe wall when the heated hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention and the actual heated hydrocarbon liquid flow through the pipe for comparison.
Фиг.4а и 4в - графики эксплуатационных энергетических характеристик модельного высокоскоростного шнекоцентробежного насоса - напора Н и коэффициента полезного действия η (соответственно) - в зависимости от расхода углеводородной жидкости с жидкой присадкой согласно изобретению и собственно углеводородной жидкости для иллюстрации улучшения эксплуатационных энергетических характеристик машин согласно изобретению.Figa and 4B are graphs of the operational energy characteristics of the model high-speed screw centrifugal pump - head H and efficiency η (respectively) depending on the flow rate of a hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention and the hydrocarbon liquid itself to illustrate the improvement of the operational energy characteristics of machines according to the invention .
Фиг.5 - графики эксплуатационных энергетических характеристик бустерного осевого турбонасосного агрегата жидкостного реактивного двигателя - напорные характеристики (Н/n2)БН при работе с углеводородной жидкостью с жидкой присадкой согласно изобретению концентрации 0,05% и собственно углеводородной жидкостью, для иллюстрации улучшения эксплуатационных энергетических характеристик машин. Figure 5 - graphs of the operational energy characteristics of the booster axial turbopump unit of a liquid engine - pressure characteristics (N / n 2 ) BN when working with a hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention, the concentration of 0.05% and the actual hydrocarbon liquid, to illustrate the improvement of operational energy characteristics of machines.
Фиг.6 и 7 - напорные характеристики первой H1 и второй ступеней Н2 (соответственно) шнекоцентробежного насоса жидкостного реактивного двигателя при работе с углеводородной жидкостью с жидкой присадкой согласно изобретению концентрации 0,05% и собственно углеводородной жидкостью для иллюстрации улучшения эксплуатационных энергетических характеристик машин.6 and 7 are the pressure characteristics of the first H 1 and second stages H 2 (respectively) of a liquid-propelled auger centrifugal pump when working with a hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention at a concentration of 0.05% and the hydrocarbon liquid itself to illustrate the improvement of operational energy characteristics of machines .
Фиг.8 - графики зависимости изменения потери давления Δрохл гидравлического тракта регенеративного охлаждения жидкостного реактивного двигателя в зависимости от расхода углеводородной жидкости с жидкой присадкой согласно изобретению и собственно углеводородной жидкости для иллюстрации улучшения эксплуатационных энергетических характеристик машин согласно изобретению.Fig. 8 is a graph showing the change in pressure loss Δp cool of the hydraulic path of regenerative cooling of a liquid engine as a function of the flow rate of a hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention and the hydrocarbon liquid itself, to illustrate the improvement of the operational energy characteristics of the machines according to the invention.
Фиг.9 - графики, иллюстрирующие улучшение эксплуатационных энергетических характеристик агрегатов в гидравлическом тракте жидкостного реактивного двигателя в зависимости от содержания высокомолекулярного полиизобутилена в жидком углеводородном горючем.Fig.9 is a graph illustrating the improvement of the operational energy characteristics of the units in the hydraulic tract of a liquid engine, depending on the content of high molecular weight polyisobutylene in liquid hydrocarbon fuel.
Жидкую присадку согласно изобретению готовят следующим образом.The liquid additive according to the invention is prepared as follows.
Высокомолекулярный полиизобутилен молекулярной массой от примерно 3,7·106 до примерно 4,9·106 мелко измельчили, поместили в емкость и полностью покрыли углеводородной жидкостью. Емкость снабжена устройством вращения и системой подогрева. Температуру раствора контролировали термометром. Полученный раствор, который является жидкой присадкой согласно изобретению, сливали из емкости в отдельную тару.High molecular weight polyisobutylene with a molecular weight of from about 3.7 · 10 6 to about 4.9 · 10 6 was finely ground, placed in a container and completely covered with a hydrocarbon liquid. The tank is equipped with a rotation device and a heating system. The temperature of the solution was monitored by a thermometer. The resulting solution, which is a liquid additive according to the invention, was poured from the container into a separate container.
При растворении высокомолекулярного полиизобутилена его концентрация и время, требуемое для полного растворения, увеличиваются неравномерно, в зависимости от величины концентрации высокомолекулярного полиизобутилена в растворе и от омывания его углеводородной жидкостью. Графики растворимости высокомолекулярного полиизобутилена в углеводородной жидкости в зависимости от продолжительности растворения (времени растворения) и температуры приведены на фиг.1. По оси абсцисс в качестве единицы времени выбрана «рабочая смена», и не принималось во внимание время, когда устройство вращения и система подогрева были отключены. Это оправдано тем, что интенсивность растворения в промежутки растворения, когда высокомолекулярный полиизобутилен не омывается и не подогревается, резко уменьшается. В качестве углеводородной жидкости применяли керосин, авиационный бензин, дизельное топливо, жидкое реактивное топливо.When dissolving high molecular weight polyisobutylene, its concentration and the time required for complete dissolution increase unevenly, depending on the concentration of high molecular weight polyisobutylene in the solution and washing it with a hydrocarbon liquid. Graphs of the solubility of high molecular weight polyisobutylene in a hydrocarbon liquid depending on the duration of dissolution (dissolution time) and temperature are shown in figure 1. On the abscissa axis, the “working shift” was selected as the unit of time, and the time when the rotation device and the heating system were turned off was not taken into account. This is justified by the fact that the intensity of dissolution in the intervals of dissolution, when high molecular weight polyisobutylene is not washed and heated, decreases sharply. Kerosene, aviation gasoline, diesel fuel, liquid jet fuel were used as a hydrocarbon liquid.
Процесс растворения, по сути, массоперенос, осуществляющийся посредством диффузии, описываемый законом Фика. В силу этого увеличение концентрации при растворении высокомолекулярного полиизобутилена описывается показательной функцией, т.е. достигается раствор, который содержит высокомолекулярный полиизобутилен на уровне предельной растворимости.The dissolution process, in fact, is mass transfer carried out by diffusion, described by Fick's law. Because of this, an increase in the concentration upon dissolution of high molecular weight polyisobutylene is described by an exponential function, i.e. a solution is achieved that contains high molecular weight polyisobutylene at the level of ultimate solubility.
При образовании раствора сначала происходит набухание высокомолекулярного полиизобутилена, т.е. углеводородная жидкость «растворяется» в высокомолекулярном полиизобутилене, а затем происходит образование раствора углеводородной жидкости и высокомолекулярного полиизобутилена.When the solution is formed, the high molecular weight polyisobutylene swells first, i.e. a hydrocarbon liquid “dissolves” in high molecular weight polyisobutylene, and then a solution of a hydrocarbon liquid and high molecular weight polyisobutylene is formed.
Полученную жидкую присадку хранили до 1 года в широком диапазоне температуры хранения (от -70 до 40°С).The resulting liquid additive was stored for up to 1 year in a wide range of storage temperature (from -70 to 40 ° C).
Жидкая присадка при хранении была однородна, стабильна, без расслоения и выпадения осадка, в том числе при изменениях окружающей температуры и давления.The liquid additive during storage was uniform, stable, without delamination and precipitation, including during changes in ambient temperature and pressure.
Как видно из фиг.1, время получения жидкой присадки согласно изобретению с достижением уровня предельной растворимости составляет около 30 рабочих смен.As can be seen from figure 1, the time to obtain a liquid additive according to the invention with reaching the level of ultimate solubility is about 30 work shifts.
Чтобы создать запасы жидкой присадки в количестве, достаточном для промышленного использования, жидкую присадку согласно изобретению готовили порциями, которые последовательно сливали в одну емкость.In order to stockpile the liquid additive in an amount sufficient for industrial use, the liquid additive according to the invention was prepared in batches, which were successively poured into one container.
Жидкая присадка при хранении была однородна, стабильна, без расслоения и выпадения осадка, в том числе при изменениях окружающей температуры и давления.The liquid additive during storage was uniform, stable, without delamination and precipitation, including during changes in ambient temperature and pressure.
Углеводородную жидкость согласно изобретению готовили следующим образом.The hydrocarbon liquid according to the invention was prepared as follows.
В углеводородную жидкость добавляли жидкую присадку, полученную согласно изобретению, в количестве, достаточном для усовершенствования эксплуатационных энергетических характеристик машин.A liquid additive obtained according to the invention was added to the hydrocarbon liquid in an amount sufficient to improve the operational energy characteristics of the machines.
Наиболее целесообразно, чтобы содержание высокомолекулярного полиизобутилена составляло от 0,015 до 0,095 мас.%.It is most advisable that the content of high molecular weight polyisobutylene be from 0.015 to 0.095 wt.%.
Жидкая присадка согласно изобретению однородно и быстро растворяется в углеводородной жидкости.The liquid additive according to the invention dissolves uniformly and quickly in a hydrocarbon liquid.
Полученная углеводородная жидкость представляет собой сильно разбавленный раствор высокомолекулярного полиизобутилена.The resulting hydrocarbon liquid is a highly diluted solution of high molecular weight polyisobutylene.
В качестве углеводородной жидкости использовали керосин, авиационный бензин, дизельное топливо, жидкое реактивное топливо.Kerosene, aviation gasoline, diesel fuel, liquid jet fuel were used as a hydrocarbon liquid.
В углеводородную жидкость добавляли жидкую присадку, имеющую раствор на собственной углеводородной жидкости и на идентичной углеводородной жидкости.A liquid additive was added to the hydrocarbon liquid having a solution on its own hydrocarbon liquid and on an identical hydrocarbon liquid.
Концентрация уровня предельной растворимости также позволяет минимизировать количество углеводородной жидкости присадки в собственно углеводородной жидкости (топливе, горючем).The concentration of the solubility limit also allows you to minimize the amount of hydrocarbon fluid additives in the actual hydrocarbon liquid (fuel, fuel).
Углеводородную жидкость согласно изобретению проверяли на стабильность при длительном хранении до 1 года в широком диапазоне температуры хранения (от -70°С до 40°С).The hydrocarbon liquid according to the invention was tested for stability during long-term storage up to 1 year in a wide range of storage temperature (from -70 ° C to 40 ° C).
Углеводородная жидкость имела стабильность при всем времени хранения в диапазоне температур от -70 до 40°С.The hydrocarbon liquid had stability over the entire storage time in the temperature range from -70 to 40 ° C.
Специальные химические исследования показали, что жидкая присадка не ухудшает стандартизированных показателей качества углеводородной жидкости, в том числе жидкого углеводородного горючего, например, для реактивных двигателей большой тяги, и что свойства углеводородной жидкости с жидкой присадкой сохраняют стабильность при длительном хранении до трех месяцев и в диапазоне температур, предусмотренном техническим заданием на реактивные двигатели большой тяги.Special chemical studies have shown that a liquid additive does not impair standardized quality indicators for hydrocarbon liquids, including liquid hydrocarbon fuels, for example, for high-thrust jet engines, and that the properties of a hydrocarbon liquid with a liquid additive remain stable during long-term storage for up to three months and in the range temperatures stipulated by the technical specifications for jet engines of high thrust.
Полученную углеводородную жидкость согласно изобретению исследовали в лабораторных условиях, в экспериментах, направленных на изучение коэффициента сопротивления трения λ и конвективного теплообмена в условиях теплонапряженных гидравлических трактов.The obtained hydrocarbon fluid according to the invention was investigated in laboratory conditions, in experiments aimed at studying the coefficient of friction resistance λ and convective heat transfer in conditions of heat-stressed hydraulic circuits.
Лабораторные эксперименты, касающиеся коэффициента сопротивления трения λ, проводились на специальной установке на участке стального трубопровода диаметром 4,2 мм, длиной 800 мм.Laboratory experiments concerning the coefficient of friction resistance λ were carried out on a special installation in the area of a steel pipeline with a diameter of 4.2 mm and a length of 800 mm.
Эксперименты осуществляли путем проливки участка стального трубопровода углеводородной жидкостью, содержащей жидкую присадку согласно изобретению с концентрацией высокомолекулярного полиизобутилена от 0,011 до 0,05 мас.% и той же углеводородной жидкостью без присадки в одинаковых условиях при температуре от -45°С до 14°С и измерении коэффициента гидродинамического сопротивления трения λ.The experiments were carried out by pouring a portion of a steel pipeline with a hydrocarbon liquid containing a liquid additive according to the invention with a high molecular weight polyisobutylene concentration from 0.011 to 0.05 wt.% And the same hydrocarbon liquid without additives under the same conditions at temperatures from -45 ° C to 14 ° C and measuring the coefficient of hydrodynamic drag friction λ.
Полученные результаты представлены на фиг.2 в виде графиков зависимости коэффициента гидродинамического сопротивления трения λ от числа Рейнольдса.The results are presented in figure 2 in the form of graphs of the dependence of the coefficient of hydrodynamic friction drag λ on the Reynolds number.
Результаты, полученные при течении в трубопроводе углеводородной жидкости - керосина с жидкой присадкой согласно изобретению - нанесены ромбами, и скоррелированы сплошной линией 1, результаты, полученные при течении в трубопроводе собственно керосина для сравнения, нанесенные прямоугольниками, также скоррелированы сплошной линией. 2.The results obtained during the flow of a hydrocarbon liquid in a pipeline — kerosene with a liquid additive according to the invention — are plotted with rhombs and are correlated with a
Из представленных результатов видно, что добавление жидкой присадки смещает линию 2 на меньшие значения коэффициента сопротивления, коэффициент сопротивления уменьшается примерно на 40-70%, в зависимости от числа Рейнольдса. Добавление жидкой присадки снизило коэффициент сопротивления, что говорит о том, что добавление жидкой присадки согласно изобретению к углеводородной жидкости уменьшает турбулентность потока.From the presented results it is seen that the addition of a liquid additive shifts
Лабораторные эксперименты, касающиеся конвективного теплообмена, проводили на теплообменной установке с кольцевым трактом, в котором внутренняя поверхность нагревалась электричеством до температур 230-600°С и охлаждалась потоком углеводородной жидкости.Laboratory experiments related to convective heat transfer were carried out on a ring-type heat exchange unit in which the inner surface was heated by electricity to temperatures of 230-600 ° C and cooled by a stream of hydrocarbon liquid.
Эквивалентный диаметр охлаждающего тракта составлял 3,9 мм, скорость потока 10 м/с, давление на входе 8 МПа, число Рейнольдса по входному сечению Re=6,8·103.The equivalent diameter of the cooling path was 3.9 mm, the flow velocity was 10 m / s, the inlet pressure was 8 MPa, the Reynolds number at the inlet section was Re = 6.8 · 10 3 .
В качестве углеводородной жидкости использовали керосин, содержащий жидкую присадку в количестве, обеспечивающим содержание высокомолекулярного полиизобутилена от 0,05 до 0,1 мас.%.Kerosene containing a liquid additive in an amount providing a high molecular weight polyisobutylene content of 0.05 to 0.1 wt.% Was used as a hydrocarbon liquid.
Полученные результаты представлены на фиг.3а в виде графиков зависимости начальной температуры стенки трубы от теплового потока при течении по трубе нагретой углеводородной жидкости с жидкой присадкой согласно изобретению и нагретой собственно углеводородной жидкости для сравнения и на фиг.3в в виде графиков зависимости прироста температуры стенки трубы за 10 мин от начальной температуры стенки трубы при течении по трубе нагретой углеводородной жидкости с жидкой присадкой согласно изобретению и нагретой собственно углеводородной жидкости для сравнения.The results obtained are presented in FIG. 3a in the form of graphs of the dependence of the initial temperature of the pipe wall on the heat flux during the flow of the heated hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention and the heated hydrocarbon liquid for comparison and in FIG. 3c as graphs of the increase in the temperature of the
Температура стенки определялась на установившемся режиме через 1 мин и через 10 мин после включения установки. Диапазон измеренных тепловых параметров для собственно углеводородной жидкости обозначен на фиг.3а и Зв сплошными линиями, а измеренные тепловые параметры для углеводородной жидкости с жидкой присадкой обозначены кружками.The wall temperature was determined at steady state after 1 min and 10 min after turning on the unit. The range of measured thermal parameters for the actual hydrocarbon liquid is indicated in solid lines in Fig. 3a and Sv, and the measured thermal parameters for the hydrocarbon liquid with a liquid additive are indicated by circles.
Из полученных результатов видно, что тепловые параметры для углеводородной жидкости с жидкой присадкой лежат внутри диапазона для углеводородной жидкости. Эксперименты на теплообменной установке не обнаружили ухудшения охлаждающей способности углеводородной жидкости в диапазоне температур охлаждаемой стенки 230-600°С.From the obtained results it is seen that the thermal parameters for a hydrocarbon liquid with a liquid additive are within the range for a hydrocarbon liquid. The experiments on the heat exchange installation did not detect a deterioration in the cooling ability of the hydrocarbon liquid in the temperature range of the cooled wall of 230-600 ° C.
Это говорит о том, что добавление жидкой присадки, уменьшающей турбулентность потока, согласно вышеприведенным результатам, касающимся коэффициента гидродинамического сопротивления трения λ, не привело к ожидаемому ухудшению тепловых параметров (увеличению температуры стенки и снижению конвективного теплообмена).This suggests that the addition of a liquid additive that reduces flow turbulence, according to the above results concerning the coefficient of hydrodynamic friction drag λ, did not lead to the expected deterioration of thermal parameters (increase in wall temperature and decrease in convective heat transfer).
Это является, в частности, следствием деструкции высокомолекулярного полиизобутилена, которая представляет собой разрыв химической связи между атомами в главной цепи макромолекулы полимера. Разрыв химической связи происходит из-за напряжений, возникающих вдоль главной цепи макромолекулы вследствие совместного и одновременного воздействия гидродинамических сил, определяемых степенью турбулизации жидкости, и сил, вызванных тепловыми флуктуациями, определяемыми интенсивностью теплового потока от стенки.This is, in particular, a consequence of the destruction of high molecular weight polyisobutylene, which is a break in the chemical bond between atoms in the main chain of the polymer macromolecule. The chemical bond is broken due to stresses arising along the main chain of the macromolecule due to the combined and simultaneous effects of hydrodynamic forces, determined by the degree of fluid turbulence, and forces caused by thermal fluctuations, determined by the intensity of the heat flux from the wall.
Открытый эффект позволил применить углеводородную жидкость с жидкой присадкой согласно изобретению в натурных экспериментах в машинах - гидравлическом тракте двигателя, ряде ступеней насоса и т.п., в ходе которых был получен дополнительно неочевидный эффект изменения свойств углеводородной жидкости, что вкупе проявилось как улучшение энергетической эффективности и проявилось в техническом результате как улучшение эксплуатационных энергетических характеристик, таких как кпд двигателя, напор насоса и т.п.The open effect allowed the use of a hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention in field experiments in machines - the hydraulic tract of the engine, a number of pump stages, etc., during which an additional non-obvious effect of changing the properties of the hydrocarbon liquid was obtained, which, together, manifested itself as an improvement in energy efficiency and manifested in the technical result as an improvement in operational energy characteristics, such as engine efficiency, pump head, etc.
Полученные данные, подтверждающие получение технического результата, представлены на фиг.4-9 и в таблице. Фиг.4а и 4в касаются экспериментов, проведенных автономно на отдельном агрегате (машине), а фиг.5-9 и таблица содержат данные натурных экспериментов, осуществленных в реактивном двигателе, имеющем гидравлический тракт, содержащий в том числе участки трубопроводов, насосы, участки с теплообменом и т.п., работающие совместно, условно далее называемые элементы.The obtained data confirming the receipt of a technical result are presented in figures 4-9 and in the table. Figures 4a and 4c relate to experiments conducted autonomously on a separate unit (machine), and Figures 5-9 and the table contain data from field experiments carried out in a jet engine having a hydraulic path, including including sections of pipelines, pumps, sections with heat transfer and the like, working together, conditionally referred to as elements below.
При осуществлении автономных экспериментов в качестве углеводородной жидкости использовали керосин. Жидкую присадку согласно изобретению добавляли в количестве, чтобы количество высокомолекулярного полиизобутилена составляло от 0,012 до 0,056 мас.%.When carrying out autonomous experiments, kerosene was used as a hydrocarbon liquid. The liquid additive according to the invention was added in an amount so that the amount of high molecular weight polyisobutylene was from 0.012 to 0.056 wt.%.
На фиг.4а приведены напорная и на фиг.4в кпд - характеристики модельного высокооборотного шнекоцентробежного насоса при работе с углеводородной жидкостью с жидкой присадкой согласно изобретению разных концентраций и собственно углеводородной жидкостью (без жидкой присадки).Fig. 4a shows the pressure head and Fig. 4c shows the efficiency of the model high-speed screw centrifugal pump when working with a hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention of different concentrations and the actual hydrocarbon liquid (without liquid additive).
Число Рейнольдса для лопастных насосов Re=D2·ω/ν≅1,4·108, здесь и далее D2 - наружный диаметр рабочего колеса, м; ω - частота вращения вала рабочего колеса, с-1; ν - кинематическая вязкость перекачиваемой жидкости, Ст.The Reynolds number for vane pumps Re = D 2 · ω / ν≅1,4 · 10 8 , hereinafter D 2 - the outer diameter of the impeller, m; ω is the frequency of rotation of the impeller shaft, s -1 ; ν - kinematic viscosity of the pumped liquid, Art.
Автономные испытания показали, что использование углеводородной жидкости с жидкой присадкой согласно изобретению увеличило напор насоса на 7%, а кпд насоса - на 15% (при концентрации 0,056 мас.%) относительно значений напора и кпд при использовании углеводородной жидкости без жидкой присадки.Stand-alone tests showed that the use of a hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention increased the pump head by 7%, and the pump efficiency by 15% (at a concentration of 0.056 wt.%) Relative to the head and efficiency when using a hydrocarbon liquid without a liquid additive.
Одновременно отмечено улучшение антикавитационных качеств насоса.At the same time, an improvement in the anticavitation qualities of the pump was noted.
Из представленных данных видно, что с ростом концентрации полимера в углеводородной жидкости имеет место увеличение напора и кпд насоса, а также расширение диапазона по расходу безкавитационной работы насоса. Соответствющее этому максимальное снижение величины срывного кавитационного запаса насоса (при концентрации 0,056%), по сравнению с чистой жидкостью, составляет приблизительно 25%.From the presented data it can be seen that with an increase in the concentration of the polymer in the hydrocarbon liquid, there is an increase in the head and efficiency of the pump, as well as an expansion of the range in the flow rate of pump operation without cavitation. The corresponding maximum reduction in the stall cavitation reserve of the pump (at a concentration of 0.056%), in comparison with a pure liquid, is approximately 25%.
При натурных экспериментах, осуществленных в реактивном двигателе, в гидравлический тракт двигателя заливали жидкое углеводородное горючее для реактивных двигателей с жидкой присадкой согласно изобретению, концентрация высокомолекулярного полиизобутилена 0,005, 0,020, 0,050, 0,080 и 0,095 мас.%.When full-scale experiments carried out in a jet engine, liquid hydrocarbon fuel for jet engines with a liquid additive according to the invention was poured into the hydraulic path of the engine, the concentration of high molecular weight polyisobutylene was 0.005, 0.020, 0.050, 0.080 and 0.095 wt.%.
Гидравлический тракт двигателя по линии реактивного горючего от расходных баков до смесительной головки камеры сгорания включал в себя последовательно бустерный насосный агрегат, состоящий из шнекового насоса и осевой гидротурбины, основного двухступенчатого центробежного насоса с предвключенным шнеком, регулирующего дросселя и тракта регенеративного охлаждения камеры.The engine hydraulic path through the jet fuel line from the supply tanks to the mixing head of the combustion chamber consistently consisted of a booster pump unit consisting of a screw pump and an axial hydraulic turbine, a main two-stage centrifugal pump with an upstream screw, a regulating throttle and a regenerative cooling chamber of the chamber.
На фиг.5 для примера приведены напорные характеристики бустерного осевого турбонасосного агрегата жидкостного реактивного двигателя тяжелого класса - напорные характеристики (Н/n2)БН при работе с углеводородной жидкостью с жидкой присадкой согласно изобретению концентрации 0,05% и собственно углеводородной жидкостью (без жидкой присадки). Увеличение напора при работе с углеводородной жидкостью с жидкой присадкой согласно изобретению подтверждается адекватным измерением давления ДГАБ в полости автозагрузочного устройства осевого турбонасосного агрегата. Число Рейнольдса Re≅4·107.Figure 5 shows, by way of example, the pressure characteristics of the booster axial turbopump assembly of a heavy-duty liquid-propellant engine — pressure characteristics (N / n 2 ) of the BN when operating with a hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention, a concentration of 0.05% and the actual hydrocarbon liquid (without liquid additives). The increase in pressure when working with a hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention is confirmed by an adequate measurement of the pressure DHA in the cavity of the autoloading device of the axial turbopump unit. Reynolds number Re≅4 · 10 7 .
На фиг.6 и 7 для примера приведены напорные характеристики первой H1 и второй Н2 ступеней (соответственно) шнекоцентробежного насоса реактивного двигателя тяжелого класса при работе с углеводородной жидкостью с жидкой присадкой согласно изобретению концентрации 0,05% и собственно углеводородной жидкостью. Число Рейнольдса Re≅1,6·108.Figures 6 and 7 show, by way of example, the pressure characteristics of the first H 1 and second H 2 stages (respectively) of a screw centrifugal pump of a heavy class jet engine when operating with a hydrocarbon liquid with a liquid additive according to the invention at a concentration of 0.05% and the hydrocarbon liquid itself. Reynolds number Re≅1.6 · 10 8 .
Результаты измерений потери давления гидравлического тракта регенеративного охлаждения Δрохл реактивного двигателя (фиг.8) при течении керосина с жидкой присадкой (концентрация высокомолекулярного полиизобутилена 0,05%) согласно изобретению нанесены черными кружками и скоррелированы сплошной линией 1, результаты, полученные при течении собственно керосина, для сравнения нанесенные более светлыми кружками, и также скоррелированы сплошной линией 2.Results pressure hydraulic path loss measurements Dp OHL a regenerative cooling of a jet engine (8) for the flow of liquid additive with kerosene (concentration of high molecular weight polyisobutylene is 0.05%) according to the invention are plotted as black circles and the
Из представленных результатов видно, что добавление жидкой присадки смещает линию 2 на меньшие значения потери давления. Потеря давления, т.е. гидропотери гидравлического тракта, уменьшилась примерно на 20%.From the presented results it is seen that the addition of a liquid additive shifts
Влияние жидкой присадки определялось путем сравнения полученных параметров с параметрами, полученными в том же двигателе на том же жидком углеводородном горючем без присадки. Полученные результаты представлены на фиг.9 и в таблице в относительном виде:The influence of the liquid additive was determined by comparing the obtained parameters with the parameters obtained in the same engine on the same liquid hydrocarbon fuel without additives. The results are presented in figure 9 and in the table in relative form:
где Aci - значения параметров Δрохл, (Н/n2)БН,where A ci - parameter values Δr cool , (N / n 2 ) BN ,
H1, Н2,, ηГ1 при работе двигателя на керосине с высокомолекулярнымH 1 , H 2 ,, η G1 when the engine is running on kerosene with high molecular weight
полиизобутиленом концентраций С1, С2...Ci.polyisobutylene concentrations of C 1 , C 2 ... C i .
Здесь ηГ1 - кпд первой ступени шнекоцентробежного насоса.Here η G1 is the efficiency of the first stage of the screw centrifugal pump.
A0 - значения этих же параметров при работе двигателя на штатном жидком углеводородном горючем.A 0 - the values of the same parameters when the engine is running on a regular liquid hydrocarbon fuel.
В таблице представлены величины максимальных приростов параметров 
Полученные результаты показывают, что кпд насосов увеличился на 12-15%.The results show that the efficiency of the pumps increased by 12-15%.
В ходе натурных экспериментов было установлено, что для усовершенствования эксплуатационных энергетических характеристик жидкое углеводородное горючее должно содержать жидкую присадку согласно изобретению в таком количестве, чтобы концентрация высокомолекулярного полиизобутилена в ней составляла от 0,005 до 0,095 мас.%.During field experiments, it was found that in order to improve operational energy characteristics, liquid hydrocarbon fuel should contain the liquid additive according to the invention in such an amount that the concentration of high molecular weight polyisobutylene in it is from 0.005 to 0.095 wt.%.
Механизм действия жидкой присадки окончательно не установлен. Однако можно сказать следующее.The mechanism of action of the liquid additive is not yet fully established. However, the following can be said.
Молекулы высокомолекулярного полиизобутилена имеют линейную структуру и большую молекулярную массу.Molecules of high molecular weight polyisobutylene have a linear structure and a large molecular weight.
Углеводородная жидкость с жидкой присадкой представляет собой разбавленный раствор, в котором растворенные молекулы, свернутые в клубок, друг с другом не взаимодействуют. При турбулентном течении около стенки под гидродинамическим воздействием потока молекулярные клубки разворачиваются и ориентируются вдоль по потоку. При этом они препятствуют турбулентному поперечному переносу импульса и массы, который имеет место в пристенной зоне в виде микроструй. Происходит диссипация энергии этих микроструй, что обуславливает снижение турбулентного трения. В случае кавитации большая инерционность молекул высокомолекулярного полиизобутилена, окружающих кавитационный пузырек, задерживает его рост и схлопывание, что обуславливает задержку кавитации в потоке.A hydrocarbon liquid with a liquid additive is a dilute solution in which dissolved molecules, rolled up into a ball, do not interact with each other. In a turbulent flow near the wall, under the hydrodynamic influence of the flow, molecular tangles unfold and orient along the flow. At the same time, they impede the turbulent transverse transfer of momentum and mass, which takes place in the near-wall zone in the form of microjets. The energy dissipation of these microjets occurs, which leads to a decrease in turbulent friction. In the case of cavitation, the large inertia of the molecules of high molecular weight polyisobutylene surrounding the cavitation bubble delays its growth and collapse, which causes a delay in cavitation in the flow.
По результатам натурных испытаний эксплуатируемого ЖРД тяжелого класса с жидкой присадкой в жидком углеводородном горючем согласно изобретению установлено отсутствие влияния добавки полимера на теплосъем в тракте регенеративного охлаждения камеры, определяемый как произведение секундного расхода через тракт регенеративного охлаждения на величину подогрева жидкости в тракте регенеративного охлаждения. Это свойство является следствием деструкции полиизобутилена, которая представляет собой разрыв химической связи между атомами в главной цепи макромолекулы полимера. Разрыв химической связи происходит из-за напряжений, возникающих вдоль главной цепи макромолекулы вследствие совместного и одновременного воздействия гидродинамических сил, зависящих от степени турбулизации жидкости, и сил, вызванных тепловыми флуктуациями и зависящих от интенсивности теплового потока от стенки.According to the results of field tests of an operated heavy-class liquid-propellant liquid propellant liquid propellant liquid propellant according to the invention, there was no effect of polymer addition on heat removal in the regenerative cooling path of the chamber, defined as the product of the second flow rate through the regenerative cooling path and the amount of liquid heating in the regenerative cooling path. This property is a consequence of the destruction of polyisobutylene, which is a break in the chemical bond between atoms in the main chain of the polymer macromolecule. The chemical bond is broken due to stresses arising along the main chain of the macromolecule due to the combined and simultaneous effects of hydrodynamic forces, depending on the degree of fluid turbulence, and forces caused by thermal fluctuations and depending on the intensity of the heat flux from the wall.
Изобретение может быть использовано в гидравлических трактах при транспортировке нефти и нефтепродуктов, в гидравлических трактах летательных аппаратов и любых иных агрегатах, установках и т.п.The invention can be used in hydraulic circuits for the transportation of oil and oil products, in the hydraulic circuits of aircraft and any other units, installations, etc.
Изобретение целесообразно использовать в машинах преимущественно с тепло- и/или энергонапряженными гидравлическими трактами в условиях эксплуатации, при протекании углеводородной жидкости по трактам преимущественно разомкнутого типа, например топливным магистралям тепловых двигателей, преимущественно двигателей внутреннего сгорания, котельных агрегатов, при протекании в трактах, имеющих температуронапряженные участки конвективного теплообмена с температурой охлаждаемой горячей стенки выше 160°С, расположенные в конце трактов и заканчивающиеся форсунками для распыления углеводородной жидкости.It is advisable to use the invention in machines mainly with heat and / or energy-stressed hydraulic circuits under operating conditions, when hydrocarbon fluid flows along open-circuit paths, for example, fuel lines of heat engines, mainly internal combustion engines, boiler units, when flowing in paths having temperature-intense areas of convective heat transfer with a temperature of the cooled hot wall above 160 ° C, located at the end of the ducts and ending with nozzles for spraying a hydrocarbon liquid.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006129363/04A RU2343187C2 (en) | 2006-08-15 | 2006-08-15 | Liquid additive, improving machine operating energy characteristics; used in machines, oil product-based hydrocarbon liquid and liquid hydrocarbon fuel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006129363/04A RU2343187C2 (en) | 2006-08-15 | 2006-08-15 | Liquid additive, improving machine operating energy characteristics; used in machines, oil product-based hydrocarbon liquid and liquid hydrocarbon fuel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006129363A RU2006129363A (en) | 2008-02-20 |
| RU2343187C2 true RU2343187C2 (en) | 2009-01-10 |
Family
ID=39266888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006129363/04A RU2343187C2 (en) | 2006-08-15 | 2006-08-15 | Liquid additive, improving machine operating energy characteristics; used in machines, oil product-based hydrocarbon liquid and liquid hydrocarbon fuel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2343187C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2527918C1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-09-10 | Открытое акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" | Method of increasing energy characteristics of liquid rocket engines |
| RU2562611C2 (en) * | 2014-01-30 | 2015-09-10 | Станислав Тимирович Маракаев | Anti-turbulent additive and method of reducing pipe friction losses |
| RU2612135C1 (en) * | 2015-12-28 | 2017-03-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Method for producing antiturbulent additive for hydrocarbon rocket propellants |
-
2006
- 2006-08-15 RU RU2006129363/04A patent/RU2343187C2/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2527918C1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-09-10 | Открытое акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" | Method of increasing energy characteristics of liquid rocket engines |
| RU2562611C2 (en) * | 2014-01-30 | 2015-09-10 | Станислав Тимирович Маракаев | Anti-turbulent additive and method of reducing pipe friction losses |
| RU2612135C1 (en) * | 2015-12-28 | 2017-03-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Method for producing antiturbulent additive for hydrocarbon rocket propellants |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006129363A (en) | 2008-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yadav et al. | Study on performance evaluation of automotive radiator | |
| RU2343187C2 (en) | Liquid additive, improving machine operating energy characteristics; used in machines, oil product-based hydrocarbon liquid and liquid hydrocarbon fuel | |
| US8575082B2 (en) | Additive to improve flow, reduce power consumption and pressure drop in heavy oil pipelines | |
| EP3189935B1 (en) | Abrasive gel detergent for cleaning gas turbine engine components | |
| US7249721B2 (en) | Device and method for injecting a liquid fuel into an air flow for a combustion chamber | |
| DK2238225T3 (en) | Terene polymers of ethylene, vinyl acetate and unsaturated esters as additives to improve the resistance of liquid hydrocarbons to low temperatures | |
| BRPI0920665B1 (en) | ADDITIVES TO REDUCE METAL CAPTURE IN FUEL | |
| CN103998581B (en) | Additive compositions that improve the lacquering resistance of superior quality diesel or biodiesel fuels | |
| CN105324468A (en) | Betaine compounds as additives for fuels | |
| BRPI0720739B1 (en) | polymeric oil additive dispersions | |
| BR112019020222B1 (en) | METHOD FOR COMBATING DEPOSITS IN A MODERN DIESEL ENGINE THAT HAS A HIGH PRESSURE FUEL SYSTEM AND USE OF AN ESTER COMPOUND AS A DETERGENT ADDITIVE IN A DIESEL FUEL COMPOSITION | |
| BR112019020321B1 (en) | DIESEL FUEL COMPOSITION, METHOD FOR COMBATING DEPOSITS IN A MODERN DIESEL ENGINE AND USE OF AN ESTER COMPOUND AS A DETERGENT ADDITIVE IN A DIESEL FUEL COMPOSITION | |
| US20120117859A1 (en) | Ashless Controlled Release Gels for Fuels | |
| CA3066844C (en) | Winterized pour point depressants | |
| TW201710466A (en) | Heat transfer liquid | |
| RU2124160C1 (en) | Method of transportation of non-newtonian paraffin-containing hydrocarbon fluid via pipe line | |
| WO2017049472A1 (en) | Diesel fuel compositions | |
| Greatrix | Geometric swirl number and hybrid rocket engine performance | |
| ES2919340T3 (en) | fuel additives | |
| Hashimoto et al. | Observation of backflow and prewhirl at rocket propellant pump inducer | |
| CN116857044B (en) | Marine diesel engine exhaust treatment system | |
| Sakthikumar et al. | Atomization Characteristics of Jatropha-Derived Alternative Aviation Fuels From Aircraft Engine Injector | |
| FR2966506A1 (en) | SYSTEM AND METHOD FOR COOLING A PIPE | |
| CN112984556B (en) | Liquid oxygen gas fuel gas generator | |
| Heneghan et al. | Effects of oxygen and additives on the thermal stability of jet fuels |