RU2569779C1

RU2569779C1 - Unit for production of water-fuel emulsion

Info

Publication number: RU2569779C1
Application number: RU2014125877/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Духанин; Николай Николаевич Коленко; Евгений Иванович Панов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Аркон"
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2015-11-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: unit for production of water-fuel emulsion (WFE) is suggested, it has pressure regulator 11, installed in WFE return pipeline 10 from fuel system 9; at that it is mechanically and hydraulically connected with water flow regulator 2, besides, the unit additionally has air bottle 13 and reducer 14 connected to the water tank 4.

EFFECT: possibility of automatic support of the emulsion optimal composition without its lamination in wide range of operation modes change of internal combustion engine.

1 dwg

Description

Изобретение относится к технике приготовления эмульсии, которая может быть использована в качестве альтернативного топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).The invention relates to techniques for the preparation of an emulsion, which can be used as an alternative fuel in internal combustion engines (ICE).

Известна установка получения водотопливной эмульсии (ВТЭ), содержащая диспергатор в виде шестеренчатого насоса, подключенного к двигателю внутреннего сгорания, регулятор максимального давления за насосом, топливопровод и водопровод с регулируемыми жиклерами (см. Ф.В. Смоль, Е.Е. Арсенов. «Перспективные топлива для автомобилей». М., Транспорт, 1976, стр. 81-82, рис. 34).A known installation for producing water-fuel emulsion (VTE) containing a dispersant in the form of a gear pump connected to an internal combustion engine, a maximum pressure regulator behind the pump, a fuel pipe and a water pipe with adjustable jets (see FV Smol, EE Arsenov. " Promising fuels for automobiles. ”Moscow, Transport, 1976, pp. 81-82, Fig. 34).

Данная установка, отличаясь простотой, обладает следующими недостатками:This installation, characterized by simplicity, has the following disadvantages:

- добавка эмульгатора к топливу значительно снижает эксплуатационные показатели двигателя;- the addition of an emulsifier to the fuel significantly reduces engine performance;

- при изменении режима работы двигателя для поддержания состава ВТЭ требуется ручное регулирование соотношения расходов воды и топлива.- when changing the engine operating mode, to maintain the composition of the VTE, manual adjustment of the ratio of water to fuel consumption is required.

Наиболее близкой по технической сущности является установка получения ВТЭ, включающая насос-диспергатор, подключенный трубопроводом подачи и возврата ВТЭ к топливоподающей системе ДВС, которая связана трубопроводом возврата ВТЭ со входом насоса-диспергатора, топливный бак и бак для воды, каждый из которых подсоединен к насосу-диспергатору, и регулятор расхода воды (см. патент РФ №2472028).The closest in technical essence is the installation of VTE, including a dispersant pump connected by a VTE supply and return pipe to the ICE fuel supply system, which is connected by a VTE return pipe to the dispersant pump inlet, a fuel tank and a water tank, each of which is connected to the pump -dispersing agent, and a water flow controller (see RF patent No. 2472028).

Несмотря на то что установка обеспечивает получение стабильного состава ВТЭ в широком мощностном диапазоне работы двигателя, она обладают двумя существенными недостатками:Despite the fact that the installation provides a stable VTE composition in a wide power range of the engine, it has two significant drawbacks:

- возможность применения в ДВС малой и средней мощности из-за уменьшения циркуляционного расхода ВТЭ через дюзу, установленную на трубопроводе возврата ВТЭ в насос-диспергатор, особенно в периоды работы ДВС на номинальной или максимальной нагрузках, что может привести к отказам работы системы из-за вскипания воды;- the possibility of using low and medium power in ICE due to a decrease in the circulating flow rate of VTE through the nozzle installed on the VTE return pipe to the dispersing pump, especially during the operation of the internal combustion engine at nominal or maximum loads, which can lead to system failure due to boiling water;

- необходимость высотной компоновки бака для воды и необходимость замены седла и регулирующего органа в конструкции регулятора расхода воды в случае изменения состава ВТЭ из-за отсутствия регулирования давления воздушной подушки в баке для воды.- the need for a high-altitude layout of the water tank and the need to replace the saddle and regulatory body in the design of the water flow regulator in the event of a change in the composition of the VTE due to the lack of regulation of the air cushion pressure in the water tank.

Технической задачей является создание установки получения ВТЭ с саморегулируемой системой подачи воды для дизельных двигателей большой мощности, работающих в широком диапазоне изменения скоростного или нагрузочного режима работы ДВС.The technical task is to create a VTE production unit with a self-regulating water supply system for high-power diesel engines operating in a wide range of changes in the speed or load mode of the internal combustion engine.

Поставленная цель достигается тем, что установка оснащена регулятором давления, который установлен на трубопроводе возврата ВТЭ из топливоподающей системы, при этом механически и гидравлически связан с регулятором расхода воды, а кроме того, установка дополнительно снабжена воздушным баллоном и редуктором, подключенными к баку для воды.This goal is achieved in that the installation is equipped with a pressure regulator that is installed on the VTE return pipe from the fuel supply system, while mechanically and hydraulically connected to the water flow regulator, and in addition, the installation is additionally equipped with an air cylinder and a reducer connected to the water tank.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию «новизна».The analysis of the prior art made it possible to establish that the applicant has not found an analogue characterized by cumulative features identical to all the essential features of the claimed invention, therefore, it meets the criterion of "novelty."

Техническая сущность предлагаемого решения поясняется чертежом, на котором дана принципиальная схема установки получения ВТЭ, реализующей предложенное техническое решение.The technical essence of the proposed solution is illustrated by the drawing, which gives a schematic diagram of the installation for obtaining VTE, which implements the proposed technical solution.

Установка получения ВТЭ состоит из насоса-диспергатора 1, регулятора расхода воды 2, трубопроводом 3 подключенного к баку для воды 4, а трубопроводом 5 - к трубопроводу 6 подачи топлива из бака 7 к насосу-диспергатору 1, который трубопроводом 8 подачи ВТЭ подключен к топливоподающей системе 9 ДВС. На трубопроводе 10 возврата ВТЭ из топливоподающей системы 9 установлен регулятор давления 11, который механически и гидравлически связан с регулятором расхода воды 2, а трубопроводом 12 - с трубопроводом 6 подачи топлива к насосу-диспергатору 1. В состав установки входит воздушный баллон 13 и редуктор 14, подключенные к баку для воды 4.The VTE production unit consists of a dispersant pump 1, a water flow regulator 2, a pipe 3 connected to a water tank 4, and a pipeline 5 to a fuel supply pipe 6 from a tank 7 to a dispersant pump 1, which is connected to a fuel supply pipe 8 system 9 ICE. A pressure regulator 11 is installed on the VTE return line 10 from the fuel supply system 9, which is mechanically and hydraulically connected to the water flow regulator 2, and the pipeline 12 - to the fuel supply pipe 6 to the dispersant pump 1. The installation includes an air cylinder 13 and a gearbox 14 connected to the water tank 4.

Работа установки происходит следующим образом.The installation is as follows.

После насоса-диспергатора 1 к топливоподающей системе 9 независимо от режима работы ДВС подается постоянный расход ВТЭ по трубопроводу 8, в котором с помощью регулятора давления 11, установленного на трубопроводе 10 возврата ВТЭ из топливоподающей системы 9, поддерживается постоянное давление после насоса-диспергатора 1. В зависимости от нагрузки ДВС часть расхода ВТЭ отбирается топливоподающей системой 9, а оставшаяся часть расхода ВТЭ после регулятора давления 11 по трубопроводу 12 возвращается на вход насоса-диспергатора 1.After the dispersant pump 1, the VTE constant flow rate is supplied to the fuel supply system 9, regardless of the internal combustion engine operation mode, via pipe 8, in which a constant pressure is maintained after the dispersion pump 1 using the pressure regulator 11 installed on the VTE return pipe from the fuel supply system 9. Depending on the load of the internal combustion engine, part of the VTE consumption is selected by the fuel supply system 9, and the remaining part of the VTE consumption after the pressure regulator 11 is returned via pipeline 12 to the inlet of the dispersing pump 1.

Компенсация расхода ВТЭ, отобранного для работы ДВС, осуществляется за счет подачи топлива из бака 7 по трубопроводу 6 и воды, поступающей из бака 4 по трубопроводам 3 и 5 через регулятор 2 расхода воды, при этом количество воды по отношению к количеству пополняемого топлива обеспечивает получение состава ВТЭ, оптимального для установившегося режима работы двигателя. Стабильность состава ВТЭ в широком диапазоне изменения режима ДВС от режима холостого хода и до режима максимальной нагрузки сохраняется и поддерживается, с одной стороны, за счет постоянного перепада давления в регуляторе 2, а с другой - путем регулирования расхода воды с помощью регулятора 2, который механически и гидравлически взаимосвязан с регулятором давления 11, при этом последний, сохраняя свою прямую функцию поддержания заданного давления ВТЭ за насосом-диспергатором 1, фактически выполняет также роль расходомера топлива, отбираемого топливоподающей системой 9 для работы ДВС.Compensation of VTE consumption selected for ICE operation is carried out by supplying fuel from tank 7 through pipeline 6 and water coming from tank 4 through pipelines 3 and 5 through water flow regulator 2, while the amount of water relative to the amount of replenished fuel provides the composition of the VTE, optimal for the steady state operation of the engine. The stability of the VTE composition in a wide range of changes in the ICE mode from idle to maximum load is maintained and maintained, on the one hand, due to the constant pressure drop in regulator 2, and on the other, by regulating the water flow using regulator 2, which is mechanically and hydraulically interconnected with the pressure regulator 11, while the latter, while maintaining its direct function of maintaining the specified VTE pressure behind the dispersing pump 1, actually also acts as a fuel flow meter, fuel-supply system 9 for the operation of the internal combustion engine.

Рассмотрим на конкретном примере работу установки. Пусть в установившемся режиме номинальной нагрузки дизельного двигателя мощностью 200 кВт отбор ВТЭ с 15%-ным содержанием воды после насоса-диспергатора 1, производительность которого равняется 100 л/час, составляет 40 л/час, т.е. топливоподающая система 9 отбирает это количество ВТЭ для работы двигателя из трубопровода 8, где с помощью регулятора давления 11 поддерживается, например, давление 2,5 кгс/см². При этом через регулирующий клапан регулятора давления 11 протекает расход ВТЭ, равный 60 л/час, который возвращается на всас насоса-диспергатора 1 по трубопроводу 12.Let's look at a specific example of the installation. Suppose that in the steady state nominal load of a 200 kW diesel engine, the selection of VTE with 15% water content after the dispersing pump 1, whose productivity is 100 l / h, is 40 l / h, i.e. the fuel supply system 9 selects this amount of VTE for engine operation from the pipeline 8, where, for example, a pressure of 2.5 kgf / cm ^{2 is} maintained using a pressure regulator 11. At the same time, a VTE flow rate equal to 60 l / h flows through the control valve of the pressure regulator 11, which returns to the inlet of the dispersant pump 1 through the pipe 12.

Таким образом, для компенсации расхода ВТЭ, отбираемого на работу двигателя, требуется 6 л/час воды, которые подаются из бака для воды 4 с помощью регулятора расхода воды 2, и 34 л/час топлива, поступающего из топливного бака 7 по трубопроводу 6, для получения ВТЭ с 15%-ным содержанием воды.Thus, to compensate for the consumption of VTE, selected for engine operation, 6 l / h of water is required, which are supplied from the water tank 4 using the water flow regulator 2, and 34 l / h of fuel coming from the fuel tank 7 through pipeline 6, to obtain VTE with 15% water content.

В случае перехода работы двигателя на режим холостого хода для поддержания его работы требуется расход ВТЭ порядка 10 л/час. Таким образом, при сохранении того же давления после насоса-диспергатора 1 через регулятор давления 11 на всас насоса-диспергатора 1 будет возвращаться расход ВТЭ, равный 90 л/час с 15%-ным содержанием воды. Увеличение пропускной способности достигается изменением проходного сечения регулятора давления 11 за счет перемещения его регулирующего клапана, при этом происходит автоматическое перемещение взаимосвязанного с ним регулирующего органа регулятора расхода воды 2 в сторону уменьшения проходного сечения. При работе двигателя в режиме холостого хода регулятор расхода 2 обеспечивает расход воды в количестве 1,5 л/час, которые смешиваются с расходом топлива 8,5 л/час, поступающим из бака для топлива. Оба потока соединяются с расходом ВТЭ в количестве 90 л/час, возвращаемым через регулятор 11 давления. Объединенный поток поступает на всас насоса-диспергатора 1, где перемешивается с образованием однородной ВТЭ с 15%-ным содержанием воды.In the case of the transition of the engine to idle, to maintain its operation, a VTE consumption of about 10 l / h is required. Thus, while maintaining the same pressure after the dispersant pump 1 through the pressure regulator 11, the VTE flow rate equal to 90 l / h with a 15% water content will return to the inlet of the dispersant pump 1. The increase in throughput is achieved by changing the flow area of the pressure regulator 11 due to the movement of its control valve, while automatically moving the regulating body of the water flow rate controller 2 interconnected with it to decrease the flow area. When the engine is idling, the flow regulator 2 provides a flow rate of 1.5 l / h, which are mixed with a fuel consumption of 8.5 l / h coming from the fuel tank. Both flows are connected to the VTE flow rate of 90 l / h, returned through the pressure regulator 11. The combined stream enters the suction of the dispersant pump 1, where it is mixed to form a homogeneous VTE with a 15% water content.

Таким образом, в широком диапазоне изменения режимов работы, особенно для ДВС большой мощности, установка получения ВТЭ позволяет получить и автоматически поддерживать заданный состав эмульсии с гарантией, исключающей ее расслоение, а также - образование паров воды в процессе циркуляции.Thus, in a wide range of operating modes, especially for ICEs of high power, the VTE production unit allows you to obtain and automatically maintain the specified composition of the emulsion with a guarantee that eliminates its separation, as well as the formation of water vapor in the circulation process.

Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».A comparison of the essential features of the proposed and known solutions gives reason to believe that the proposed solution meets the criteria of "inventive step" and "industrial applicability".

Claims

Installation for producing a water-fuel emulsion (VTE), including a dispersant pump, connected by a supply pipe to the fuel supply system of an internal combustion engine (ICE), which is connected by a VTE return pipe to the dispersant pump inlet, a fuel tank and a water tank, each of which is connected to the pump a disperser, and a water flow regulator, characterized in that the installation is equipped with a pressure regulator that is installed on the VTE return pipe from the fuel supply system and, at the same time, mechanically and hydraulically with Yazan water flow regulator, and in addition, the apparatus further provided with an air cylinder and a gear connected to the tank for water.