RU2719532C1

RU2719532C1 - Diesel engine fuel heating device

Info

Publication number: RU2719532C1
Application number: RU2019122796A
Authority: RU
Inventors: Сергей Павлович Столяров; Андрей Сергеевич Столяров; Антон Викторович Вейнблат; Анатолий Павлович Сергеев
Original assignee: Акционерное общество "Зарубежнефть" (АО "Зарубежнефть")
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2020-04-21

Abstract

FIELD: engine building.SUBSTANCE: invention relates to engine building, particularly, to devices providing optimum operating viscosity of fuel, and can be used in production and production of diesel engines operating on heavy grades of liquid fuel. Disclosed is a diesel fuel heating device, comprising pressure line (1), heater (4), heat source (3), viscosimeter (9), control unit (8), pipeline (2) for bypass of fuel bypassing heater, pipeline (11) bypass of fuel bypass of viscometer, pipeline (12) of fuel supply to engine. In pipelines at outputs of heater and viscometer there installed are temperature sensors (5 and 10) for control action of control unit to heat source, and at inlet to pressure pipeline in section between fuel temperature sensor after heater and viscometer is installed mixer (6) of heated fuel and fuel from bypass pipeline.EFFECT: higher stability of fuel viscosity at engine inlet.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам, обеспечивающим эксплуатационно оптимальную вязкость топлива, и может быть использовано при создании и производстве дизельных двигателей, работающих на тяжелых сортах жидкого топлива.The invention relates to engine building, in particular to devices that provide operational optimal viscosity of the fuel, and can be used in the creation and production of diesel engines running on heavy grades of liquid fuel.

Известна система по патенту № RU 2167910 (опубл. 27.05.2001), обеспечивающая снижение вязкости углеводородного сырья путем длительного нагревания, в процессе которого достигают снижение уровня его вязкости. Инерционность системы в получении результата в течении длительного времени и громоздкость установки затрудняют ее использование для обеспечения качества дизельного топлива.The known system according to patent No. RU 2167910 (publ. 27.05.2001), which provides a decrease in the viscosity of hydrocarbons by prolonged heating, during which they achieve a decrease in its viscosity. The inertia of the system in obtaining a result for a long time and the bulkiness of the installation make it difficult to use it to ensure the quality of diesel fuel.

Известна система подогрева топлива дизельного двигателя для снижения или регулирования его вязкости [Румб В.К., Яковлев Г.В., Шаров Г.И., Медведев В.В., Минасян М.А. Судовые энергетические установки: Учебник СПбГМТУ. - СПб, 2007. - 622 с., ISBN 978-5-88303-414-4, с. 387], принятая за прототип, состоящая из напорного трубопровода, подогревателя топлива, источника теплоты, вискозиметра, блока управления, трубопровода подачи топлива в двигатель. Такая система содержит также трубопровод перепуска топлива мимо подогревателя и трубопровод перепуска топлива мимо вискозиметра со средствами переключения потока топлива через подогреватель или мимо него, а также трубопровод перепуска топлива мимо вискозиметра со средствами распределения потока топлива через вискозиметр и в обход него. Недостатком системы является нестабильность вязкости топлива в трубопроводе подачи топлива в двигатель, которая является следствием инерционности процесса регулирования тепловой мощности источника теплоты и процесса теплопередачи в подогревателе.A known system for heating diesel fuel to reduce or control its viscosity [Rumb V.K., Yakovlev G.V., Sharov G.I., Medvedev V.V., Minasyan M.A. Ship power plants: Textbook SPbGMTU. - St. Petersburg, 2007 .-- 622 p., ISBN 978-5-88303-414-4, p. 387], taken as a prototype consisting of a pressure pipe, a fuel heater, a heat source, a viscometer, a control unit, an engine fuel supply pipe. Such a system also includes a fuel bypass pipeline past the heater and a fuel bypass pipeline past the viscometer with means for switching the fuel flow through the heater or past it, as well as a fuel bypass pipeline past the viscometer with means for distributing the fuel flow through the viscometer and bypassing it. The disadvantage of the system is the instability of the viscosity of the fuel in the pipeline supplying fuel to the engine, which is a consequence of the inertia of the process of regulating the thermal power of the heat source and the heat transfer process in the heater.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение устойчивости показателя вязкости топлива на входе в двигатель для обеспечения выполнения условия качественной работы топливной аппаратуры и, как следствие, повышение эффективности работы двигателя, использующего в качестве топлива тяжелые сорта жидкого топлива.The technical result of the proposed technical solution is to increase the stability of the viscosity index of the fuel at the engine inlet to ensure that the conditions for high-quality operation of the fuel equipment are met and, as a result, increase the efficiency of the engine using heavy grades of liquid fuel as fuel.

Для достижения указанного технического результата устройство подогрева топлива дизельного двигателя включает напорный трубопровод, прдогреватель, источник теплоты, вискозиметр, блок управления, трубопроводы перепуска топлива в обход нагревателя и вискозиметра и подачи топлива в двигатель. В трубопроводы на выходах из подогревателя и вискозиметра установлены датчики температуры для управляющего воздействия блока управления на источник теплоты, а на вводе в напорный трубопровод на участке между датчиком температуры топлива после подогревателя и вискозиметром установлен смеситель подогретого топлива и топлива из трубопровода перепуска.To achieve the specified technical result, the diesel engine fuel heating device includes a pressure pipe, a heater, a heat source, a viscometer, a control unit, fuel bypass pipelines bypassing the heater and viscometer, and supplying fuel to the engine. Temperature sensors are installed in the pipelines at the exits from the heater and viscometer for the control action of the control unit on the heat source, and a mixer of heated fuel and fuel from the bypass pipe is installed at the input between the fuel temperature sensor after the heater and the viscometer in the pressure pipe in the inlet pipe.

Технический результат достигается тем, что в системе подогрева топлива дизельного двигателя устанавливают смеситель топлива, так как тепловая инерция смесительных устройств значительно меньше, чем теплообменных аппаратов поверхностного типа, и датчики температуры топлива после подогревателя и вискозиметра.The technical result is achieved by the fact that a fuel mixer is installed in the diesel fuel heating system, since the thermal inertia of the mixing devices is much less than that of surface-type heat exchangers, and fuel temperature sensors after the heater and viscometer.

Отличием предложенного технического решения устройства подогрева топлива дизельного двигателя от прототипа является принцип регулирования вязкости топлива. В известных системах регулирование производится путем изменения тепловой мощности источника теплоты, осуществляемого блоком управления на основании замера величины вязкости топлива вискозиметром. В предлагаемом же устройстве принцип работы основан на использовании зависимости величины коэффициента вязкости топлива от температуры, при котором блок управления вырабатывает управляющие воздействия по трем параметрам - на основании замеров вязкости топлива вискозиметром, температуры топлива на выходе из подогревателя и температуры топлива на выходе из вискозиметра. Управление процессом производится в двух элементах системы, а именно, в источнике теплоты и в дополнительно установленном в устройстве смесителе, при этом управление источником теплоты осуществляется так, чтобы температура на выходе из подогревателя топлива превышала значение температуры на выходе из вискозиметра на величину, достаточную для того, чтобы обеспечить в смесителе температуру, соответствующую требуемой вязкости топлива при регулировании мощности двигателя. При этом управление смесителем осуществляется так, чтобы смесь подогретого топлива и топлива, поступившего из трубопровода перепуска топлива в обход подогревателя имела вязкость, требуемую для качественной работы топливной аппаратуры дизельного двигателя, которая устанавливается соответствующей документацией на двигатель.The difference between the proposed technical solution of the device for heating the fuel of a diesel engine from the prototype is the principle of regulating the viscosity of the fuel. In known systems, regulation is carried out by changing the heat power of the heat source, carried out by the control unit on the basis of measuring the viscosity of the fuel with a viscometer. In the proposed device, the principle of operation is based on the use of the dependence of the viscosity coefficient of the fuel on temperature, at which the control unit generates control actions in three parameters - based on measurements of the viscosity of the fuel by the viscometer, the temperature of the fuel at the outlet of the heater and the temperature of the fuel at the exit of the viscometer. The process is controlled in two elements of the system, namely, in the heat source and in an additional mixer installed in the device, while the heat source is controlled so that the temperature at the exit of the fuel heater exceeds the temperature at the exit of the viscometer by an amount sufficient to in order to provide a temperature in the mixer corresponding to the required viscosity of the fuel when controlling engine power. At the same time, the mixer is controlled so that the mixture of heated fuel and fuel coming from the fuel bypass pipeline bypassing the heater has the viscosity required for high-quality operation of the diesel engine fuel equipment, which is set by the corresponding engine documentation.

Система подогрева топлива дизельного двигателя представлена на рисунках: Фиг. 1 - структурная схема заявляемого устройства; Фиг. 2 - схема устройства-прототипа.The diesel engine fuel heating system is shown in the figures: FIG. 1 is a structural diagram of the inventive device; FIG. 2 is a diagram of a prototype device.

Система подогрева топлива дизельного двигателя (Фиг. 1) включает напорный трубопровод 1, трубопровод 2 перепуска топлива в обход подогревателя, источник теплоты 3, подогреватель 4, датчик температуры 5, смеситель топлива 6, блок управления 8, вискозиметр 9, датчик температуры 10, трубопровод 11 перепуска топлива в обход вискозиметра 9, со средствами 7 распределения потока топлива через вискозиметр и в обход него, трубопровод 12 подачи топлива в двигатель.The diesel engine fuel heating system (Fig. 1) includes a pressure pipe 1, a fuel bypass pipe 2 bypassing the heater, a heat source 3, a heater 4, a temperature sensor 5, a fuel mixer 6, a control unit 8, a viscometer 9, a temperature sensor 10, a pipeline 11 bypassing the fuel bypassing the viscometer 9, with means 7 for distributing the fuel flow through the viscometer and bypassing it, the fuel supply pipe 12 to the engine.

Устройство подогрева топлива работает следующим образом. По напорному трубопроводу 1 топливо последовательно поступает в подогреватель 4 топлива, датчик температуры 5, смеситель 6, вискозиметр 9, затем после датчика температуры 10 по трубопроводу 12 подачи топлива поступает в дизельный двигатель. Датчики температуры 5 и 10 фиксируют температуру топлива после подогревателя 4 и вискозиметра 9, показания которых вместе с показаниями вискозиметра 9 соответственно поступают на блок управления 8.The fuel heating device operates as follows. Through the pressure pipe 1, fuel sequentially enters the fuel heater 4, a temperature sensor 5, a mixer 6, a viscometer 9, and then after the temperature sensor 10, it passes through the fuel supply pipe 12 to a diesel engine. Temperature sensors 5 and 10 record the temperature of the fuel after the heater 4 and the viscometer 9, the readings of which, together with the readings of the viscometer 9, respectively arrive at the control unit 8.

Блок управления 8 выдает управляющее воздействие на источник теплоты 3: увеличение мощности источника теплоты 3 производится в случае превышения рекомендованного для дизельного двигателя значения величины вязкости и в случае, когда величина перепада температуры топлива на выходе из подогревателя 4 и после вискозиметра 9 становится меньше заданной величины, например, 5-15 К; уменьшение мощности источника теплоты 3 осуществляется при снижении величины вязкости топлива ниже рекомендованного значения и в случае, когда величина перепада температуры топлива на выходе из подогревателя 4 и после вискозиметра 9 становится больше заданной величины.The control unit 8 gives a control action on the heat source 3: the power of the heat source 3 is increased if the viscosity value recommended for the diesel engine is exceeded and when the temperature difference of the fuel at the outlet of the heater 4 and after the viscometer 9 becomes less than the specified value, for example, 5-15 K; the power of the heat source 3 is reduced when the viscosity of the fuel decreases below the recommended value and in the case when the temperature difference of the fuel at the outlet of the heater 4 and after the viscometer 9 becomes larger than the specified value.

Также блок управления 8 путем регулирования расходов топлива через трубопровод 2 перепуска топлива и через подогреватель 4 управляет работой смесителя 6, а именно, по сигналу вискозиметра 9 при превышении вязкости топлива заданной величины смеситель 6 уменьшает расход топлива поступающего через перепускной трубопровод 2, таким образом повышается температура и снижается вязкость топлива поступающего в двигатель. При понижении вязкости топлива смеситель 6 увеличивает расход топлива через перепускной трубопровод 2, снижая тем самым температуру и повышая его вязкость до величины, обеспечивающей качественную работу топливной аппаратуры дизельного двигателя.Also, the control unit 8, by controlling the fuel consumption through the fuel bypass line 2 and through the heater 4, controls the operation of the mixer 6, namely, according to the signal of the viscometer 9, when the fuel viscosity is exceeded the set value, the mixer 6 reduces the fuel consumption coming through the bypass pipe 2, thus increasing the temperature and the viscosity of the fuel entering the engine decreases. When lowering the viscosity of the fuel, the mixer 6 increases fuel consumption through the bypass pipe 2, thereby lowering the temperature and increasing its viscosity to a value that ensures high-quality operation of the fuel equipment of the diesel engine.

Таким образом, по сигналам с вискозиметра 9 и датчиков температуры топлива 5 и 10 блок управления 8 формирует управляющее воздействие на источник теплоты 3, который, в свою очередь, подавая большее или меньшее количество теплоты, управляет работой подогревателя 4 для поддержания температуры топлива на выходе из последнего выше уровня, соответствующего требуемой вязкости топлива оптимальной для качественной работы топливной системы дизельного двигателя в соответствии с эксплуатационной документацией.Thus, according to the signals from the viscometer 9 and the fuel temperature sensors 5 and 10, the control unit 8 generates a control action on the heat source 3, which, in turn, supplying more or less heat, controls the operation of the heater 4 to maintain the temperature of the fuel at the exit of the latter is higher than the level corresponding to the required fuel viscosity optimal for high-quality operation of the diesel engine fuel system in accordance with the operational documentation.

При работе дизельного двигателя на топливе, не требующим подогрева и регулирования вязкости, топливо из напорного трубопровода 1 последовательно проходит по трубопроводам 2 и 11 перепуска в обход подогревателя 4 и вискозиметра 9 и по трубопроводу 12 поступает в дизельный двигатель.When the diesel engine is running on fuel that does not require heating and viscosity control, the fuel from the pressure pipe 1 passes sequentially through the bypass pipelines 2 and 11, bypassing the heater 4 and the viscometer 9 and enters the diesel engine through pipeline 12.

Подтверждение положительного эффекта обосновано тем, что вследствие гарантированного наличия перед смесителем топлива с температурой, превышающей требуемую по условию обеспечения вязкости, процесс регулирования путем теплопередачи в подогревателе, в котором имеется тепловая инерция, величина которой определяется скоростью изменения тепловой мощности источника теплоты и скоростью изменения теплового состояния теплообменной поверхности подогревателя, заменен на процесс смешения, в котором инерция процесса определяется скоростью срабатывания смесителя. Тепловая инерция смесительных устройств значительно меньше, чем теплообменных аппаратов поверхностного типа.The confirmation of the positive effect is justified by the fact that, due to the guaranteed availability of fuel in front of the mixer with a temperature exceeding that required by the condition for ensuring viscosity, the process of regulation by heat transfer in a heater in which there is thermal inertia, the value of which is determined by the rate of change of the heat source of the heat source and the rate of change of the thermal state the heat exchange surface of the heater, replaced by a mixing process in which the inertia of the process is determined by the speed Positioning the mixer. The thermal inertia of mixing devices is much less than that of surface-type heat exchangers.

Claims

A device for heating a diesel engine fuel, including a pressure pipe, heater, heat source, viscometer, control unit, fuel bypass pipelines bypassing the heater and viscometer and supplying fuel to the engine, characterized in that temperature sensors are installed in the pipelines at the exits of the heater and viscometer for the control action of the control unit on the heat source, and at the input to the pressure pipe in the area between the fuel temperature sensor after the heater and viscometro mounted mixer preheated fuel and fuel from the bypass conduit.