RU2783881C1 - Устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя - Google Patents
Устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783881C1 RU2783881C1 RU2022111941A RU2022111941A RU2783881C1 RU 2783881 C1 RU2783881 C1 RU 2783881C1 RU 2022111941 A RU2022111941 A RU 2022111941A RU 2022111941 A RU2022111941 A RU 2022111941A RU 2783881 C1 RU2783881 C1 RU 2783881C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- alternative fuel
- mixing
- pipeline
- inlets
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000002156 mixing Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 14
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- NZDOXVCRXDAVII-UHFFFAOYSA-N 1-[4-(1H-benzimidazol-2-yl)phenyl]pyrrole-2,5-dione Chemical compound O=C1C=CC(=O)N1C1=CC=C(C=2NC3=CC=CC=C3N=2)C=C1 NZDOXVCRXDAVII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение может быть использовано в системах подачи газообразного топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложено устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя. Устройство содержит трубопровод (1) подвода воздуха, канал (2) подвода альтернативного топлива, полость (3) испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом. Полость смешения имеет четное количество рядов входных отверстий подачи альтернативного топлива, как минимум два ряда, при этом на одном из рядов входные отверстия (6) выполнены под углом 15-45 градусов от тангенциального направления по отношению к внутреннему диаметру трубопровода, а входные отверстия (7) в следующем за первым ряду выполнены также под углом 15-45 градусов, но в другом направлении, и далее по потоку расположены перфорированная спрямляющая решетка (4) и трубопровод (5) гомогенной смеси газа с воздухом. Технический результат - повышение равномерности концентрации смеси воздуха и альтернативного топлива и уменьшение потерь полного давления на линии подачи воздуха. 1 ил.
Description
Изобретение относится к топливно-энергетическому комплексу, конкретнее к способам сжигания горючих смесей в потоке и устройствам для создания многокомпонентных смесей топлива, например, для двигателя внутреннего сгорания.
Предложено устройство для подачи альтернативного топлива, в том числе таких как сжиженный природный газ (СПГ), спиртов.
Для двигателей в качестве альтернативных топлив применяют газообразные, в том числе природный сжиженный газ или спирты, а качестве запальной дозы дизельное топливо.
Известен эжекторный смеситель газов, содержащий приемную камеру с соплом питания, сообщенную с камерой смешения и диффузором, имеющую радиальный канал подсоса с перекрывающим его входное сечение регулирующим элементом и регулятор давления газа перед соплом питания, причем канал подсоса выполнен в виде калиброванного отверстия, а перекрывающий его элемент выполнен в виде съемной заглушки, при этом в стенке приемной камеры выполнены дополнительные радиальные калиброванные отверстия, снабженные заглушками [патент РФ №2075339, МПК B01F 5/04, опубл. 20.03.97, БИ №8. Эжекторный смеситель газов / Жуков Б.П., Кожухов И.В. и др.].
Недостатком этого устройства является низкая эффективность перемешивания сред, сложная конструкция, а также значительные энергозатраты и повышенные потери полного давления на линии подачи воздуха.
Известно перемешивающее устройство, содержащее напорный трубопровод и стаканообразный корпус с отверстиями, причем корпус установлен на конце напорного трубопровода с возможностью вращения и состоит из двух стаканообразных частей, обращенных открытыми сторонами друг к другу, образуя одну полость, а отверстия, выполненные на цилиндрических элементах корпуса тангенциально к их внутренним поверхностям, имеют различное направление [патент РФ №2143945, МПК B01F 5/00, опубл. 10.01.2000, БИПМ №1. Перемешивающее устройство / Горшков Г.М., Горшков М.Г.].
Недостатком этого устройства также является низкая эффективность перемешивания сред, сложная конструкция и повышенные потери полного давления на линии подачи воздуха.
Известно перемешивающее устройство, содержащее напорные трубопроводы и разъемный корпус с отверстиями, корпус выполнен многогранным, по оси корпуса имеется цилиндрическая камера закручивания, образованная внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, торцом корпуса и торцевой крышкой, закрепленной на корпусе, при этом на каждой грани корпуса выполнено не менее двух групп чередующихся тангенциально расположенных отверстий, в которых установлены штуцеры-жиклеры, соединенные с напорными трубопроводами подачи жидкости и газа соответственно, а отводящий трубопровод выполнен в виде выходного штуцера-сопла и установлен по оси в торце камеры. [патент РФ №2255796, МПК B01F 5/00, опубл. 10.07.2005. Перемешивающее устройство / Носырев Д.Я., Скачкова Е.А., Росляков А.Д.].
Недостатком этого устройства является низкая степень перемешивания сред, неоднородная дисперсность и повышенные потери полного давления на линии подачи воздуха.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение равномерности концентрацию смеси воздуха и альтернативного топлива и уменьшение потерь полного давления на линии подачи воздуха.
Технический результат достигается тем, что в устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя согласно изобретению содержит трубопровод подвода воздуха, канал подвода альтернативного топлива, полость испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом, причем полость смешения имеет четное количество рядов входных отверстий подачи альтернативного топлива, как минимум два ряда, при этом на одном из рядов, например, в первом ряду входные отверстия выполнены под углом 15 - 45 градусов от тангенциального направления по отношению к внутреннему диаметру трубопровода, например, вправо, а входные отверстия в следующим за первым ряду выполнены также под углом 15 - 45 градусов, но в другом направлении и далее по потоку расположена перфорированная спрямляющая решетка и трубопровод гомогенной смеси газа с воздухом.
Четное количество поясов позволяет повысить качество однородной смеси альтернативного топлива и воздуха путем использования вращательного движение смеси в четных и не четных рядах в противоположные стороны. Такое движение смеси вызывает повышение сдвиговых напряжений, уровня пульсаций и значений турбулентной диффузии и, тем самым, получение гомогенной смеси альтернативного топлива с воздухом.
Рассмотрим пример подачи в качестве альтернативного топлива сжиженного природного газа (СПГ). Следует отметить, что у большинства дизельных двигателей коэффициент избытка воздуха на номинальном режиме находится в среднем в диапазоне α=1,7…2,1. Потребное количества воздуха для сжигания находится в пределах L=17,1…17,2 в зависимости, например, от состава СПГ. Следовательно, на сжигание одного килограмма СПГ требуется примерно 34 килограмма воздуха.
В первом приближении выполнены расчетные оценки температуры смеси из условия, что СПГ состоит только из метана СН4. Метан имеет температуру кипения при атмосферном давлении - 161,6 °С [1]. Теплота испарения Δh=509 кДж/кг, теплоемкость метана в жидком состоянии сж=2,1 кДж/кг⋅К, теплоемкость метана в газовом состоянии сг=1,9 кДж/кг⋅К, теплоемкость воздуха при 20 °С равна св=1,005 кДж/кг⋅К, температура воздуха в трубопроводе tв=20 °С.
В результате расчетных оценок получено, что температура смеси при подаче и испарении СПГ уменьшится на 25,4 °С от начальной температуры воздуха и станет равной - 5,4 °С.
При таких уровнях температур в устройстве испарения сжиженного природного газа и смешения с воздухом не требуются специальные теплообменники или подогревающие элементы.
На фиг. 1 представлено устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя.
В простейшем виде устройство содержит трубопровод подвода воздуха 1, канал подвода жидкой фазы альтернативного топлива 2, полость испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом 3, перфорированная спрямляющая решетка 4, трубопровод гомогенной смеси газа с воздухом 5, отверстия 6 и 7 для прохода альтернативного топлива в полость испарения и смешения с воздухом.
Причем полость испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом 3 имеет четное количество рядов отверстий. При этом на одном из рядов, например, в первом ряду отверстия 6 выполнены под углом 15 - 45 градусов от тангенциального направления по отношению к внутреннему диаметру трубопровода, например, вправо, а отверстия 7 в следующем за первым ряду выполнены под углом 15 - 45 градусов в другом направлении.
Устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя работает следующим образом.
Устройство подвода воздуха к цилиндрам дизельного двигателя, как правило, содержит на входе фильтр (на схеме не показан), далее по трубопроводу 1 воздух может поступать в турбокомпрессор и охладитель воздуха при их наличии (на схеме не показаны) и далее во впускной коллектор. При подаче альтернативного топлива непосредственно во впускной коллектор образуется смесь топлива и воздуха с существенно высокой неравномерностью концентрации топлива в воздухе. Расчетные оценки показывают, что разница концентрации альтернативного топлива по сечению канала впускного клапана достигает 6…7%. Для подготовки альтернативного топлива к сжиганию в трубопровод 1 помещают устройство с полостью испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом 3. Топливо поступает по каналу подвода жидкой фазы альтернативного топлива 2. Далее по входным отверстиям 6 и 7 альтернативное топливо поступает в полость испарения и смешения с воздухом. При этом на одном из рядов, например, входные отверстия 6 выполнены под углом 15 - 45 градусов вправо от тангенциального направления внутреннего диаметра трубопровода, а входные отверстия 7 в другом ряду выполнены под углом 15 - 45 градусов влево. В полость испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом компоненты смеси поступают, как минимум через два ряда входных отверстий с противоположным направлением вращения. Противоположное направление вращения вызывает повышение турбулентности и эффективности смешения воздуха и топлива. После испарения и смешения альтернативного топлива с воздухом смесь проходит через перфорированную спрямляющую решетку 4 в трубопровод гомогенной смеси газа с воздухом 5. Такое течение с повышенной турбулентностью формирует процесс смешения и получения гомогенной смеси с равномерной концентрацией топлива в воздухе. Далее горючую смесь подают в цилиндры дизельного двигателя через систему подачи воздуха. Устройство испарения топлива и смешения с воздухом перед подачей в двигатель обеспечивает равномерную концентрацию смеси воздуха и испаренного топлива и, тем самым равномерную тепловую нагрузку по цилиндрам дизеля.
Источники информации:
1. Загорученко В.А., Журавлев А.М. Теплофизические свойства газообразного и жидкого метана. - М.: Издательство комитета стандартов, 1969. - 236 с.
Claims (1)
- Устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя, содержащее трубопровод подвода воздуха, канал подвода альтернативного топлива, полость испарения альтернативного топлива и смешения с воздухом, причем полость смешения имеет четное количество рядов входных отверстий подачи альтернативного топлива, как минимум два ряда, при этом на одном из рядов, например в первом ряду, входные отверстия выполнены под углом 15-45 градусов от тангенциального направления по отношению к внутреннему диаметру трубопровода, например вправо, а входные отверстия в следующем за первым ряду выполнены также под углом 15-45 градусов, но в другом направлении, и далее по потоку расположены перфорированная спрямляющая решётка и трубопровод гомогенной смеси газа с воздухом.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2783881C1 true RU2783881C1 (ru) | 2022-11-21 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU658306A1 (ru) * | 1977-02-07 | 1979-04-25 | Среднеазиатский научно-исследовательский институт природного газа | Парогазовоздушный смеситель |
| RU2190117C2 (ru) * | 2000-08-15 | 2002-09-27 | Военный автомобильный институт | Система питания двигателя внутреннего сгорания |
| CN103122810B (zh) * | 2011-11-18 | 2015-06-03 | 广西玉柴机器股份有限公司 | 燃气发动机扰流混合器 |
| CN208651002U (zh) * | 2018-04-04 | 2019-03-26 | 上海柴油机股份有限公司 | 一种天然气发动机三介质混合装置 |
| CN111322177A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-06-23 | 广西玉柴机器股份有限公司 | 燃气发动机混合器 |
| RU2726424C1 (ru) * | 2019-11-27 | 2020-07-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") | Двухконтурная система питания двигателя внутреннего сгорания газообразным топливом |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU658306A1 (ru) * | 1977-02-07 | 1979-04-25 | Среднеазиатский научно-исследовательский институт природного газа | Парогазовоздушный смеситель |
| RU2190117C2 (ru) * | 2000-08-15 | 2002-09-27 | Военный автомобильный институт | Система питания двигателя внутреннего сгорания |
| CN103122810B (zh) * | 2011-11-18 | 2015-06-03 | 广西玉柴机器股份有限公司 | 燃气发动机扰流混合器 |
| CN208651002U (zh) * | 2018-04-04 | 2019-03-26 | 上海柴油机股份有限公司 | 一种天然气发动机三介质混合装置 |
| RU2726424C1 (ru) * | 2019-11-27 | 2020-07-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") | Двухконтурная система питания двигателя внутреннего сгорания газообразным топливом |
| CN111322177A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-06-23 | 广西玉柴机器股份有限公司 | 燃气发动机混合器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2687577C (en) | Induction and fuel delivery system for piston engine | |
| US6820864B2 (en) | Fuel vaporization promoting apparatus and fuel carburetion accelerator | |
| US20120305086A1 (en) | System and method for supplying fuel | |
| KR20070095931A (ko) | 액체 탄화수소 연료의 컨디셔닝을 위한 방법 및 장치 | |
| US20030234455A1 (en) | Non-contacting fuel vaporizer | |
| RU2783881C1 (ru) | Устройство для подачи и смешения с воздухом альтернативного топлива перед подачей в цилиндры двигателя | |
| JPS6179864A (ja) | エンジンの暖気装置 | |
| Anufriev et al. | Diesel fuel combustion under steam gasification conditions | |
| CN115289675A (zh) | 一种环形燃烧型空气加热器 | |
| US3890945A (en) | Exhaust gas cleaning system for internal combustion engines | |
| US3922849A (en) | Injector for gas turbine combustor | |
| SE536578C2 (sv) | Bränsleinsprutningssystem för användning i en katalytisk värmare och reaktor för utförande av katalytisk förbränning avflytande bränslen | |
| GB2079441A (en) | Evaporative mixers | |
| Jiang et al. | Measurements in a combustor operated on alternative liquid fuels | |
| RU2811851C1 (ru) | Способ подачи и смешения аммиака с воздухом перед подачей в цилиндры дизельного двигателя и устройство для его осуществления | |
| JP3456274B2 (ja) | 予蒸発予混合燃焼装置 | |
| Ohkubo | Low-NOx combustion technology | |
| WO2022270187A1 (ja) | ガスタービンシステム | |
| RU2395039C1 (ru) | Фронтовое устройство кольцевой камеры сгорания газотурбинного двигателя | |
| KR200273431Y1 (ko) | 압축점화 엔진의 연료 혼합기 | |
| Ohkubo et al. | Evaporation characteristics of fuel spray and low emissions in a lean premixed-prevaporization combustor for a 100 kW automotive ceramic gas turbine | |
| JPH04131620A (ja) | 副燃焼室式渦巻燃焼器 | |
| RU2581267C2 (ru) | Устройство камеры сгорания с регулируемым завихрителем для микро газотурбинного двигателя, где турбиной и компрессором является турбокомпрессор от двс | |
| RU2626892C2 (ru) | Прямоточная камера сгорания газотурбинного двигателя | |
| SU861694A1 (ru) | Система питани дл двигател внутреннего сгорани |