RU2388968C2

RU2388968C2 - Device for production of mix diesel fuel (versions)

Info

Publication number: RU2388968C2
Application number: RU2007133369/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Семенович Стребков (RU); Дмитрий Семенович Стребков; Юрий Михайлович Щекочихин (RU); Юрий Михайлович Щекочихин; Михаил Викторович Ерхов (RU); Михаил Викторович Ерхов; Владимир Григорьевич Систер (RU); Владимир Григорьевич Систер
Original assignee: Дмитрий Семенович Стребков
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2010-05-10
Also published as: RU2007133369A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: device for production of mix diesel fuel comprises body with nozzles for supply and drain of fuel arranged in the form of tight channel from several rectilinear sections, which are serially connected by bends to cavitation bodies installed inside each rectilinear section. On bends there are additionally vortex generators installed, being arranged in the form of cylindrical cavities with conical base, axis of which is perpendicular to axis of channel, and axes of rectilinear sections are arranged to each other at the angle of 121-200°. Device for production of mix diesel fuel comprises body with nozzles for supply and drain of fuel with tight channel from several rectilinear sections, with cavitation bodies installed inside each rectilinear section. Body comprises several tight channels. Every of which consists of several rectilinear sections joined by transitions. Inlets and outlets of neighboring sections are connected to each other. At the same time each section comprises several cavitation bodies, axes of which are perpendicular to channel axis. On transitions there are vortex generators installed, arranged in the form of cylindrical cavities with conical bases, axis of which is perpendicular to axis of channel. Device for production of mix diesel fuel comprises body with nozzles for supply and drain of fuel with tight channel from several rectilinear sections, with cavitation bodies installed inside each rectilinear section. Device comprises several tight channels, every of which consists of several rectilinear sections, inlets and outlets of channels are connected to each other and directed at the angle of 121-200° to each other, in points of channels crossing there are volume cavities installed with diametre D and cavitation bodies of diametre d with ratio

and at channel bends there are vortex generators installed, being arranged in the form of cylindrical cavities with conical bases, axis of which is perpendicular to axis of channel. Volume cavities and cavitation bodies are arranged either in the form of cylinders, axes of which are perpendicular to axis of channel, or in the form of axisymmetric spheres.

EFFECT: production of mix diesel fuel with low power inputs and characteristics that satisfy standards of quality for motor fuel, suitable for use in internal combustion engines.

5 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам получения смесевого дизельного топлива и может быть использовано для получения моторного топлива для дизельных двигателей.The invention relates to a device for producing mixed diesel fuel and can be used to produce motor fuel for diesel engines.

Известно устройство изготовления печного жидкого топлива путем смешения мазута с водой и получения водотопливной эмульсии с последующим использованием в топочных камерах (а.с. СССР №214948, кл. F23D 11/06, 1966 г.). Недостатком известного устройства является невысокое качество смесеобразования и высокие энергозатраты на получение смесевого топлива. Другим недостатком является то, что полученное жидкое топливо не соответствует стандартам на моторное топливо и оно не пригодно для использования в двигателях внутреннего сгорания.A known device for the manufacture of heating liquid fuel by mixing fuel oil with water and obtaining a water-fuel emulsion with subsequent use in combustion chambers (as USSR AS No. 214948, class F23D 11/06, 1966). A disadvantage of the known device is the low quality of the mixture formation and the high energy consumption for obtaining mixed fuel. Another disadvantage is that the obtained liquid fuel does not meet the standards for motor fuel and is not suitable for use in internal combustion engines.

Известна конструкция механического эмульгатора, состоящего из корпуса с расположенными в нем перегородками, служащими для турбулизации потока мазута и подаваемой на вход эмульгатора воды (а.с. СССР №117106, класс C10L 11/00, 1959 г.). Недостатком известного устройства является его большая металлоемкость и малая дисперсность получаемой водомазутной смеси.A known design of a mechanical emulsifier, consisting of a housing with partitions located in it, used to turbulize the fuel oil flow and the water supplied to the emulsifier inlet (AS USSR No. 117106, class C10L 11/00, 1959). A disadvantage of the known device is its large metal consumption and low dispersion of the resulting water-oil mixture.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для подготовки к сжиганию обводненного мазута, содержащее корпус со штуцерами для ввода мазута и водяного пара, корпус выполнен в виде нескольких цилиндрических прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами, а внутри каждого прямолинейного участка установлены тела кавитации, расположенные скрещенно-последовательно в поперечных сечениях по диаметру между штуцерами ввода пара. Корпус дополнительно снабжен штуцером для ввода воды, установленным на гибе, штуцером для ввода пара, также установленным на гибе, а оси прямолинейных участков расположены под углом 30-120° друг к другу. Устройство используется в котельной технике, где в качестве топлива используется мазут, для приготовления водомазутной эмульсии для последующего сжигания в топочных устройствах (пат. РФ №2044960, кл. 6F23K 5/00, 25.09.1992). Недостатком известного устройства являются большие энергозатраты на получение пара и подогрев топлива. Другим недостатком является необходимость быстрого использования полученного топлива непосредственно после приготовления, а также несоответствие характеристик получаемого топлива стандартам на моторное топливо.The closest in technical essence to the proposed device is a device for preparing for burning waterlogged fuel oil, comprising a housing with fittings for introducing fuel oil and water vapor, the housing is made in the form of several cylindrical rectilinear sections connected in series by bends, and cavitation bodies are installed inside each rectilinear section, located cross-sequentially in cross sections in diameter between the steam inlets. The housing is additionally equipped with a water inlet fitting mounted on the bend, a steam inlet fitting also mounted on the bend, and the axis of the straight sections are located at an angle of 30-120 ° to each other. The device is used in boiler technology, where fuel oil is used as fuel for the preparation of a water-oil emulsion for subsequent combustion in furnace devices (Pat. RF No. 2044960, class 6F23K 5/00, 09/25/1992). A disadvantage of the known device is the high energy consumption for receiving steam and heating the fuel. Another disadvantage is the need for quick use of the resulting fuel immediately after cooking, as well as the mismatch of the characteristics of the resulting fuel with motor fuel standards.

Все рассмотренные устройства используют для получения водотопливной эмульсии, тогда как основным требованием к дизельному топливу является отсутствие следов воды в топливе.All considered devices are used to obtain a water-fuel emulsion, while the main requirement for diesel fuel is the absence of traces of water in the fuel.

Задачей изобретения является создание устройства для получения смесевого дизельного топлива с низкими энергетическими затратами и характеристиками, удовлетворяющими стандартам качества на моторное топливо, и пригодного для использования в двигателях внутреннего сгорания.The objective of the invention is to provide a device for producing mixed diesel fuel with low energy costs and characteristics that meet the quality standards for motor fuel, and suitable for use in internal combustion engines.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для получения смесевого дизельного топлива, содержащем корпус с патрубками для подачи и отвода топлива, выполненный в виде герметичного канала из нескольких прямолинейных участков, последовательно соединенных гибами, с установленными внутри каждого участка телами кавитации, на гибах установлены дополнительно формирователи вихря, выполненные в виде цилиндрических полостей с коническим основанием, ось которых перпендикулярна оси канала, а оси прямолинейных участков расположены друг к другу под углом 121-200°.The technical result is achieved by the fact that in the proposed device for producing mixed diesel fuel, comprising a housing with nozzles for supplying and removing fuel, made in the form of a sealed channel from several straight sections, connected in series by bends, with cavitation bodies installed inside each section, mounted on bends additionally vortex formers made in the form of cylindrical cavities with a conical base, the axis of which is perpendicular to the axis of the channel, and the axis of straight sections are located to each other at an angle of 121-200 °.

В варианте устройства для получения смесевого дизельного топлива, содержащего корпус с патрубками для подачи и отвода топлива с герметичным каналом из нескольких соединенных прямолинейных участков с установленными внутри каждого прямолинейного участка телами кавитации, корпус содержит несколько герметичных каналов, каждый из которых состоит из нескольких прямолинейных участков, соединенных переходами, входы и выходы соседних участков соединены между собой, при этом каждый участок содержит несколько тел кавитации, оси которых перпендикулярны оси канала, а на переходах установлены формирователи вихря, выполненные в виде цилиндрических полостей с коническими основаниями, ось которых перпендикулярна оси канала.In an embodiment of a device for producing mixed diesel fuel, comprising a housing with nozzles for supplying and discharging fuel with a sealed channel from several connected straight sections with cavitation bodies installed inside each straight section, the housing contains several tight channels, each of which consists of several straight sections, connected by transitions, the inputs and outputs of adjacent sections are interconnected, with each section containing several cavitation bodies, the axes of which are perp dikulyarny channel axis, and on transitions conditioners installed vortex formed in the form of cylindrical cavities with conical bases whose axis is perpendicular to the channel axis.

В другом варианте устройство для получения смесевого дизельного топлива, содержащее корпус с патрубками для подачи и отвода топлива с герметичным каналом из нескольких соединенных прямолинейных участков с установленными внутри каждого прямолинейного участка телами кавитации, содержит несколько герметичных каналов, каждый из которых состоит из нескольких прямолинейных участков, соединенных переходами, входы и выходы каналов соединены между собой и направлены под углом 121-200° друг к другу, в местах пересечения каналов установлены объемные полости диаметром D с телами кавитации диаметром d с соотношением

а на гибах каналов установлены формирователи вихря, выполненные в виде цилиндрических полостей с коническими основаниями, ось которых перпендикулярна оси канала.In another embodiment, a device for producing mixed diesel fuel, comprising a housing with nozzles for supplying and removing fuel with a sealed channel from several connected straight sections with cavitation bodies installed inside each straight section, contains several sealed channels, each of which consists of several straight sections, connected by transitions, the inputs and outputs of the channels are interconnected and directed at an angle of 121-200 ° to each other, at the intersection of the channels nye cavity diameter D cavitation bodies with a diameter ratio d

and on channel bends vortex shapers are installed, made in the form of cylindrical cavities with conical bases, whose axis is perpendicular to the channel axis.

В устройстве для получения смесевого дизельного топлива объемные полости и тела кавитации выполнены в виде цилиндров, оси которых перпендикулярны оси канала.In the device for producing mixed diesel fuel, the volume cavities and cavitation bodies are made in the form of cylinders whose axes are perpendicular to the axis of the channel.

В другом варианте устройства для получения смесевого дизельного топлива объемные полости и тела кавитации выполнены в виде осесимметричных сфер.In another embodiment of the device for producing mixed diesel fuel, volume cavities and cavitation bodies are made in the form of axisymmetric spheres.

Устройство получения смесевого дизельного топлива иллюстрируется на фиг.1-7, где на фиг.1 представлена общая схема устройства получения смесевого дизельного топлива, на фиг.2 - конструкция устройства для получения смесевого дизельного топлива с одним каналом, на фиг.3 - поперечное сечение канала с цилиндрическим телом кавитации, на фиг.4 - поперечное сечение канала с формирователем вихря, на фиг.5 - конструкция устройства с двумя параллельными каналами, на фиг.6 - конструкция устройства с каналами, развернутыми друг к другу под углом 130°, на фиг.7 - поперечное сечение канала со сферическим телом кавитации.The device for producing mixed diesel fuel is illustrated in Fig.1-7, where Fig.1 shows a General diagram of a device for producing mixed diesel fuel, Fig.2 is a design of a device for producing mixed diesel fuel with one channel, Fig.3 is a cross section channel with a cylindrical cavitation body, figure 4 is a cross section of a channel with a vortex generator, figure 5 is a design of a device with two parallel channels, figure 6 is a design of a device with channels deployed to each other at an angle of 130 °, Fig.7 - cross section of a channel with a spherical cavitation body.

Устройство на фиг.1 содержит емкость 7 для дизельного топлива, емкость 2 для воды и емкость 3 для поверхностно-активных веществ. Емкости 1, 2, 3 соединены трубопроводами 4, 5 и 6 со смесителем 7. Смеситель 7 через насос высокого давления 8, реактор 9 соединен с фильтром 10 и накопительной емкостью 11.The device in figure 1 contains a container 7 for diesel fuel, a container 2 for water and a container 3 for surfactants. Tanks 1, 2, 3 are connected by pipelines 4, 5 and 6 to the mixer 7. The mixer 7 is connected via a high pressure pump 8, the reactor 9 is connected to the filter 10 and the storage tank 11.

Устройство на фиг.1 работает следующим образом. Дизельное топливо, воду и поверхностно-активные вещества смешивают в объемном отношении 1:(0,01-0,5):(0,0001-0,005) в смесителе 7. Полученную смесь с помощью насоса высокого давления 8 подают в реактор 9, где водотопливную эмульсию преобразуют в смесевое дизельное топливо, не содержащее воды. В реакторе 9 производят также дополнительную очистку смесевого дизельного топлива от парафинов и серы. Смесевое дизельное топливо фильтруют в фильтре 10 и подают в накопительную емкость 11.The device in figure 1 works as follows. Diesel fuel, water and surfactants are mixed in a volume ratio of 1: (0.01-0.5) :( 0.0001-0.005) in a mixer 7. The resulting mixture is fed to a reactor 9 using a high pressure pump 8, where water-fuel emulsion is converted into a mixed diesel fuel that does not contain water. In the reactor 9 also perform additional purification of mixed diesel fuel from paraffins and sulfur. The mixed diesel fuel is filtered in the filter 10 and served in the storage tank 11.

Реактор 9 устройства для получения смесевого дизельного топлива на фиг.2 имеет корпус 12, входной 13 и выходной 14 патрубки. В корпусе установлены участки 15, состоящие из прямолинейных каналов 16, соединенных последовательно с помощью гибов 17 друг с другом и с патрубками 13 и 14. Количество прямолинейных каналов 16 составляет от 1 до 100. Оси 18 каналов 16 расположены друг к другу под углом 121-200°. На каждом канале 16 установлены тела кавитации 19, оси которых перпендикулярны оси 18 каналов 16. На гибах 17 установлены формирователи вихря 20.The reactor 9 of the device for producing mixed diesel fuel in figure 2 has a housing 12, inlet 13 and outlet 14 nozzles. Plots 15 are installed in the housing, consisting of rectilinear channels 16 connected in series with bends 17 to each other and with nozzles 13 and 14. The number of rectilinear channels 16 is from 1 to 100. The axis 18 of the channels 16 are located at an angle of 121- 200 °. On each channel 16, cavitation bodies 19 are installed, the axes of which are perpendicular to the axis 18 of the channels 16. Vortex formers 20 are installed on the bends 17.

На фиг.3 представлено поперечное сечение тела кавитации 19, выполненного в виде цилиндра 21. Диаметр d цилиндра 21 тела кавитации 19 составляет 90-99% от поперечного размера В канала 16.Figure 3 presents the cross section of the cavitation body 19, made in the form of a cylinder 21. The diameter d of the cylinder 21 of the cavitation body 19 is 90-99% of the transverse size In the channel 16.

На фиг.4 представлено поперечное осевое сечение формирователя вихря 20. Формирователи вихря 20 выполнены в виде цилиндрических полостей 22 с коническими основаниями 23, которые расположены на двух основаниях цилиндрической полости 22 или только на нижней полости.Figure 4 shows the transverse axial section of the vortex generator 20. The vortex generators 20 are made in the form of cylindrical cavities 22 with conical bases 23, which are located on two bases of the cylindrical cavity 22 or only on the lower cavity.

Реактор устройства для получения смесевого дизельного топлива на фиг.5 содержит два соединенных канала 16 и 24, каждый из которых состоит из прямолинейных участков. Входы 25 и выходы 26 каналов 16 и 24 соединены между собой с помощью переходов 27. При этом в каналах 16 и 24 установлены тела кавитации 19, а на переходах 27 установлены формирователи вихря 20.The reactor of the device for producing mixed diesel fuel in figure 5 contains two connected channels 16 and 24, each of which consists of straight sections. Inputs 25 and outputs 26 of channels 16 and 24 are interconnected by means of transitions 27. At the same time, cavitation bodies 19 are installed in channels 16 and 24, and vortex shapers 20 are installed on transitions 27.

На фиг.6 входы и выходы каналов 16 и 24 соединены между собой и направлены под углом α=121-200° (например, под углом α=130°) друг к другу. В центре пересечения каналов 16 и 24 установлены полости 28, в которых размещены тела кавитации 19. Полости 28 и тела кавитации выполнены в виде цилиндров с диаметром D и d, оси которых перпендикулярны оси 29 канала 16 и оси 30 канала 24. В другом варианте конструкции устройства полости 28 и тела кавитации выполнены в виде сфер диаметром D и d, отношение

Формирователи вихря 20 выполнены на гибах 31 каналов 16 и 24.In Fig.6, the inputs and outputs of the

channels

16 and 24 are interconnected and directed at an angle α = 121-200 ° (for example, at an angle α = 130 °) to each other. In the center of intersection of

channels

16 and 24, cavities 28 are installed in which cavitation bodies are located 19. Cavities 28 and cavitation bodies are made in the form of cylinders with diameters D and d, whose axes are perpendicular to axis 29 of channel 16 and axis 30 of channel 24. In another design devices of the cavity 28 and the cavitation body are made in the form of spheres of diameter D and d, the ratio

The vortex shapers 20 are made on the bends of 31

channels

16 and 24.

На фиг.7 показано поперечное сечение полости 28 со сферическим телом кавитации 19. Диаметр d сферического тела кавитации 19 составляет 90-99% от диаметра D сферической полости 28. Каналы 16 и 24 установлены под углом 30° друг к другу.7 shows a cross section of a cavity 28 with a spherical cavitation body 19. The diameter d of the spherical cavitation body 19 is 90-99% of the diameter D of the spherical cavity 28. Channels 16 and 24 are installed at an angle of 30 ° to each other.

Устройство для получения смесевого дизельного топлива работает следующим образом.A device for producing mixed diesel fuel operates as follows.

Смесь дизельного топлива с водой подают под давлением 10-100 кг/см² на входной патрубок 13 реактора 9. Температура смеси составляет 10-100°С, а производительность реактора 10^-3-10² м³/час. Цилиндрическая форма каналов 16 и 24 с переменной кривизной с формирователями вихрей 20 приводит к появлению вихрей в водотопливной смеси и столкновению встречных потоков смеси на каналов 16 и 24. Гидравлическое сопротивление реактора при подаче водотопливной смеси со стороны выходного патрубка 13 в 10-300 раз превышает гидравлическое сопротивление реактора при подаче водотопливной смеси со стороны выходного патрубка 14. При этом водотопливная смесь гомогенизируется под действием поверхностно-активных веществ и под действием тел кавитации 19. В гомогенизированной водотопливной смеси в каналах 16 и 24 создают микро- и нанообласти в виде схлопывающихся кавитационных пузырьков, в которых давление и температура в 20-1000 раз превышают давление и температуру водотопливной смеси на входе 13 реактора 9. Высокое давление и температура в присутствии каталитического воздействия поверхностно-активных веществ приводят к разрыву углеводородных цепей и связей Н⁺ и ОН^- в воде, к их взаимодействию с образованием новых углеводородных цепей с присоединением к ним ионов Н⁺ и ОН^-. Процесс получения смесевого дизельного топлива осуществляют до полного преобразования и исчезновения воды в смесевом дизельном топливе.A mixture of diesel fuel with water is supplied at a pressure of 10-100 kg / cm ² to the inlet pipe 13 of the reactor 9. The temperature of the mixture is 10-100 ° C, and the productivity of the reactor is 10 ^-3 -10 ² m ³ / h. The cylindrical shape of channels 16 and 24 with variable curvature with vortex formers 20 leads to the appearance of vortices in the water-fuel mixture and the collision of the opposing mixture flows on channels 16 and 24. The hydraulic resistance of the reactor when the water-fuel mixture is supplied from the outlet pipe 13 is 10-300 times higher than the hydraulic the resistance of the reactor when feeding the fuel mixture from the side of the outlet pipe 14. In this case, the fuel mixture is homogenized under the influence of surface-active substances and under the action of cavitation bodies 19. homogenized water-fuel mixture in channels 16 and 24 create micro- and nano-regions in the form of collapsing cavitation bubbles, in which the pressure and temperature are 20-1000 times higher than the pressure and temperature of the water-fuel mixture at inlet 13 of reactor 9. High pressure and temperature in the presence of catalytic effects of surface -active substances lead to the breaking of hydrocarbon chains and H ⁺ and OH ^- bonds in water, to their interaction with the formation of new hydrocarbon chains with the addition of H ⁺ and OH ^- ions to them. The process of producing mixed diesel fuel is carried out until the complete conversion and disappearance of water in the mixed diesel fuel.

После обработки в реакторе 9 получены следующие характеристики смесевого дизельного топлива.After processing in the reactor 9, the following characteristics of mixed diesel fuel are obtained.

№ п/пNo. p / p ПараметрыOptions Дизельное топливоDiesel fuel Смесевое дизельное топливоMixed diesel fuel 1one Кинематическая вязкость при 18°СKinematic viscosity at 18 ° C 2,7 мм²/с2.7 mm ² / s 2,8 мм²/с2.8 mm ² / s 22 КислотностьAcidity 1,23 мг кон/100 мл1.23 mg con / 100 ml 0,82 мг кон/100 мл0.82 mg con / 100 ml 33 Содержание водыWater content отсутствуетabsent отсутствуетabsent 4four Цетановое числоCetane number 51,551.5 51,551.5 55 Плотность при 18°СDensity at 18 ° C 821821 821,5821.5 66 Температура вспышки, °С, не нижеFlash point, ° С, not lower 6666 6868 77 Температура помутнения, °С, не вышеCloud point, ° С, not higher -16-16 -19-19 88 Температура застывания, °С, не вышеPour point, ° C, not higher -23-23 -26-26 99 Содержание водорастворимых кислот и щелочейThe content of water soluble acids and alkalis отсутствуетabsent отсутствуетabsent

Фракционный состав полученного смесевого дизельного топлива практически не отличается от исходного дизельного топлива. Остальные характеристики смесевого дизельного топлива соответствуют стандартам на дизельное топливо.The fractional composition of the obtained mixed diesel fuel is practically no different from the original diesel fuel. The remaining characteristics of mixed diesel fuel comply with diesel standards.

Предлагаемое устройство позволяет осуществить получение качественного смесевого дизельного топлива при минимальных энергетических затратах. Устройства могут быть использованы для получения смесевого биодизельного топлива на основе растительных масел, а также для получения смесевого мазутного и печного топлива.The proposed device allows to obtain high-quality mixed diesel fuel with minimal energy costs. Devices can be used to obtain mixed biodiesel based on vegetable oils, as well as to obtain mixed fuel oil and heating oil.

Claims

1. A device for producing mixed diesel fuel, comprising a housing with nozzles for supplying and discharging fuel, made in the form of a sealed channel from several straight sections, connected in series by bends with cavitation bodies installed inside each straight section, characterized in that shapers are additionally installed on the bends vortices made in the form of cylindrical cavities with a conical base, the axis of which is perpendicular to the axis of the channel, and the axes of the straight sections are located towards each other rugu angle of 121-200 °.

2. A device for producing mixed diesel fuel, comprising a housing with nozzles for supplying and discharging fuel with a sealed channel from several connected straight sections with cavitation bodies installed inside each straight section, characterized in that the housing contains several tight channels, each of which consists of several rectilinear sections connected by transitions, the inputs and outputs of adjacent sections are interconnected, with each section containing several cavitation bodies, axis k oryh perpendicular to the axis of the channel, and on transitions conditioners installed vortex formed in the form of cylindrical cavities with conical bases whose axis is perpendicular to the channel axis.

3. A device for producing mixed diesel fuel, comprising a housing with nozzles for supplying and removing fuel with a sealed channel from several connected straight sections with cavitation bodies installed inside each straight section, characterized in that the device contains several tight channels, each of which consists of several straight sections, the entrances and exits of the channels are interconnected and directed at an angle of 121-200 ° to each other, at the intersection of the channels volumetric floors are installed spines of diameter D with cavitation bodies of diameter d with the ratio

and on channel bends vortex shapers are installed, made in the form of cylindrical cavities with conical bases, the axis of which is perpendicular to the channel axis.

4. A device for producing a mixed diesel fuel according to claim 3, characterized in that the volume cavities and cavitation bodies are made in the form of cylinders, the axes of which are perpendicular to the axis of the channel.

5. A device for producing a mixed diesel fuel according to claim 3, characterized in that the volume cavities and cavitation bodies are made in the form of axisymmetric spheres.