RU2689493C1

RU2689493C1 - Device for homogenizing heavy fuel hydrodynamic treatment for marine diesels

Info

Publication number: RU2689493C1
Application number: RU2018105413A
Authority: RU
Inventors: Наталья Анатольевна Полковникова; Виталий Викторович Тимохин; Анатолий Карпович Полковников
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2019-05-28

Abstract

FIELD: agitation.SUBSTANCE: invention relates to a homogenizer device for preparation for use of a homogeneous heavy fuel mixture RMG380 and RMG500 (IS08217-17) in a ship diesel system fuel system. Disclosed is a device for homogenising a hydrodynamic treatment of heavy fuel for marine diesel engines, consisting of four series-connected chambers. In first (2) vacuum chamber consisting of 17 ejector elements arranged concentrically along circumference of the nozzle flange, homogenisation occurs as a result of abrupt change of exhaust velocity in nozzles and pressure drop in the chamber. In second chamber (3) of ultrasonic vibrations, jet impact is applied to the obstacle, which is made in the form of plates with baffle plates (8) installed before the fuel flow leaving the ejector elements of first chamber (2). In the third mixing chamber (4), homogeneity of the mixture is achieved by forcing the mixture through the holes and in last chamber (5) - the vortex chamber, with the plate-type plates located in it, the homogenisation effect is achieved as a result of cavitation occurring in the fuel under the effect of ultrasonic vibrations.EFFECT: disclosed homogenizer increases efficiency and quality of homogenisation of heavy fuel mixture.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройству гомогенизатора для подготовки и использования гомогенной смеси тяжелого высоковязкого топлива марок RMG380 и RMG500 (ISO 8217-2017) в топливной системе судовых дизелей. Данное техническое решение конструкции четырехкамерного гомогенизатора для подготовки жидкого топлива заключается в создании эффективного и вместе с тем простого и надежного устройства для приготовления мелкодисперсной гомогенной (однородной) смеси тяжелого топлива путем его гидродинамической обработки с учетом всех особенностей штатной расходной топливной системы для судовых дизелей.The invention relates to a homogenizer device for the preparation and use of a homogeneous mixture of heavy high-viscosity fuel brands RMG380 and RMG500 (ISO 8217-2017) in the fuel system of marine diesel engines. This design solution of a four-chamber homogenizer for the preparation of liquid fuel is to create an effective and at the same time simple and reliable device for preparing a fine homogeneous (homogeneous) mixture of heavy fuel by hydrodynamic processing of it taking into account all the features of a regular fuel system for marine diesel engines.

В настоящее время актуальными требованиями к судовым дизелям относятся их экологическая чистота и экономичность в эксплуатации. Постоянно возрастающая стоимость углеводородных топлив, а также принятые международными организациями и правительствами стран решения об охране воздушной среды требуют от изготовителей судовых дизелей и судовладельцев разрабатывать и применять технические решения для повышения эффективности сгорания топлива и сокращения эмиссии продуктов сгорания в окружающую среду. Пути повышения экономичности судовых дизелей и судна в целом направлены на сокращение расхода топлива, как самую большую долю всех расходов на эксплуатацию.At present, the current requirements for marine diesel engines include their environmental cleanliness and economy in operation. The ever-increasing cost of hydrocarbon fuels, as well as the decisions taken by international organizations and governments to protect the air environment, require ship diesel engines and shipowners to develop and apply technical solutions to increase the efficiency of fuel combustion and reduce emissions of combustion products into the environment. Ways to improve the efficiency of ship diesel engines and the ship as a whole are aimed at reducing fuel consumption, as the largest share of all operating costs.

В настоящее время для судовых дизелей основными являются тяжелые остаточные топлива, как наиболее дешевые. Вязкость используемых топлив достигает 500 сСт. И эта величина постепенно поднимается в связи с более глубокой переработкой нефти, что приводит к снижению показателей качества и увеличению содержания примесей. Это является причиной нарушения не только гидродинамических, но и тепловых процессов, происходящих в теплообменных аппаратах топливной системы, к повышенной коксуемости топлива, к снижению качества его распыливания, ухудшению функционирования топливной аппаратуры дизеля, к снижению качества процесса горения топлива. Это в конечном итоге приводит к снижению экономичности, надежности, ухудшению экологической чистоты, к уменьшению межремонтного цикла дизеля в целом. Тяжелое высоковязкое топливо марок RMG380 и RMG500 применяемое для судовых дизелей - это крекинг-топливо с высоким содержанием асфальтосмолистых составляющих, которые в больших количествах уходят в шлам при сепарации.At present, heavy residual fuels, as the cheapest, are the main ones for ship diesel engines. The viscosity of fuels used reaches 500 cSt. And this value is gradually rising due to deeper processing of oil, which leads to a decrease in quality indicators and an increase in the content of impurities. This is a cause of violation of not only hydrodynamic, but also thermal processes occurring in the heat exchangers of the fuel system, to increased coking behavior of the fuel, to a decrease in the quality of its atomization, deterioration in the functioning of the fuel equipment of a diesel engine, to a decrease in the quality of the combustion process of the fuel. This ultimately leads to a decrease in efficiency, reliability, deterioration of environmental cleanliness, to a decrease in the diesel engine overhaul cycle as a whole. The heavy high viscosity fuel of RMG380 and RMG500 grades used for marine diesel engines is a cracked fuel with a high content of asphalt-resin components, which in large quantities go to the sludge during separation.

Обработка топлива в гомогенизаторе способствует измельчению, структуры его органической части, уменьшению размеров агломератов смол и асфальтенов до 3…5 мкм. После этого появляется большое количество активных молекул, которые могут принимать участие в процессах окисления. Такие молекулы окисляются одновременно, поэтому сам процесс протекает значительно быстрее. При этом дробятся также различные минеральные примеси и капли воды. В соответствии со стандартом ISO 8217-2017 количество воды в топливе марок RMG380 и RMG500 допускается до 0,5%. Вода с топливом переходит в состояние водотопливной эмульсии, состоящей из микрокапель воды, окруженных оболочкой из тяжелых составляющих топлива. В камере сгорания вода внутри капель под влиянием температуры резко вскипает, что создает дополнительный «микровзрыв» и дополнительное распыление очень мелких частиц топлива и, как следствие, существенное улучшение смесеобразования, улучшение подготовки топлива для последующего его эффективного сгорания. Выполняют свою функцию также дробленные сера и парафины. Они изолируют микрочастицы эмульсии, делая невозможным их дальнейшее слипание. Все эти процессы помогают улучшить равномерность горения топлива, теплотворную способность, уменьшить его расход и выбросы вредных веществ. В дизелях достигается увеличение экономичности: в малооборотных двигателях - на 1…2% и на 3…4% - в среднеоборотных. Также уменьшаются отложения смолистых составляющих и отложения коррозионно-активных соединений натрия и ванадия в выхлопных трактах и на лопатках газовых турбин. В связи с этим для решения вышеперечисленных задач все более весомое значение и актуальность приобретает подготовка тяжелого остаточного топлива к подаче в двигатель, а, следовательно, применения гомогенизаторов для этих целей.Processing the fuel in the homogenizer contributes to grinding, the structure of its organic part, reducing the size of the agglomerates of resins and asphaltenes to 3 ... 5 microns. After that, a large number of active molecules that can participate in oxidation processes appear. Such molecules are oxidized simultaneously, so the process itself proceeds much faster. At the same time, various mineral impurities and water droplets are also crushed. In accordance with the ISO 8217-2017 standard, the amount of water in RMG380 and RMG500 grades is allowed up to 0.5%. Water with fuel enters the state of a water-fuel emulsion consisting of microdroplets of water surrounded by a shell of heavy fuel components. In the combustion chamber, the water inside the droplets under the influence of temperature boils up sharply, which creates an additional “microexplosion” and additional dispersion of very small fuel particles and, as a result, a significant improvement in the mixture formation, an improvement in the preparation of the fuel for its subsequent effective combustion. Crushed sulfur and paraffins also perform their function. They isolate the microparticles of the emulsion, making it impossible for them to further stick together. All these processes help to improve the uniformity of combustion of fuel, calorific value, reduce its consumption and emissions of harmful substances. In diesel engines, an increase in efficiency is achieved: in low-speed engines - by 1 ... 2% and by 3 ... 4% - in medium-speed ones. Also reduced deposits of resinous components and deposits of corrosion-active compounds of sodium and vanadium in the exhaust paths and on the blades of gas turbines. In this regard, to solve the above problems, the preparation of heavy residual fuel for supply to the engine, and, consequently, the use of homogenizers for these purposes, is becoming increasingly important and relevant.

Известно устройство гомогенизатора с вращающимися элементами, например, вихревращательный аппарат (Патент РФ №2338919 «Способ подготовки дизельного топлива, кл. F02M 29/06, опубл. 20.11.2008, авторы Романов А.А., Карт М.А. Романов М.А., Пресняков С.Ю.), который состоит из электромагнитного индуктора, расположенного вокруг немагнитной трубы, внутри которой находятся рабочие тела в форме цилиндров. Недостатками данного устройства являются конструктивная сложность, обусловленная наличием вращающихся частей. А также необходимость в замене рабочих тел в виду их износа.A device of a homogenizer with rotating elements is known, for example, a vortex rotor apparatus (RF Patent No. 2338919 "Method of preparing diesel fuel, class F02M 29/06, publ. 11/20/2008, the authors Romanov AA, Kart MA Romanov M. A., Presnyakov S.Yu.), which consists of an electromagnetic inductor located around a non-magnetic pipe, inside of which there are working bodies in the form of cylinders. The disadvantages of this device are constructive complexity, due to the presence of rotating parts. As well as the need to replace the working bodies in view of their wear.

Известен гомогенизатор с вращающимися элементами CD 92 Fuel Conditioner фирмы Schiffs & Industrie Technik Gmbh, представляющий собой механикоакустическое устройство для получения гомогенной смеси состоящее из статора и ротора с нарезанными желобами на рабочих поверхностях. При вращении ротора гомогенизатора жидкость ускоряется, разбивается гидродинамическими силами при одновременном воздействии ультразвука. Недостатками данного устройства является наличие подвижных частей, а также маленький зазор между статором и ротором, не превышающего 5 мкм, что приводит в некоторых случаях к заклиниванию ротора. А также, используется всего лишь два вида диспергирующих явлений.Known homogenizer with rotating elements CD 92 Fuel Conditioner company Schiffs & Industrie Technik Gmbh, which is a mechanical-acoustic device for obtaining a homogeneous mixture consisting of a stator and a rotor with cut grooves on the working surfaces. When the rotor of the homogenizer rotates, the liquid is accelerated, broken up by hydrodynamic forces with simultaneous exposure to ultrasound. The disadvantages of this device is the presence of moving parts, as well as a small gap between the stator and the rotor, not exceeding 5 μm, which leads in some cases to the seizure of the rotor. And also, only two types of dispersive phenomena are used.

Известно техническое решение с применением роторно-пульсационного и турбулизаторного гомогенизаторов для грубого диспергирования (Патент РФ №2246073 «Установка для подготовки мазута к сжиганию», кл. F23K 5/08, опубл. 10.02.2005, авторы Ерохин С.Ф., Петраков А.П., Селиванов Б.Д., Кондратьев А.С.), состоящая из емкости с мазутом с паровым подогревателем, последовательно соединенных фильтров грубой очистки, нагнетательного насоса, фильтра тонкой очистки, гомогенизатора для грубого диспергирования с трубопроводом рециркуляции и эмульгирующего аппарата для тонкого диспергирования воды в мазуте. В качестве гомогенизатора для грубого диспергирования воды в мазуте установлен турбулизатор, а в качестве эмульгирующего аппарата для тонкого диспергирования воды в мазуте - роторно-пульсационный аппарат. Недостатком данной установки является применение роторно-пульсационного механизма и грубого диспергирования топлива.Known technical solution with the use of rotary pulsation and turbulatory homogenizers for coarse dispersion (RF Patent No. 226,06073 "Installation for preparing fuel oil for incineration", class F23K 5/08, publ. 10.02.2005, authors Erokhin SF, Petrakov A .P., Selivanov B.D., Kondratiev A.S.), consisting of a tank with fuel oil with a steam heater, series-connected coarse filters, a pressure pump, a fine filter, a homogenizer for coarse dispersion with a recirculation pipeline and an emulsifying apparatus I finely dispersing water heating. A turbulizer was installed as a homogenizer for coarse dispersion of water in fuel oil, and a rotary pulsation apparatus was used as an emulsifying device for fine dispersion of water in fuel oil. The disadvantage of this setup is the use of a rotary pulsation mechanism and coarse dispersion of fuel.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности и исполнению является «Устройство для подготовки жидкого топлива к сжиганию» (Патент РФ №2272220, кл. F23K 5/08, опубл. 20.03.2006, авторы Пинтюшенко А.Д., Тучков В.К., Герцман Л.Е.), содержащий теплообменник типа "труба в трубе", интенсифицирующий качество диспергации топлива и содержащий в нем трехступенчатый гомогенизатор с применением гомогенизирующей головки, ударов жидкости о нагретые преграды и наличие на первой преграде концентрических углублений и установленного по оси гомогенизирующей головки рассекателя.Of the known technical solutions, the closest in technical essence and execution is the “Device for preparing liquid fuel for incineration” (RF Patent No. 2272220, class F23K 5/08, published March 20, 2006, the authors are Pintyushenko AD, Tuchkov V. K., Herzman L.E.), containing a tube-in-tube heat exchanger, which intensifies the quality of fuel dispersion and contains a three-stage homogenizer using a homogenizing head, liquid blows on heated obstacles and the presence of concentric grooves on the first obstacle and installed along the axishomogenizing divider head.

Очевидным недостатком вышеуказанного гомогенизатора является теплообменник типа "труба в трубе", что в условия судовой топливной системы является не целесообразным по причине того, что в ней уже предусмотрены паровые подогреватели этого типа. Кроме того, трехступенчатая гомогенизация, как показывает опыт, не достаточна для диспергации тяжелой топливной смеси.The obvious disadvantage of the above-mentioned homogenizer is a “pipe in pipe” type heat exchanger, which is not appropriate in the conditions of the ship’s fuel system due to the fact that it already has steam heaters of this type. In addition, three-step homogenization, as experience shows, is not sufficient for dispersing a heavy fuel mixture.

Актуальность и необходимость разработки нового гомогенизатора определяется рядом недостатков приведенных технических решений, а именно, низкая дисперсность гомогенной смеси, поступающей в приемную емкость с подогревателем, в виду отбора гомогенной смеси не после роторно-пульсационного аппарата, а на выходе из гомогенизатора для грубого диспергирования, что снижает время расслоения эмульсии в приемной емкости; высокие энергозатраты на работу роторно-пульсационного аппарата; необходимость подогрева топлива "открытым паром", что не может быть применено в топливной системе судового дизеля в виду подогрева расходных и отстойных цистерн рекуперативным способом.The urgency and the need to develop a new homogenizer is determined by a number of shortcomings of the technical solutions given, namely, the low dispersion of the homogeneous mixture entering the receiving tank with the heater, in view of the selection of the homogeneous mixture not after the rotary pulsation apparatus, but at the outlet of the homogenizer for coarse dispersion, which reduces the time of separation of the emulsion in the receiving tank; high energy consumption for the operation of the rotary pulsation apparatus; the need for heating fuel "open steam" that can not be applied in the fuel system of marine diesel in the form of heating consumable and slop tanks in a recuperative manner.

Целью предлагаемого изобретения является устранение таких недостатков, как грубое диспергирование гомогенной смеси, наличие теплообменника типа "труба в трубе" и роторно-пульсационного аппарата, а так же снижение удельного расхода топлива и содержания оксидов азота в отработавших газах, уменьшение образования отложений углистых соединений и сажи на деталях цилиндропоршневой группы за счет диспергации и гомогенизации тяжелого топлива и улучшение качества смесеобразования и полноты сгорания в цилиндре дизеля, упрощения конструкции, ремонтопригодности и эффективности устройства за счет использования сразу четырех методов гомогенизации для приготовления мелкодисперсной гомогенной смеси тяжелого топлива применительно к судовой топливной системе, что в итоге приведет к улучшению смесеобразования в камере сгорания дизеля и, как следствие, качества и полноты сгорания топлива.The aim of the invention is to eliminate such disadvantages as coarse dispersion of a homogeneous mixture, the presence of a tube-in-tube heat exchanger and a rotary pulsation apparatus, as well as a reduction in specific fuel consumption and nitrogen oxides in the exhaust gases, a decrease in the formation of carbon deposits and soot deposits on the details of the cylinder-piston group due to the dispersion and homogenization of heavy fuel and improving the quality of mixture formation and combustion in the cylinder of the diesel engine, simplifying the design, p the device's equilibrium and efficiency are due to the use of four homogenization methods at once to prepare a finely dispersed homogeneous mixture of heavy fuel in relation to the ship fuel system, which ultimately will lead to improved mixing in the diesel combustion chamber and, as a result, the quality and completeness of fuel combustion.

Поставленная задача решается за счет создания гомогенной смеси путем подачи топлива на заявленный четырехкамерный гомогенизатор и далее на всасывание бустерных насосов.The problem is solved by creating a homogeneous mixture by supplying fuel to the declared four-chamber homogenizer and further to the suction of booster pumps.

Техническим результатом является снижение токсичности выхлопных газов дизелей, преимущественно снижение содержания окислов азота в отработавших газах судовых дизелей, снижение удельного расхода топлива, понижение температуры выпускных газов, а также уменьшение образования отложений углистых соединений и сажи посредством улучшения смесеобразования в камере сгорания дизеля и, как следствие, качества и полноты сгорания за счет диспергации и гомогенизации мазута.The technical result is to reduce the toxicity of exhaust gases of diesel engines, mainly to reduce the content of nitrogen oxides in the exhaust gases of ship diesel engines, to reduce specific fuel consumption, lower the temperature of exhaust gases, as well as to reduce the formation of carbonaceous compounds and soot deposits by improving the mixture formation in the diesel combustion chamber and, as a result , quality and completeness of combustion due to the dispersion and homogenization of fuel oil.

Для достижения технического результата предложено устройство гомогенизатора гидродинамической обработки тяжелого топлива для судовых дизелей, состоящее из четырех последовательно включенных камер, в котором в первой вакуумной камере, состоящей из эжекторных элементов, расположенных концентрично по окружности соплового фланца, гомогенизация происходит в результате резкого изменения скорости истечения в соплах и падения давления в камере, во второй камере ультразвуковых колебаний используется удар струи о преграду, выполненную в виде пластин с отбойниками, установленных перед потоком топлива, выходящего из эжекторных элементов первой камеры, в третьей камере смешивания гомогенность смеси достигается за счет продавливания смеси через отверстия, в последней камере - камере завихрения эффект гомогенизации достигается в результате кавитации, возникающей в топливе под влиянием ультразвуковых колебаний.To achieve the technical result, a homogenizer device for hydrodynamic processing of heavy fuel for marine diesel engines was proposed. It consists of four chambers connected in series, in which the first vacuum chamber consisting of ejector elements arranged concentrically around the circumference of the nozzle flange, results from a sharp change in the flow rate nozzles and pressure drop in the chamber; in the second chamber of ultrasonic vibrations a jet impact on the obstacle is used, performed in de plates with bumpers installed in front of the fuel flow coming out of the ejector elements of the first chamber, in the third mixing chamber, the homogeneity of the mixture is achieved by pushing the mixture through the holes; in the last chamber, the turbulence chamber, the homogenization effect is achieved as a result of cavitation arising in the fuel under the influence of ultrasonic fluctuations.

Таким образом, предлагаемый гомогенизатор представляет собой устройство, применяемое для получения однородной физически стабильной смеси, в котором топливо подвергается действию гидродинамического давления, усилиям сдвига и истирания, обеспечивается измельчение частиц до 3…5 мкм. Разрыву частиц способствуют также резкие изменения ускорений, сопровождаемые высокочастотными волнами скоростей и давлений, использование для гомогенизации ультразвука, центробежных сил или адиабатного вскипания в вакууме.Thus, the proposed homogenizer is a device used to obtain a homogeneous physically stable mixture, in which the fuel is subjected to hydrodynamic pressure, shear and abrasion, and grinding of particles up to 3 ... 5 microns is provided. Sharp changes in accelerations, accompanied by high-frequency waves of velocities and pressures, and the use of ultrasound, centrifugal forces, or adiabatic boiling in vacuum, also contribute to particle breaking.

Для использования гомогенизации штатная судовая топливная система дизелей была дооборудована в соответствии с изобретением. Изобретение иллюстрируется следующими чертежами: фиг. 1 - Схема четырехкамерного гомогенизатора; фиг. 2 - Фото четырехкамерного гомогенизатора; фиг. 3 - Схема топливной системы судового дизеля с включенным четырехкамерным гомогенизатором.To use homogenization, the standard marine fuel system of diesel engines was equipped in accordance with the invention. The invention is illustrated by the following drawings: FIG. 1 - Scheme of a four-chamber homogenizer; FIG. 2 - Photo of four-chamber homogenizer; FIG. 3 - Scheme of the fuel system of a ship diesel engine with a four-chamber homogenizer switched on.

Устройство осуществляется следующим образом. Четырехкамерный гомогенизатор (фиг. 1) состоит из четырех последовательно включенных камер (по ходу движения топлива): 2 - вакуумной камеры, 3 - камеры ультразвуковых колебаний, 4 - камеры смешивания и 5 - камеры завихрения. Фланец 1 является входным по ходу движения топлива в гомогенизаторе. Из камеры завихрения с выходного фланца 6 гомогенизатора через обратный трубопровод с краном 7 можно возвращать 40…50% гомогенной смеси для повторной дополнительной обработки. Здесь кран 7 представляет собой байпасный клапан, 8 - пластина с отбойником, 9 и 10 - фланцы.The device is as follows. The four-chamber homogenizer (Fig. 1) consists of four chambers connected in series (in the direction of fuel flow): 2 — vacuum chamber, 3 — ultrasonic oscillation chambers, 4 — mixing chambers, and 5 — vortex chambers. Flange 1 is the input in the direction of fuel in the homogenizer. From the turbulence chamber from the outlet flange 6 of the homogenizer, 40… 50% of the homogeneous mixture can be returned through a return pipe with a crane 7 for repeated additional processing. Here, valve 7 is a bypass valve, 8 is a plate with a baffle, 9 and 10 are flanges.

Вакуумная камера состоит из 17 эжекторных элементов, расположенных концентрично по окружности соплового фланца. Диаметр сопловых отверстий 1,7 мм, минимальный диаметр отверстия конфузора 2,5 мм. Разрежение в камере регулируется изменением толщины прокладки между входным фланцем вакуумной камеры и входным фланцем.The vacuum chamber consists of 17 ejector elements arranged concentrically around the circumference of the nozzle flange. The diameter of the nozzle holes is 1.7 mm, the minimum diameter of the hole of the confuser is 2.5 mm. The vacuum in the chamber is regulated by changing the thickness of the gasket between the inlet flange of the vacuum chamber and the inlet flange.

В камере ультразвуковых колебаний расположено 17 пластин (2×9×128) с отбойниками. С помощью пластинчатых вибраторов создаются условия для возникновения ультразвуковых колебаний. В камере используется эффект удара о преграду, установленную перед потоком выходящей из конфузора струи топлива.In the chamber of ultrasonic vibrations there are 17 plates (2 × 9 × 128) with bump stops. With the help of plate vibrators conditions are created for the occurrence of ultrasonic vibrations. The chamber uses the effect of hitting the barrier, set in front of the stream of fuel coming out of the confuser.

Камера смешивания выполнена из стального стакана диаметром 76 мм, по винтовой линии которого расположено 41 отверстие диаметром по 1,7 мм каждое с различными углами наклона к поверхности стакана. Эффект смешивания достигается за счет продавливания топлива через отверстия.The mixing chamber is made of steel cup with a diameter of 76 mm, along the helix of which there are 41 holes with a diameter of 1.7 mm each with different angles of inclination to the surface of the glass. The effect of mixing is achieved by forcing fuel through the holes.

В камере завихрения расположены пластины лепесткового типа. Эффект гомогенизации достигается в результате кавитации, возникающей в топливной среде под влиянием ультразвуковых колебаний. В результате вибрации в топливной среде образуются местные разряжения, что вызывает образование очаговых пустот. Следующее вслед за разряжением локальное повышение давления вызывает «захлопывание» этих пустот, сопровождающееся локальным гидравлическим ударом. Технология кавитации позволяет обеспечить взаимное перемешивание несмешивающихся жидкостей, даже разнополярных, и получить высокостойкие высокодисперсные, не расслаивающиеся в течении длительного времени топливные смеси.In the chamber of turbulence are plate type petal. The effect of homogenization is achieved as a result of cavitation arising in the fuel environment under the influence of ultrasonic vibrations. As a result of vibration, local discharges form in the fuel environment, which causes the formation of focal voids. Following the discharge, a local increase in pressure causes the "collapse" of these voids, accompanied by a local hydraulic shock. The cavitation technology allows for the intermixing of immiscible liquids, even of opposite polarities, and to obtain highly resistant, highly dispersed, non-exfoliated fuel mixtures for a long time.

В зависимости от назначения гомогенизатора число камер может быть уменьшено, при этом пропорционально снизится диспергирующая способность гомогенизатора.Depending on the purpose of the homogenizer, the number of chambers can be reduced, and the dispersing ability of the homogenizer will be proportionally reduced.

Гомогенизатор данной конструкции выполнен для подачи до 5 м³/ч и давления 10 кгс/см². При необходимости увеличения пропускной способности гомогенизатора диаметр сопловых отверстий вакуумной камеры и камеры смешивания могут быть соответственно увеличены.The homogenizer of this design is made to supply up to 5 m ³ / h and a pressure of 10 kgf / cm ² . If it is necessary to increase the throughput of the homogenizer, the diameter of the nozzle holes of the vacuum chamber and the mixing chamber can be increased accordingly.

На фигуре 2 представлено фото четырехкамерного гомогенизатора, изготовленного для испытаний.The figure 2 presents a photo of a four-chamber homogenizer, made for testing.

На фигуре 3 представлена схема судовой расходной топливной системы с включенным четырехкамерным гомогенизатором для приготовления и использования гомогенной смеси тяжелого топлива марок RMG380 или RMG500 (ISO 8217-2017) для работы как главного, так и вспомогательных дизелей.The figure 3 presents the scheme of the ship consumable fuel system with the included four-chamber homogenizer for the preparation and use of a homogeneous mixture of heavy fuel brands RMG380 or RMG500 (ISO 8217-2017) for the operation of both the main and auxiliary diesel engines.

Схема топливной системы включает следующие элементы:The scheme of the fuel system includes the following elements:

11 - расходная цистерна тяжелого топлива, 12 - расходная цистерна дизельного топлива, 13 - невозвратный клапан, 14 - запорный клапан, 15 - трехходовой клапан, 16 - подкачивающие насосы, 17 - фильтры грубой очистки, 18 - автоматический фильтр, 19 - смесительная цистерна, 20 - гомогенизатор, 21 - бустерные насосы, 22 - топливоподогреватели, 23 - вискозиметр, 24 - фильтр тонкой очистки, 25 - расходомер, 26 - судовой двигатель (главный или вспомогательный), 27 - расходомеры.11 - heavy fuel tank, 12 - diesel fuel tank, 13 - non-return valve, 14 - shut-off valve, 15 - three-way valve, 16 - booster pumps, 17 - coarse filters, 18 - automatic filter, 19 - mixing tank, 20 - homogenizer, 21 - booster pumps, 22 - fuel heaters, 23 - viscometer, 24 - fine filter, 25 - flow meter, 26 - marine engine (main or auxiliary), 27 - flow meters.

После сепарации топливо поступает в расходную цистерну тяжелого топлива 11, оборудованную паровым подогревателем, клапаном для спуска отстоя и датчиком нижнего уровня. Из расходной цистерны топливо поступает к трехходовому клапану 15, с помощью которого можно осуществлять переход с тяжелого топлива на дизельное и наоборот. Перед подкачивающими насосами 16 установлены фильтры грубой очистки 17 (давление за насосами 0,4…0,5 МПа). Далее топливо поступает через автоматический фильтр 18 в смесительную цистерну 19, в которой при переходе с одного вида топлива на другой происходит их смешивание и обеспечивается постепенный переход с подогретого тяжелого топлива на холодное дизельное и наоборот.After separation, the fuel enters the supply tank of heavy fuel 11, equipped with a steam heater, a valve for sludge descent and a low level sensor. From the consumable tank, the fuel enters the three-way valve 15, with which it is possible to make the transition from heavy fuel to diesel and vice versa. In front of the boost pumps 16 coarse filters 17 are installed (the pressure behind the pumps is 0.4 ... 0.5 MPa). Next, the fuel enters through the automatic filter 18 into the mixing tank 19, in which, when switching from one type of fuel to another, they are mixed and a gradual transition from preheated heavy fuel to cold diesel and vice versa is ensured.

Бустерные насосы 21 подают топливо через топливоподогреватели 22, вискозиметр 23, фильтр тонкой очистки 24, расходомер 25 к топливным насосам высокого давления (ТНВД) главного судового дизельного двигателя 26. Тяжелое топливо циркулирует через форсунки и расходомер 27 с возвратом в смесительную цистерну 19. Бустерные насосы 21 останавливают только при плановой длительной стоянке (на ремонте), но тогда система топливоподачи должна быть предварительно освобождена от тяжелого топлива путем предварительного (перед остановкой) переключения на дизельное топливо. При смешивании в смесительной цистерне дизельного и тяжелого топлива (а этого не избежать в первый период после переключения) возможна утрата стабильности смеси, обусловленная несовместимостью топлив. Это может вызвать шлакообразование и нагарообразование в топливной аппаратуре, задиры прецизионных элементов, плохое сгорание топлива и загрязнение выпускного тракта. Переводить дизель с одного вида топливо на другой следует, предварительно снизив нагрузку до 75% от полной, по возможности сблизив температуры топлив.Booster pumps 21 deliver fuel through fuel heaters 22, viscometer 23, fine filter 24, flow meter 25 to high pressure fuel pumps (high pressure pump) of main marine diesel engine 26. Heavy fuel circulates through nozzles and flow meter 27 with return to mixing tank 19. Booster pumps 21 is stopped only during scheduled long-term parking (under repair), but then the fuel supply system must be relieved of heavy fuel by first switching over to a diesel engine (before stopping) fuel oils. When mixing diesel and heavy fuel in a mixing tank (and this cannot be avoided in the first period after switching over), the stability of the mixture may be lost due to the incompatibility of the fuels. This can cause slagging and carbon formation in fuel equipment, scuffing of precision elements, poor combustion of fuel and pollution of the exhaust line. Transfer of diesel from one type of fuel to another should be, first reducing the load to 75% of the full, as far as possible bringing the temperature of the fuels.

Особенностью расходной системы тяжелого топлива (фиг. 3) является то, что используются две пары насосов (подкачивающие 16 и бустерные 21), которые обеспечивают повышенное давление топлива перед топливными насосами высокого давления до 8…10 бар. Это позволяет повысить температуру подогрева тяжелого топлива марки RMG380 (RMG500) до 150°С без вскипания, чтобы получить вязкость перед ТНВД до 14 сСт с помощью системы автоматического поддержания заданной вязкости.A feature of the heavy fuel consumable system (Fig. 3) is that two pairs of pumps are used (booster 16 and booster 21), which provide increased fuel pressure upstream of high-pressure fuel pumps up to 8 ... 10 bar. This allows you to increase the temperature of heating of heavy fuel brand RMG380 (RMG500) to 150 ° C without boiling up to obtain a viscosity in front of the injection pump to 14 cSt using the system to automatically maintain a given viscosity.

Способ подготовки гомогенной смеси тяжелого топлива с использованием четырехкамерного гомогенизатора отличается тем, что гомогенизатор 20 устанавливается после смесительной цистерны 19 перед бустерными насосами 21 (по резервному контуру), таким образом, гомогенная смесь (после гомогенизатора) после топливоподогревателя 22 поступает к ТНВД и далее через форсунки в цилиндры двигателя.The method of preparing a homogeneous mixture of heavy fuel using a four-chamber homogenizer is characterized in that the homogenizer 20 is installed after the mixing tank 19 before the booster pumps 21 (along the backup circuit), thus the homogeneous mixture (after the homogenizer) after the fuel preheater 22 goes to the high-pressure pump and then through the nozzles into engine cylinders.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, процессы гидродинамической обработки тяжелого топлива марок RMG380 или RMG500 (ISO 8217-2017) в гомогенизаторе способствуют измельчению структуры его органической части, уменьшению размеров агломератов смол и асфальтенов, увеличивают скорость сгорания в цилиндрах двигателя, уменьшают расход топлива и выбросы токсичных веществ. В дизелях достигается увеличение экономичности: в малооборотных дизелях - на 1…2% и на 3…4% - в среднеоборотных.The technical result provided by the above set of features, the processes of hydrodynamic processing of heavy fuels RMG380 or RMG500 (ISO 8217-2017) in a homogenizer, contribute to shredding the structure of its organic part, reducing the size of resin and asphaltene agglomerates, reduce the rate of combustion in engine cylinders, reduce fuel consumption and toxic emissions. In diesel engines, an increase in efficiency is achieved: in low-speed diesel engines - by 1 ... 2% and by 3 ... 4% - in medium-speed ones.

Таким образом, в результате применения предлагаемого четырехкамерного гомогенизатора получается однородная мелкодисперсная гомогенная смесь, которая подается бустерным топливоподкачивающим насосом непосредственно к топливным насосам высокого давления и через форсунки в цилиндры. Кроме того, гомогенизаторы предложенной конструкции могут использоваться в качестве смесителей при введении в топливо различных присадок.Thus, as a result of applying the proposed four-chamber homogenizer, a homogeneous fine homogeneous mixture is obtained, which is supplied by a booster fuel priming pump directly to the high-pressure fuel pumps and through nozzles to the cylinders. In addition, the homogenizers of the proposed design can be used as mixers when introducing various additives into the fuel.

Внедрение предложенной конструкции четырехкамерного гомогенизатора в штатную расходную топливную систему судовых дизелей не требует существенных затрат, а модернизация может быть выполнена либо силами экипажа, либо на любом судоремонтном заводе.The introduction of the proposed four-chamber homogenizer design into the standard fuel consumption system of marine diesel engines does not require significant costs, and the modernization can be performed either by the crew or at any ship repair plant.

Claims

A device for homogenizing the hydrodynamic treatment of heavy fuel for marine diesel engines, consisting of four successively connected chambers, in which the first vacuum chamber consisting of ejector elements arranged concentrically around the circumference of the nozzle flange, results from a sharp change in the flow rate of the nozzles and a pressure drop in the camera, in the second chamber of ultrasonic vibrations, a jet impact on the barrier, made in the form of plates with bump stops installed in front of the flow In the third mixing chamber, homogeneity of the mixture is achieved by pushing the mixture through the holes; in the last chamber, the turbulence chamber, the homogenization effect is achieved as a result of cavitation arising in the fuel under the influence of ultrasonic vibrations.