Аппарат для эмульгирования топливных масел с водой

(51) 02 25/022 (2006.01) 01 3/08 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) АППАРАТ ДЛЯ ЭМУЛЬГИРОВАНИЯ ТОПЛИВНЫХ МАСЕЛ С ВОДОЙ(57) Изобретение относится к аппарату для эмульгирования топливных масел с водой. Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение эмульгирующего свойства дизтоплива. Технический результат достигается аппаратом для эмульгирования топливных масел с водой,который состоит из герметично закрытого корпуса статора, цилиндрического барабана, находящегося и вращающегося внутри упомянутого корпуса,приводящегося в движение с помощью вала и оснащенного радиальными центробежными каналами, соединенными в непосредственной близости от периферического конца с каналами меньшего диаметра, разработанными для подачи смеси в проход, расположенный между нижней стенкой барабана и внутренней стенкой нижней крышки корпуса. Изобретение относится к аппарату для эмульгирования топливных масел с водой. Микроэмульсия дизельного топлива с водой является обычной практикой, так как наличие воды в топливе обеспечивает охлаждение камеры и топливных форсунок, таким образом, снижения количество оксида азота в выхлопных газах. В машинах известного типа эмульгирующий эффект достигается путем встряхивания смеси,вызывая перегрев самой смеси было отмечено, что продукт, полученный данным путем, имеет короткий период стабильности, а это означает, что расслоение двух несмешиваемых компонентов происходит через несколько минут. Другие эмульгаторные машины используют насосы высокого давления и магнитные преобразователи. Данный тип машин используется в промышленных двигателях на судах для производства электроэнергии. Одним из основных недостатков данного типа эмульгаторных машин является то, что они могут работать только с осмотической водой с концентрацией не более чем 10 в смеси, и требуют химический связывающий агент, чтобы сохранить воду и топливо без расслоения. Известна машина для эмульгирования дизельного топлива водой, принимаемая за прототип, которая содержит герметично закрытый корпус статора, образованный первой круглой верхней крышкой (две пластины на правой стороне цилиндра), снабженной центральной насадкой(коническим отверстием в первой из указанных двух пластин) для впуска топливно-водной смеси, второй круговой нижней крышкой (пластина на левой стороне эмульгирующей камеры) и цилиндрическим кожухом с отверстиями для выхода эмульгированного продукта,цилиндрический барабан, находящийся и вращающийся внутри вышеупомянутого корпуса, приводящийся в движение за счет вала, соединенного с двигателем, и оснащенный набором радиальных центробежных каналов (радиальных отверстий, расположенных на вращающемся цилиндре ( 31 23 743 А 1(ФИННРЕГ О И ) 13 марта 1982 (1982-С 3-18). Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение эмульгирующего свойства топливных масел с водой по сравнению с известным устройством. Кроме того целью настоящего изобретения является разработка нового устройства для эмульгирования топливных масел с водой, которое обеспечит возможность увеличения теплотворной способности топлива на новом уровне. Это достижение косвенно обеспечит более высокую тепловую мощность котла или эндотермического двигателя, питающегося эмульгированной смесью,полученной с помощью изобретенной машины. Дополнительным преимуществом является меньшее загрязнение воздуха из-за сокращения количества мелких частиц, оксида азота и оксида углерода в выхлопных газах. Технический результат достигается с помощью разработанного эмульгирующего аппарата,2 первичные и вторичные характеристики которого описаны в прилагаемом основном пункте формулы изобретения и в прочих пунктах формулы изобретения, которые прямо или косвенно зависят от основного пункта формулы изобретения. В разработанном аппарате эмульгирующий эффект получают, подвергая смесь очень высокому давлению, примерно в 900 бар, без использования дорогих и сложных насосов высокого давления,путем простого центрифугирования смеси в цилиндрическом вращающемся барабане, в который смесь вводится в центр барабана, а эмульгировнный продукт получают на периферии, в результате явления кавитации, с помощью которого давление уменьшается до значений ниже 500 - 600 бар. Тем не менее, наиболее важный эффект указанного явления кавитации заключается в том, чтобы вызвать обратное растворение молекулы воды с последующим образованием стабильного азота и кислорода в свободном состоянии, что позволит улучшить качество сгорания и повысить теплотворную способность эмульгированного топлива. Разработанный эмульгирующий аппарат содержит цилиндрический барабан, который вращается внутри корпуса статора, образованного из цилиндрического корпуса, первой верхней крышки, и второй нижней крышки. Верхняя крышка снабжена центральным соплом для впуска топливно-водной смеси в описанный выше корпус, в то время как нижняя крышка снабжена отверстием для вала, имеющего вертикальную ось,который поддерживает указанный барабан в верхнем положении, которое характеризуется тем, что имеет радиально расположенные центробежные каналы, которые соединены в непосредственной близости от их периферийного конца с каналами меньшего диаметра, разработанными для передачи смеси в проход, расположенный между нижней стенкой барабана и внутренней стенкой нижней крышки корпуса. Указанное явление сильной кавитации образуется в соответствии с указанным каналом оно образуется благодаря наличию двух рядов соответствующих полостей,соответственно полученных на нижней стенке барабана и внутренней стенке нижней крышки. Эмульгировнный продукт,полученный благодаря вышеуказанному процессу кавитации,направляется из указанного прохода в кольцевую камеру,образованную внутренней стенкой цилиндрического корпуса и цилиндрической боковой стенкой упомянутого барабана, после чего поступает из корпуса через отверстия в цилиндрическом корпусе. При прохождении через указанный проход эмульгированный продукт имеет тенденцию к расширению и обретению стабильности после напряжения кавитационной фазы, возвращаясь к положительным значениям давления в 2-4 бар после того, как подлежал резкому разрежению под давлением 500-600 бар. В заключение, следует обратить внимание на то,что внутренняя стенка цилиндрического корпуса и боковая цилиндрическая стенка барабана снабжены двумя рядами полостей, которые, будучи взаимно сопряженными при вращении барабана,взаимодействуют,генерируя своего рода всасывающий эффект по отношению к эмульгированному продукту, который всасывается вращающимися полостями, полученными на боковой стенке барабана, которые являются пустыми и проходят перед фиксированными полостями, полученными на внутренней стенке цилиндрического корпуса на высокой скорости. В описанной кольцевой камере в перемешанный продукт может быть добавлен кислород или другие газообразные вещества для обеспечения полного сгорания, такие как азот, вводимые в корпус с помощью отверстий в цилиндрическом корпусе. Для лучшего понимания описание разработанного аппарата включает в себя ссылки на прилагаемые чертежи, которые имеют только иллюстративное, а не ограничивающее значение- фиг.1 представляет собой вид разработанного аппарата с сечениями корпуса в плоскости оси вращения барабана, размещенного в корпусе- фиг.2 представляет собой вид в разрезе барабана в плоскости оси вращения- фиг.3 представляет собой вид барабана сверху- фиг.4 представляет собой вид барабана снизу- фиг.5 представляет собой вид сверху внутренней стенки нижней крышки корпуса- фиг.6 представляет собой сечение нижней крышки корпуса плоскостью - фиг.5.- фиг.7 представляет собой аксонометрический вид цилиндрического корпуса после удаления короткой секции, чтобы показать сечение профиля полостей на его внутренней стенке. Как показано на фиг.1, разработанный эмульгирующий аппарат (машина) М содержит цилиндрический барабан 1, который размещается и вращается внутри корпуса статора 2, образованного из цилиндрического корпуса 3, первой круговой верхней крышки 4 и второй круговой нижней крышки 5. Центральное сопло 4 а на верхней крышке 4 служит для того, чтобы подавать топливно-водную смесь внутрь корпуса 2, тогда как отверстие 5 а на нижней крышке 5 служит для прохождения вала 6 с вертикальной осью, который поддерживает барабан 1 в верхнем положении. Точнее говоря, отверстие 5 а позволяет загерметизировать сборку деталей 7, состоящую из механического уплотнения вала 6, приводящегося во вращение двигателем 8, расположенным в нижней части опорного каркаса корпуса 2. Данный каркас состоит из базового корпуса В,который содержит двигатель 8, к которому крепится платформа Р, на которой расположены несколько колонн С, которые поддерживают корпус статора 2. Фиг.1 представляет собой схематический вид соединительного узлавала 6 ротора 1 и вала 8 а двигателя 8. В заключение, следует отметить, что барабан 1 снабжен центральным отверстием 1 а,через которое вставлен верхний штифт 6 а вала 6 и винт 6, использующийся для фиксации барабана 1 на валу 6. Барабан 1 характеризуется тем, что снабжен радиально расположенной серией каналов для центрифугирования 9, оськоторых отклонена назад по отношению к идеальному радиальному направлению по отношению к направлению вращения барабана, указанному стрелкой . В непосредственной близости от их периферического конца 9 а данные каналы 9 соединены с каналами 10 меньшего диаметра(в десять раз меньше), необходимыми для передачи смеси в проход 11, расположенный между нижней стенкой 1 барабана 1 и внутренней стенкой 5 нижней крышки 5 корпуса 2. Указанные каналы 10 оканчиваются увеличенным выходным горлышком 10 а. Следует отметить, что указанный канал предпочтительно имеет размер 0,20 мм. Указанные центробежные каналы 9 ответвляются от того же самого бака 1 с, образованного в центре верхней стенки 1 барабана 1, и заканчивающегося в непосредственной близости от боковой цилиндрической стенки 1 е. Указанные каналы 10 направлены вниз и наклонены к центру, таким образом, чтобы смесь,проходящая через них, вынуждена была двигаться по центростремительному маршруту, несмотря на очень сильную центробежную тягу, тем самым,увеличивая турбулентность в указанной смеси и,следовательно, эмульгирующий эффект. Вращая барабан со скоростью 5000 оборотов в минуту, можно создать давление в 1000 бар в вышеуказанном конце 9 а, при диаметре барабана 1 в 300 мм, в центробежных каналах 9 диаметром 18 мм и каналах 10 диаметром 2 мм. Нижняя стенка 1 барабана 1 снабжена рядом полостей 12, предпочтительно квадратной формы и с продольной осью, расположенной в радиальном направлении по отношению к барабану 1. Для удобства, указанные полости 12 могут быть определены как полости ротора 12, так как они вращаются вместе с барабаном 1. Внутренняя стенка 5 нижней крышки 5 снабжена рядом полостей 13,которые соответствуют указанным полостям 12. Для удобства, указанные полости 13 могут быть определены как полости статора 13, так как они расположены на корпусе статора 2. Эмульгированная смесь поступает из каналов 10,и стремится заполнить полости статора 13, из которых она резко и ритмично высасывается при каждом прохождении пустых полостей ротора 12. Ввиду большого количества оборотов барабана 1, продукт, содержащийся в вышеупомянутых полостях статора 13, подвергается воздействию кавитации, которое настолько сильно, чтобы вызвать обратное растворение молекулы воды с последующим образованием стабильного азота и кислорода в свободном состоянии. Разрежение, измеряемое внутри полостей статора, составляет 500-600 бар при вращении барабана со скоростью 5000 оборотов в минуту, для барабана 1 диаметром 300 мм, каналы для центрифугирования 9 диаметром 18 мм и каналов 10 диаметром 2 мм. 3 Для того, чтобы усилить вышеупомянутый эффект кавитации, присутствует еще один профиль на двух продольных границах каждой полости ротора 12, что показано ниже. Следует отметить, что каждая полость 12 снабжена передним бортом 12 а и задним бортом 12 по отношению к направлению вращения барабана 1 по стрелке . Задний борт 12 выступает сильнее по отношению к нижней стенке 1 барабана 1, чем передний борт 12 а. Точнее говоря, задний борт 12 выступает через проход 11 до внутренней стенки 5 нижней крышки 5. Эмульгированный продукт поступает после вышеуказанного процесса кавитации из описанного выше канала 11 в кольцевую камеру 14,ограниченную внутренней стенкой 3 а вышеуказанного цилиндрического корпуса 3, а также цилиндрической боковой стенкой 1 е вышеуказанного барабана 1,поступая из вышеупомянутого корпуса 2 через отверстия 15,проделанные в вышеуказанном цилиндрическом корпусе 3. При прохождении через указанный проход 11,эмульгированный продукт имеет тенденцию к расширению и становится стабильными после напряжения, вызванного фазой кавитации. В заключении следует обратить внимание на то,что внутренняя стенка 3 а указанного цилиндрического корпуса 3 снабжена набором полостей 16, и боковая стенка 3 е барабана 1 снабжена набором более глубоких полостей 17, чем полости 16. При взаимном сопряжении указанных полостей 16 и 17 и при вращении барабана 1,полости 16 и 17 работают в паре и создают своеобразный всасывающий эффект эмульгированного продукта, содержащегося в канале 11, который всасывается путем вращения полостей 17, которые являются пустыми и проходят перед зафиксированными полостями 16 на высокой скорости. В вышеуказанной кольцевой камере 11 в смешанный продукт могут быть добавлены кислород или другие газообразные вещества,используемые для обеспечения полного сгорания,такие, как азот, добавленные в корпус через сквозные отверстия 18,находящиеся в вышеупомянутом цилиндрическом корпусе 3. Несмотря на то, что в предшествующем описании барабан 1 вращается вокруг вертикальной оси, разработанная машина может эффективно работать и с горизонтальной осью вращения барабана,подпадая под приведенную изобретательскую концепцию и защищаемую настоящим патентом в полном объеме. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Аппарат для эмульгирования топливных масел с водой, содержащий герметично закрытый корпус статора, образованный первой круговой верхней крышкой, снабженной центральной насадкой для впуска топливно-водной смеси, второй круговой нижней крышкой и цилиндрическим корпусом с отверстиями для выхода эмульгированного продукта, цилиндрический барабан, находящийся с возможностью вращения внутри корпуса,приводящийся в движение за счет вала,соединенного с двигателем, и имеющего набор радиальных центробежных каналов,отличающийся тем, что центробежные каналы соединены в непосредственной близости от их периферического конца с каналами меньшего диаметра, выполненными с возможностью передачи смеси в проход, расположенный между нижней стенкой барабана и внутренней стенкой нижней крышки корпуса. 2. Аппарат для эмульгирования топливных масел с водой по п.1, отличающийся тем, что нижняя стенка барабана снабжена рядом полостей,расположенных через равные интервалы, и,аналогично, внутренняя стенка нижней крышки снабжена таким же рядом полостей,соответствующим вышеуказанным полостям. 3. Аппарат для эмульгирования топливных масел с водой по п.2, отличающийся тем, что в каждой полости имеется задний борт по отношению к направлению вращения барабана, выступающий больше, чем передний борт нижней стенки барабана. 4. Аппарат для эмульгирования топливных масел с водой по п.п.1-3, отличающийся тем, что центробежные каналы ответвляются от бака в центре верхней стенки барабана и заканчиваются в непосредственной близости от его боковой цилиндрической стенки. 5. Аппарат для эмульгирования топливных масел с водой по п.п.1-4, отличающийся тем, что центробежные каналы имеют продольную ось с обратным наклоном по отношению к идеальному радиальному направлению и по отношению к направлению вращения барабана. 6. Аппарат для эмульгирования топливных масел с водой по п.п.1-5, отличающийся тем, что внутренняя стенка вышеупомянутого цилиндрического корпуса снабжена набором полостей. 7. Аппарат для эмульгирования топливных масел с водой по п.п.1-6, отличающийся тем, что боковая цилиндрическая стенка вышеуказанного барабана снабжена набором полостей, сопрягаемых с вышеуказанными полостями при вращении барабана. 8. Аппарат для эмульгирования топливных масел с водой по п.п.1-7, отличающийся тем, что цилиндрический корпус снабжен одним или более отверстиями для введения веществ внутрь корпуса для улучшения сгорания эмульгированного продукта.