Система подготовки нештатного топлива

 

Изобретение относится к стационарной энергетике и может быть использовано для обеспечения многотопливности стационарных дизельных двигателей. Технический результат заключается в возможности работоспособности дизельных двигателей на нештатных топливах. Система подготовки нештатного топлива включает в себя отстойную цистерну и расходный бак, насосы, трубопроводы, подогреватель, запорную арматуру, запорный клапан и подключается через трубопровод к входному питающему коллектору двигателя через запорный клапан. Система также содержит фильтры грубой очистки первой и второй ступеней, центрифуги, блок управления с приборами контроля уровня, давления и температуры нештатного топлива. Блок управления дополнительно снабжен временным механизмом, выполненным в виде программируемого логического контроллера. Запорный клапан системы питания нештатным топливом снабжен электромагнитным приводом, срабатывающим от сигналов блока управления, формируемых временным механизмом и датчиком давления. 1 ил.

Изобретение относится к области стационарной энергетики и может быть использовано для обеспечения многотопливности стационарных дизельных двигателей.

Известна система питания многотопливного двигателя, включающая топливный бак основного топлива, топливный бак пускового топлива, топливные трубопроводы, топливные насосы, кран переключения баков, фильтры грубой и тонкой очистки топлива [1].

Существенным недостатком этой системы является отсутствие бака-отстойника и подогревателей, центробежных очистителей, что предопределяет ее неприемлемость при использовании сырой нефти и тяжелого топлива. Система не может обеспечить предварительную очистку топлива от воды, грубодисперсных загрязнений, уменьшить вязкость тяжелого топлива, противодействовать кристаллизации парафиновых углеводородов топлива в системе и, как следствие, "запиранию" системы.

Наиболее близкой к предлагаемой системе является система подготовки топлива, предназначенная для смешения высоковязкого и маловязкого топлива перед подачей его на сжигание в двигатель [2].

Система включает в себя отстойную цистерну и расходный бак, насосы, трубопроводы, подогреватель, запорную арматуру, запорный клапан и подключается через трубопровод к входному питающему коллектору двигателя через запорный клапан.

Один из недостатков этой системы - смешение топлив, что при использовании сырой нефти неприемлемо, так как известно, что для обеспечения надежной работы двигателя при его запуске и остановке должно применяться дизельное топливо.

Другой недостаток - применение сепараторов, которые представляют собой механизм более сложный, чем реактивные центрифуги, и требующих электропривода, что при использовании нефти повышает пожароопасность системы. Гомогенизатор усложняет систему, но при использовании в качестве топлива сырой нефти, так же как и средневязких тяжелых топлив, необходимости в нем нет. Задачей изобретения является обеспечение работоспособности дизельных двигателей на нештатных топливах, таких, например, как сырая нефть или средневязкие тяжелые топлива. Для дизельных двигателей штатным топливом является легкое дизельное топливо по ГОСТ 305-82. Нештатным топливом, как уже было сказано, может являться нефть, а также газотурбинное топливо по ГОСТ 19567-87, моторное по ГОСТ 1667-68, мазут флотский Ф-5 по ГОСТ 10585-75.

Задачей изобретения является обеспечение работоспособности дизельных двигателей на нештатных топливах.

Поставленная задача решается тем, что система подготовки нештатного топлива, включающая отстойную цистерну и расходный бак, насосы, трубопроводы, подогреватель, запорную арматуру, запорный клапан и подключаемая через трубопровод к входному питающему коллектору двигателя через запорный клапан согласно изобретению, содержит фильтры грубой очистки первой и второй ступеней, центрифуги, блок управления с приборами контроля уровня, давления и температуры нештатного топлива, причем блок управления дополнительно снабжен временным механизмом, выполненным в виде программируемого логического контроллера, а запорный клапан системы питания нештатным топливом снабжен электромагнитным приводом, срабатывающим от сигналов блока управления, формируемых временным механизмом и датчиком давления.

Схема подготовки топлива по предлагаемой системе приведена на чертеже.

Система подготовки нештатного топлива содержит обогреваемую с теплоизоляцией отстойную цистерну 1, приборы 2 и 3 контроля в ней уровня топлива и температуры топлива, трехходовой кран 4 на трубопроводе перед фильтром 5 грубой очистки первой ступени, мановакуумметр 6, насос 7 (электронасосный агрегат), перепускной кран 8, подогреватель 9 с терморегулятором 10, манометр 11, трехходовой кран 12, соединяющий напорную магистраль с трубопроводом 13 к отстойной цистерне и трубопроводом 14, ведущим через краны 15 к реактивным центрифугам 16, к крану перепуска 17 и к предохранительному клапану 18, бак 19 модуля центробежной очистки с приборами 20 контроля в нем уровня топлива, насос 21 (электронасосный агрегат) подачи топлива в обогреваемый с теплоизоляцией расходный бак 22, оснащенный приборами 23 и 24 контроля в нем уровня топлива и температуры топлива, фильтр 25 грубой очистки второй ступени с трехходовыми кранами 26 на входе и 27 на выходе, мановакуумметр 28, насосы 29 и 30 (электронасосные агрегаты) с запорной арматурой, перепускной кран 31, манометр 32, фильтр 33 тонкой очистки с трехходовыми кранами 34 на входе и 35 на выходе, манометр 36 и датчик давления 37 перед входом в двигатель, запорный электромагнитный клапан 38 на линии штатного (пускового) топлива, трехходовой кран 39 на трубопроводе отвода избыточного топлива, трубопровод 40 отвода избыточного нештатного топлива, трубопровод 41 для очистки топлива из расходного бака в отстойную цистерну, запорный электромагнитный клапан 42 на линии нештатного топлива. Блок управления 43 включает в себя временной задающий механизм 44, выполненный в виде запрограммированного логического контроллера. Штатная система снабжена предохранительным клапаном 45 для поддержки постоянно требуемого давления на выходе из системы подготовки топлива.

Система работает следующим образом.

Нештатное топливо (наиболее неподготовленное - сырая нефть) из отстойной цистерны 1 (накопителя), оборудованной приборами 3 и 4 контроля температуры и уровня в ней топлива, закачивается насосом 7 через кран 4, сетчатый фильтр 5 грубой очистки (с тонкостью отсева 14 мкм), подогреватель 9, кран 12 и реактивные центрифуги 16 с кранами 15 в бак 19 модуля центробежной очистки.

Далее насосом 21 топливо откачивается в расходный бак 22, оборудованный как и цистерна 1 приборами 24 и 23 контроля температуры и уровня в нем топлива. При этом кран 4 и кран 12 должны быть установлены в положение, отключающее трубопроводы 41 и 13 от расходного бака 22 и цистерны 1.

Терморегулятор 10 путем регулирования расхода теплоносителя через подогреватель 9 обеспечивает стабилизацию температуры топлива на входе в центрифуги 16. Кран 17 предназначен для ускоренного заполнения расходного бака 22 при необходимости. Клапан 18 защищает насос 7 от перегрузки при случайном засорении сопел реактивного привода центрифуг 16. Кран 15 предназначен для поддержания требуемого давления топлива на входе в центрифуги 16, контролируемого по манометру 11.

После заполнения расходного бака 22 кран 4 устанавливается в положение, при котором подача топлива на вход фильтра 5 будет производиться из расходного бака 22 по трубопроводу 41.

При непрерывной работе насоса 7 может осуществляться очистка топлива из расходного бака 22 с его циркуляцией по контуру: расходный бак 22 - кран 4 - фильтр 5 - насос 7 - подогреватель 9 - кран 12 - центрифуги 16 - бак модуля центробежной очистки 19 - насос 21 - расходный бак 22. При этом режиме работы насос 21 включается и выключается автоматически при подаче сигнала от прибора контроля уровня 20.

В процессе центробежной очистки происходит выделение из топлива механических примесей и относительно плотных органических продуктов. Эти отложения задерживаются в роторах центрифуг и должны периодически удаляться при обслуживании очистителей.

Если кран 12 установить в положение, отключающее трубопровод 14, а кран 4 в положение, отключающее трубопровод 41, то будет происходить циркуляция топлива по гидравлическому контуру: цистерна 1 - кран 4 - фильтр 5 - насос 7 - подогреватель 9 - кран 12 - цистерна 1. Это позволяет быстрее прогреть топливо, находящееся в цистерне 1 до требуемой температуры.

При переводе крана 4 в положение, отключающее цистерну 1 (подключение трубопровода 41), а крана 12 в положение, отключающее трубопровод 14 и подключающее цистерну 1 через трубопровод 13, будет происходить откачка топлива из расходного бака 22 в цистерну 1.

При работе дизеля (или нескольких дизелей) на нештатном топливе (например, сырой нефти) подача в него (или в них) предварительно частично очищенного топлива производится насосами 29 и 30 через сетчатый фильтр 25 грубой очистки второй ступени (с тонкостью отсева 80 мкм), сетчатый фильтр 33 тонкостью отсева 12 мкм и входящие в штатную топливную систему каждого двигателя фильтры тонкой очистки с тонкостью отсева 5 мкм.

Чтобы исключить попадание нештатного топлива в бак штатного топлива, перед ним установлен трехходовой кран 39, который установлен в положение "открыто" на трубопровод 40, обеспечивая тем самым возврат неиспользованного (избыточного) нештатного топлива к всасывающей магистрали насосов 29 и 30.

Избыток подаваемого топлива на фильтр 33 тонкой очистки перепускается в бак 19 модуля центробежной очистки через предохранительный клапан 45, тем самым поддерживается требуемое давление на выходе из системы подготовки топлива, контролируемое по манометру 36.

При сокращении потребления нештатного топлива автоматически отключается один насос (29 или 30) по сигналам с датчика давления 37.

Для обеспечения безостановочной работы системы при смене или очистке фильтрующих элементов в фильтрах 25 и 33 грубой очистки и тонкой очистки на них установлены краны, соответственно 26, 27 и 34, 35, позволяющие поочередное обслуживание параллельных ветвей.

При очистке или замене элементов фильтра 5 грубой очистки насос 7 должен быть отключен, а краны 4 и 12 перекрыты.

Необходимость обслуживания фильтров 5 и 25 определяется по разрежению на всасывании насосов 7 и 29, 30 по мановакуумметрам 6 и 28, а фильтра 33 - по перепаду давления на манометрах 32 и 36.

Система управления в исходном (стартовом) состоянии перед запуском дизеля подает команду на перекрытие запорным клапаном 42 магистрали подачи нештатного топлива и одновременно подает команду на открытие запорным клапаном 38 магистрали подачи штатного топлива на 15 мин, после чего подается команда на открытие клапана 42 и закрытие клапана 38. За 10 мин до остановки двигателя по команде системы управления закрывается клапан 42 и открывается клапан 38. Через 10 мин закрывается клапан 38 и двигатель останавливается. В случае падения давления ниже установленного уровня в магистрали подачи нештатного топлива, сигнал от датчика давления 37, подаваемый в блок управления 43, автоматически формирует команду на закрытие клапана 42 и открытие клапана 38.

Перевод двигателей на нештатное топливо обеспечит бесперебойную работу двигателей в условиях дефицита штатного топлива. Особенно это актуально для отдельных, труднодоступных географических регионов нефтепромыслов.

В совокупности рассматриваемая система является дополнительной системой питания к штатной топливной системе дизельных двигателей, позволяющей расширить ассортимент возможных для применения топлив, включая сырую нефть, что очень важно для нефтепромысловых районов.

Ступенчатая система очистки позволяет обеспечить продолжительный период необслуживаемой работы даже при использовании неочищенного топлива, каким является, в частности, нефть, обеспечивая надежную работу двигателей, что проверено на практике.

Особенностью системы является возможность ее обслуживания без остановки подачи топлива на двигатели.

Источники информации 1. Патент РФ 2008505, F 02 M 43/00, 1994 г.

2. Патент РФ 2128295, F 02 М 43/00, 1999 г. (прототип).

Формула изобретения

Система подготовки нештатного топлива, включающая отстойную цистерну и расходный бак, насосы, трубопроводы, подогреватель, запорную арматуру, запорный клапан и подключаемая через трубопровод к входному питающему коллектору двигателя через запорный клапан, отличающаяся тем, что система содержит фильтры грубой очистки первой и второй ступеней, центрифуги, блок управления с приборами контроля уровня давления и температуры нештатного топлива, причем блок управления дополнительно снабжен временным механизмом, выполненным в виде программируемого логического контроллера, а запорный клапан системы питания нештатным топливом снабжен электромагнитным приводом, срабатывающим от сигналов блока управления, формируемых временным механизмом и датчиком давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1