Система подачи топлива из топливного бака в двигатель и способ его подачи

(19) (11) 5 В 60 К 15/03 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ КНТ СССР 23 микс, Инк(Я) аслова Г,С. АвтомобильМ.: Машиностроение,(54) ,И СТЕМА ПОДА ЛИВНОГО БАКА В Д ЕГО ПОДАЧИ (57) Изобретение от отделения сухого угл(56) )оваха И.С. и Мные двигатели,1971 с,236, фиг.116 ЧИ ТОПЛИВА ИЗ ТОПВИГАТЕЛЬ И СПОСОБсится к системам длясодорсдного топлива,свободного от частиц и воды, от общей массы топлива. Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения более полной.очистки топлива. Система 1 подачи топлива содержит топливный бак 2 для хранения подаваемого топлива 4 и трубопроводы 5 для п )дачи топлива 4 из топливного бака 2 в двигатель 6. Сепаратор 7, сообщающийс с трубопроводами 5, отделяет посредством разделения в поперечном потоке проникющий поток топлива, свободный от воды и част ц,от задерживающего топлива потока. Трубопровод 5 имеет первый канал 8, по.ко 1 орому проникающий поток топлива проходит в двигатель 6, и второй канал 9, передающий задерживающий топливо поток назад в топливный бак 2.2 с. и 11 з,п, ф-лы. 3 ил,Изобретение касается системы для отделения сухого углеводородного топлива, свободного от частиц и воды, от общей массы топлива и касается системы подачи сухого топлива, свободно от частиц, из топливного бака в двигатель и способа подачи топлива.Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения более полной очистки топлива.На фиг.1 изображена принципиальная схема системы подачи топлива; на фиг,2 - вертикальная проекция сбоку с частичным разрезом фильтра; на фиг.З - полое волокно, разрез показывающий разделение в тангенциальном потоке.Система 1 содержит топливный бак 2, имеющий отверстие 3 для спуска, В баке 2 содержится топливо 4. Топливом может быть одно из различных типов топлива: бензин, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей или другое топливо в зависимости от окружающей среды, в которой применяется система. В предпочтительном воплощении изобретение показано на примере системы подачи топлива в дизельный двигатель и. следовательно, этим топливом является дизельное топливо 4, Такое топливо обычно содержит воду, растворенную и взвешенную и порошковый материал. Трубопровод 5 передает топливо 4 из топливного бака 2 в двигатель б, Система включает первый сепаратор 7 с тангенциальным потоком, сообщающийся с трубопроводом 5 для отделения посредством разделения в поперечном потоке проникающего потока топлива, практически свободного от воды и частиц, от удерживающего топливо потока топлива. Трубопровод 5 включает первый канал 8, передающий проникающий поток топлива в форсунку, которая впрыскивает топливо в двигатель, и второй канал 9. возвращающий удерживающий топливо поток в топливный бак 2.Сепаратор с тангенциальным потоком содержит, по крайней мере. один модуль сепаратора, как показано на фиг,2. Модуль сепаратора 7 имеет впускное отверстие 10, первое выпускное отверстие 11, сообщающееся с первым каналом 8, и второе выпускное отверстие 12. сообщающееся со вторым каналом 9, Модуль сепаратора 7 содержит наружный корпус 13 с множеством полых гидрофобных микропористых волокон мембран 14, причем они расположены в виде пучка внутри полиуретановой трубки 15. Волокна 16 заделаны в заливочный материал 17 смежно с впускным отверстием 10, Каждое волокно 16 содержит полую;ер 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 дцевину 18, причем волокно 16 имеет внутреннюю поверхность 19, проходящую вокруг полой сердцевины 18. Каждое волокно 16 также содержит наружную поверхность 20, Полые сердцевины 18 волокон 16 образуют множество первых камер, сообщающихся между впускным отверстием 10 и вторым выпускным отверстием 12, таким образом создается первый путь для потока через модуль сепаратора 7, Корпус 13 в комбинации с наружными поверхностями 20 волокон 16 образуют вторую камеру, сообщающуюся с первым выпускным отверстием 11, Волокна 16 мембран представляют собой микропористые мембраны, разделяющие первую и вторую камеры. Мембранные волокна 16 проходят параллельно первому пути потока, обозначенному стрелкой А на фиг.З, и соприкасаются по касательной с отрезком пути для потока.Волокна 16 могут содержать равномерный слой микропорис 1 ого материала, образованного из гидрофобных материалов, например, смол на основе полипропилена и тетрафторэтилен фтороуглерода, включенных в эту группу, должны быть очень стойкими к деградации в среде гидрофильных элементом, например, вода и растворимые в воде компоненты. а также углеводородной среде топлива,Например, 10-дюймовый модуль может содержать 197 полых волокон, имеющих внутренний диаметр О,б мм и средний размер пор 0,20 мм, Модуль размером 20 дюимов (508 мм) может содержать 440 полых волокон, имеющих внутренний диаметр 0,6 мм и средний размер пор 0,20 мм, Все значения даны с допуском + 10 о .Система 1 содержит множествонасосов для активной накачки топлива из топливного бака 2 по трубопроводу 5 в двигатель 6 с аксиальной скоростью потока, равной примерно от 1 м/с до 3 м/с. Расход топлива в системе 1 может составлять от 1 галлона в час до 65 галлонов в час или выше, Поток топлива, проходящий по трубопроводу 8, может составлять примерно 60 одоли потока. накачиваемого из топливного бака 2 через модуль сепаратора 7,Система 1 может включать первичный насос 21, соединенный с трубопроводом 5 между топливным баком 2 и модулем сепаратора 7. Вторичный насос 22 может быть подсоединен к трубопроводу 8 между модулем сепаратора 7 и двигателем б, Второй канал 9 может включать первый трубопровод 23. Трубопровод 5 может также содержать третий канал 24 в сообщающей связи для жидкости между топливной форсункой 25 и топливным баком 32 для передачи по10 15 20 25 30 тока переливающего топлива из топливной форсунки 25 в топливный бак 2, Либо трех- ходовой клапан в комбинации в соответствующими обратными клапанами может соединять третий канал 24 со вторым каналом 9 и передавать поток только в одномнаправлении из третьего канала 24 во второй канал 9, Поток из третьего канала 24 проходит для возврата назад в бак 2. Обратный клапан будет препятствовать обратному потоку топлива из третьего канала 24 в бак 2.В отличие от известных устройств, которые требуют применения коагулятора и отдельного фильтра обычной конструкции, настоящее изобретение предлагает одно разделяющее устройство, которое отделяет поток топлива, по существу свободный от воды и частиц, от задерживающего топливо потока, Это достигается посредством системы с поперечным потоком, имеющей мембрану из полых волокон. применяемой в модуле сепаратора 7, Сепаратор 7 с поперечным потоком показан на фиг.3. Топливо проходит в направлении А, Задерживающий топливо поток проходит тангенциально, как показывают стрелки Б, В, при этом гидрофобная микропаристая мембрана позволяет проходить углеводородному тонливу, но препятствует частицам и гидрофильным материалам. например воде.Средний размер пар в разделительной мембране равен 0,2 мк (:10 О,). Однако удале-ние примесей из потока жидкости внаправлении А зависит не от размера пор вмембране, а от скорости движения потока по касательной к поверхности мембраны, Система с поперечным потоком использует преимущество известного физического явления, в котором частицы. взвешенные впотоке жидкости. проходящем с определенной скоростью и скоростью сдвига через цилиндрическую геометрию волокон 16, будут стремиться концентрироваться вблизи центра потока и в сторону от внутреннейповерхности 19 стенки, Следовательно. порошковый материал не спекается на внутренних поверхностях 19 волокон 16, Микропористыс мембраны из полых волокон свободны от любых частиц, которые могут свободно осаждаться на мембране вовремя выключения при простом обратномимпульсе в несколько секунд во время пуска. Испытания показали, что гидродинамикамембраны позволяет системе обрабатывать твердые загрузки величиной от нескольких частей на миллион до 15 О или выше в течение продолжительного времени без значительного уменьшения скорости потока.Расход топлива может составлять от не 3540455055 скольких галлон до свыше тысячи галлон в минуту, Такая гидродинамика обеспечивает создание достаточного и значительно проникающего топ пива, имеющего значительно низкую степень загрязнения водой или частицами,Как показано на фиг.1, система 1 может включать второй сепаратор 26 жидкости с тангенциальным потоком. Второй сепаратор 26 содержит диффузионное средство, состоящее по существу из неподдерживаемых непористых мембран из полых волокон купроаммониевой регенерированной целлюлозы, имеющих сплошные, непрерывистые внутренние и наружные поверхности, обеспечивающих диффузию только воды и растворимых в воде компонентов из задерживающего топливо потока через одну поверхность мембран, Система 1 содержит средство 27 для удаления воды с другой поверхности мембран из полых волокон в отвал 28 для отходов. Точнее двигатель 6 содержит выпускной трубопровод 29, который передает выхлопные газы в модуль второго сепаратора 26 и из него. Мембраны из целлюлозных полых волокон, расположенные внутри модуля сепаратора 26, имеют внешние поверхности и полые внутренние сердцевины. Корпус 30 модуля сепаратора 26 вместе с внешней поверхностью волокон образует наружную камеру. сообщающуюся с трубопроводом 24 и трубопроводом 31, ведущим от выпускного отверстия в модуле сепаратора 26 к топливному баку 2. Внутренняя сердцевина целлюлозных волокон внутри модуля сепаратора 26 сообщается с выпускным трубопроводом 29 и другим выпускным трубопроводом 32, ведущим к отвалу 28. Выпускной трубопровод 27 передает выхлопные газы из двигателя в модуль сепаратора 26 и из нега, выпускной трубопровод 29 сообщается с внутренними сердцевинами целлюлозных волокон мембран для создания омывающего потока выхлс пных газов двигателя по касательной через внутреннюю поверхность целлюлозных волокон и наружу из системы. В транспортном средстве с дизельным двигателем отвалом 28 может быть окружающая среда, в которую выхлопные газы переносят воду, отделенную от задерживающего топливо потока. Возможны другие системы, в которых может потребоваться выпускать воду, очи;енную отуглеводародных примесей. Настоящее изобретение предлагает средство для первого отделения количестваугл водорода от потока топлива посредством пэименения модуля первого сепаратора. а затем )тделения незагряз 1743344После сепаратора187/100 мл ненного водой потока с применением модуля второго сепаратора 26.Либо или дополнительно к этому модуль сепаратора, содеркащий мембраны из регенерированной купроаммониевой целлюлозы, может быть расположен в сообщении с первым каналом 8 для удаления любой растворенной воды из проходящего потока топлива из первого модуля сепаратора 7. Таким образом, в двигатель 6 может подаваться абсолютно сухое углеводородное топливо,Следующие примеры иллюстрируют мощность настоящей системы во время работы, в которой первый и второй модули сепараторов 7, 26 соединены последовательно,П р и м е р 1, Устройство с мембраной из полых волокон, содержащее сепаратор первой ступени с микропористой мембраной, имеющий полипропиленовые мембраны и сепаратор второй ступени с мембраной, содержащей полые волокна из регенерированной купроаммониевой целлюлозы, ввели в линию системы для испытания взвешенных частиц и воды на удаление и также для удаления растворенной воды из дизльного топлива,Мембранное разделительное устройство снабдили электрическим топливным насосом, Дизельное топливо из бочки емкостью 55 галлон было использовано для представления топливного бака грузовика, Дизельное топливо накачивали через впускное отверстие сепараторного устройства первой стадии, позволяя ему проходить внутрь полипропиленовых полых волокон. Выходящему из сепаратора первой ступени топливу позволяли проходить по наружной поверхности полых волокон купроаммониевой целлюлозы в сепараторе второй ступени. Измерение взвешенной или свободной воды в проходящем топливе на первой ступени проводили при помощи анализатора воды типа, согласно способу, АСТМ Д/1 Р - 216. Задерживающий топливо поток из сепаратора первой ступени проходил назад в бак, Топливо, выпускаемое из сепаратора второй ступени с мембраной из купроаммониевой целлюлозы, измеряли на содержание воды Содержани частиц определяли на образцах топлива до его ввода в сисгему и на топливо, оставляющем сепаратор второй ступени, Устройство с мембраной из целлюлозы полых волокон было снабжено небольшим воздушным насосом для удаления воды, которая собиралась на внутренних поверхностях полых волокон. Воду добавляли в дизельное топливо в концентрации примерно 50 об, . Этот цирку 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ляционный контур загрязненного топлива назвали удерживающей стороной и его снабдили отверстием для взятия пробы. В бак с дизельным топливом емкостью 55 галлон добавили некоторое количество тонкой пыли АС для испытания, Выходящее дизельное топливо из сепаратора второй ступени также направили в отверстие для взятия пробы, Уровни растворенной воды в проходящем потоке топлива измеряли прибором Карл-Фишер, Количество частицы определяли при помощи счетчика Нас для частиц. Во время действительного применения на обычном грузовике или на автомобиле чистое сухое топливо (проницаемое) будет направляться в нагнетательный насос при положительном вытеснении, который, в свою очередь, будет питать топливные форсунки на дизельном топливе,Результаты:Вода в дизельном Вода в дизельном топливе до сепара - топливе после тора сепаратора 24,998 частей на 6 частей/миллион миллионКоличество частицдо сепаратора357,000/100 млЧастицы измеряли в пределах 1 - 100 мк, Было определено общее количество частиц на 100 мл образца,Таким образом, простой способ очистки в поперечном потоке с мембраной из полых волокон, применяющий мембрану из микро- пористых полых волокон и мембраны из регенерированной купроаммониевой целлюлозы, способен удалять всю взвешенную воду, взвешенные частицы до ниже допустимых уровней и также удалять почти всю растворенную воду из дизельного топлива и подавать чисто сухое топливо в двигательь.П р и м е р 2, Образец топлива типа Р - 5 для реактивных двигателей был получен от ВМС США, Устройство для испытания было то же, что и в примере 1, за исключением, что вместо бочки емкостью 55 галлон применяли сосуд из нержавеющей стали емкостью 10 галлон). Один галлон морской воды добавили в примерно 5 галлонов топлива 1 Р, Содержание воды в топливе 1 Р - 5 определяли после его пропускания через полипропиленовую микропористую мембрану и снова после пропускания через модуль с мембраной из регенерированной купроаммониевой целлюлозы. Порошковый материал в форме тонкой пыли АС добавили в топливо 1 Р - 5 в концентрации примерно 1 вес, /.Результаты:Топливо 1 Р 5 до сепарации 28, 7%воды 1,88 О частиц Топливо 1 Рпосле сепарацииПосле первой стадии пропускания через полипропиленовую микро пористуюмембрану = 80 частей/милли.онПосле прохождения черезмембрану из регенерированной купроаммонием целлюлозы на второй стадии =+Эти данные слегка превышаютданные теоретического насыщения воды в топливе Р - 5 при температуре 75 Р, при которой проводили испытание на определение содержания воды (фиг.2).Эти данные являются результатом средних повторных испытаний и оно вероятно отражают неумышленное загрязнение образца частицами, переносимыми воздухом. П р и м е р 3, Образец топлива типа 1 ет А для реактивного двигателя был получен от Р АА. Для испытания применяли оборудование, аналогичное оборудованию из примера 2. К пяти галлонам образца авиационного топлива ет А добавили воды в концентрации чримерно 1000 частей/миллион и порошковые примеси в форме окиси железа в концентрации примерно 500.000 частиц на 100 мл топливаРезультаты:До сепаратора После первой стадии вода = 1767 частей/ 84 части/миллион /миллион После сторой стадии7 частей/миллион частицы = 401,887//100 мл 106/100 мл. П р и м е р 4. Образец топлива М 2 для бытовой печи, загрязненного неизвестным количеством грязи и воды, был получен от фирмы Дейтон Пауэр Ко Дейтон Огайо. Для испытания применяли устройство из примера 1.Результаты: До сепаратора После сепараторавода = 1,66% 1 стадия = 96 частей//миллионП р и м е р 5, Образец топлива типаМИ Н 83282 был получен от фирмы Бсйнг 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Вертал Ко. В образец добавили воды в количестве примерно 3 вес.о . Для этого испытания не проводили измерения частиц,Результаты;До сепарации После сепарации вода = 3,27 опервая стадия ==84 частиц/миллион вторая стадия = = 2 части/миллион (количество частиц не подСчитывали).Настоящее изобретение также касается способа подачи топлива из топливного бака 2 в двигатель 6. Обычно способ заключается в стадиях заса"ывания топлива из топливного бака 2, отделении проникающего потока топлива, по существу свободного от воды и частиц, от задерживаемого потока засасываемого топлива, передачи проникающего потока топлива, по существу свободного от воды и частиц, в двигатель 6 и возврата в топливный бак 2 задерживаемого потока топлива,Точнее сказать, система действует посредством накачки топлива из топливного бака 2 в модуль первого сепаратора 7. Внутри модуля первого сепаратора 7 топливо движется по касательной относительно внутренних поверхностей 19 множества микропористых мембран 14 и гидрофобных пористых волокон 16. Насос 22 непрерывно подает проницаемый поток топлива через первый канал 8 в фор:унку 25, таким образом поддерживается 1 ерепад через мембраны 14 и оказывается позитивное действие на гидродинамику. Задерживающий топливо поток передается по трубопроводам 9 назад в топливный бак 2, Переданный поток задерживаемого топлива можно очишать от растворенной воды и растворимых в воде компонентов путем его пропускания через модуль 66 второго сепаратора, содержащий гидрофильные волокна регенерированной купроаммониевой целлюлозы. Затем отделенный поток воды и растворенных в воде растворимых компонентов удаляют из системы по трубопроводу 32, а задерживаемый поток топлива возвращают в бак 2 ерез трубопровод 31.В модуль второго сепаратора 26 поток задерживаемого топл лва проходит непосредственно в контакте с и вдоль длины множества первых сплошных и неподдерживавмых наружных поверхностей множества полых непористых мембранных волокон купроаммониевой целлюлозы, причем в волокна избирательно проникают посредством диффузии только вода и растворимые г растворенной воде компоненты из задерживаемого потока топлива, 174334410 15 20 25 30 35 40 45 5055 Формула изобретения1, Система подачи топлива из топливного ба-,ка в двигатель, включающая два насоса, топливный бак, связанный подающим трубопроводом через насос со средством очистки топлива, которое посредством трубопровода связано с форсунками двигателя и посредством сливного трубопровода - с топливным баком, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения более полной очистки топлива, средство очистки топлива выполнено в виде сепаратора с тангенциальным потоком в жидкостном сообщении с подающим трубопроводом для отделения посредством поперечного потока топливного фильтрованного потока от воды и частиц,2. Система по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем что средство очистки топлива с тангенциальным потоком включает в себя по крайней мере один модуль сепаратора, имеющий впускной элемент, один выпускной элемент, связанный с трубопроводом,ведущим к двигателю, и второй выпускной элемент, связанный со сливным трубопроводом, а модуль сепаратора включает в себя первую камеру для сообщения вупускного элемента и второго, выпускного элемента, вторую камеру для сообщения впускного элемента с первым выпускным элементом, и гидрофобную микропористую мембрану. разделяющую первую и вторую камеры. причем мембрана размещена параллельно траектории потока с возможностью тангенциального контактирования с ним.3, Система по и 2, отл ич а ю ща я с я тем, что мембрана выполнена в виде полых волокон, имеющих внутренние каналы, проходящие через них и образующие первую камору, а модуль сепаратора включает в себя наружный кожух. образующий вторую камеру,4, Система по п,3, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что волокна выполнены в виде однородного слоя.микропористого материала, изготовленного из группы, включающей в:ебя фторуглеродные полимеры полипропиленаи тетрафторэтилена. 5. Система по п,4, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что она снабжена вторым средсгвом очистки топлива, представляющим собой сепаратор с тангенциальным потоком в жидкостном сообщении с подающим трубопроводом, размещенным между первым сепаратором с тангенциальным потоком и двигателем для сепарирования воды и растворенных в воде растворимых компонентов от второго топливного остаочного потока и удаления воды и растворенных в воде растворимых компонентов и направления второго топливного остаточного потокав двигатель,б, Система по п,1, о тл и ч а ю ща я с ятем, что она снабжена вторым сепараторомс тангенциальным потоком в жидкостномсообщении с подающим трубопроводом,размещенным между первым сепараторомс тангенциальным потоком и двигателемдля сепарирования воды и растворенных вводе растворимых компонентов от второготопливного остаточного потока и удаленияводы и растворенных в воде растворимыхкомпонентов и направления второго топ- .ливного остаточного потока в двигатель,7, Система по п.5 или б, о т л и ч а ющ а я с я тем, что второй сепаратор с тангенциальным потоком включает в себя диффузионное средство, состоящее из мембранс безопорными непористыми полыми волокнами из купроаммониевой целлюлозы, имеющих сплошные непрерывные внутренниеи наружные поверхности для возможностидиффузии воды и растворенных в воде растворимых компонентов из остаточного топливного потока через одну из указанныхповерхностей, а система содержит средстводля удаления воды с указанных поверхностей,8. Система по и 7, о тл и ч а ю щ а я с ятем. что впускной трубопровод двигателятранспортного средства связан с вторым сепаратором в жидкостном сообщении с внутренней поверхностью мембран изкупроаммониевой целлюлозы для образования изогнутого поток выхлопа двигателятангенциально поперек внутренней поверхности и вывода его из системы.9, Система по п.1, о тл и ч а ю щ а я с ятем. что она снабжена трубопроводом, размещенным между форсунками впрыска топлива и топливным баком для направленияизбыточного топлива из форсунок в топливный бак.10, Система по п,9, о тл и ч а ю щ а яс я тем, что она снабжена трубопроводом,размещенным между форсунками впрыскатоплива и топливным баком для направления избыточноо топл ва из форсунок в топливный бак.11. Способ подачи гоплива из топливного бака в двигагель, заключающийся в том,что осуществляют забор топлива иэ топливного бака, филь грование топливного потокаот твердых частиц, направление топливногопотока в топливный бак, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что флльтрование производят отводы и направляют поток топлива тангенциально относитсльно поверхности мембраниз микропористых гидрофобных полых во1743344 14 13 20 Составитель В. Ионоваедактор Н. Лазаренко Техред М,Моргентал орректор Е.Островская Заказ 2297 ВНИИПИ Го Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 45 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул.Гагарина, 10 локон и поддерживают градиент фильтрованно з топлива через мембраны.12. Способ по п,11, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что направляют поток топлива через внутренние поверхности микропористых мембранных волокон и удаляют фильтрат с наружных поверхностей микро- пористых мембранных волокон,13. Способ по п.12, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что включает удаление воды и растворенных в воде растворимых компонентов из остаточного топлива, направление остаточного топлива в топливный бак и направление воды и растворенных в воде растворимых компонентов фильтрата из системы.14. Способ по п,13, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что при удалении пропускают поток остаточного топлива непосредственно в контакте с первой поверхностью, образованной полыми непористыми мембранными волокнами из купроаммониевой целлюло зы, и вдоль нее, селективно фильтруют волокна в результате диффузии только воды и растворенных в воде растворимых компонентов из остаточного топлива, направляют остаток из целлюлозных мембран в топлив ный бак и выпускают фильтрат, содержащийся в целлюлозных мембранах, из системы,15, Способ по п,14,. отл и чаю щи йс я тем, что направляют выхлопные газы 15 двигателя по второй из поверхностей целлюлозных мембранных волокон и удаляют газы, содержащие воду и растворенные в воде расварим ые компоненты, из системы.