УСТРОЙСТВО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОПАДАНИЯ СКОПЛЕНИЯ ЛЬДА В ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2017 года по МПК G01M15/14 

Изобретение относится к общей области моделирования явлений типа скоплений льда в контуре питания двигателя, в частности, на уровне топливной системы двигателя.

Топливная система является частью двигателя, содержащей в направлении циркуляции топлива насос низкого давления, в который топливо поступает из бака через насос подкачки. На выходе насоса низкого давления топливо проходит через один или несколько теплообменников и через главный фильтр, затем попадает в насос высокого давления, выполненный с возможностью впрыска топлива в камеру сгорания через соответствующие форсунки и с возможностью его испарения в условиях, способствующих его сгоранию.

В большинстве стран эта система строго регламентирована, в частности, что касается ее механической прочности.

В частности, современные нормы являются очень строгими в плане обеспечения надежности топливных систем в отношении явлений обледенения и образования скоплений льда (“slush” на английском языке), чтобы избегать закупоривания льдом некоторых частей топливной системы, таких как теплообменник.

Ранее были произведены испытания на обледенение при помощи устройства впрыска воды в двигатель, содержащего средства, выполненные с возможностью предварительного смешивания воды и топлива в емкости, насадку для впрыска и систему регулирования выполненную с возможностью регулирования этапов впрыска и предварительного смешивания. Для формирования ледяной шуги (которая является двухфазной смесью водосодержащей жидкости и льда, одновременно включающей в себя топливо и воду в виде текучей среды и кристаллов льды или “slurry” на английском языке) насадка для впрыска содержит завихритель, выполненный с возможностью усиления завихрения воды перед распылением через насадку для впрыска в топливную систему.

В ходе этих испытаний выбранная концентрация не превышает 300 частей на миллион (объемных), чтобы обеспечивать однородное смешивание льда и топлива, и соответствует значениям концентрации воды, обычно присутствующей в топливе. Однако этого оказывается недостаточно, чтобы моделировать возможное попадание скоплений льда в топливную систему. Кроме того, это устройство впрыска адаптировано для продолжительности впрыска в несколько десятков минут, так как система регулирования требует нескольких секунд для запуска процесса впрыска, и поскольку воду впрыскивают несколько раз в очень малых количествах. Однако, чтобы смоделировать, в частности, отрыв скоплений льда, попадающих в топливную систему, необходимо моделировать впрыск всего объема воды за очень короткий интервал времени порядка нескольких секунд, чего невозможно добиться при помощи этого устройства впрыска воды. Кроме того, расход в топливном контуре колеблется в течение всего времени испытания, так как расход на выходе насадки резко уменьшается в момент впрыска воды. Наконец, зоны рециркуляции, образующиеся вокруг насадки для впрыска, и незначительный размер капель распыляемой воды, захватываемых этими зонами рециркуляции, способствуют скоплению осаждающегося льда на головке насадки для впрыска во время испытания, что, с одной стороны, может привести к закупориванию насадки для впрыска в зависимости от расхода и температуры воды и топлива и, с другой стороны, ограничивает количество воды, которое в конечном счете может попасть в двигатель и которое является неопределенным и не определяемым.

Таким образом, изобретение призвано предложить устройство, которое позволяет создавать явление типа скоплений льда в контуре питания двигателя и которое может впрыскивать воду в топливную систему двигателя в точно определенных условиях. В частности, изобретение призвано предложить устройство, которое может впрыскивать точный объем воды за очень короткое время впрыска в топливный контур в строго определенных и точных условиях расхода и температуры.

Кроме того, изобретение призвано также предложить устройство оценки сопротивления двигателя скоплениям льда, которое может формировать ледяную шугу в топливном контуре, имеющую определенные структурные характеристики, в частности, такие как малый размер кристаллов льда, предпочтительно менее 2 мм, и структуру, состоящую на 50% из воды и на 50% из топлива.

В связи с этим объектом изобретения является устройство моделирования попадания скоплений льда в двигатель, содержащее:

- главную емкость, образующую полость для топлива и соединенную с входом двигателя через трубопровод,

- систему впрыска, содержащую орган впрыска, расположенный в трубопроводе,

- вспомогательную емкость, образующую полость для топлива и соединенную с системой впрыска через орган выбора, и

- бак, соединенный, с одной стороны, с водяным резервом и, с другой стороны, с системой впрыска через орган выбора,

в котором орган выбора выполнен с возможностью избирательного установления сообщения между системой впрыска и вспомогательной емкостью или баком с целью впрыска в двигатель определенного количества воды.

- вспомогательная емкость соединена с органом создания давления,

- устройство дополнительно содержит систему регулирования расхода топлива между вспомогательной емкостью и органом выбора,

- орган выбора содержит трехходовой вентиль, который имеет три отверстия, при этом первое отверстие соединено с системой впрыска, второе отверстие соединено с вспомогательной емкостью, и третье отверстие соединено с баком,

- водяной резерв находится под определенным давлением и дополнительно содержит орган заполнения, выполненный с возможностью соединения бака с источником упомянутого определенного давления,

- орган заполнения сообщается также с вспомогательной емкостью и выполнен с возможностью избирательного установления сообщения между баком и источником определенного давления или вспомогательной емкостью,

- орган заполнения содержит трехходовой вентиль, который имеет три отверстия, при этом первое отверстие соединено с источником определенного давления, второе отверстие соединено с вспомогательной емкостью, и третье отверстие соединено с баком,

- устройство дополнительно содержит вентиль, расположенный между баком и водяным резервом, выполненный с возможностью позволения или запрещения циркуляции воды между водяным резервом и баком,

- устройство дополнительно содержит систему оценки воды, впрыскиваемой в трубопровод и поступающей на вход двигателя,

- система оценки содержит фильтр, расположенный на уровне входа двигателя и выполненный с возможностью сбора воды, впрыскиваемой в трубопровод,

- устройство дополнительно содержит емкость для сбора текучих сред,

- система впрыска содержит насадку для впрыска, содержащую головку для плоской конусной формы, имеющую в своем центре отверстие для впрыска, и завихритель,

- завихритель установлен в положении упора в стенку внутреннего пространства головки для впрыска и отделен от отверстия для впрыска каналом впрыска, и

- стенка внутреннего отверстия имеет конусную форму.

Вторым объектом изобретения является насадка для впрыска, содержащая головку для впрыска плоской конусной формы, имеющую в своем центре отверстие для впрыска, и завихритель.

Насадка для впрыска имеет следующие другие факультативные и не ограничительные отличительные признаки:

- завихритель установлен в положение упора в стенку внутреннего пространства головки для впрыска и отделен от отверстия для впрыска каналом впрыска, и

- стенка внутреннего отверстия имеет конусную форму.

Другие отличительные признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:

Фиг. 1а-1с - три конфигурации примера выполнения гидравлического контура заявленного устройства моделирования попадания скоплений льда в двигатель.

Фиг. 2 - пример выполнения насадки для впрыска, которую можно использовать, в частности, в заявленном устройстве.

Устройство 1 моделирования попадания скоплений льда в двигатель содержит главную емкость 10, предназначенную для топлива, такого как керосин, двигатель 2 и трубопроводы, связывающие главную емкость 10 с входом двигателя 2 (насоса).

Главная емкость 10 содержит устройство 12 охлаждения, выполненное с возможностью охлаждения находящегося в ней топлива до определенной температуры, например, составляющей от -45°С до -5°С. Например, в устройстве 12 охлаждения в качестве охлаждающей среды можно использовать азот под давлением. Кроме того, главная емкость 10 соединена с источником давления, выполненным с возможностью впрыска топлива из главной емкости 10 в сторону входа двигателя 2 в виде главного топливного потока с определенным расходом, например, составляющим от 1000 до 3500 кг/ч. Вместе с тем, расход топлива, впрыскиваемого в трубопроводы, зависит от типа тестируемого двигателя или от моделируемого режима двигателя (например, режим взлета или режим крейсерского полета для самолета).

Расход топлива, впрыскиваемого в двигатель 2 из главной емкости 10, можно корректировать, например, при помощи источника давления и измерять при помощи расходомера 16. В данном случае речь идет о массовом расходомере. В варианте речь может идти также об объемном расходомере.

Главная емкость 10 соединена, по меньшей мере, с одним фильтром 14, выполненным с возможностью фильтрования воды, которая может присутствовать в топливе, содержащемся в главной емкости 10.

Затем охлажденное топливо впрыскивают в двигатель 2 через трубопровод 3, являющийся частью системы трубопроводов, соединяющих главную емкость 10 с входом двигателя 2 за фильтром 14.

Кроме того, между главной емкостью 10 и двигателем 2 устройство 1 содержит:

- систему 40 впрыска, содержащую орган 42 впрыска, расположенный в трубопроводе 3,

- вспомогательную емкость 20, образующую полость для топлива, идентичного топливу главной емкости, и соединенную с системой 40 впрыска через орган 36 выбора, и

- бак 10, соединенный, с одной стороны, с резервом 32 деминерализованной воды и, с другой стороны, с системой 40 впрыска через орган 36 выбора.

Вспомогательная емкость 20 оснащена органом 22 создания давления, выполненным с возможностью создания в топливе, содержащемся во вспомогательной емкости 20, определенного давления Р порядка примерно 0-7 бар. Кроме того, она соединена с системой 40 впрыска через систему 24 регулирования расхода топлива. Система 24 регулирования может, в частности, содержать регулятор 24а расхода, а также расходомер 24b, в данном случае массовый расходомер, выполненные с возможностью регулирования и измерения расхода топлива, поступающего из вспомогательной емкости, в значении от 12 до 30 кг/ч.

Вспомогательную емкость 20 можно заполнять из главной емкости 10 топливом, открывая вентиль типа крана 19, или из отдельного источника топлива. Топливо находится во вспомогательной емкости 20 при окружающей температуре, и ее объем позволяет питать топливом систему 40 впрыска во время испытания. Например, емкость может содержать от 40 л до 60 л топлива.

Что касается бака 30, то он выполнен с возможностью заполнения определенным объемом текучей среды, включающим в себя, в частности, определенный объем воды, предназначенный для впрыскивания в главный топливный контур через систему 40 впрыска.

В данном случае бак 30 можно заполнять при помощи системы сообщающихся сосудов. Для этого бак 30 соединен с водяным резервом 32, который находится под данным давлением Р0, через вентиль типа крана 31. Кроме того, бак 30 соединен, с одной стороны, с органом 34 заполнения, выполненным с возможностью установления избирательного сообщения между баком 30 и источником данного давления Р0 или вспомогательной емкостью 20, и, с другой стороны, с органом 36 выбора, выполненным с возможностью установления избирательного сообщения между системой 40 впрыска и баком 30 или вспомогательной емкостью 20.

Данное давление Р0 может быть, например, атмосферным давлением.

Система 40 впрыска содержит трубку 41 впрыска, соединенную на уровне первого конца с органом 36 выбора через трубопроводы и на уровне второго конца с насадкой 42 для впрыска. Трубка 41 впрыска заходит в трубопровод 3 таким образом, чтобы насадка 42 для впрыска находилась в главном топливном контуре.

Насадка 42 предназначена для распыления воды, впрыскиваемой в главный топливный контур.

Диаметр насадки 42 для впрыска можно адаптировать в зависимости от давления вспомогательной емкости 20, в частности, чтобы иметь возможность увеличивать расход впрыска в главный топливный контур.

Кроме того, система 40 впрыска может быть оснащена нагревательным органом 49, например, расположенным между насадкой 42 для впрыска и органом 36 выбора. Во время испытаний нагревательный орган 49 выключен и не нагревает системы 40 впрыска. Но зато когда трубка 41 или насадка 42 для впрыска оказываются забитыми льдом, нагревательный орган 49 может нагревать трубку 41 за счет теплопроводности, чтобы растопить скопившийся лед и освободить проход. В этом случае поток топлива от главной емкости 10 предпочтительно перекрывают.

Орган 34 заполнения может содержать, например, трехходовой вентиль, называемый вентилем заполнения, расположенный в верхней части бака 30. Вентиль 34 заполнения содержит три отверстия, при этом первое отверстие 34а соединено с источником атмосферного давления Р0, второе отверстие 34b соединено с выходом системы 24 регулирования вспомогательной емкости 20, и третье отверстие 34с соединено с верхней зоной бака 30. В этом варианте выполнения вентиль 34 заполнения может иметь две конфигурации. В первой конфигурации первое отверстие 34а и третье отверстие 34с соединены, а второе отверстие 34b закрыто, чтобы бак 30 сообщался с источником атмосферного давления Р0. Во второй конфигурации второе отверстие 34b и третье отверстие 34с соединены, при этом первое отверстие 34а закрыто, поэтому бак 30 сообщается с вспомогательной емкостью 20.

Орган 36 выбора может содержать, например, трехходовой вентиль, называемый вентилем выбора, расположенный в нижней части бака 30. Вентиль 36 выбора содержит три отверстия, при этом первое отверстие 36а соединено с системы 40 впрыска, второе отверстие 36b соединено с выходом системы 24 регулирования вспомогательной емкости 20, и третье отверстие 36с соединено с нижней зоной бака 30. В этом варианте выполнения вентиль 36 выбора может тоже иметь две конфигурации. В первой конфигурации первое отверстие 36а и второе отверстие 36b соединены, а третье отверстие 36с закрыто, и вспомогательная емкость 20 сообщается с системой 40 впрыска. Во второй конфигурации первое отверстие 36а и третье отверстие 36с соединены, а второе отверстие 36b закрыто, поэтому бак 30 сообщается с системой 40 впрыска.

Таким образом, конфигурации вентиля 34 заполнения и вентиля 36 выбора позволяют заполнять бак 30 либо водой, либо топливом и выбирать текучую среду, впрыскиваемую в главный топливный контур через систему 40 впрыска.

Действительно, когда открывают вентиль 31, водяной резерв 32 и бак 30 гидравлически сообщаются друг с другом.

Если вентиль 34 заполнения и вентиль выбора находятся в своей первой конфигурации (фиг. 1а), в которой второе отверстие 34b и третье отверстие 36с закрыты, бак 30 сообщается с источником атмосферного давления Р0 и не может быть опорожняться через вентиль 36 выбора. Следовательно, водяной резерв 32 и бак 30 гидравлически сообщаются друг с другом и находятся под одинаковым давлением Р0, поэтому бак 30 может заполняться водой по принципу сообщающихся сосудов, пока его уровень не сравняется с уровнем резерва 32. При достижении определенного объема воды в баке 30 можно закрыть вентиль 31.

Таким образом, можно точно определить уровень воды в баке 30, чтобы получить определенный объем воды в зависимости от количества воды, предназначенного для впрыскивания в трубопровод 3 главного топливного контура. Например, определенный объем воды может составлять от 30 миллилитров до 400 миллилитров, как правило, от 80 до 90 миллилитров.

Однако объем воды, который необходимо впрыскивать в главный топливный контур, зависит от типа тестируемого двигателя во время испытания и от количества воды, которое должно поступить в двигатель, но с учетом возможных потерь. Например, необходимо учитывать трубопроводы, в которых остается часть объема, обязательно впрыскиваемая вместе с объемом воды, находящейся в баке 30.

Как будет подробно показано ниже, потери в устройстве 1 являются очень низкими и в основном связаны с растворением части воды в топливе. Следовательно, объем воды, предназначенный для впрыскивания в главный топливный контур, слегка превышает объем воды, требуемый на входе двигателя 2. Например, при необходимом объеме воды на входе двигателя 2, равном 84 миллилитра, объем воды в баке 30 должен составлять примерно от 90 до 92 миллилитров.

Кроме того, когда вентиль 36 выбора находится в своей первой конфигурации, в которой третье отверстие 36с закрыто, вспомогательная емкость 20 гидравлически сообщается с системой 40 впрыска. Следовательно, во время заполнения бака 30 топливо не только поступает из главной емкости в виде главного топливного контура на вход двигателя 2, но также из системы 40 впрыска, которая впрыскивает в этот главный контур топливо, поступающее из вспомогательной емкости 20.

Во время испытания, топливо, поступающее из главной емкости 10, охлаждают и впрыскивают в трубопровод для формирования главного топливного контура. Параллельно этому охлаждению или после него вентиль 36 выбора переводят в его первую конфигурацию, чтобы установить сообщение между вспомогательной емкостью 20 и системой впрыска и перекрыть третье отверстие 36с, при этом вентиль заполнения может находиться либо в своей первой конфигурации, либо в своей второй конфигурации. Таким образом, происходит впрыск топлива из вспомогательной емкости 20 через систему 40 впрыска в главный топливный контур.

Предпочтительно поддерживать вентиль 36 выбора в его второй конфигурации достаточно долго, чтобы температура топлива, выходящего из главной емкости 10 достигла необходимого значения, например, между -45°C и -5°C, чтобы обеспечить достижение условий испытаний в момент впрыска воды в главный топливный контур. Таким образом, во время этого первого этапа устройство 1 успевает стабилизироваться по температуре, давлению и расходу до впрыска воды в главный топливный контур.

Если бак 30 еще не содержит определенного объема воды, его заполняют водой, переводя вентиль 34 заполнения в его первую конфигурацию и открыв вентиль 31, как было указано выше.

Как только устройство 1 стабилизируется, на втором этапе вентиль заполнения переключают в его вторую конфигурацию, чтобы закрыть первое отверстие 34а и открыть второе отверстие 34b, при этом вентиль 36 выбора остается в своей первой конфигурации (фиг. 1b). Таким образом, бак 30 оказывается изолированным от атмосферного давления Р0 и соединен с вспомогательной емкостью 20, которая находится под давлением Р. Вместе с тем, вспомогательная емкость 20 гидравлически сообщается с системой 40 впрыска, и поскольку третье отверстие 36с закрыто, топливо не поступает в бак 30, и система 40 впрыска продолжает впрыскивать в главный топливный контур топливо, поступающее из вспомогательной емкости 20.

Расход топлива, впрыскиваемого системой 40 впрыска, можно модулировать, меняя давление Р вспомогательной емкости 20 при помощи органа 22 создания давления и системы 24 регулирования расхода вспомогательной емкости 20. В дальнейшем будет показано, что это регулирование расхода топлива в ходе первой фазы впрыска позволит затем регулировать время впрыска воды в двигатель 2.

Затем на третьем этапе, если необходимо впрыскивать воду из бака 30 в главный топливный контур, вентиль 36 выбора переводят в его вторую конфигурацию, в которой второе отверстие 36b закрыто, при этом вентиль 34 заполнения остается в своей второй конфигурации (фиг. 1с). Таким образом, бак 30 гидравлически сообщается одновременно с вспомогательной емкостью 20 и с системой 40 впрыска. Поскольку вспомогательная емкость 20 находится под давлением (порядка 0-7 бар, например, около 6 бар), находящееся в емкости топливо выталкивает воду в бак 30 через вентиль 36 выбора вплоть до системы 40 впрыска. Происходит впрыскивание воды в главный топливный контур.

Во время этой фазы впрыскивания воды вода из бака 30 вытесняется топливом, поступающим из вспомогательной емкости 20, в направлении вентиля 36 выбора и системы 40 впрыска. Следовательно, в конце фазы впрыскивания воды бак 30 заполняется топливом, и система 40 впрыска впрыскивает в главный топливный контур топливо, поступающее из вспомогательной емкости 20, через бак 30. Благодаря расходомеру 24, который позволяет проверить, что определенный расход продолжает впрыскиваться в главный топливный контур, эта система гарантирует, что вся вода, содержащаяся в баке 30 (и трубопроводах), впрыскивается системой 40 впрыска в главный топливный контур. Поскольку объем воды в баке известен, легко контролировать объем воды, впрыскиваемой системой впрыска.

Кроме того, необходимо отметить, что во время изменения конфигурации впрыск в главный топливный контур не прерывается, так как переключение вентиля 36 выбора происходит очень быстро. Кроме того, учитывая небольшой диаметр насадки 42 для впрыска, изменение плотности, связанное с впрыском воды, является не существенным.

После этого можно вернуть вентиль 36 выбора в его первую конфигурацию, в которой третье отверстие 36с закрыто, чтобы перевести впрыск на контур вспомогательной емкости 20 (фиг. 1b). При этом бак 30 полностью заполнен топливом (и не может быть опорожнен через вентиль 36 выбора, тогда как система 40 впрыска впрыскивает топливо, поступающее из вспомогательной емкости 20, в главный топливный контур.

После этого бак 30 можно заполнить для нового впрыска воды в топливный контур. Для этого, как было указано выше, вентиль 34 заполнения и вентиль 36 выбора переключают в их первую конфигурацию (фиг. 1а) и открывают вентиль 31. Учитывая, что вода имеет более высокую плотность, чем топливо, вода из водяного резерва 32 выталкивает топливо в направлении источника атмосферного давления Р0, в который оно удаляется, и заполняет бак 30 в соответствии с принципом сообщающихся сосудов.

Таким образом, устройство 1 опять готово впрыскивать воду в главный топливный контур.

Факультативно, после завершения испытаний впрыск топлива или воды можно прекратить при помощи секционного вентиля, который может быть расположен, например, между системой 40 впрыска и вентилем 36 выбора и который можно закрыть, чтобы избежать слива из вспомогательной емкости 20 в трубопровод 3.

Как было указано выше, давление во вспомогательной емкости 20 и расход топлива на выходе системы 20 регулирования расхода вспомогательной емкости 20 можно корректировать с учетом плотности воды таким образом, чтобы время впрыска воды из резерва 30 было очень коротким. Таким образом, весь объем воды можно впрыскивать за определенное ограниченное время, предпочтительно составляющее от 13 до 21 секунд.

Действительно, вода выталкивается топливом в баке 30 в направлении системы 40 впрыска, поэтому ее расход на выходе насадки 42 для впрыска зависит от расхода топлива вспомогательной емкости 20. Однако расход топлива вспомогательной емкости 20 можно корректировать во время первого этапа охлаждения топлива главной емкости, регулируя давление и расход вспомогательной емкости 20 при помощи системы 24 регулирования расхода. Таким образом, при давлении вспомогательной емкости 20 порядка 6 бар и при диаметре насадки 42 для впрыска порядка 0.7 миллиметра впрыск воды через насадку 42 для впрыска занимает менее 21 секунд.

Чтобы регулировать различные параметры испытания (давление вспомогательной емкости 20, расход топлива на выходе вспомогательной емкости 20, температура топлива в главной емкости 10, впрыскиваемый объем воды, время впрыска воды, качество ледяной шуги (состав, размер кристаллов) и т.д.) для данного типа тестируемого двигателя, избегая повреждения двигателя 2, устройство 1 может дополнительно содержать систему 50 оценки ледяной шуги, образующейся в трубопроводе 3 во время впрыска воды. Эта система 50 оценки предназначена для оценки количества воды, реально поступающей в двигатель, а также качества образующейся ледяной шуги, чтобы можно было корректировать количество впрыскиваемой воды и ее расход.

Для этого система 50 оценки может быть, например, расположена в трубопроводе 3 за насадкой 42 для впрыска в направлении прохождения потока в главном топливном контуре, например, на уровне входа двигателя 2, и может содержать, по меньшей мере, один фильтр 52, выполненный с возможностью фильтрования ледяной фуги и пропускания остальной части топлива в двигатель 2, и емкость 54 сбора, выполненную с возможностью сбора ледяной шуги, отделенной фильтром от остальной части топлива. Кроме того, система позволяет контролировать количество воды, которое будет поступать в двигатель 2, и время ее впрыска.

Ледяная шуга, скапливающаяся в фильтре 52 устройства 1, содержит приблизительно 50% воды и 50% топлива и образуется в результате распыления воды системой 40 впрыска в главном топливном контуре. Действительно, объемное содержание воды во время впрыска составляет примерно 10 000 частей на миллион, но частицы льда имеют пористость 50%, что увеличивает действительный объем твердой фазы.

Благодаря фильтру 14 главной емкости 10, вода, поступающая в сборную емкость 54, по существу состоит из воды, поступающей из водяного резервуара 30, что позволяет определять количество воды, «теряемой» в ходе испытания, в частности, за счет разбавления в топливе.

Фильтр 52 может быть фильтром с любым размером ячейки от 3 микрон до 25 микрон. Действительно, заявитель установил, что эти фильтры способны собирать одинаковое количество ледяной шуги во время испытаний.

Емкость 54 сбора текучих сред может быть пробиркой, которая может быть градуированной для упрощения измерения собираемого объема воды. Кроме того, пробирка 54 может иметь общую конусную форму, чтобы обеспечивать сбор всей ледяной шуги, отделяемой фильтром 52 устройства 1. Кроме того, объем пробирки выбирают таким образом, чтобы она могла вместить всю ледяную шугу, которая имеет объем, в 8-10 раз превышающий объем впрыскиваемой воды.

Ледяную шугу нагревают в пробирке 54 для превращения ее твердой фазы (кристаллов) в жидкость и для определения собранного объема воды. Для этого пробирку 54 можно поддерживать при окружающей температуре или можно нагреть.

После установки всех параметров можно извлечь систему 50 оценки и повторить испытания, впрыскивая ледяную шугу непосредственно в двигатель 2.

Чтобы распылять воду в главный топливный контур, можно использовать обычную насадку 42 для впрыска, содержащую головку 44 для впрыска в основном плоской формы, имеющую в своем центре отверстие 42 для впрыска, и завихритель 46, установленный в головке 44 для впрыска вблизи отверстия 43. Завихритель 46 предназначен для усиления завихрения потока воды и для повышения эффективности теплообменов до ее впрыска в топливный контур через насадку 40 для впрыска, чтобы получить на уровне входа двигателя 2 ледяную шугу хорошего качества, то есть состоящую на 50% из воды и на 50% из топлива, кристаллы которой имеют небольшой диаметр, то есть менее двух миллиметров. Вместе с тем, зоны рециркуляции, формируемые в топливном контуре завихрителем 46, и небольшой размер водяных капель способствуют осаждению льда на головке 44 насадки 42. Это явление приводит к уменьшению количества воды, реально поступающей на вход двигателя 2, и может стать причиной закупоривания отверстия 43 для впрыска насадки 42 в зависимости от расхода и температуры воды и топлива. Таким образом, количество воды, реально поступающее на вход двигателя 2, очень трудно определить, что затрудняет проведение точных испытаний.

Чтобы уменьшить количество льда, образующегося на головке 44 насадки 42, можно использовать насадку 42 для впрыска без завихрителя 46. Однако в этом случае частицы в ледяной шуге будут иметь больший размер, и качество получаемой ледяной шуги окажется не удовлетворительным.

В связи с этим предлагается новая форма насадки для впрыска, позволяющая уменьшить образование льда на головке насадки, сохраняя при этом распыление достаточного количества воды в главный топливный контур для получения ледяной шуги хорошего качества. Для этого предлагается сохранить завихритель 46 и изменить форму головки 44 насадки 42 для впрыска таким образом, чтобы ограничить геометрический разрыв и уменьшить и даже исключить образование на ней льда, несмотря на завихрения в топливном потоке. Для этого насадка 42 для впрыска может иметь, например, головку 44 конусной формы.

Например, угол в вершине конуса головки 44 может составлять от 30° до 60°, например, 45°.

Кроме того, предпочтительно выход завихрителя 46 следует расположить на расстоянии не менее одного миллиметра от отверстия 43 для впрыска, чтобы можно было распылять впрыскиваемую воду в главный топливный контур. Для этого завихритель 46 можно, например, установить в положении упора в стенку 47 внутреннего пространства головки 44 насадки, чтобы отделить его от отверстия 43 для впрыска каналом 48 впрыска, имеющим определенную длину, например, около одного миллиметра, через который воду направляют в топливный контур. Например, стенка 47 внутреннего пространства может иметь в основном форму конуса, вершина которого выходит в канал 48 впрыска. Кроме того, предпочтительно угол в вершине конусной стенки 47 внутреннего пространства меньше угла в вершина конуса головки 44 насадки.

Испытания показали, что насадка 42 для впрыска, имеющая головку 44 конусной формы, и завихритель, расположенный на расстоянии не менее одного миллиметра от отверстия 43 для впрыска, позволяют получать ледяную шугу с мелкими частицами и уменьшить и даже исключить осаждение льда на головке 44 насадки 42 во время испытаний. Это дает возможность точно определить объем воды, впрыскиваемый в топливный контур, чтобы получить определенный объем воды на входе двигателя, поскольку вода, впрыскиваемая через насадку 42 для впрыска, больше не остается на стенках головки 44, независимо от расхода и температуры воды и топлива.

Таким образом, устройство позволяет получать поток в главном топливном контуре с температурой от -5°C до -45°C и с расходом от 1000 до 3500 кг/ч в трубопроводе, сообщающемся с входом двигателя 2, и впрыскивать в него определенный объем воды, составляющий от 30 миллилитров до 400 миллилитров в течение ограниченного времени впрыска, например, составляющего от 13 до 21 секунд, без колебания расхода впрыска. Кроме того, применение в системы 40 впрыска насадки 42 для впрыска с головкой конусной формы и завихрителя 46, расположенного на расстоянии не менее одного миллиметра от отверстия 43 для впрыска, позволяет формировать очень мелкие водяные капли и получать ледяную шугу хорошего качества, кристаллы которой имеют небольшой диаметр, то есть диаметр менее 2 миллиметров.

Объектом изобретения является устройство моделирования попадания скоплений льда в двигатель, содержащее главную емкость, образующую полость для топлива и соединенную с входом двигателя через трубопровод, систему впрыска, содержащую орган впрыска, расположенный в трубопроводе, вспомогательную емкость, образующую полость для топлива и соединенную с системой впрыска через орган выбора, и бак, соединенный, с одной стороны, с водяным резервом и, с другой стороны, с системой впрыска через орган выбора, в котором орган выбора выполнен с возможностью избирательного установления сообщения между системой впрыска и вспомогательной емкостью или баком с целью впрыска в двигатель определенного количества воды. Технический результат изобретения – повышение точности впрыскиваемого объема воды за очень короткое время впрыска в топливный контур в строго определенных и точных условиях расхода и температуры. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство (1) моделирования попадания скоплений льда в двигатель (2), содержащее:

- главную емкость (10), образующую полость для топлива и соединенную с входом двигателя (2) через трубопровод (3),

- систему (40) впрыска, содержащую орган (42) впрыска, расположенный в трубопроводе (3),

- вспомогательную емкость (20), образующую полость для топлива и соединенную с системой (40) впрыска через орган (36) выбора, и

- бак (30), соединенный с одной стороны с водяным резервом (32) и с другой стороны с системой (40) впрыска через орган (36) выбора,

в котором орган (36) выбора выполнен с возможностью избирательного установления сообщения системы (40) впрыска со вспомогательной емкостью (20) или баком (30) с целью впрыска в двигатель определенного количества воды.

2. Устройство (1) по п. 1, в котором вспомогательная емкость (20) соединена с органом (22) создания давления.

3. Устройство (1) по п. 1 или 2, дополнительно содержащее систему (24) регулирования расхода топлива между вспомогательной емкостью (20) и органом (36) выбора.

4. Устройство (1) по п. 1 или 2, в котором орган (36) выбора содержит трехходовой вентиль, который имеет три отверстия (36а, 36b, 36с), при этом первое отверстие (36а) соединено с системой (40) впрыска, второе отверстие (36b) соединено со вспомогательной емкостью (20), и третье отверстие (36с) соединено с баком (30).

5. Устройство (1) по п. 1, в котором водяной резерв (32) находится под определенным давлением (Р0) и дополнительно содержит орган (34) заполнения, выполненный с возможностью соединения бака (30) с источником упомянутого определенного давления (Р0).

6. Устройство (1) по п. 5, в котором орган (34) заполнения сообщается также со вспомогательной емкостью (20) и выполнен с возможностью избирательного установления сообщения бака (30) с источником определенного давления (Р0) или вспомогательной емкостью (20).

7. Устройство (1) по п. 5 или 6, в котором орган (34) заполнения содержит трехходовой вентиль, который имеет три отверстия (34а, 34b, 34с), при этом первое отверстие (34а) соединено с источником определенного давления (Р0), второе отверстие (34b) соединено со вспомогательной емкостью (20), и третье отверстие (34с) соединено с баком (30).

8. Устройство (1) по пп. 5 и 6, дополнительно содержащее вентиль (31), расположенный между баком (30) и водяным резервом (32), выполненный с возможностью позволения или запрещения циркуляции воды между водяным резервом (32) и баком (30).

9. Устройство (1) по п. 1, дополнительно содержащее систему (50) оценки воды, впрыскиваемой в трубопровод (3) и поступающей на вход двигателя (2).

10. Устройство (1) по п. 9, в котором система (50) оценки содержит фильтр (52), расположенный на уровне входа двигателя (2) и выполненный с возможностью сбора воды, впрыскиваемой в трубопровод (3).

11. Устройство (1) по п. 9 или 10, дополнительно содержащее емкость (54) для сбора текучих сред.

12. Устройство (1) по пп. 1 и 2, в котором система (40) впрыска содержит насадку (42) для впрыска, содержащую головку (44) для впрыска плоской конусной формы, имеющую в своем центре отверстие для впрыска (43), и завихритель (46).

13. Устройство (1) по п. 12, в котором завихритель (46) установлен в положении упора в стенку (47) внутреннего пространства головки (44) для впрыска и отделен от отверстия (43) для впрыска каналом (48) впрыска.

14. Устройство (1) по п. 13, в котором стенка (47) внутреннего отверстия имеет конусную форму.