Способ очистки системы охлаждения дизельных двигателей от продуктов износа и коррозии Российский патент 2024 года по МПК F02B77/04 F01P11/06 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для химической очистки систем энергетических установок и технологического оборудования, в частности систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания, теплообменных аппаратов.

Из уровня техники известно, что работа системы охлаждения характеризуется снижением теплорассеивающей способности охлаждающих устройств по причине их загрязнений [1,2]. Это, в свою очередь, приводит к значительному увеличению времени работы вентилятора и дополнительным затратам на топливо.

В процессе эксплуатации дизельных двигателей происходит внутреннее загрязнение охлаждающих устройств отложениями накипи, продуктами коррозии и другими механическими примесями. Предельное загрязнение, например, секций радиаторов при одновременной работе вентилятора шахты охлаждения на максимальном режиме может привести к перегреву воды в водяной системе и, как следствие, к аварийному режиму работы дизеля [3].

На внутренних поверхностях деталей системы охлаждения в процессе эксплуатации дизелей образуются механические примеси и накипь, в связи с чем снижается теплопроводность и, как следствие, эффективность охлаждения. Максимальный слой накипи и механических примесей наблюдается во входной части трубок секций радиаторов на глубину 5-20 мм [3].

Как показывает опыт исследований в данной области [3], наибольший уровень накипи и механических примесей наблюдается в трубках секций радиаторов, имеющих малый радиус.

Известно устройство для магнитной очистки воды в системе охлаждения ДВС, содержащее средство контроля давления воды, которое смонтировано в технологической линии очистки воды и выполнено в виде датчиков давления, установленных соответственно на входе и выходе гидроциклона и подключенных к введенному в технологическую линию очистки воды измерительному прибору. Измерительный прибор выполнен в виде дифференциального манометра [Патент РФ №45305, МПК B03C 1/00, опубл. 10.05.2005, Бюл. №13. Устройство для магнитной очистки воды в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания / Костин А.В., Маренников В.В.].

Недостатками такого устройства являются образование накипи на всех контактирующих с водой поверхностях, наличие внешних источников питания и постоянного наблюдения в эксплуатации, малое время намагниченности, сложность монтажа на рабочих местах трубопроводах, что приводит к снижению эксплуатационных затрат.

Известен способ очистки теплоэнергетического оборудования от отложений и накипи и устройство для его осуществления, при котором перед очисткой опустошают систему от рабочих жидкостей, готовят два моющих раствора - щелочной, содержащий ПАВ, и кислотный, нагревают растворы до 320…360K, прокачивают поочередно, начиная со щелочного раствора, через трубопроводы и внутренние полости оборудования, при этом прокачивание растворов чередуют с прокачиванием нейтральной жидкости, например воды. Устройство включает трубопроводы, краны или клапаны, емкости, насосы и дополнительно снабжено двумя емкостями для моющих растворов и емкостью с нейтральной жидкостью, а также генератором пульсации давления и скорости [Патент РФ №2619010, МПК F28G 9/00, опубл. 10.05.2017, Бюл. №14. Способ очистки теплоэнергетического оборудования от отложений и накипи и устройство для его осуществления / Безюков О.К., Жуков В.А.].

Недостатками данного технического решения являются низкое качество очистки, сложность в реализации, дороговизна, связанная с использованием моющих растворов, низкий уровень безопасности и высокие эксплуатационные расходы.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Задачей изобретения является создание технологичного способа очистки системы охлаждения дизельных двигателей от продуктов накипи и коррозии путем смягчения воды с помощью магнитной системы, собранной из неодимовых магнитов, способствующей резкому ускорению процесса кристаллизации солей, который осуществляется не на стенках элементов системы охлаждения, а в объеме воды.

Среди достоинств по применению неодимовых магнитов важной является такая характеристика, как мощность притяжения, которая в десятки раз превышает силу обычного магнита. Также благодаря большой мощности размагничивание неодимового магнита происходит всего лишь на 1% за 10 лет эксплуатации. Они имеют малый вес и компактные размеры в сравнении с иными магнитами при одинаковой силе сцепления.

Задача решается способом очистки системы охлаждения дизельных двигателей от продуктов накипи и коррозии, который заключается в реализации магнитной обработки воды с помощью магнитной системы, состоящей из неодимовых магнитов, установленных в корпусе из нержавеющей немагнитной стали так, что в рабочей полости корпуса магнитной системы, через которую протекает вода, создается несколько разнополюсных зон магнитного поля, при прохождении которых изменяются физические свойства воды, а выпавшие в осадок механические примеси выносятся потоком воды из зоны нагрева и улавливаются механическим фильтром.

Заявленный способ позволяет получить новый по сравнению с прототипом технический результат, заключающийся в более качественной очистке замкнутой системы охлаждения двигателей от продуктов накипи и коррозии.

Сопоставление предлагаемого способа и его прототипа показало, что поставленная задача решается в результате новых совокупностей признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию «новизна».

Вместе с тем проведенный информационный поиск в области очистки системы охлаждения дизельных двигателей от продуктов износа и коррозии не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки изобретений, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «изобретательский уровень».

Способ реализован на двигателе Д-242. Система из неодимовых магнитов установлена в качестве магнитной ловушки в место наибольшей циркуляции охлаждающей жидкости возле водяных насосов основного и дополнительного контуров охлаждения.

Исследования при однократном и многократном контакте воды с магнитным полем показали, что наибольший эффект в отношении предотвращения накипи и защиты от коррозии получается при многократном контакте.

На фиг. 1 показано изменение количества накипи в системе охлаждения двигателя Д-242 без использования способа очистки системы охлаждения от продуктов накипи и коррозии (кривая 1), а также с использованием способа (кривая 2) при многократном контакте воды с магнитным полем.

Магнитная обработка воды осуществлялась при соблюдении следующих условий:

- подогрев воды - не выше 95°С;

- карбонатная жесткость исходной воды - не более 8 мг-экв/л;

- содержание железа в исходной воде - не более 0,3 мг/л.

Напряженность магнитного поля в рабочем зазоре электромагнитных аппаратов не превышала 159 -10³ А/м.

На затравочных кристаллах образовались дополнительные центры кристаллизации (сцепления) молекул солей кальция и магния. Образованные агрегатные структуры остаются во взвешенном мелкодисперсном состоянии и вымываются потоком воды. Рост кристаллов особенно наглядно проявляется при нагреве воды. При этом вода слегка мутнеет. Это обусловлено тем, что, медленно разрастаясь, кристаллы начинают рассеивать свет. Максимально их величина может достигать лишь тысячной доли миллиметра, что не дает им возможности образовывать твердые отложения в виде осадка и накипи.

Обработанная таким образом вода сохраняет антинакипный эффект в течение 8 суток. Магнитная обработка воды также влияет на электрокинетический потенциал и агрегативную устойчивость взвешенных частиц, благодаря чему ускоряет их осаждение, т.е. способствует извлечению из воды разного рода взвесей.

Прямое воздействие магнитного поля на ионы примесей способствует активации процессов адсорбции и открывает широкие перспективы для водоподготовки в целом.

Технический результат заключается в повышении качества очистки системы охлаждения двигателей за счет смягчения воды, а также в простоте реализации, дешевизне, безопасности и почти полном отсутствии эксплуатационных расходов.

Источники информации

1. Горин, А. В. Контроль технического состояния систем охлаждения тепловозных дизелей // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 2015. - № 3. - С. 23-30.

2. Овчаренко С.М., Метелев А.А., Минаков В.А., Ведрученко В.Р. Оперативный контроль эффективности работы системы охлаждения тепловоза // Известия Транссиба. - 2019. - № 4(40). - С. 9-17.

3. Четвергов В.А., Овчаренко С.М., Бухтеев В.Ф. Техническая диагностика локомотивов: учебное пособие / Под. ред. В.А. Четвергова. - М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2014. - 371 с.

Изобретение может быть использовано в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Способ очистки системы охлаждения дизельных двигателей от продуктов накипи и коррозии заключается в магнитной обработке воды с помощью магнитной системы. Магнитная система состоит из неодимовых магнитов, установленных в корпусе из нержавеющей немагнитной стали в месте наибольшей циркуляции охлаждающей жидкости возле водяных насосов основного и дополнительного контуров охлаждения. В рабочей полости корпуса магнитной системы, через которую протекает вода, создается несколько разнополюсных зон магнитного поля. При прохождении разнополюсных зон магнитного поля на затравочных кристаллах образуются дополнительные центры кристаллизации молекул солей кальция и магния. Выпавшие в осадок механические примеси выносятся потоком воды из зоны нагрева и улавливаются механическим фильтром. Технический результат заключается в улучшении качества очистки замкнутой системы охлаждения двигателей от продуктов накипи и коррозии. 1 ил.

Способ очистки системы охлаждения дизельных двигателей от продуктов накипи и коррозии, заключающийся в магнитной обработке воды с помощью магнитной системы, установленной в место наибольшей циркуляции охлаждающей жидкости возле водяных насосов основного и дополнительного контуров охлаждения и состоящей из неодимовых магнитов, установленных в корпусе из нержавеющей немагнитной стали, так, что в рабочей полости корпуса магнитной системы, через которую протекает вода, создается несколько разнополюсных зон магнитного поля, при прохождении которых на затравочных кристаллах образуются дополнительные центры кристаллизации молекул солей кальция и магния, а выпавшие в осадок механические примеси выносятся потоком воды из зоны нагрева и улавливаются механическим фильтром.