CN101254407A - 反渗透海水淡化用的三缸三活塞型能量回收器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反渗透海水淡化用的三缸三活塞型能量回收器。该能量回收器包括三段液压缸，其中中间段液压缸的直径大于两端端段液压缸的直径，两端段液压缸直径相等；中间段液压缸与两端段液压缸之间设置连接头，两端段液压缸的外端设置封头，两封头外边缘之间并穿过连接头的外边缘设置压紧螺栓及螺母；在三段液压缸内及穿过连接头的中心孔和活塞杆导向孔设置活塞杆，活塞杆的两端安装与两端段液压缸呈滑动配合的活塞，活塞杆的轴向中央安装与中间段液压缸呈滑动配合的活塞。本发明容积利用率高，不需额外增设增压泵，能量回收效率高达90％以上，设备成本低，利于在中小反渗透海水淡化系统中推广使用。

Description

反渗透海水淡化用的三缸三活塞型能量回收器

技术领域：

本发明涉及一种反渗透海水淡化用的三缸三活塞型能量回收器，属于海水反渗透或苦咸水反渗透淡化系统中能量回收技术。

背景技术：

反渗透海水淡化系统的操作压力通常为5.5～7.0MPa，而从反渗透膜组件中排放出的盐水的压力也高达5.0MPa以上。为回收利用盐水的余压能，以降低淡化过程的运行能耗和产品水的成本，则必须在反渗透淡化装置中设置能量回收器。

国内外近年来新投建的大型和特大型反渗透海水淡化工程都配备有能量回收器，而且以正位移式的能量回收器为主选类型。这主要是因为正位移式能量回收器具有90-95％的能量回收效率，节能效果明显。但该类型能量回收器价格通常较昂贵，而且还需要配套使用增压泵，一次性设备投资成本较高。只有大型或特大型反渗透淡化系统才能够通过规模效应抵消或降低设备投资成本增加带来的负面影响。因而，目前国内外中小型反渗透淡化系统基本上都没有配备能量回收器，加之该规模范围的淡化装置数量较多，由此造成的能源浪费也同样可观。

发明内容：

本发明目的在于提供一种反渗透海水淡化用的三缸三活塞型能量回收器。该能量回收器运行可靠、效率高，制造成本低。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种反渗透海水淡化用的三缸三活塞型能量回收器，其特征在于，该能量回收器包括三段液压缸，其中中间段液压缸6的直径大于两端段液压缸2、9的直径，并且两端段液压缸2、9直径相等；中间段液压缸6与两端段液压缸2、9之间设置连接头5、8，两端段液压缸的外端设置封头1、11，两封头通过贯穿连接头5、8外边缘的螺栓12及螺母13紧固；在三段液压缸内，穿过连接头的中心孔5-4、8-2和活塞杆导向孔5-2、8-4设置活塞杆4，活塞杆的两端安装与端段液压缸2、9呈滑动配合的活塞3、10，活塞杆的轴向中央安装与中间段液压缸呈滑动配合的活塞7。

上述连接头5、8的外边缘为四方形，径向中心开设有轴向连通的中心孔5-2、8-4和活塞杆导向孔5-4、8-2，连接头的一侧制有径向尺寸与中间段液压缸6内径呈紧配合的圆凸台，并且由连接头外边缘至该圆凸台的轴向外侧开设直角形的连通孔5-1、8-1，连接头的另一侧制有径向尺寸与端段液压缸2、9内径呈紧配合的圆凸台，并且由连接头外缘至中心孔壁上，开设直通连通孔5-3、8-3。

上述封头的外边缘为四方形，它的一侧制有径向尺寸与端段液压缸2、9内径呈紧配合的圆凸台，并且由封头外边缘至该圆凸台的轴向侧面开设直角形的连通孔1-1、11-1。

本发明的优点是：本发明在运行过程中，从反渗透器排出的高压浓盐水进入中间段液压缸活塞的一侧推动活塞运动的同时，两端端段液压缸内活塞一侧的海水同时被压缩增压，两端端段液压缸中活塞的另一侧进入的海水为该活塞提供一部分动力，从而提高了设备的容积利用率。中间段液压缸中高压盐水压力与端段液压缸中被增压的海水之间存在较小的压力差，从而有效的提高了连接头的密封性能，实现了高压盐水与被增压的海水之间的零混合，同时减少了中间段液压缸活塞另一侧盐水与端段液压缸中活塞一侧低压的原料海水的渗漏。

传统的能量回收器只能将高压盐水中的压力能回收并传递给与本身流量相等的海水，高压盐水的压力通常低于反渗透进口操作压力，这时即使高压盐水中的压力能100％的传递给海水，被增压的海水的压力仍低于反渗透进口的操作压力，所以必须增设增压泵来提高被增压的海水的压力以达到反渗透进口操作压力。同时由于进入反渗透膜器中的高压海水经反渗透膜器后一部分以淡水产出，其余的以高压盐水的形式排出反渗透膜器，被增压的海水流量小于反渗透进口的额定流量，所以要额外增设高压流量泵来补充相当于淡水流量的那部分高压海水。本发明用海水的压力能和高压浓盐水的压力能一起来驱动活塞运动，直接将海水增压到反渗透入口操作压力，不必额外配套增压泵。由反渗透膜器排出的高压浓盐水和淡水流量之和与出能量回收器的被增压的海水流量相等，所以无需额外配套高压流量泵，从而降低了反渗透系统能耗和设备投资费用。

本发明的能量回收效率高达90％以上，设备成本低，利于在中小反渗透海水淡化系统中推广使用。

附图说明：

图1为本发明三缸三活塞型能量回收器结构示意图。

图1中：1、11-封头；1-1、11-1-液流孔；2、9-端段液压缸；6-中间段液压缸；3、7、10-活塞；4-活塞杆；5、8-连接头；5-1、5-3、8-1、8-3-液流孔；5-2、8-4-活塞杆导向孔；5-4、8-2-中心孔；12-压紧螺栓；13-螺母；14-活塞紧固螺母；15-密封圈；16-活塞定位螺母。

图2为图1中活塞10的结构示意图。

图2中：10-1为活塞上的密封槽。

图3为本发明三缸三活塞型能量回收器配置于反渗透海水淡化系统中第一种工作状态流程示意图。

图4为本发明三缸三活塞型能量回收器配置于反渗透海水淡化系统中第二种工作状态流程示意图。

图3、4中：17-海水池；18-海水泵；19、21、22、23、24、25、26、27、29、31、32、34、35、36-管路；20、33-换向阀；30-淡水池；37-盐水池。

具体实施方式：

结合附图对本发明加以详细说明如下。图1为三缸三活塞型能量回收器结构示意图，其中端段液压缸2、9的内径为63mm，长度为300mm，中间段液压缸6的内径为80mm，长度为300mm，封头1、11的长度为110mm，宽度为110mm、高度为60mm，封头上开设的液流孔1-1、11-1的内径为10mm，在封头的一侧设置圆凸台，圆凸台的外径为63mm，圆凸台的外缘上开设密封槽，槽内设置密封圈。连接头5、8的长度为110mm，宽度为110mm、高度为100mm，连接头上分别开设液流孔5-1、5-3和8-1、8-3，内径为10mm，在连接头的一侧设置的圆凸台，圆凸台的外径为63mm，圆凸台外缘上开设的密封槽内设密封圈，圆凸台的轴向中心开设连通的中心孔5-4、8-2和活塞导向孔5-2、8-4，内径分别为45mm和30mm，连接头的另一侧轴向设置圆凸台，圆凸台的外径为80mm，圆凸台外缘上开设密封槽，槽内设置密封圈，活塞导向孔道内表面上开设2～3个密封槽，槽内设置密封圈。在封头和连接头的外边缘上同心开设4个压紧螺栓孔，孔的内径为18mm，压紧螺栓12贯穿其中，用螺母13紧固，构成一整体的三缸三活塞型能量回收器。

活塞杆4的长度为700mm，活塞杆的两端安装活塞3、10，该活塞的外径为63mm，高度为30mm，用紧固螺母14将活塞3、10紧固于活塞缸上，活塞7的外径为80mm，高度为30mm，用两个活塞定位螺母16将活塞7定位于活塞杆的轴向中央，在每个活塞外表面开设3-4个密封槽，槽内设置密封圈15，在每个活塞与活塞杆配合的内边缘上开设密封槽，槽内设置密封圈。

图3为本发明的能量回收器配置于反渗透海水淡化系统中的第一种工作状态流程示意图，即当活塞处于液压缸左端位置时的工作状态。海水泵18将海水池17中海水，经管路19和换向阀20(该换向阀为二位四通式)而后注入管路21，分流至管路22、23再进入端段液压缸2、9(2.5MPa)中。由反渗透膜器排出的高压浓盐水经管路32与换向阀33(该换向阀为二位四通式)进入中间段液压缸6中。中间段液压缸中高压浓盐水(5.8MPa)和端段液压缸2、9中海水(2.5MPa)共同作为动力源，推动活塞3、7、10在液压缸内向右侧运动。端段液压缸中海水(2.5MPa)在活塞的挤压下其压力升至6.0MPa后成为高压海水，高压海水由管路24，25汇聚于管路26，经切换阀20和管路27进入反渗透膜器28，经反渗透膜脱盐后的淡水，经管路29输出至淡水池30，由反渗透膜器排出的高压浓盐水经由管路31进入中间段液压缸，作为动力源驱动活塞7在液压缸内向右端运动，中间段液压缸中低压浓盐水在活塞7的挤压下经由管路35，换向阀33和管路34进入浓盐水池37(0MPa)。当活塞7运行到中间段液压缸最右端时，换向阀20、33同时进行换向操作，进入到第二个工作状态。第二个工作状态如下：

图4为本发明的能量回收器配置于反渗透海水淡化系统中第二种工作状态流程示意图，即当活塞处于液压缸内右端位置时的工作状态。海水经海水泵18和换向阀20进入管路26分流至管路24、25，而后进入端段液压缸2、9(2.5MPa)。由反渗透膜器排出的高压浓盐水经管路31、32进入换向阀33，而后进入中间段液压缸中(5.8MPa)，在高压浓盐水的驱动下活塞3、7、10同时向左运动。端段液压缸2、9中的海水被挤压其压力升至6.0MPa，流入管路22、23汇聚于管路21并经换向阀20和管路27而后进入反渗透膜器28。当活塞7运行到中间段液压缸最左端时，换向阀20、33同时进行换向操作，进入到第一个工作状态。

上述过程往复进行，实现了将反渗透浓盐水中压力能回收，从而达到了降低反渗透海水淡化能耗的目的。

通过实验对本发明的应用说明如下，选用海德能海水反渗透膜SWC1-4040两只组件串连操作，反渗透膜器进口操作压力为6.0MPa，经反渗透膜后高压浓盐水压力为5.8MPa。选用流量为1.5m³/h的柱塞泵作为海水泵，随着海水泵出口压力上升达到2.5MPa时系统达到稳定运行，反渗透膜器的淡水回收率为18％，反渗透淡水产量为6m³/d，能量回收器的压力能回收效率达到91％。

Claims (3)

1.一种反渗透海水淡化用的三缸三活塞型能量回收器，其特征在于，该能量回收器包括三段液压缸，其中中间段液压缸(6)的直径大于两端端段液压缸(2、9)的直径，并且两端段液压缸(2、9)直径相等；中间段液压缸(6)与两端段液压缸(2、9)之间设置连接头(5、8)，两端段液压缸的外端设置封头(1、11)，两封头外边缘之间并穿过连接头(5、8)的外边缘设置压紧螺栓(12)及螺母(13)；在三段液压缸内及穿过连接头的中心孔(5-4、8-2)和活塞杆导向孔(5-2、8-4)设置活塞杆(4)，活塞杆的两端安装与端段液压缸(2、9)呈滑动配合的活塞(3、10)，活塞杆的轴向中央安装与中间段液压缸(6)呈滑动配合的活塞(7)。

2.按权利要求1所述的反渗透海水淡化用的三缸三活塞型能量回收器，其特征在于，连接头(5、8)的外边缘为四方形，径向中心开设有轴向连通的中心孔(5-2、8-4)和活塞杆导向孔(5-4、8-2)，连接头的一侧制有径向尺寸与中间段液压缸6内径呈紧配合的圆凸台，并且由连接头外边缘至该圆凸台的轴向外侧开设直角液流孔(5-1、8-1)，连接头的另一侧制有径向尺寸与端段液压缸(2、9)内径呈紧配合的圆凸台，并且由连接头外缘至中心孔壁上，开设直通液流孔(5-3、8-3)。

3.按权利要求1所述的反渗透海水淡化用的三缸三活塞型能量回收器，其特征在于，封头(1、11)的外边缘为四方形，它的一侧制有径向尺寸与端段液压缸(2、9)内径呈紧配合的圆凸台，并且由封头(1、11)外边缘至该圆凸台的轴向侧面开设直角液流孔(1-1、11-1)。

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