CN102126548A - 一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海水淡化领域，具体是一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，包括风力机、传动轴、齿轮换向器、加速齿轮箱、风能驱动的高压水泵及电动水泵，其特点是：所述风力机的输出轴与所述传动轴的上端固定连接，所述传动轴的下端与齿轮换向器的输入轴固定连接，所述齿轮换向器的输出轴通过联轴器与加速齿轮箱的输入轴连接，加速齿轮箱的输出轴通过联轴器和风能驱动高压泵的主轴连接。本方案以风能驱动高压泵为主要动力，当风力不足或无风时，可适当启用电动水泵以保证设施工作。本发明用于反渗透海水淡化，减少了电能消耗，具有投资省、效率高，运行及维护费用低等优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于海水淡化的设备，具体是一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置。
背景技术
世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。 海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。
海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好、价格渐趋合理， 现在所用的海水淡化方法有冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法等，目前应用反渗透膜的反渗透法以其设备简单、易于维护和设备模块化的优点迅速占领市场。反渗透法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的，反渗透膜具有高脱盐率和高透水性能。反渗透装置工作动力是压力差，由高压泵将经预处理的海水升压达到反渗透的工作压力，通常为5.0～6.9MPa使反渗透过程得以进行，即克服海水渗透压使水分子透过反渗透膜到淡水层。
反渗透法海水淡化，能耗是直接决定其成本高低的关键，而高压泵的耗电又占了运行成本的70%左右。现有的利用反渗透技术淡化海水的设备均以电力或燃油发动机为动力，适合于在陆地建厂或在具有发电设备的大型轮船上使用，其使用范围受到电力或能源供应的局限，难于在更大范围，尤其在众多岛屿等地域普遍推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种投资省、效率高的风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，以降低反渗透法海水淡化成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，包括风力机、传动轴、第二齿轮换向器、加速齿轮箱、风能驱动高压泵及电动水泵，所述风力机的输出轴与所述传动轴的上端固定连接，所述传动轴的下端与第二齿轮换向器的输入轴固定连接，所述第二齿轮换向器的输出轴通过第三联轴器与加速齿轮箱的输入轴连接，加速齿轮箱的输出轴通过第四联轴器和风能驱动高压泵的主轴连接。
所述风能驱动高压水泵的进水口连通低压海水管路，进水口通过电控阀与出水口连接，出水口通过管路与电控三通阀的入口连接，电控三通阀的第一出水口与所述电动水泵的进水口连接，第二出水口与总出水口及所述电动水泵的出水口连接。在高压水泵的前级设有海水预处理工序，目的是给高压水泵提供较清洁的低压海水。
进一步的，本发明的一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，还可以包括风力机塔架，所述风力机塔架是桁架结构，其上端与风力机固定，下端固定于塔架底座上。所述传动轴安装于风力机塔架内部，所述传动轴由一节或多节传动轴相互固定连接组成。
进一步的，本发明一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，还可以包括电控装置，具体包括PLC控制器，变频器，电控液压制动器、第一出水压力传感器、第二出水压力传感器及偏航装置，PLC控制器根据压力传感器的传感信号，控制电控阀的动作并通过变频器控制电动水泵的起、停和调速，根据风力大小控制液压制动器的动作，根据风向控制偏航装置调整风力机的迎风方向。电动水泵由电动机通过皮带驱动。
本发明一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置的工作原理是：风力机主轴在叶轮的带动下旋转，并带动传动轴旋转，经过第二齿轮换向器将垂直轴动力转换为水平轴动力，该动力经过加速齿轮箱加速后驱动风能高压水泵运转，以产生符合要求的高压水进入反渗透淡化装置，来制取淡化水。当风力较强时，由风能驱动水泵产生高压海水；当风力不足时，风能驱动高压水泵出水压力减小，电控装置自动控制电动水泵二次加压，以保证渗透压力；当无风时，电控装置自动控制电动水泵直接对低压海水加压产生高压水，以此来完成风能驱动、电机驱动或两种动力互补的驱动模式。
本方案的有益效果：
1、本发明利用风能直接驱动高压泵，相对于以风力发电为基础的电力驱动装置，减少了能源转化损失，具有投资省、效率高，运行及维护费用低等优势；
2、本发明采用风电互补功能，提高了风力驱动的实用性，当风力不足或无风时，可适当启用电动驱动装置保证设施工作；
3、本发明由于采用风力作为动力，整个系统工作环保节能，符合低碳经济发展要求，特别适合于风力资源丰富而电力资源缺乏的岛屿使用。
附图说明
图1为本发明风电互补驱动海水淡化高压泵装置的一种实施例的结构示意图；
图2为本发明风电互补驱动海水淡化高压泵装置的另一种实施例的结构示意图；
图3为本发明风电互补驱动海水淡化高压泵装置的电控装置控制示意图。
在图1、图2和图3中：1、1′叶轮主轴承，2、2′电控液压制动器，3第一齿轮换向器，4、4′机舱 ，5机舱底座，6、6′叶轮，7、7′第一联轴器，8风力机输出轴，9、9′第二联轴器，10轴向推力轴承，11传动轴，12塔架底座，13风力机塔架，14第二齿轮换向器，15连轴器，16第二齿轮换向器输出轴，17第三联轴器，18加速齿轮箱，19第四联轴器，20风能驱动高压水泵，21低压海水管路， 22偏航装置，23第一出水压力传感器，24电动水泵皮带，25电动机，26第二出水压力传感器，27总出水口，28风动泵出水口，29电控三通阀，30三通阀第一出水口，31电动水泵，32三通阀第二出水口，33进水口，34电控阀 。
具体实施方式
实施例一
如图1和图3所示，本发明风电互补驱动海水淡化高压泵装置的一个实施例：包括风力机、传动轴11、第二齿轮换向器14、加速齿轮箱18、风能驱动高压泵20及电动水泵31。所述风力机的输出轴8通过第二连轴器9与所述传动轴11的上端连接，第二联轴器（9）下部装有推力轴承(10)，所述传动轴11的下端通过联轴器15与第二齿轮换向器14的输入轴连接，所述第二齿轮换向器14的输出轴通过第三联轴器17与加速齿轮箱18的输入轴连接，加速齿轮箱18的输出轴通过第四联轴器19和风能驱动高压水泵20的主轴连接。
所述风能驱动高压水泵20的进水口33连通低压海水管路21，进水口33通过电控阀34与出水口28连接，出水口28通过管路与电控三通阀29的入口连接。电控三通阀29的第一出水口30与所述电动水泵31的进水口连接，第二出水口32与总出水口27及所述电动水泵31的出水口连接。
所述风力机是水平轴风力机，它包括机舱4、安装于机舱4前部的叶轮6、用于支承叶轮6主轴的叶轮主轴承1、安装于叶轮6主轴上的第一联轴器7、安装于第一联轴器7表面的电控液压制动器2、第一齿轮换向器3。所述第一齿轮换向器3的输入端通过第一联轴器7与风力机主轴连接，输出端通过第二联轴器9与传动轴11连接，机舱4的底部设有调节叶轮6迎风的偏航装置22。
本发明一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，还包括风力机塔架13，所述风力机塔架13是桁架结构，其上端与风力机机舱固定，下端固定于塔架底座12上。所述传动轴11安装于风力机塔架13内部，所述传动轴11由一节或多节传动轴相互固定连接组成。
本发明一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，还包括电控装置，具体包括PLC控制器，变频器，电控液压制动器、第一出水压力传感器、第二出水压力传感器及偏航装置，具体包括PLC控制器，变频控制器，电控液压制动器2、第一出水压力传感器23、第二出水压力传感器26及偏航装置22。PLC控制器根据压力传感器的传感信号，控制电控阀的动作并通过变频器控制电动水泵的起、停和调速，以此来完成风能驱动、电机驱动或两种动力互补的驱动模式；根据风力大小控制液压制动器2的动作，根据风向控制偏航装置22调整风力机的迎风方向。
本发明一种风电互补驱动海水淡化高压泵装置的具体工作过程如下：
有风时，海水由进水口33进入风能驱动高压水泵20，高压水泵20把海水加压后通过出水口28输出，进入电控三通阀29；根据出水压力传感器23的压力值，如果少于5MPa，电控装置控制电控三通阀29，关闭三通阀29第二出水口32，打开三通阀29第一出水口30，升压的海水进入电动水泵31，同时电机25启动通过变频控制，在电动水泵皮带24的带动下把压力提升至规定值；
如果大于5MPa，电控装置控制电控三通阀29，打开三通阀29第二出水口32，关闭三通阀29第一出水口30，升压的海水不进入电动水泵31，同时电机25关闭，高压海水直接进入总出水口27，第二出水压力传感器26对最终出水进行压力监控，反馈信号给电控装置；
当无风状态时，根据出水压力传感器23的压力值由电控装置打开电控阀34，海水不流经风能驱动高压水泵20，而直接进入风动水泵出水口28，进入电控三通阀29，电控装置控制电控三通阀29，关闭三通阀第二出水口32，打开三通阀29第一出水口30，电机25启动，在电动水泵皮带24的带动下把压力提升至规定值。
实施例二
如图2和图3所示，本发明风电互补驱动海水淡化高压泵装置的另一个实施例：其与实施例一的区别在于采用垂直轴风力机取代了实施例一中的水平轴风力机。其包括风力机、传动轴11、第二齿轮换向器14、加速齿轮箱18、风能驱动高压水泵20及电动水泵31。所述风力机的输出轴通过第一连轴器7与所述传动轴11的上端连接，所述传动轴11的下端通过第二联轴器9′与第二齿轮换向器14的输入轴连接，所述第二齿轮换向器14的输出轴通过第三联轴器17与加速齿轮箱18的输入轴连接，加速齿轮箱18的输出轴通过第四联轴器19和风能驱动高压泵20的主轴连接。
所述风能驱动高压水泵20的进水口33连通低压海水管路21，进水口33通过电控阀34与出水口28连接，出水口28通过管路与电控三通阀29的入口连接。电控三通阀29的第一出水口30与所述电动水泵31的进水口连接，第二出水口32与总出水口27及所述电动水泵31的出水口连接。
本发明一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，所述风力机是垂直轴风力机，它包括机舱4'，位于机舱底部的机舱底座5，安装于机舱4'顶部的叶轮6'，叶轮6'的主轴经安装于机舱4'内的主轴承1'定位后，通过安装于机舱4'内的第一联轴器7'与传动轴11连接，第一联轴器7'表面装有电动液压制动器2'，在机舱底座5上装有推力轴承10，推力轴承10对第一联轴器7和传动轴11来定位和承重。
本发明一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，还包括风力机塔架13，所述风力机塔架13是桁架结构，其上端与风力机固定，下端固定于塔架底座12上。所述传动轴11安装于风力机塔架13内部，所述传动轴11由一节或多节传动轴相互固定连接组成。
本发明一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，还包括电控装置，由于采用垂直轴风力机无需偏航控制，其余电控装置与实施例一相同。
本发明一种风电互补驱动海水淡化高压泵装置的具体工作过程与实施例一相同。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出其它变化，均应落入本发明的权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，包括风力机、传动轴（11）、第二齿轮换向器（14）、加速齿轮箱（18）、风能驱动高压水泵(20)及电动水泵(31)，其特征在于：所述风力机的输出轴与所述传动轴(11)的上端固定连接，所述传动轴(11)的下端与第二齿轮换向器(14)的输入轴固定连接，所述第二齿轮换向器(14)的输出轴通过第三联轴器（17）与加速齿轮箱（18）的输入轴连接，加速齿轮箱（18）的输出轴通过第四联轴器（19）和风能驱动高压水泵（20）的主轴连接；
所述风能驱动高压水泵（20）的进水口（33）连通低压海水管路（21），进水口（33）通过电控阀（34）与出水口（28）连接，出水口(28)通过管路与电控三通阀（29）的入口连接，电控三通阀（29）的第一出水口（30）与所述电动水泵(31)的进水口连接，第二出水口（32）与总出水口（27）及所述电动水泵（31）的出水口连接。
2.根据权利要求1所述一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，其特征在于：所述风力机是水平轴风力机，它包括机舱（4）、安装于机舱(4)前部的叶轮(6)、用于支承叶轮(6)主轴的叶轮主轴承（1）、安装于叶轮(6)主轴上的第一联轴器(7)、安装于第一联轴器(7)表面的电控液压制动器(2)、第一齿轮换向器(3)，所述第一齿轮换向器(3)的输入端通过第一联轴器（7）与风力机主轴连接，输出端通过第二联轴器（9）与传动轴（11）连接，第二联轴器（9）下部装有推力轴承(10)，机舱(4)的底部设有调节叶轮(6)迎风的偏航装置(22)。
3. 根据权利要求1所述一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，其特征在于：所述风力机是垂直轴风力机，它包括机舱(4')、位于机舱底部的机舱底座(5)、安装于机舱(4')顶部的叶轮(6')，所述叶轮(6')的主轴经安装于机舱(4')内的主轴承(1')定位后，通过安装于机舱(4')内的第一联轴器(7')与传动轴（11）连接，第一联轴器(7')表面装有电动液压制动器(2')，在机舱底座(5 )上装有推力轴承(10)。
4. 根据权利要求1至3任一项所述的一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，其特征在于：还包括风力机塔架（13 ），所述风力机塔架（13 ）是桁架结构，风力机塔架（13 ）上端与风力机固定连接，下端固定于塔架底座（12）上。
5.根据权利要求4所述一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，其特征在于：所述传动轴(11)安装于风力机塔架（13）内部，所述传动轴(11)由一节或多节传动轴相互固定连接组成。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种风电互补驱动海水淡化高压泵的装置，其特征在于：所述电动水泵(31)由电动机(25)通过皮带(24)驱动，电动机（25）的转速由电控装置控制。
7.根据权利要求1至3任一项所述的一种风电互补驱动海水淡化高压水泵的装置，其特征在于：还包括电控装置，具体包括PLC控制器、变频器、电控液压制动器、第一出水压力传感器(23)、第二出水压力传感器(26)及偏航装置（22）；
PLC控制器根据第一出水压力传感器（23）、和第二出水压力传感器（26）的传感信号，控制电控阀（34）、和电控三通阀（29）的动作并通过变频器控制电动水泵（31）的起、停和调速，以此来完成风能驱动、电能驱动或两种动力互补的驱动模式，并根据风力大小控制液压制动器的动作，根据风向控制偏航装置（22）调整风力机的迎风方向。
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