CN102173479B - 一种风电互补的气动海水淡化装置 - 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的气动海水淡化装置，包括气动水压增压泵、电动水泵、输气管及风力驱动的空气压缩机组。所述空气压缩机组包括机舱、安装于机舱前部的风力机叶轮及安装于机舱内部的顺次固定连接的叶轮主轴、加速齿轮箱、联轴器和空气压缩机。所述空气压缩机的输出压缩空气通过输气管与所述气动水压增压泵连通。以风力直接驱动空气压缩机产生压缩空气，以压缩空气作为气动水压增压泵的主要动力进行海水反渗透淡化，当风力不足或无风时，可适当启用电动水泵加压以保证海水淡化设施工作。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，特别适合在众多岛屿和沿海地区使用。

Description

一种风电互补的气动海水淡化装置
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的气动海水淡化装置。
背景技术
海水淡化现已经成为解决全球水资源危机的重要途径，目前应用反渗透膜的反渗透法应用最为广泛。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。
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，其使用范围受到电力或能源供应的局限，难于在更大范围，尤其在众多岛屿等电力匮乏的区域普遍推广使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种投资省、效率高的风电互补的气动海水淡化装置，以风力直接驱动空气压缩机产生压缩空气，以压缩空气作为气动水压增压泵的主要动力进行海水反渗透淡化，目的在于降低反渗透法海水淡化成本。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种风电互补的气动海水淡化装置，包括气动水压增压泵、电动水泵、输气管，其特征在于：还包括风力驱动的空气压缩机组，所述空气压缩机组包括机舱、安装于机舱前部的风力机叶轮及安装于机舱内部的叶轮主轴、叶轮主轴的支承轴承、加速齿轮箱、联轴器和空气压缩机。
所述叶轮主轴与所述加速齿轮箱的输入轴固定连接、所述加速齿轮箱的输出轴通过联轴器与所述空气压缩机的主轴固定连接，所述联轴器的表面设置有电控液压制动器，所述空气压缩机的输出压缩空气通过所述输气管与所述气动水压增压泵连通。
所述气动水压增压泵的进水口连通低压海水管路，进水口通过电控阀与气动水压增压泵出水口连接，气动水压增压泵出水口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，总出水口通入反渗透海水淡化设施。在气动水压增压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。
本发明的一种风电互补的气动海水淡化装置，所述压缩空气机组的空气压缩机是活塞式空气压缩机，也可以是螺杆式空气压缩机。
进一步的，本发明的一种风电互补的气动海水淡化装置，还可以包括连接于所述压缩空气机组与所述气动水压增压泵之间的储气罐及单向阀，所述储气罐上带有气压调压阀。
进一步的，本发明的一种风电互补的气动海水淡化装置，还可以包括支撑所述压缩空气机组的塔架，所述塔架是管柱结构或桁架结构，塔架上端通过机舱底座与压缩空气机组连接，下端固定于塔架底座上。
进一步的，本发明的一种风电互补的气动海水淡化装置，还可以包括反渗透海水淡化设施。
进一步的，本发明的一种风电互补的气动海水淡化装置，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控制器根据第一出水压力传感器、和第二出水压力传感器的传感信号，控制电控阀、和电控三通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、电能驱动或两种动力互补的驱动模式，并根据风力大小控制电控液压制动器的动作及空气压缩机的工作状态。对风力机叶轮是水平轴的情况还需根据风向控制偏航装置调整叶轮的迎风方向。所述电动水泵由电动机通过皮带驱动。
本发明一种风电互补的气动海水淡化装置的工作原理是：风力驱动的压缩空气机组通过风力机叶轮将风能转换为机械能，经加速齿轮箱加速后供空气压缩机制造压缩空气，气动水压增压泵以压缩空气为动力对低压海水进行加压。当风力较强时，如气动水压增压泵的输出压力满足预先设定的压力值则海水直接泵入反渗透海水淡化设施淡化为淡水输出；当风力不足或气动水压增压泵输出压力不足时，电控装置自动控制电动水泵二次加压，以保证反渗透压力；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、电能驱动或两种动力互补的驱动模式。
本方案的有益效果：
1、本发明将风能转化为压缩空气驱动气动水压增压泵，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，可适当启用电能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，降低了对石油、煤炭等不可再生能源的依赖，缓解了能源危机，保护了大气环境。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
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
图1为本发明一种风电互补的气动海水淡化装置的一种实施例的结构示意图；
图2为本发明一种风电互补的气动海水淡化装置的另一种实施例的结构示意图；
图3为本发明一种风电互补的气动海水淡化装置的电控装置控制示意
图。
在图1、图2和图3中：1、1′风力机叶轮，2、2′叶轮支承轴承、3、3′进气滤清口，4偏航装置，5、5′加速齿轮箱，6、6′联轴器，7、7′电控液压制动器，8、8′空气压缩机，9单向阀，10、10′机舱，11、11′机舱底座，12塔架，13输气管，14储气罐，15气压调压阀，16气动水压增压泵，17低压海水进口，18电控阀，19皮带，20气动水压增压泵出水口，21第一出水压力传感器，22电控三通阀，23电控三通阀第二出水口，24电控三通阀第一出水口，25第二出水压力传感器，26电动水泵，27电动机，28总出水管，29塔架底座，30反渗透海水淡化设施。
具体实施方式
实施例一
如图1和图3所示，是一种采用水平轴风力机叶轮的风电互补的气动海水淡化装置，包括气动水压增压泵16、电动水泵26、输气管13，还包括风力驱动的空气压缩机组，所述空气压缩机组包括机舱10、安装于机舱10前部的叶轮1及安装于机舱10内部的叶轮主轴、叶轮主轴的支承轴承2、加速齿轮箱5、联轴器6和空气压缩机8，其机舱10内的动力传动轴均采用水平轴连接。
所述叶轮主轴与所述加速齿轮箱5的输入轴固定连接、所述加速齿轮箱5的输出轴通过联轴器6与所述空气压缩机8的主轴固定连接，所述联轴器6的表面设置有电控液压制动器7，所述空气压缩机的输出压缩空气通过所述输气管13与所述气动水压增压泵16连通。
所述气动水压增压泵16的进水口17连通低压海水管路，进水口17还通过电控阀18与气动水压增压泵出水口20连接，气动水压增压泵出水口20与电控三通阀22的入口连接，电控三通阀22的第一出水口24与所述电动水泵26的进水口连接，电控三通阀22的第二出水口23与总出水口28及所述电动水泵26的出水口连接。总出水口28通入反渗透海水淡化设施30。所述电动水泵26由电动机27通过皮带19驱动。
根据水平轴风力机的调节需求，在机舱10的底部设有调节叶轮1迎风的偏航装置4。在机舱10上设有空气压缩机进气滤清口3。
本发明的一种风电互补的气动海水淡化装置，还包括连接于所述压缩空气机组与所述气动水压增压泵16之间的储气罐14及单向阀9，采用储气罐14可有效稳定供给气动水压增压泵16的工作气压，所述储气罐14上带有气压调压阀15。
本发明的一种风电互补的气动海水淡化装置，还包括支撑所述压缩空气机组的塔架12，所述塔架12是管柱结构或桁架结构，塔架12上端与机舱底座11连接，机舱底座11可相对塔架12旋转，下端固定于塔架底座29上。
本发明的一种风电互补的气动海水淡化装置，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21、第二出水压力传感器25及偏航装置4。
PLC控制器根据第一出水压力传感器21、和第二出水压力传感器25的传感信号，控制电控阀18、和电控三通阀22的动作并通过变频器控制电动水泵26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，根据风向控制偏航装置4调整叶轮1的迎风方向，并根据风力大小控制电控液压制动器7的动作及空气压缩机8的工作状态。
本发明一种风电互补的气动海水淡化装置实施例的具体工作原理是：风力驱动的压缩空气机组通过风力机叶轮1将风能转换为叶轮主轴的机械能，经加速齿轮箱5加速后供空气压缩机8制造压缩空气。空气压缩机8的压缩空气输出口通过输气管13输送到储气罐14，再经气压调压阀15稳压后进入气动水压增压泵16，气动水压增压泵16以压缩空气为动力对低压海水进行加压。当风力较强时，如气动水压增压泵16的输出压力满足预先设定的压力值，则海水直接泵入反渗透海水淡化设施30淡化为淡水输出；当风力不足或气动水压增压泵输出压力不足时，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、电能驱动或两种动力互补的驱动模式。
本发明一种风电互补的气动海水淡化装置的具体工作过程如下：
有风时，低压海水由气动水压增压泵进水口17进入气动水压增压泵16，气动水压增压泵16把海水加压后通过出水口20输出，进入电控三通阀22；根据第一出水压力传感器21的压力值，如果少于5MPa，电控装置控制电控三通阀22，关闭电控三通阀22第二出水口23，打开电控三通阀22第一出水口24，升压的海水进入电动水泵26，同时通过变频控制启动电动机27，电动水泵26在皮带19的带动下把压力提升至规定值；
如果第一出水压力传感器21的压力大于5MPa，电控装置控制电控三通阀22，打开电控三通阀22第二出水口23，关闭电控三通阀22第一出水口24，经过气动水压增压泵16升压的海水不进入电动水泵26，同时电动机27停止，高压海水直接进入总出水口28，第二出水压力传感器25对最终出水进行压力监控，反馈信号给电控装置；
当无风或风弱状态时，根据第一出水压力传感器21的压力值由电控装置打开电控阀18，海水不流经气动水压增压泵16，而直接进入气动水压增压泵出水口20，进入电控三通阀22，电控装置控制电控三通阀22，关闭电控三通阀第二出水口23，打开电控三通阀22第一出水口24，电动机27启动，电动水泵在皮带19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，是一种采用垂直轴风力机叶轮的风电互补的气动海水淡化装置，包括气动水压增压泵16、电动水泵26、输气管13，还包括风力驱动的空气压缩机组，所述空气压缩机组包括机舱10′、安装于机舱10′上部的风力机叶轮1′及安装于机舱10′内部的叶轮主轴、叶轮主轴的支承轴承2′、加速齿轮箱5′、联轴器6′和空气压缩机8′，其机舱内的动力传动轴均采用垂直轴连接。在机舱10′上设有空气压缩机进气滤清口3′。
所述叶轮主轴与所述加速齿轮箱5′的输入轴固定连接、所述加速齿轮箱5′的输出轴通过联轴器6′与所述空气压缩机8′的主轴固定连接，所述联轴器6′的表面设置有电控液压制动器7′，所述空气压缩机8′的输出压缩空气通过所述输气管13与所述气动水压增压泵16连通。
所述气动水压增压泵16的进水口17连通低压海水管路，进水口17还通过电控阀18与气动水压增压泵出水口20连接，气动水压增压泵出水口20与电控三通阀22的入口连接，电控三通阀22的第一出水口24与所述电动水泵26的进水口连接，第二出水口23与总出水口28及所述电动水泵26的出水口连接。总出水口28通入反渗透海水淡化设施。电动水泵26由电动机27通过皮带19驱动。
本发明的一种风电互补的气动海水淡化装置，还包括连接于所述压缩空气机组与所述气动水压增压泵16之间的储气罐14及单向阀9，所述储气罐14上带有气压调压阀15，以保证进入气动水压增压泵16的气压稳定。
本发明的一种风电互补的气动海水淡化装置，还包括支撑所述压缩空气机组的塔架12，所述塔架12是管柱结构或桁架结构，塔架12上端与机舱底座11′固定连接，下端固定于塔架底座29上。
本发明的一种风电互补的气动海水淡化装置，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的气动海水淡化装置的具体工作原理和过程与实施例一相同。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形或等同替换，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种风电互补的气动海水淡化装置，包括气动水压增压泵、电动水泵、输气管,其特征在于：还包括风力驱动的空气压缩机组，所述空气压缩机组包括机舱、安装于机舱前部的风力机叶轮及安装于机舱内部的叶轮主轴、加速齿轮箱、联轴器和空气压缩机；
所述叶轮主轴与所述加速齿轮箱的输入轴固定连接、所述加速齿轮箱的输出轴通过联轴器与所述空气压缩机的主轴固定连接，所述联轴器的表面设置有电控液压制动器，所述空气压缩机的输出压缩空气通过所述输气管与所述气动水压增压泵连通；
所述气动水压增压泵的进水口连通低压海水管路，进水口通过电控阀与气动水压增压泵出水口连接，气动水压增压泵的出水口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。
2.根据权利要求1所述的一种风电互补的气动海水淡化装置，其特征在于：所述叶轮主轴是水平轴，在所述机舱的底部设有调节叶轮迎风的偏航装置。
3.根据权利要求1所述的一种风电互补的气动海水淡化装置，其特征在于：所述叶轮主轴是垂直轴。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种风电互补的气动海水淡化装置，其特征在于：还包括连接于所述空气压缩机组与所述气动水压增压泵之间的储气罐及单向阀,所述储气罐上带有气压调压阀。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种风电互补的气动海水淡化装置，其特征在于：所述空气压缩机组的空气压缩机是活塞式空气压缩机或螺杆式空气压缩机。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种风电互补的气动海水淡化装置，其特征在于：还包括支撑所述空气压缩机组的塔架，所述塔架是管柱结构或桁架结构，塔架上端通过机舱底座与空气压缩机组连接，下端固定于塔架底座上。
7.根据权利要求1至3任一项所述的一种风电互补的气动海水淡化装置，其特征在于：所述电动水泵由电动机通过皮带驱动。
8.根据权利要求1至3任一项所述的一种风电互补的气动海水淡化装置，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及第二出水压力传感器；
PLC控制器根据第一出水压力传感器、和第二出水压力传感器的传感信号，控制电控阀、和电控三通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、电能驱动或两种动力互补的驱动模式，根据风力大小控制电控液压制动器的动作及空气压缩机的工作状态。
9.根据权利要求1至3任一项所述的一种风电互补的气动海水淡化装置，其特征在于：还包括反渗透海水淡化设施。
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