CN102276016B - 一种风电互补的液压驱动海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海水淡化领域，具体是一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，包括海水增压系统、风力驱动的液压增压系统及反渗透海水淡化设施。所述液压水压增压系统包括油箱、低压油泵、输油管及风力驱动的液压增压机组，所述液压增压机组包括机舱、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、联轴器和液压泵。风力驱动液压泵产生高压油，液压水压增压泵以高压油为动力对海水加压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

一种风电互补的液压驱动海水淡化装置

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液压驱动海水淡化装置。

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。反渗透法是利用反渗透膜只允许溶剂透过、不允许溶质透过的特有性能，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液压驱动海水淡化装置，以风力直接驱动液压泵产生高压油，以高压油作为液压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：

本发明的一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，包括海水增压系统和风力驱动的液压增压系统。

所述海水增压系统包括液压水压增压泵及电动水泵，所述液压水压增压泵的进水口连通低压海水管路，并通过电控阀与液压水压增压泵出水口连接，液压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，电控三通阀的第二出水口与总出水口及所述电动水泵的出水口连接，所述总出水口连接反渗透海水淡化设施。在液压水压增压泵出水口和海水增压系统的总出水口分别安装有压力传感器。

在液压水压增压泵的前级设有海水预处理工序，目的是给水压增压泵提供较清洁的低压海水。

所述液压增压系统包括油箱、低压油泵、输油管及风力驱动的液压增压机组，所述风力驱动的液压增压机组包括机舱、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、叶轮主轴支承轴承、加速齿轮箱、联轴器和液压泵、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液压泵的主轴连接，所述联轴器的表面设置有电控液压制动器，所述液压泵的主轴上设置有转速传感器，所述液压泵的输出高压油通过高压输油管驱动所述液压水压增压泵，所述低压油泵的输入端与油箱相通，所述低压油泵的输出端通过低压输油管与所述液压泵的进油端连接。

进一步的，本发明的一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，还可以包括连接于所述风力驱动的液压增压机组与所述液压水压增压泵之间的缓冲压力容器、溢流阀、流量控制阀及单向阀，以及连接于低压油泵前级的滤清器。这样可以有效稳定油路压力，保证液压泵正常运行。

进一步的，本发明的一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，还包括支撑所述机舱的塔架，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机舱连接，塔架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液压驱动海水淡化装置，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、转速传感器及出水压力传感器。

PLC控制器根据转速传感器、和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液压泵的工作状态。根据风向控制偏航装置来调整风力机的迎风方向。

进一步的，本发明的一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，还包括反渗透海水淡化设施。

本发明一种风电互补的液压驱动海水淡化装置的工作原理是：风力驱动的液压增压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驱动液压泵产生高压油，高压油通过输油管驱动液压水压增压泵，液压水压增压泵对低压海水进行加压。

低压油泵通过电力驱动，汲取油箱的液压油经过加压送入塔架顶部液压泵。当风力较强时，如液压泵的主轴满足预先设定的转速值或液压水压增压泵的压力达到设定值，则海水直接泵入反渗透海水淡化设施淡化为淡水输出；当液压水压增压泵的压力不足或液压泵的主轴转速不足时，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，根据需要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，进入反渗透海水淡化设施，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高压油驱动液压水压增压泵，相对于以风力发电为基础的电力驱动高压泵的装置，减少了能源转化损失，具有效率高，海水淡化成本低的优势；

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，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液压驱动海水淡化装置的实施方式结构示意图；

图2为本发明一种风电互补的液压驱动海水淡化装置的电控装置控制示意图。

在图1、图2中：1、风力机叶轮 ，2、叶轮主轴支承轴承、3、加速齿轮箱，4、电控液压制动器，5、联轴器，6、转速传感器，7、液压泵，8、机舱，9单向阀，10、偏航装置，11、机舱底座，12、塔架，13、低压输油管，14、高压输油管，15、压力表，16、溢流阀，17、缓冲压力容器，18、控制阀，19、流量控制阀，20、液压水压增压泵，21、海水进水口，22、电控阀，23、油箱，24、液压水压增压泵出水口，25、第一出水压力传感器，26、电控三通阀，27、三通阀第二出水口，28、三通阀第一出水口，29、第二出水压力传感器，30、反渗透海水淡化设施，31、电动水泵，32、电动机，33、皮带，34、滤清器，35、低压油泵，36、单向阀，37、流量控制阀，38、总出水口。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，包括海水增压系统和风力驱动的液压增压系统。

所述海水增压系统包括液压水压增压泵20及电动水泵31，所述液压水压增压泵20的进水口连通低压海水管路21，并通过电控阀22与液压水压增压泵出水口24连接，液压水压增压泵出水口24与电控三通阀26的入口连接，电控三通阀的第一出水口28与所述电动水泵31的进水口连接，电控三通阀26的第二出水口27与总出水口38及所述电动水泵31的出水口连接，所述总出水口38连接反渗透海水淡化设施30。

所述液压增压系统包括油箱23、低压油泵35、输油管13、14，及风力驱动的液压增压机组，所述风力驱动的液压增压机组包括机舱8、安装于机舱7前部的风力机叶轮1及安装于机舱内部的叶轮主轴、叶轮主轴支承轴承2、加速齿轮箱3、联轴器5和液压泵7、所述叶轮主轴与所述加速齿轮箱3的输入轴固定连接、所述加速齿轮箱3的输出轴通过联轴器5与所述液压泵7的主轴连接，所述联轴器5的表面设置有电控液压制动器4，所述液压泵7的主轴上设置有转速传感器6，所述液压泵7的输出高压油通过高压输油管14驱动所述液压水压增压泵20，所述低压油泵35的输入端与油箱23相通，所述低压油泵35的输出端通过低压输油管13与所述液压泵7的进油端连接。

 在本实施方式中，所述风力驱动的液压增压系统采用的是水平轴风力机，根据水平轴风力机的调节需求，在机舱8的底部设有调节叶轮迎风的偏航装置10。当采用垂直轴风力机来实施本发明方案时，除无需偏航装置10外，其余配置与本实施方式基本相同。

进一步的，本发明的一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，还可以包括连接于所述风力驱动的液压增压机组与所述液压水压增压泵20之间的缓冲压力容器17、溢流阀16、流量控制阀19、37、单向阀9、36，以及连接于低压油泵35前级的滤清器34。在所述缓冲压力容器 17的入口设有控制阀18及压力表15。

进一步的，本发明的一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，还包括支撑所述机舱8的塔架12，所述塔架12是管柱结构或桁架结构，塔架12上端通过机舱底座11与机舱8连接，塔架12下端固定于塔架底座上。

本发明的一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，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4、转速传感器6、出水压力传感器25、29及偏航装置10。

PLC控制器根据转速传感器6、和出水压力传感器25、29的传感信号，控制电控阀22、和电控三通阀26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，根据风向控制偏航装置10调整叶轮的迎风方向, 并根据风力大小控制电控液压制动器4的动作及液压泵7的工作状态。低压油泵35由电控装置控制运行。

本发明的一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，还包括反渗透海水淡化设施30。

本发明一种风电互补的液压驱动海水淡化装置的具体工作过程如下：

有风时，低压海水直接进入液压水压增压泵20，液压水压增压泵20把海水加压后通过出水口24输出，进入电控三通阀26；根据第一出水压力传感器25的压力值，如果少于5MPa，电控装置控制电控三通阀26，关闭三通阀第二出水口27，打开三通阀第一出水口28，升压的海水进入电动水泵31，同时通过变频控制启动电动机32，在电动水泵皮带33的带动下把压力提升至规定值。

如果第一出水压力传感器25的压力大于5MPa，电控装置控制电控三通阀26，打开三通阀第二出水口27，关闭三通阀第一出水口28，经过液压水压增压泵20升压的海水不进入电动水泵31，同时电动机32停止，高压海水直接进入总出水口38，第二出水压力传感器29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25的压力值由电控装置打开电控阀22，海水不流经液压水压增压泵20，而直接进入液压水压增压泵出水口24，进入电控三通阀26，电控装置控制电控三通阀26，关闭三通阀第二出水口27，打开三通阀第一出水口28，电机启动，在电动水泵皮带33的带动下把压力提升至规定值。

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 (4)

1.一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，包括海水增压系统，所述海水增压系统包括液压水压增压泵（20）及电动水泵（31），所述液压水压增压泵（20）的进水口连通低压海水管路（21）并通过电控阀（22）与液压水压增压泵出水口（24）连接，液压水压增压泵出水口（24）与电控三通阀（26）的入口连接，电控三通阀的第一出水口（28）与所述电动水泵（31）的进水口连接，电控三通阀的第二出水口（27）与总出水口（38）及所述电动水泵（31）的出水口连接，所述总出水口（38）连接反渗透海水淡化设施（30），其特征在于：还包括风力驱动的液压增压系统；

所述风力驱动的液压增压系统包括油箱（23）、低压油泵（35）、输油管及风力驱动的液压增压机组，所述风力驱动的液压增压机组包括机舱（8）、安装于机舱（8）前部的风力机叶轮（1）及安装于机舱内部的叶轮主轴、加速齿轮箱（3）、联轴器（5）和液压泵（7）、所述叶轮主轴与所述加速齿轮箱（3）的输入轴固定连接、所述加速齿轮箱（3）的输出轴通过联轴器（5）与所述液压泵（7）的主轴连接，所述联轴器（5）的表面设置有电控液压制动器（4），所述液压泵（7）的主轴上设置有转速传感器（6），所述液压泵（7）的输出高压油通过高压输油管（14）驱动所述液压水压增压泵（20），所述低压油泵（35）的输入端与所述油箱（23）相通，所述低压油泵（35）的输出端通过低压输油管（13）与所述液压泵（7）的进油端连接。

2.根据权利要求1所述的一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，其特征在于：还包括连接于所述风力驱动的液压增压机组与所述液压水压增压泵（20）之间油路上的缓冲压力容器（17）、溢流阀（16）、流量控制阀（19、37）及单向阀（9、36）。

3.根据权利要求1或2所述的一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，其特征在于：还包括支撑所述机舱（8）的塔架（12），所述塔架（12）是管柱结构或桁架结构，塔架（12）上端通过机舱底座（11）与机舱（8）连接，塔架（12）下端固定于塔架底座上。 

4.根据权利要求1或2所述的一种风电互补的液压驱动海水淡化装置，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（4）、转速传感器（6）及出水压力传感器（25、29）；

PLC控制器根据转速传感器（6）、和出水压力传感器（25、29）的传感信号，控制电控阀（22）、和电控三通阀（26）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，根据风力大小控制电控液压制动器（4）的动作及液压泵（7）的工作状态。 

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