CN102351277B

CN102351277B - 往复运动滑块轴向密封流体压力切换器

Info

Publication number: CN102351277B
Application number: CN 201110268610
Authority: CN
Inventors: 王越; 宋代旺; 路乃元; 徐世昌; 王世昌
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2031-09-13
Also published as: CN102351277A

Abstract

本发明公开了一种往复运动滑块轴向密封流体压力切换器。该流体压力切换器包括连接高压段壳体和泄压段筒体，其上设置流体（高压盐水）进入管、水压缸连接管和泄压接管，其端部设置泄压口挡环，其内设置高压腔挡环、限位固定高压腔挡环的定距环和连接挡环，在高压段壳体和泄压段筒体径向中心设置连接的四拉杆，拉杆上设置包括与高压腔挡环密封配合的固定密封块、连接挡环滑动密封块和泄压口挡环滑动密封块。本发明的优点：以简单的结构实现复杂的流体切换，内部结构由多个小元件组装而成，易于加工和安装，可替换性好，工作可靠，进出流体压力切换器的压力和流量无波动。

Description

往复运动滑块轴向密封流体压力切换器

技术领域

本发明涉及一种往复运动滑块轴向密封流体压力切换器，属于反渗透海水淡化能量回收装置的零部件装置。

背景技术

反渗透海水淡化技术作为一种主要的淡水资源增量技术已在我国得到普遍采用。反渗透海水淡化属于压力驱动的膜分离过程，原料海水需首先通过高压泵加压到5.5-8.0MPa之间并进入反渗透膜组件，其中约45%的原料海水通过反渗透膜被分离成为淡化产品水，而剩余的约55%浓缩海水则以与原料海水压力相当的高压盐水（压力>5.0MPa）的形式被排放，造成能量的巨大浪费。因此，采用能量回收装置高效回收利用高压盐水中的余压能量，对降低反渗透海水淡化系统能耗和产水成本具有重要意义。

能量回收装置已成为反渗透海水淡化技术的关键装备之一，其按工作原理主要分为水力透平式和正位移式两类。前者能量回收效率相对较低（约85%），并且能量回收效率在偏离额定流量时会急剧下降。后者能量回收效率高达95%，并且基本不受操作流量影响，成为国内外研究开发和市场推广的重点产品。

阀控能量回收装置即属于正位移式产品类型，流体压力切换器是其最核心的部件装置之一。专利US005797429A公布了一种往复活塞式流体压力切换器，其工作原理是通过两个同轴连接的活塞在带有夹层的切换器壳体内往复运动，实现高压盐水和泄压盐水的流动切换。该专利设计不足之处在于：其一，切换器内流体的密封面是活塞圆柱面与壳体内表面的周向密封，装置加工精度要求高，活塞密封效果不易保证；其二，切换器壳体为夹层结构，壳体内筒体上设置栅格型流通槽，加工工艺复杂，装置制造成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑，操作简单，换位迅速，性能可靠的往复运动滑块轴向密封流体压力切换器，该流体压力切换器同时还具有消除换位时流体压力和流量波动的功能。

本发明是通过以下技术方案加以实现的：一种往复运动滑块轴向密封流体压力切换器，该流体压力切换器包括高压段壳体4，它的一端通过其上的法兰连接泄压口挡环9，其另一端设置连接挡环3，该连接挡环连接泄压段筒体13，在泄压段筒体上设置泄压管2，在高压段壳体上于壳体轴向中心处设置流体（高压盐水）进入管6，与流体进入管相对180^o的高压段壳体上并以流体进入管延长中心线为对称中心设置水压缸连接管Ⅰ12、水压缸连接管Ⅱ11，其特征在于，在高压段壳体内于流体进入管口的两侧设置高压腔挡环Ⅰ5-1、高压腔挡环Ⅱ5-2，其中高压腔挡环Ⅰ由该高压腔挡环至连接挡环3之间所设置的定距环Ⅰ8-2加以限位固定，高压腔挡环Ⅱ由该高压腔挡环至泄压口挡环9之间所设置的定距环Ⅱ8-1加以限位固定，于是由泄压口挡环、两块高压腔挡环以及连接挡环将高压段壳体和泄压段筒体构成的同心整体腔分隔成四个腔室，在四个腔室径向中心设置同心连接的四个拉杆，分别为拉杆Ⅰ1-1、拉杆Ⅱ1-2、拉杆Ⅲ1-3和拉杆Ⅳ1-4，其中拉杆Ⅲ为中间粗两头细的阶梯段杆，且拉杆两端制有外螺纹，在该拉杆的两段的细杆段上分别装配与高压腔挡环Ⅰ5-1配合的固定密封块Ⅰ7-3、与高压腔挡环Ⅱ5-2配合的固定密封块Ⅱ7-1；在拉杆Ⅲ伸向泄压口挡环方向，以该拉杆端螺纹连接拉杆Ⅳ，在拉杆Ⅳ的细杆段上设置泄压口挡环滑动密封块7-2，在拉杆Ⅳ的杆端螺纹连接锁紧螺母10，在拉杆Ⅲ的另一端以该拉杆的端螺纹连接拉杆Ⅱ，在该拉杆Ⅱ细杆段上设置连接挡环滑动密封块7-4，在拉杆Ⅱ的杆端与拉杆Ⅰ以单耳环销连接，拉杆Ⅰ的另一端伸出泄压段筒体端板外。

上述的高压腔挡环Ⅰ5-1和高压腔挡环Ⅱ5-2的轴向端面密封面为平面，或者轴向密封面为锥平面。

上述的固定密封块Ⅰ7-3和固定密封块Ⅱ7-1由不等直径的圆柱段和圆环柱段构成，其中小直径圆环柱段与高压腔挡环内腔以动配合连接，其上开设径向流通孔；或者是固定密封块Ⅰ7-3和固定密封块Ⅱ7-1由锥面体段和圆环柱段构成，其中，锥面体段的锥平面与高压腔挡环Ⅰ5-1和高压腔挡环Ⅱ5-2的锥平面密封配合，圆环柱段与高压腔挡环内腔以动配合连接，其上开设径向流通孔。

本发明的优点：以简单的结构实现复杂的流体切换，内部结构由多个小元件组装而成，易于加工，且无需特殊材料和加工工艺，便于安装，可替换性好，由于采用密封效果好的端面密封形式，可以较容易的控制高压盐水向泄压管路的泄漏量，控制精确，工作可靠，进出流体压力切换器的压力和流量无波动。

附图说明

图1为配置本发明往复运动滑块轴向密封流体压力切换器的能量回收装置结构示意图。

图2为本发明往复运动滑块轴向密封流体压力切换器结构示意图。

图3为本发明往复运动滑块轴向密封流体压力切换器另一种工作状态结构示意图。

图4为图2中固定密封块Ⅰ或固定密封块Ⅱ的结构示意图。

图5是图4的A-A截面剖面图。

图6为轴向密封面为锥平面的高压腔挡环Ⅰ或高压腔挡环Ⅱ的结构示意图。

图7为与图6密封配合的锥面固定密封块Ⅰ或锥面固定密封块Ⅱ的结构示意图。

图中：1-1—拉杆Ⅰ；1-2—拉杆Ⅱ；1-3—拉杆Ⅲ；1-4—拉杆Ⅳ；2—泄压管；3—连接挡环；4—高压段壳体；5-1—高压腔挡环Ⅰ；5-2—高压腔挡环Ⅱ；6—高压盐水进入管；7-1—固定密封块Ⅱ；7-2—泄压口挡环滑动密封块；7-3—固定密封块Ⅰ；7-4—连接挡环滑动密封块；8-1—定距环Ⅱ；8-2—定距环Ⅰ；9—泄压口挡环；10—锁紧螺母；11—水压缸连接管Ⅱ；12—水压缸连接管Ⅰ；13—泄压段筒体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明加以进一步说明。图2为本发明流体压力切换器的结构示意图，图中高压段壳体4，该壳体外径Φ190mm，壁厚15mm，长530mm；壳体上连接流体进入管6，内径为Φ80mm，水压缸连接管Ⅰ12和水压缸连接管Ⅱ11的内径均为Φ80mm；壳体一端通过其上的法兰及螺栓连接泄压口挡环9，该泄压口挡环为法兰盘状，中间开孔，内径为Φ100mm；高压段壳体另一端通过法兰与连接挡环3连接，该连接挡环中间孔径为Φ100mm；该连接挡环连接泄压段筒体13，该筒体的内径为Φ120mm，长为220mm，其上连接的泄压管2的内径为Φ80mm；在高压段腔体内设置定距环Ⅰ8-2和定距环Ⅱ8-1，该定距环外径为Φ160mm，壁厚7.5mm，其上开设的接管配装孔直径为Φ85mm；在高压盐水进入口的两侧设置由定距环加以限位固定的高压腔挡环Ⅰ5-1和高压腔挡环Ⅱ5-2，该高压腔挡环为凸台状，内孔径为Φ100mm，该高压腔挡环的凸台最大外边缘直径为Φ160mm；拉杆Ⅲ1-3中间段直径为Φ40mm，两端细杆段的直径为Φ24mm；在该细杆段上安装固定密封块Ⅰ7-3和固定密封块Ⅱ7-1，该固定密封块上的大凸台外径为Φ123mm，其上与高压腔挡环内孔动配合的圆环柱段外圆直径为Φ100mm；拉杆Ⅲ的杆端螺纹连接拉杆Ⅳ1-4，拉杆Ⅳ的粗杆段的直径为Φ40mm，杆端外螺纹上配有锁紧螺母10，在细杆段上装配有泄压口挡环滑动密封块7-2，该滑动密封块盘体外径为Φ123mm；拉杆Ⅲ的另一端的外螺纹连接拉杆Ⅱ，该拉杆Ⅱ的粗杆段直径为Φ40mm，细杆段直径为Φ24mm，其中包括尺寸为30x20mm的单耳环段，在细杆段上装配有带有小凸台的连接挡环滑动密封块7-4，该滑动密封块盘体外径为Φ123mm；拉杆Ⅱ通过单耳环销连接拉杆Ⅰ，拉杆Ⅰ直径为Φ40mm。

上述结构的往复运动滑块轴向密封流体压力切换器的工作过程如下：该切换器配置于海水淡化能量回收系统，如图1所示，该能量回收系统包括两个水压缸，水压缸的一端连接本发明的流体压力切换器，另一端连接止回阀组。本发明拉杆往复运动的动力由油缸提供，当拉杆运动至如图2所示状态时，此时，本发明的流体压力切换器的工作状态为：高压盐水从高压流体进入管6流入高压段壳体内，流经高压腔挡环Ⅰ5-1的内孔和固定密封块Ⅰ7-3上的径向流通孔，通过水压缸连接管Ⅰ12流入水压缸2，推动活塞进行增压过程；水压缸1内的泄压盐水则通过水压缸连接管Ⅱ11流向泄压口挡环9的中心孔，进行泄压过程；此过程中连接挡环滑动密封块7-4和固定密封块Ⅱ7-1一直处于关闭状态；此增泄压过程结束后，拉杆向图3所示工作状态进行切换，在此切换过程中，首先泄压口挡环滑动密封块7-2与泄压口挡环9关闭密封，然后固定密封块Ⅱ7-1再打开，固定密封块Ⅰ与高压腔挡环Ⅰ进行密封和固定密封块Ⅱ与高压腔挡环Ⅱ进行打开的同时，有一段时间两个密封块同时处于打开状态，此时，高压盐水会一直与一个或两个水压缸处于贯通状态，没有憋压过程，可消除切换过程的流量和压力波动；当固定密封块Ⅰ与高压腔挡环Ⅰ完全密封和固定密封块Ⅱ与高压腔挡环Ⅱ完全打开时，本发明的流体压力切换器的工作状态如图3所示：此时，高压盐水从流体进入口6流入水压缸1，水压缸1处于增压过程，水压缸2的泄压盐水则流向泄压段筒体13，从泄压管2流出切换器。如此，一个切换周期结束，接着进入下一个切换周期，这样交替实现压力交换过程的连续进行。在上述拉杆往复运动的过程中，连接挡环滑动密封块7-4和泄压口挡环滑动密封块7-2则由高压盐水提供压紧力，两滑动密封块的滑动过程由高压盐水的压力和拉杆的移动量共同决定，具有自动调节功能。

上述拉杆的往复运动由油缸提供动力加以实现，也可以由高压盐水提供动力加以实现。

Claims

1.一种往复运动滑块轴向密封流体压力切换器，该流体压力切换器包括高压段壳体（4），它的一端通过其上的法兰连接泄压口挡环（9），其另一端设置连接挡环（3），该连接挡环连接泄压段筒体（13），在泄压段筒体上设置泄压管（2），在高压段壳体上于壳体轴向中心处设置高压盐水进入管（6），与高压盐水进入管相对180^o的高压段壳体上并以高压盐水进入管延长中心线为对称中心设置水压缸连接管Ⅰ（12）、水压缸连接管Ⅱ（11），其特征在于，在高压段壳体内于高压盐水进入管口的两侧设置高压腔挡环Ⅰ（5-1）、高压腔挡环Ⅱ（5-2），其中高压腔挡环Ⅰ由该高压腔挡环至连接挡环（3）之间所设置的定距环Ⅰ（8-2）加以限位固定，高压腔挡环Ⅱ由该高压腔挡环至泄压口挡环（9）之间所设置的定距环Ⅱ（8-1）加以限位固定，于是由泄压口挡环、两块高压腔挡环以及连接挡环将高压段壳体和泄压段筒体构成的同心整体腔分隔成四个腔室，在四个腔室径向中心设置同心连接的四个拉杆，分别为拉杆Ⅰ（1-1）、拉杆Ⅱ（1-2）、拉杆Ⅲ（1-3）和拉杆Ⅳ（1-4），其中拉杆Ⅲ为中间粗两头细的阶梯段杆，且拉杆两端制有外螺纹，在该拉杆的两段的细杆段上分别装配与高压腔挡环Ⅰ（5-1）配合的固定密封块Ⅰ（7-3）、与高压腔挡环Ⅱ（5-2）配合的固定密封块Ⅱ（7-1）；在拉杆Ⅲ伸向泄压口挡环方向，以该拉杆端螺纹连接拉杆Ⅳ，在拉杆Ⅳ的细杆段上设置泄压口挡环滑动密封块（7-2），在拉杆Ⅳ的杆端螺纹连接锁紧螺母（10），在拉杆Ⅲ的另一端以该拉杆的端螺纹连接拉杆Ⅱ，在该拉杆Ⅱ细杆段上设置连接挡环滑动密封块（7-4），在拉杆Ⅱ的杆端与拉杆Ⅰ以单耳环销连接，拉杆Ⅰ的另一端伸出泄压段筒体端板外。

2.按权利要求1所述的往复运动滑块轴向密封流体压力切换器，其特征在于，高压腔挡环Ⅰ（5-1）和高压腔挡环Ⅱ（5-2）的轴向端面密封面为平面，或者轴向密封面为锥平面。

3.按权利要求1所述的往复运动滑块轴向密封流体压力切换器，其特征在于，固定密封块Ⅰ（7-3）和固定密封块Ⅱ（7-1）由不等直径的圆柱段和圆环柱段构成，其中小直径圆环柱段与高压腔挡环内腔以动配合连接，其上开设径向流通孔；或者是固定密封块Ⅰ（7-3）和固定密封块Ⅱ（7-1）由锥面体段和圆环柱段构成，其中，锥面体段的锥平面与高压腔挡环Ⅰ（5-1）和高压腔挡环Ⅱ（5-2）的锥平面密封配合，圆环柱段与高压腔挡环内腔以动配合连接，其上开设径向流通孔。