CN102527238B - 一种转阀式能量回收单元装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种转阀式能量回收单元装置。该能量回收单元装置主要包括4只单向阀，一组2根压力交换管和1只四通旋转阀。4只单向阀被均分成两组，分别安装于压力交换管的一侧，压力交换管另一侧则与四通换向阀连接。该能量回收单元装置可以根据需要采用一组或多组压力交换管，其四通旋转阀可叠加。该转阀式能量回收装置结构简单，使用寿命长，具有较高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种转阀式能量回收装置。
技术背景
反渗透技术属于压力驱动的膜分离技术，其过程操作中采用的半渗透膜有机地将淡水和浓海水隔离开，在高压力的作用下将海水或苦咸水中的淡水进行分离的过程。在我国反渗透海水淡化工程中操作压力一般介于5.0～7.0MPa，从膜组器中排放的浓海水的压力仍高达4.8～6.8MPa。如果按照通常40%的水回收率计算，浓海水中约有60%的进料压力能量，具有巨大的回收价值和意义。
基于反渗透海水淡化系统的能量回收装置目前主要有水力涡轮型、差压交换型和等压交换型。这三种设计，其能量交换的主体结构均采用较为复杂的运动部件。此外，水力涡轮型能量回收装置效率偏低，一般能量回收效率在40%～70%之间；差压交换型能量回收装置处理流量偏小，不适合用于大规模系统；等压交换型能量回收装置效率高达94%以上，目前已成为国内外研究和推广的重点。
中国专利ZL98809685.4公布了一种压力交换器，该压力交换器受转子的转速和转子通道的容积的限制，单台PX的处理量较小；其次采用转子通道没有设置实体活塞来进行隔离海水与浓海水的混合，混合段牺牲了转子通道约50%的容积，同时增压后的高压海水含盐度增加，进而提高系统的操作压力；最后流量变化时会影响转子转速，造成系统运行不稳定，而且转子运转过程中发出的大量噪音严重污染了周边环境。
瑞士CALDER AG公司的双压力容器功交换能量回收器（DWEER），其执行浓海水导向的LinX阀采用油压先导驱动，为此不仅要配置一个独立的油压系统，而且容易漏油，污染海洋环境。
中国专利200510014295.9公开了一种节能型反渗透海水/苦咸水淡化工艺方法与装置，其能量回收装置部分采用两根压力交换管两端连接两个切换阀型式，两个切换阀均采用旋转轴带动阀芯转动，其存在控制难题，不易实现自动开启和关闭功能，两端控制系统控制，同步性很难保证。
中国专利200910243806.2公开了一种能量回收型反渗透工艺及其能量回收装置，该能量回收装置主要由两个压力容器、8个电磁阀和一个循环泵组成。其采用电磁阀换向，由于切换频率较高，电磁阀寿命短，易损坏，压力容器两端均控制系统复杂。该装置需要比较复杂的控制系统，切换瞬间电磁阀之间相互间不能形成可靠的机械互锁，极易出现高压泄压现象，进而造成反渗透系统压力和流量出现大的波动，实际应用受到限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构和控制简单的转阀式能量回收单元装置。为此本发明采用以下技术方案：
它包括一个压力交换管组，所述压力交换管组具有两根压力交换管，所述压力交换管组被配设4个单向阀和1个三位四通的直线滑阀；每根压力交换管各内置一个自由活塞，并将压力交换管分成两个工作腔，分别是被输送流体工作腔和能量回收流体工作腔；
所述四只单向止回阀被平分成两组，两组单向阀的方向相反，其中一组单向阀作为能量回收装置的低压流体吸入阀；另一组单向阀作为能量回收装置的高压出水阀，每个压力交换管的被输送流体工作腔与其中一个低压流体吸入阀和其中一个高压出水阀相连；
所述转阀式能量回收单元装置设有四通旋转阀，所述四通旋转阀设有专用于进水的进水口、专用于出水的出水口和两个进出水口，所述四通旋转阀的两个进出水口分别与两根压力交换管的能量回收流体工作腔连接；
所述四通旋转阀包括阀体和旋转阀芯；所述旋转阀芯由驱动电机通过减速机构驱动；
所述阀体在旋转阀芯的轴向前后均设有第一流体通道、第二流体通道、第三流体通道、第四流体通道，所述第一流体通道与外界的连通口作为所述进水口与能量回收流体源连接而专用于进水，第二流体通道与外界的连通口作为所述出水口专用于出水，将从能量回收流体工作腔流出的水排出，第三流体通道与外界的连通口和第四流体通道与外界的连通口分别作为所述进出水口为与两根压力交换管的能量回收流体工作腔连接，沿着旋转阀芯的周向的排列顺序为第一流体通道、第三流体通道、第二流体通道、第四流体通道；
旋转阀芯前后的第一流体通道均在对应阀芯的端面处包括有通向阀芯的引道，在对应阀芯径向外由连接通道相通，其引道在同一直线上；旋转阀芯前后的第二流体通道均在对应阀芯的端面处包括有通向阀芯的引道，在对应阀芯径向外由连接通道相通，其引道在同一直线上；旋转阀芯前后的第三流体通道均在对应阀芯的端面处包括有通向阀芯的引道，在对应阀芯径向外由连接通道相通，其引道在同一直线上；旋转阀芯前后的第四流体通道均在对应阀芯的端面处包括有通向阀芯的引道，在对应阀芯径向外由连接通道相通，其引道在同一直线上；第一流体通道的引道、第二流体通道的引道、第三流体通道的引道、第四流体通道的引道在阀芯周向上等距分布并在同一半径的圆周上；
旋转阀芯具有两个对称的圆弧流体通道，所述两个圆弧流体通道的长度满足可以接通第一流体通道的引道、第二流体通道的引道、第三流体通道的引道、第四流体通道的引道中相邻的两个引道，所述两个圆弧流体通道的间距满足可以使第一流体通道的引道、第二流体通道的引道同时与第三流体通道的引道、第四流体通道的引道处于关闭状态；
所述旋转阀芯连接一个阶梯轴以接受电机驱动，所述阀体设置有阶梯轴的轴腔，第二流体通道和轴腔之间由孔连通，阶梯轴一端穿出阀体，另一端支撑在阀体中的轴托上。
在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：
本发明中，所述轴腔由阀体的中心孔构成，阀体底部在中心孔的孔口处还连接支撑所述轴托的固定板，固定板和阀体之间由密封件密封。
本发明中，所述阀体由沿阀芯轴向布置连接的两个阀体单元连接而成，两个阀体单元在阀芯之外用密封件密封，每个阀体单元均设有第一流体通道及其引道和连接通道、第二流体通道及其引道和连接通道、第三流体通道及其引道和连接通道、第四流体通道及其引道和连接通道。
本发明中，以阶梯轴穿出阀体的这一端为上，处于下方的阀体单元的上表面设有阀芯安装孔，所述阀芯放置在阀芯安装孔中，其表面和所处的阀体单元的上表面齐平，所述阶梯轴含有两个正交的通孔，所述两个通孔处在阶梯轴轴向的不同位置上，用于安装芯轴连接销连接阶梯轴与旋转阀芯并定位旋转阀芯相对阀体的初始周向角度位置，阀芯设有相应的自上表面向下延伸的连接槽。
本发明的径向采用轴套定位阶梯轴，轴套与阶梯轴过渡配合，与阀体过盈配合；阶梯轴与轴套、阶梯轴与轴托配合处均采用金属与高分子材料的摩擦副配对，阀芯与阀体之间的配合为不同高分子材料之间的摩擦副配对；阀体对应阶梯轴的穿出处设有至少一对机械密封，所述机械密封包括有静止环、旋转环、弹性元件、弹簧座、静止环辅助密封圈，机械密封垂直于阶梯轴的端面，静止环和旋转环在流体压力和弹簧力作用下保持贴合且可相对滑动并配以辅助密封从而达到阻漏的轴封装置。
为解决上述技术问题，本发明还可采用以下技术方案：
它包括多组并联的压力交换管组，所述压力交换管组具有两根压力交换管，每组压力交换管组被配设4个单向阀；每根压力交换管各内置一个自由活塞，并将压力交换管分成两个工作腔，分别是被输送流体工作腔和能量回收流体工作腔；
所述四只单向止回阀被平分成两组，两组单向阀的方向相反，其中一组单向阀作为能量回收装置的低压流体吸入阀；另一组单向阀作为能量回收装置的高压出水阀，每个压力交换管的被输送流体工作腔与其中一个低压流体吸入阀和其中一个高压出水阀相连；
所述阀控式能量回收单元装置设有四通旋转阀，所述四通旋转阀设有专用于进水的进水口、专用于出水的出水口和与压力交换管组数相等的多组进出水口，每组进出水口具有两个进出水口，每组进出水口分别与一组压力交换管组的两根压力交换管的能量回收流体工作腔连接；
所述四通旋转阀包括阀体和旋转阀芯，所述旋转阀芯连接一个阶梯轴以接受驱动力，所述旋转阀芯由驱动电机通过减速机构驱动；
沿所述阶梯轴轴向，所述四通旋转阀设有多个阀体单元，阀体单元的数量比压力交换管组数多一个，所述阀体单元分为端部单元和中间单元，所述阀体由所述阀体单元连接而成，相邻阀体单元之间设有一个所述阀芯，相邻两个阀体单元在阀芯之外用密封件密封；
所述阀体在旋转阀芯的轴向前后均设有与其配合的第一流体通道、第二流体通道、第三流体通道、第四流体通道，所述第一流体通道与外界的连通口作为所述进水口与能量回收流体源连接而专用于进水，第二流体通道与外界的连通口作为所述出水口专用于出水，将从能量回收流体工作腔流出的水排出，第三流体通道与外界的连通口和第四流体通道与外界的连通口分别作为所述进出水口为与两根压力交换管的能量回收流体工作腔连接，沿着旋转阀芯的周向的排列顺序为第一流体通道、第三流体通道、第二流体通道、第四流体通道；
所述端部单元设有一个第一流体通道及其引道和连接通道、一个第二流体通道及其引道和连接通道、一个第三流体通道及其引道和连接通道、一个第四流体通道及其引道和连接通道；所述引道处在与阀芯端面对应的位置，所述连接通道处在阀芯的径向外；
所述中间单元设有一个第一流体通道及其引道和连接通道、一个第二流体通道及其引道和连接通道、两个第三流体通道、二个第四流体通道；二个第三流体通道分别配属给其上的阀芯和其下的阀芯，并均具有其引道和连接通道；二个第四流体通道分别配属给其上的阀芯和其下的阀芯，并均具有其引道和连接通道；所述引道处在与阀芯端面对应的位置，所述连接通道处在阀芯的径向外；
所述端部单元和中间单元的第一流体通道的引道在同一直线上，第二流体通道的引道在同一直线上，第三流体通道的引道在同一直线上，第四流体通道的引道在同一直线上，第一流体通道的引道、第二流体通道的引道、第三流体通道的引道、第四流体通道的引道在阀芯周向上等距分布并在同一半径的圆周上；所述端部单元和中间单元的第一流体通道的连接通道在同一直线上，第二流体通道的连接通道在同一直线上，第三流体通道的连接通道在同一直线上，第四流体通道的连接通道在同一直线上；
不同阀芯所配属的第三流体通道之间不相通，不同阀芯所配属的第四流体通道之间不相通；
旋转阀芯具有两个对称的圆弧流体通道，所述两个圆弧流体通道的长度满足可以接通第一流体通道的引道、第二流体通道的引道、第三流体通道的引道、第四流体通道的引道中相邻的两个引道，所述两个圆弧流体通道的间距满足可以使第一流体通道的引道、第二流体通道的引道同时与第三流体通道的引道、第四流体通道的引道处于关闭状态；各阀芯的圆弧流体通道存在相位差，使各阀芯所对应的工作周期间隔时间差；
所述阀体设置有阶梯轴的轴腔，第二流体通道和轴腔之间由孔连通，阶梯轴一端穿出阀体，另一端支撑在阀体中的轴托上。
在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：
本发明中，所述轴腔由阀体的中心孔构成，阀体底部在中心孔的孔口处还连接支撑所述轴托的固定板，固定板和阀体之间由密封件密封。
本发明中，以阶梯轴穿出阀体的这一端为上，处于下方的阀体单元的上表面设有阀芯安装孔，所述阀芯放置在阀芯安装孔中，其表面和所处的阀体单元的上表面齐平，所述阶梯轴含有两个正交的通孔，所述两个通孔处在阶梯轴轴向的不同位置上，用于安装芯轴连接销连接阶梯轴与旋转阀芯并定位旋转阀芯相对阀体的初始周向角度位置，阀芯设有相应的自上表面向下延伸的连接槽。
本发明中，它的径向采用轴套定位阶梯轴，轴套与阶梯轴过渡配合，与阀体过盈配合；阶梯轴与轴套、阶梯轴与轴托配合处均采用金属与高分子材料的摩擦副配对，阀芯与阀体之间的配合为不同高分子材料之间的摩擦副配对；阀体对应阶梯轴的穿出处设有至少一对机械密封，所述机械密封包括有静止环、旋转环、弹性元件、弹簧座、静止环辅助密封圈，机械密封垂直于阶梯轴的端面，静止环和旋转环在流体压力和弹簧力作用下保持贴合且可相对滑动并配以辅助密封从而达到阻漏的轴封装置。
由于采用本发明的技术方案，本发明具有以下有益效果：
1. 本发明的能量回收流体换向采用电机驱动的旋转阀结构，较好地解决了换向阀使用寿命短的难题。
2. 本发明的四通旋转阀可叠加，便于多套能量回收单元装置组合实用，并且各单元装置之间可形成可靠的机械互锁，使过程控制的更容易。
3. 本发明采用自由活塞隔离，被输送流体与能量回收流体之间的混合较小，压力交换管容积利用率较高。
4. 本发明采用模块化设计，装置易于标准化、大型化，多套并联使用方便。
5. 本发明的能量回收效率高，性能稳定，经检测能量回收效率达97%以上。
附图说明
图1为本发明实施例1的示意图，显示了具有一组压力交换管的转阀式能量回收单元装置。
图2为发明实施例1四通旋转阀的轴向结构剖视图。
图3为实施例1四通旋转阀的横向剖视图，显示阀芯的第一种工作状态。
图4为实施例1四通旋转阀的横向剖视图，显示阀芯的第二种工作状态。
图5为实施例1四通旋转阀的横向剖视图，显示阀芯的第三种工作状态。
图6 为本发明实施例2应用于反渗透海水淡化系统时的示意图，实施例2中包括了并联的二组压力交换管。
图7为本发明实施例2四通旋转阀的轴向结构剖视图，重点显示第一流体通道和第二流体通道。
图8为本发明实施例2四通旋转阀的轴向结构剖视图，重点显示第三流体通道和第四流体通道。
图9为实施例2四通旋转阀的横向剖视图，显示上层阀芯在第一种工作状态时的旋转位置。
图10为实施例2四通旋转阀的横向剖视图，显示下层阀芯在第一种工作状态时，其下一层阀芯所处的旋转位置。
具体实施方式
实施例1，参照图1-5。
本发明包括一个压力交换管组，所述压力交换管组具有两根压力交换管51、52，所述压力交换管组被配设4个单向阀61、62、63、64；每根压力交换管各内置一个自由活塞50，并将压力交换管分成两个工作腔，分别是被输送流体工作腔53和能量回收流体工作腔54。
所述四只单向止回阀被平分成两组，两组单向阀的方向相反，其中一组单向阀61、62作为能量回收装置的低压流体吸入阀，所述低压流体为被输送流体，比如需淡化的低压海水；另一组单向阀63、64作为能量回收装置的高压出水阀，所述高压出水为经吸收能量后的高压被输送流体，每个压力交换管的被输送流体工作腔与其中一个低压流体吸入阀和其中一个高压出水阀相连。
转阀式能量回收单元装置设有四通旋转阀，所述四通旋转阀设有专用于进水的进水口P、专用于出水的出水口T和两个进出水口A、B，所述四通旋转阀的两个进出水口A、B分别与两根压力交换管的能量回收流体工作腔连接。
所述四通旋转阀100包括阀体和旋转阀芯2；所述旋转阀芯由驱动电机200通过减速机构300驱动。
所述阀体在旋转阀芯2的轴向前后均设有第一流体通道11、第二流体通道12、第三流体通道13、第四流体通道14，所述第一流体通道11与外界的连通口作为所述进水口P与能量回收流体源连接而专用于进水，比如是反渗透膜组器95中排放的高压浓海水，第二流体通道12与外界的连通口作为所述出水口T专用于出水，将从能量回收流体工作腔流出的水排出，第三流体通道13与外界的连通口为与压力交换管51的能量回收流体工作腔连接的进出水口A，第四流体通道14与外界的连通口为与压力交换管52的能量回收流体工作腔连接的进出水口B，沿着旋转阀芯的周向的排列顺序为第一流体通道11、第三流体通道12、第二流体通道13、第四流体通道14；前后第一流体通道11、第二流体通道12、第三流体通道13、第四流体通道14对外的连通口中的其中一个可被封堵。
旋转阀芯2前后的第一流体通道11均在对应阀芯2的端面处包括有通向阀芯2的引道111，在对应阀芯2径向外由连接通道112相通，其引道111在同一直线上；旋转阀芯前后的第二流体通道12均在对应阀芯2的端面处包括有通向阀芯2的引道121，在对应阀芯2径向外由连接通道122相通，其引道121在同一直线上；旋转阀芯2前后的第三流体通道13均在对应阀芯2的端面处包括有通向阀芯2的引道131，在对应阀芯2径向外由连接通道132相通，其引道131在同一直线上；旋转阀芯2前后的第四流体通道14均在对应阀芯2的端面处包括有通向阀芯2的引道141，在对应阀芯2径向外由连接通道142相通，其引道141在同一直线上；第一流体通道的引道111、第二流体通道的引道121、第三流体通道的引道131、第四流体通道的引道141在阀芯2周向上等距分布并在同一半径的圆周上。
旋转阀芯2具有两个对称的圆弧流体通道21、22，所述两个圆弧流体通道21、22的长度满足可以接通第一流体通道的引道111、第二流体通道的引道121、第三流体通道的引道131、第四流体通道141的引道中相邻的两个引道，所述两个圆弧流体通道的间距满足可以使第一流体通道的引道111、第二流体通道121的引道同时与第三流体通道的引道131、第四流体通道的引道141处于关闭状态。
所述旋转阀芯2连接一个阶梯轴3以接受驱动力，所述阀体设置有阶梯轴的轴腔31，第二流体通道12和轴腔31之间由孔32连通，阶梯轴3一端穿出阀体，另一端支撑在阀体中的轴托33上。
所述轴腔31由阀体的中心孔构成，阀体底部在中心孔的孔口处还连接支撑所述轴托33的固定板34，固定板和阀体之间由密封圈密封。
所述阀体由沿阀芯轴向布置连接的两个阀体单元41、42采用螺栓连接而成，两个单元在阀芯之外用密封件密封，每个阀体单元均设有第一流体通道11及其引道111和连接通道121、第二流体通道12及其引道121和连接通道122、第三流体通道13及其引道131和连接通道132、第四流体通道14及其引道141和连接通道142。
以阶梯轴穿出阀体的这一端为上，处于下方的阀体单元的上表面设有阀芯安装孔24，所述阀芯2放置在阀芯安装孔24中，其表面和所处的阀体单元的上表面齐平，所述阶梯轴含有两个正交的通孔34，所述两个通孔处在阶梯轴轴向的不同位置上，用于安装芯轴连接销35连接阶梯轴3与旋转阀芯2并定位旋转阀芯相对阀体的初始周向角度位置，阀芯2设有相应的自上表面向下延伸的连接槽23。
本发明的径向采用轴套35定位阶梯轴3，轴套35与阶梯轴3过渡配合，与阀体过盈配合；阶梯轴3与轴套35、阶梯轴3与轴托33配合处均采用金属与高分子材料的摩擦副配对，阀芯2与阀体之间的配合为不同高分子材料之间的摩擦副配对；阀体对应阶梯轴的穿出处设有至少一对机械密封36，用机械密封36对阶梯轴3和静止阀体进行密封，用阀体上盖板39压紧机械密封36，所述机械密封包括有静止环361、旋转环362、弹簧38、弹簧座40、静止环辅助密封圈37，机械密封36垂直于阶梯轴的端面，静止环361和旋转环362在流体压力和弹簧力作用下保持贴合并可相对滑动并配以辅助密封从而达到阻漏的轴封装置。
本实施例所提供的四通旋转阀工作时可依次连续进行下列状态切换：
状态1：如图3所示，旋转阀芯2圆弧形通道21连通第一流体通道11与第三流体通道13，旋转阀芯2圆弧形通道22连通第二流体通道12与第四流体通道14。第一液流自第一流体通道11进，经旋转阀芯2圆弧形通孔21换向后从第三流体通道13出；第二液流自第四流体通道14进，经旋转阀芯2圆弧形通孔22换向后从第二流体通道12出。
状态2：如图4所示，旋转阀芯2旋转到一个角度后，其圆弧形通道22仅连通第四流体通道14，旋转阀芯2圆弧形通道21仅连通第三流体通道13，与第一流体通道11、第二流体通道12不相通。
状态3：如图5所示，旋转阀芯2继续旋转到下一个角度后，其圆弧形通道22连通第一流体通道11与第四流体通道14，旋转阀芯2圆弧形通道21连通第二流体通道12与第三流体通道13。此时第一液流自第一流体通道11进，从第四流体通道14出，第二液流自第三流体通道13进，从第二流体通道12出。
该四通旋转阀以“状态1→状态2→状态3→状态2→状态1”为周期，连续进行切换。
当四通旋转阀处于状态1时，压力交换管51的能量回收流体工作腔进水，压力交换管51的能量回收流体工作腔出水，
当四通旋转阀处于状态2时，压力交换管组保持前一状态，
当四通旋转阀处于状态3时，压力交换管51的能量回收流体工作腔出水，压力交换管51的能量回收流体工作腔进水，
周而复始。
实施例2，参照附图6-10。
本发明包括二组并联的压力交换管组，所述压力交换管组具有两根压力交换管51、52，每组压力交换管组被配设4个单向阀61、62、63、64；每根压力交换管各内置一个自由活塞50，并将压力交换管分成两个工作腔，分别是被输送流体工作腔53和能量回收流体工作腔54；
所述四只单向止回阀被平分成两组，两组单向阀的方向相反，其中一组单向阀61、62作为能量回收装置的低压流体吸入阀，所述低压流体为被输送流体，也即需淡化的低压海水；另一组单向阀63、64作为能量回收装置的高压出水阀，所述高压出水为经吸收能量后的需淡化的高压海水，每个压力交换管的被输送流体工作腔与其中一个低压流体吸入阀和其中一个高压出水阀相连。
所述阀控式能量回收单元装置设有四通旋转阀，所述四通旋转阀设有专用于进水的进水口P、专用于出水的出水口T和与压力交换管组数相等的多组进出水口，每组进出水口具有两个进出水口A、B，每组进出水口A、B分别与其中一组压力交换管组的两根压力交换管的能量回收流体工作腔连接。
所述四通旋转阀100包括阀体和旋转阀芯2，所述旋转阀芯2连接一个阶梯轴3以接受电机驱动；所述旋转阀芯由驱动电机200通过减速机构300驱动。
沿所述阶梯轴轴向，所述四通旋转阀设有四个阀体单元，所述阀体单元分为端部单元和相同的中间单元，以阶梯轴穿出阀体的这一端为上，所述端部单元为上端单元41、底部单元42，本实施例中中间单元有1个，其标号为43，所述阀体由所述阀体单元采用螺栓连接而成，相邻阀体单元之间设有一个所述阀芯2，相邻两个阀体单元在阀芯2之外用密封件密封，采用该结构，各中间单元能够被做成相同，以提高精度方便制造。
所述阀体在旋转阀芯的轴向前后均设有与其配合的第一流体通道11、第二流体通道12、第三流体通道13、第四流体通道14，所述第一流体通道11与外界的连通口作为所述进水口P与能量回收流体源连接而专用于进水，比如是反渗透膜组器95中排放的高压浓海水，第二流体通道12与外界的连通口作为所述出水口T专用于出水，将从能量回收流体工作腔流出的水排出，第三流体通道13与外界的连通口为与压力交换管51的能量回收流体工作腔连接的进出水口A，第四流体通道14与外界的连通口为与压力交换管52的能量回收流体工作腔连接的进出水口B，沿着旋转阀芯2的周向的排列顺序为第一流体通道11、第三流体通13道、第二流体通道12、第四流体通道14。
所述端部单元设有一个第一流体通道11及其引道111和连接通道112、一个第二流体通道12及其引道121和连接通道122、一个第三流体通道13及其引道131和连接通道132、一个第四流体通道14及其引道141和连接通道142；所述引道111、121、131、141处在与阀芯2端面对应的位置，所述连接通道112、122、132、142处在阀芯2的径向外。
所述中间单元设有一个第一流体通道11及其引道111和连接通道112、一个第二流体通道12及其引道121和连接通道122、两个第三流体通道13、二个第四流体通道14；二个第三流体通道13分别配属给其上的阀芯2和其下的阀芯2，并均具有其引道131和连接通道132；二个第四流体通道14分别配属给其上的阀芯2和其下的阀芯2，并均具有其引道141和连接通道142；所述引道111、121、131、141处在对应阀芯2的端面处，所述连接通道112、122、132、142处在对应阀芯2的径向外。
所述端部单元和中间单元的第一流体通道11的引道111在同一直线上，第二流体通道12的引道121在同一直线上，第三流体通道13的引道131在同一直线上，第四流体通道14的引道141在同一直线上，第一流体通道的引道111、第二流体通道的引道121、第三流体通道的引道131、第四流体通道的引道141在阀芯周向上等距分布并在同一半径的圆周上；所述端部单元和中间单元的第一流体通道的连接通道112在同一直线上，第二流体通道的连接通道122在同一直线上，第三流体通道的连接通道132在同一直线上，第四流体通道的连接通道142在同一直线上。
不同阀芯所配属的第三流体通道13之间不相通，不同阀芯所配属的第四流体通道14之间不相通；不同阀芯的第一流体通道11相通或不相通都可以，不同阀芯的第二流体通道12相通或不相通都可以。
旋转阀芯2具有两个对称的圆弧流体通道21、22，所述两个圆弧流体通道的长度满足可以接通第一流体通道的引道111、第二流体通道的引道121、第三流体通道的引道131、第四流体通道的引道141中相邻的两个引道，所述两个圆弧流体通道21、22的间距满足可以使第一流体通道的引道111、第二流体通道的引道121同时与第三流体通道的引道131、第四流体通道的引道141处于关闭状态。如图9、10所示，各阀芯的圆弧流体通道存在相位差，使各阀芯所对应的工作周期间隔时间差，也即不同的阀芯所对应的前述状态1→状态2→状态3→状态2→状态1的轮换存在时间差，由此各压力交换管组间状态轮换也存在时间差。
所述阀体设置有阶梯轴的轴腔31，第二流体通道12和轴腔31之间由孔32连通，阶梯轴3一端穿出阀体，另一端支撑在阀体中的轴托33上。
所述轴腔31由阀体的中心孔构成，阀体底部在中心孔的孔口处还连接支撑所述轴托33的固定板34，固定板和阀体之间由密封圈密封。
以阶梯轴穿出阀体的这一端为上，处于下方的阀体单元的上表面设有阀芯安装孔24，所述阀芯2放置在阀芯安装孔24中，其表面和所处的阀体单元的上表面齐平，所述阶梯轴含有两个正交的通孔26，所述两个通孔处在阶梯轴轴向的不同位置上，用于安装芯轴连接销25连接阶梯轴3与旋转阀芯2并定位旋转阀芯相对阀体的初始周向角度位置，阀芯2设有相应的自上表面向下延伸的连接槽23。
以下结构也与实施例1相同：本实施例径向采用轴套定位阶梯轴，轴套与阶梯轴过渡配合，与阀体过盈配合；阶梯轴与轴套、阶梯轴与轴托配合处均采用金属与高分子材料的摩擦副配对，阀芯与阀体之间的配合为不同高分子材料之间的摩擦副配对；阀体对应阶梯轴的穿出处设有至少一对机械密封，用机械密封对阶梯轴和静止阀体进行密封，用阀体上盖板压紧机械密封，所述机械密封包括有静止环、旋转环、弹簧、弹簧座、静止环辅助密封圈，机械密封垂直于阶梯轴的端面，静止环和旋转环在流体压力和弹簧力作用下保持贴合并可相对滑动并配以辅助密封从而达到阻漏的轴封装置。
附图标号91为增压泵，用于增压进料海水，使其能克服海水预处理装置及管路上的阻力，进入压力交换管组。
附图标号92为海水预处理装置，用于对进料海水进行过滤，使其达到反渗透膜组器进水要求。
附图标号93为提升泵，用于将能量回收装置的高压出水再进一步提高压力，使其能达到反渗透膜组器的额定操作压力。
附图表94为高压泵，用于对不经过能量回收装置的海水增压，使其能达到反渗透膜组器的额定操作压力。
以本发明具体应用500m3/d反渗透海水淡化工程项目实例作进一步阐述。
以实施例2转阀式能量回收装置为该反渗透海水淡化系统能量回收装置，负载处理流量约为30m3/h，装置循环周期为24s。
以图6方式安装各设备，启动步骤如下：接通电源，依次打开增压泵91、压力提升泵93，经过1～3分钟低压排气后，启动高压泵94，设备进入正常运行状态。运行过程如下：
进料海水经过增压泵91增压后进入海水预处理装置，预处理后的海水分成两路，一路海水（40%）由高压泵21直接升压至海水淡化额定操作压力；另一路海水（60%）进入压力交换管，经过能量回收单元装置压力能交换后被压力提升泵20升压至海水淡化额定操作压力，与前一路（40%）汇合后共同进入膜组器95。膜组器95高压侧的废弃液进入压力交换管，与低压海水压力交换后被排出系统。膜组器95出来的淡水直接供用户使用。
系统各点流量—压力平衡表
| 测试点 | A | B | C | D | E | F | G | H |
| 流量(m3/d) | 1250 | 502 | 748 | 748 | 1250 | 750 | 500 | 750 |
| 压力(bar) | 3.0 | 2.6 | 2.6 | 58.0 | 60.0 | 58.2 | 0 | 0 |
以日产淡水500m3，水回收率40%的反渗透海水淡化工程为例，在25℃，给水浓度为35000mg/L，PH=7条件下，在无能量回收装置情况下，系统本体能耗为7kWh/m3，在使用本发明能量回收装置后系统本体能耗为3.5kwh/m3，可以节省能耗和费用如下：
以吨水可节电：3.5kWh；电价：0.8元/kWh；开工率：80%计则每年节电费用为：
ξ=500×365×80%×3.5×0.8÷10000=40.88万元/年
以500m3/d的海水淡化装置为例，不带能量回收装置的系统高压泵流量需要52m3/h，而带本发明能量回收装置的系统高压泵流量仅需20m3/h，因此采用此能量回收装置可以大幅度降低海水淡化高压泵的投资，经济效益十分明显。
Claims (9)
1.一种转阀式能量回收单元装置，其特征在于它包括一个压力交换管组，所述压力交换管组具有两根压力交换管，所述压力交换管组被配设4个单向阀；每根压力交换管各内置一个自由活塞，并将压力交换管分成两个工作腔，分别是被输送流体工作腔和能量回收流体工作腔；
所述4个单向阀被平分成两组，两组单向阀的方向相反，其中一组单向阀作为能量回收单元装置的低压流体吸入阀；另一组单向阀作为能量回收单元装置的高压出水阀，每个压力交换管的被输送流体工作腔与其中一个低压流体吸入阀和其中一个高压出水阀相连；
所述转阀式能量回收单元装置设有四通旋转阀，所述四通旋转阀设有专用于进水的进水口、专用于出水的出水口和两个进出水口，所述四通旋转阀的两个进出水口分别与两根压力交换管的能量回收流体工作腔连接；
所述四通旋转阀包括阀体和阀芯；所述阀芯由驱动电机通过减速机构驱动；
所述阀体在阀芯的轴向前后均设有第一流体通道、第二流体通道、第三流体通道、第四流体通道，所述第一流体通道与外界的连通口作为所述进水口与能量回收流体源连接而专用于进水，第二流体通道与外界的连通口作为所述出水口专用于出水，将从能量回收流体工作腔流出的水排出，第三流体通道与外界的连通口和第四流体通道与外界的连通口分别作为所述进出水口为与两根压力交换管的能量回收流体工作腔连接，沿着阀芯的周向的排列顺序为第一流体通道、第三流体通道、第二流体通道、第四流体通道；
阀芯前后的第一流体通道均在对应阀芯的端面处包括有通向阀芯的引道，在对应阀芯径向外由连接通道相通，其引道在同一直线上；阀芯前后的第二流体通道均在对应阀芯的端面处包括有通向阀芯的引道，在对应阀芯径向外由连接通道相通，其引道在同一直线上；阀芯前后的第三流体通道均在对应阀芯的端面处包括有通向阀芯的引道，在对应阀芯径向外由连接通道相通，其引道在同一直线上；阀芯前后的第四流体通道均在对应阀芯的端面处包括有通向阀芯的引道，在对应阀芯径向外由连接通道相通，其引道在同一直线上；第一流体通道的引道、第二流体通道的引道、第三流体通道的引道、第四流体通道的引道在阀芯周向上等距分布并在同一半径的圆周上；
阀芯具有两个对称的圆弧流体通道，所述两个圆弧流体通道的长度满足可以接通第一流体通道的引道、第二流体通道的引道、第三流体通道的引道、第四流体通道的引道中相邻的两个引道，所述两个圆弧流体通道的间距满足可以使第一流体通道的引道、第二流体通道的引道同时与第三流体通道的引道、第四流体通道的引道处于关闭状态；
所述阀芯连接一个阶梯轴以接受电机驱动，所述阀体设置有阶梯轴的轴腔，第二流体通道和轴腔之间由孔连通，阶梯轴一端穿出阀体，另一端支撑在阀体中的轴托上。
2.如权利要求1所述的一种转阀式能量回收单元装置，其特征在于所述轴腔由阀体的中心孔构成，阀体底部在中心孔的孔口处还连接支撑所述轴托的固定板，固定板和阀体之间由密封件密封。
3.如权利要求1或2所述的一种转阀式能量回收单元装置，其特征在于所述阀体由沿阀芯轴向布置连接的两个阀体单元连接而成，两个阀体单元在阀芯之外用密封件密封，每个阀体单元均设有第一流体通道及其引道和连接通道、第二流体通道及其引道和连接通道、第三流体通道及其引道和连接通道、第四流体通道及其引道和连接通道。
4.如权利要求3所述的转阀式能量回收单元装置，其特征在于，以阶梯轴穿出阀体的这一端为上，处于下方的阀体单元的上表面设有阀芯安装孔，所述阀芯放置在阀芯安装孔中，其表面和所处的阀体单元的上表面齐平，所述阶梯轴含有两个正交的通孔，所述两个通孔处在阶梯轴轴向的不同位置上，用于安装芯轴，连接销连接阶梯轴与阀芯并定位阀芯相对阀体的初始周向角度位置，阀芯设有相应的自上表面向下延伸的连接槽。
5.如权利要求1所述的一种转阀式能量回收单元装置，其特征在于，所述能量回收单元装置的径向采用轴套定位阶梯轴，轴套与阶梯轴过渡配合，与阀体过盈配合；阶梯轴与轴套、阶梯轴与轴托配合处均采用金属与高分子材料的摩擦副配对，阀芯与阀体之间的配合为不同高分子材料之间的摩擦副配对；阀体对应阶梯轴的穿出处设有至少一对机械密封，所述机械密封包括有静止环、旋转环、弹性元件、弹簧座、静止环辅助密封圈，机械密封垂直于阶梯轴的端面，静止环和旋转环在流体压力和弹簧力作用下保持贴合且可相对滑动并配以辅助密封从而达到阻漏的轴封装置。
6.一种转阀式能量回收单元装置，其特征在于它包括多组并联的压力交换管组，所述压力交换管组具有两根压力交换管，每组压力交换管组被配设4个单向阀；每根压力交换管各内置一个自由活塞，并将压力交换管分成两个工作腔，分别是被输送流体工作腔和能量回收流体工作腔；
所述4个单向阀被平分成两组，两组单向阀的方向相反，其中一组单向阀作为能量回收单元装置的低压流体吸入阀；另一组单向阀作为能量回收单元装置的高压出水阀，每个压力交换管的被输送流体工作腔与其中一个低压流体吸入阀和其中一个高压出水阀相连；
所述阀控式能量回收单元装置设有四通旋转阀，所述四通旋转阀设有专用于进水的进水口、专用于出水的出水口和与压力交换管组数相等的多组进出水口，每组进出水口具有两个进出水口，每组进出水口分别与一组压力交换管组的两根压力交换管的能量回收流体工作腔连接；
所述四通旋转阀包括阀体和阀芯，所述阀芯连接一个阶梯轴以接受驱动力，所述阀芯由驱动电机通过减速机构驱动；
沿所述阶梯轴轴向，所述四通旋转阀设有多个阀体单元，阀体单元的数量比压力交换管组数多一个，所述阀体单元分为端部单元和中间单元，所述阀体由所述阀体单元连接而成，相邻阀体单元之间设有一个所述阀芯，相邻两个阀体单元在阀芯之外用密封件密封；
所述阀体在阀芯的轴向前后均设有与其配合的第一流体通道、第二流体通道、第三流体通道、第四流体通道，所述第一流体通道与外界的连通口作为所述进水口与能量回收流体源连接而专用于进水，第二流体通道与外界的连通口作为所述出水口专用于出水，将从能量回收流体工作腔流出的水排出，第三流体通道与外界的连通口和第四流体通道与外界的连通口分别作为所述进出水口为与两根压力交换管的能量回收流体工作腔连接，沿着阀芯的周向的排列顺序为第一流体通道、第三流体通道、第二流体通道、第四流体通道；
所述端部单元设有一个第一流体通道及其引道和连接通道、一个第二流体通道及其引道和连接通道、一个第三流体通道及其引道和连接通道、一个第四流体通道及其引道和连接通道；所述引道处在与阀芯端面对应的位置，所述连接通道处在阀芯的径向外；
所述中间单元设有一个第一流体通道及其引道和连接通道、一个第二流体通道及其引道和连接通道、两个第三流体通道、二个第四流体通道；二个第三流体通道分别配属给其上的阀芯和其下的阀芯，并均具有其引道和连接通道；二个第四流体通道分别配属给其上的阀芯和其下的阀芯，并均具有其引道和连接通道；所述引道处在与阀芯端面对应的位置，所述连接通道处在阀芯的径向外；
所述端部单元和中间单元的第一流体通道的引道在同一直线上，第二流体通道的引道在同一直线上，第三流体通道的引道在同一直线上，第四流体通道的引道在同一直线上，第一流体通道的引道、第二流体通道的引道、第三流体通道的引道、第四流体通道的引道在阀芯周向上等距分布并在同一半径的圆周上；所述端部单元和中间单元的第一流体通道的连接通道在同一直线上，第二流体通道的连接通道在同一直线上，第三流体通道的连接通道在同一直线上，第四流体通道的连接通道在同一直线上；
不同阀芯所配属的第三流体通道之间不相通，不同阀芯所配属的第四流体通道之间不相通；
阀芯具有两个对称的圆弧流体通道，所述两个圆弧流体通道的长度满足可以接通第一流体通道的引道、第二流体通道的引道、第三流体通道的引道、第四流体通道的引道中相邻的两个引道，所述两个圆弧流体通道的间距满足可以使第一流体通道的引道、第二流体通道的引道同时与第三流体通道的引道、第四流体通道的引道处于关闭状态；各阀芯的圆弧流体通道存在相位差，使各阀芯所对应的工作周期间隔时间差；
所述阀体设置有阶梯轴的轴腔，第二流体通道和轴腔之间由孔连通，阶梯轴一端穿出阀体，另一端支撑在阀体中的轴托上。
7.如权利要求6所述的一种转阀式能量回收单元装置，其特征在于所述轴腔由阀体的中心孔构成，阀体底部在中心孔的孔口处还连接支撑所述轴托的固定板，固定板和阀体之间由密封件密封。
8.如权利要求6或7所述的一种转阀式能量回收单元装置，其特征在于，以阶梯轴穿出阀体的这一端为上，处于下方的阀体单元的上表面设有阀芯安装孔，所述阀芯放置在阀芯安装孔中，其表面和所处的阀体单元的上表面齐平，所述阶梯轴含有两个正交的通孔，所述两个通孔处在阶梯轴轴向的不同位置上，用于安装芯轴，连接销连接阶梯轴与阀芯并定位阀芯相对阀体的初始周向角度位置，阀芯设有相应的自上表面向下延伸的连接槽。
9.如权利要求6所述的一种转阀式能量回收单元装置，其特征在于，所述能量回收单元装置的径向采用轴套定位阶梯轴，轴套与阶梯轴过渡配合，与阀体过盈配合；阶梯轴与轴套、阶梯轴与轴托配合处均采用金属与高分子材料的摩擦副配对，阀芯与阀体之间的配合为不同高分子材料之间的摩擦副配对；阀体对应阶梯轴的穿出处设有至少一对机械密封，所述机械密封包括有静止环、旋转环、弹性元件、弹簧座、静止环辅助密封圈，机械密封垂直于阶梯轴的端面，静止环和旋转环在流体压力和弹簧力作用下保持贴合且可相对滑动并配以辅助密封从而达到阻漏的轴封装置。
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