CN102865259A - 一种压力交换器 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的一种压力交换器，其基本机型包括一个具有径向开孔的转子，以及具有若干开孔的转子外壳、高压侧端盖和低压侧端盖，转子可依靠流体的冲击力而转动，当转子的位置转到压力交换位置的时候，高压流体A将转子的径向孔内的低压流体B压出，从而实现了压力从流体A到流体B的交换；随着转子的继续旋转至下一个位置即流体置换位置时，低压流体B将转子的径向孔内的流体A压出并从泻放口排出，从而实现了径向孔内的流体A利流体B的交换；随着转子的继续旋转，转子的位置又将转到原来的压力交换位置，从而实现了一个压力交换-流体置换循环。在此循环中，流体A和流体B之间始终存在一个中间层，确保流体A和流体B不被混合。

Description

一种压力交换器

技术领域

本发明涉及一种流体系统中的2种不同压力的流体之间的压力交换装置，其能进行高、低压流体之间的压力交换，从而达到减少能源消耗的目的。 

背景技术

目前国内外对于流体压力能的综合技术及装备的研究已经进行了很多年了，也相继开发研制了众多不同形式的装置。 

目前压力流体能量综合利用设备基本情况如下： 

目前的压力流体能量综合利用设备(压力交换装置或能量回收装置)有水力透平式能量回收装置和功交换式能量回收装置两大类。最早的能量回收装置是水力透平式，瑞士Calder.AG公司的Pe1ton Whee 1透平机和Pump Ginard公司的Francis透平机，效率一般为50％-70％，其原理是利用浓盐水驱动涡轮转动，通过轴与泵和电机相连，将能量输送至进料原海水，过程需要经过″水压能——机械能——水压能″两步转换。在上面的基础上经过改进，出现了一些独特的设计，其中具代表性的有丹麦Grundfos公司生产的BMET透平直驱泵和美国PEI公司生产的Hydraulic Turbochargero两者均是透平与泵一体化设计，一根转轴连接两个叶轮，全部封装在一个壳体中，浓盐水流过叶轮时冲击叶片推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。透平轴直接带动增压泵工作输出机械功，浓水能量转换成原海水的能量转换效率可提高至65％-80％。高压泵与透平增压泵两级串联完成原海水的压力提升，通过透平增压降低高压泵所需要的扬程，减少电机动力消耗。但是，由于水力透平式能量回收装置原理上都要经过″水压能——机械能——水压能″两步转换，增加了机械能损耗，因此效率较低。80年代，出现了一种新的能量回收技术，其工作原理是″功交换″通过界面或隔离物，直接把高压浓盐水的压力传递给进料海水，过程得到简化，只需要经过″水压能——水压能″一步能量转换，能量回收效率可得到提高。目前反渗透海水淡化工程中应用的功交换式能量回收装置主要为转子式压力交换器和活塞式阀控压力交换器两类，效率可高达90-97％。转子式压力交换器以美国ERI公司的PX转子式压力交换能量回收装置为代表。原理是高压浓盐水推动圆周开有多个纵向沟槽(类似于多个微型液缸)的无轴陶瓷转子旋转。活塞式阀控压力交换器以瑞士Calder.AG公司的DWEER双功交换能量回收装置、德国KSB公司的SalTec DT压力交换器、德国Siemag Transplan公司的PES压力交换系统及Ionics公司的DYPREX动力压力交换器为代表。原理是采用两个大直径液缸，其中一个液缸中高压浓水推动活塞将能量传递给低压原海水向外排液，另一个液 缸中供料泵压入低压原海水补液并排出低压浓水，两液缸在PLC和浓水换向阀的控制下交替排补海水，实现把浓水能量转换成原海水能量的回收过程。 

目前市场上流行的美国PX压力交换器的主要部件示意图如图6所示，其是一个具有多个轴向通孔的陶瓷转子，转子装在一个间隙尺寸精确的陶瓷套中旋转，在转子的轴向通孔内高压浓盐水水流将压力传递给低压新鲜海水水流，这两股水流在转子的内通道中直接接触，从而完成压力交换。在任意时刻，转子内通道的一半处于高压水流中，而另一半则处于低压水流中。转子转动时通道会通过一个将高压和低压隔离的密封区。这些含有高压水的通道与相邻的含有低压水的通道被转子通道间的隔断和陶瓷端盖形成的密封区隔离。 

从图6我们还可以看到，由海水供水泵供应的海水流进低压区左侧的通道，该水流将浓盐水从通道的右侧排出。在转子转过密封区后，高压盐水从右侧流入通道，给海水增加压力，受压后的海水然后再流入循环泵。转子每旋转一圈，这个压力交换过程就在每个通道内重复，从而不断有水流注入和排出。 

上述压力交换器有些效率比较低(如水力透平式)、有些不能输出的流量具有较大的波动(如活塞式阀控压力交换器)、有些不能输出较大的流量(如PX转子式压力交换器)，这在实际的应用中都具有一定的局限性。 

发明内容

本发明所提供的一种压力交换器，其基本机型包括一个具有径向开孔的转子，以及具有若干配合实现不同功能的开孔的转子外壳和左右两个端盖(高压侧端盖和低压侧端盖)，转子可依靠流体的冲击力而转动，当转子的位置转到压力交换位置的时候，此时转子上的开孔正好与转子外壳上的压力交换孔正好对应，高压流体A将转子的径向孔内的低压流体B压出，从而实现了压力从流体A到流体B的交换，当转子的径向孔内的低压流体B基本被压出时，转子径向孔正好转到转子外壳封闭的区域，此时转子的径向孔被封闭且内部充满流体A；随着转子的继续旋转至下一个位置，此时转子的位置处于流体置换位置，转子上的开孔正好与转子外壳上的流体置换孔正好对应，此时封闭在转子径向孔中的高压流体A与泻放口接通，低压流体B将转子的径向孔内的流体A压出并从泻放口排出，从而实现了径向孔内的流体A和流体B的交换，当转子的径向孔内的流体A基本被压出时，转子径向孔正好转到转子外壳封闭的区域，此时转子的径向孔被封闭且内部充满流体B；随着转子的继续旋转，转子的位置又将转到原来的压力交换位置，从而实现了一个压力交换-流体置换循环。在此循环中，流体A和流体B之间始终存在一个中间层，确保流体A和流体B不被混合。转子在旋转一圈的过程中，可以有多次的压力交换-流体置换循环。 

本发明的基本机型是一种无轴自驱式的转子，第一种拓展机型一种有轴自驱式的转子，第二种拓展机型一种有轴外驱式的转子。 

本发明的密封可采用依靠转子和转子外壳以及两端盖之间的紧密配合来实现，也可采用在转子表面上加装轴向密封环和轴向密封片来实现。 

本发明的润滑采用流体自身润滑，由于为流体自身润滑，所以不存在流体被其它物质污染的可能。 

本发明的冷却可依靠流体A和流体B的流动来实现，也可在左右两端盖上开孔，让少量的泄漏流体流出并带走热量而实现。 

本发明的转子的径向孔不一定要通过圆柱的中轴线。 

本发明的转子的径向孔可以不止一个，转子外壳上的开孔由转子的径向孔的数量和转子在旋转一圈的过程中的压力交换-流体置换循环的次数决定。 

本发明利用转子的径向开孔作为活塞缸、利用流体本身作为活塞，通过转子在旋转过程中的不同位置和不同流体之间的压力差，实现了不同流体间的压力交换，由于本发明的密封面基本在圆柱表面，其密封效果要比断面的密封效果要好很多，且还可以在转子表面加装轴向密封环和轴向密封片，使得其密封效果更好，泄漏更小，从而达到更高的容积效率。 

利用本发明，可以在转子旋转一圈的过程中实现一次或多次的压力交换-流体置换循环以及多组径向孔，从而能够生产出小型、中型和大型排量的压力交换机。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1是本发明的基本机型 

图2是本发明的基本机型的第一种拓展机型 

图3是本发明的基本机型的第二种拓展机型 

图4是本发明的压力交换机的转子处于压力交换位置 

图5是本发明的压力交换机的转子处于流体置换位置 

图6是美国PX压力交换器的主要部件示意图 

图中：1-转子；2-外壳；3-高压侧端盖；4-低压侧端盖；5-高压侧轴；6-低压侧轴；7-动力输入轴 

具体实施方式

如图1所示，本发明包括一个具有径向开孔的转子(1)，以及具有若干配合实现不同功能的开孔的转子外壳(2)和左右两个端盖即高压侧端盖(3)和低压侧端盖(4)，转子(1)可依靠流体的冲击力而转动即自驱式，当转子(1)的位置转到压力交换位置的时候，此时转子(1)上的开孔正好与转子外壳(2)上的压力交换孔正好对应，高压流体A将转子(1)的径向孔内的低压流体B压出，从而实现了压力从流体A到流体B的交换，当转子(1)的径向孔内的低压流体B基本被压出时， 转子径向孔正好转到转子外壳(2)封闭的区域，此时转子的径向孔被封闭且内部充满流体A；随着转子(1)的继续旋转至下一个位置，此时转子(1)的位置处于流体置换位置，转子(1)上的开孔正好与转子外壳(2)上的流体置换孔正好对应，此时封闭在转子径向孔中的高压流体A与泻放口接通，低压流体B将转子(1)的径向孔内的流体A压出并从泻放口排出，从而实现了径向孔内的流体A和流体B的交换，当转子(1)的径向孔内的流体A基本被压出时，转子径向孔正好转到转子外壳(2)封闭的区域，此时转子(1)的径向孔被封闭且内部充满流体B；随着转子(1)的继续旋转，转子(1)的位置又将转到原来的压力交换位置，从而实现了一个压力交换-流体置换循环。在此循环中，流体A和流体B之间始终存在一个中间层，确保流体A和流体B不被混合。转子(1)在旋转一圈的过程中，可以有多次的压力交换-流体置换循环。 

本发明的基本机型是一种无轴自驱式的转子(1)，第一种拓展机型一种有轴自驱式的转子(1)，其配置有高压侧轴(5)和低压侧轴(6)，分别安装与转子(1)的两端；第二种拓展机型一种有轴外驱式的转子(1)，其具有高压侧轴(5)和动力输入轴(7)，分别安装与转子(1)的两端，动力输入轴(7)可以外接动力为转子(1)的旋转提供动力，此时转子(1)不需要流体的冲击力来驱动。 

本发明的压力交换机的内部密封可采用依靠转子(1)和转子外壳(2)以及高压侧端盖(3)和低压侧端盖(4)之间的精密配合来实现，也可采用在转子(1)表面上加装轴向密封环和轴向密封片来实现。 

本发明的转子(1)和转子外壳(2)以及高压侧端盖(3)和低压侧端盖(4)之间的润滑采用需要进行压力交换的流体自身来润滑，由于为流体自身润滑，所以不存在流体被其它物质污染的可能。 

本发明的转子(1)冷却可依靠流体A和流体B的流动来实现，也可在高压侧端盖(3)和低压侧端盖(4)上开孔，让少量的泄漏流体流出并带走热量而实现。 

本发明的转子(1)的径向孔不一定要通过圆柱的中轴线。 

本发明的转子(1)的径向孔可以不止一个，转子外壳(2)上开孔的形状、大小、数量和位置由转子(1)的径向孔的数量和转子(1)在旋转一圈的过程中的压力交换-流体置换循环的次数决定。 

Claims (9)

1.一种压力交换器，其特征在于它包括具有径向开孔的转子(1)，具有若干配合实现不同功能的开孔的转子外壳(2)、高压侧端盖(3)和低压侧端盖(4)，还可以根据不同的情况配备高压侧轴(5)和低压侧轴(6)或动力输入轴(7)，转子(1)在旋转过程中与转子外壳(2)上的开孔配合作用，实现不同流体间的压力交换过程。

2.如权利要求书1所述的一种压力交换器，其特征在于转子(1)在旋转一圈的过程中，转子外壳(2)开孔的不同设计，可以实现一次或多次的压力交换-流体置换循环。

3.如权利要求书1所述的一种压力交换器，其特征在于转子(1)可依靠流体的冲击力而转动实现自驱，也可采用配置动力输入轴(7)，依靠外部动力来旋转。

4.如权利要求书1所述的一种压力交换器，其特征在于其内部密封可采用依靠转子(1)和转子外壳(2)以及高压侧端盖(3)和低压侧端盖(4)之间的精密配合来实现，也可采用在转子(1)的圆柱形表面上加装轴向密封环和轴向密封片来实现。

5.如权利要求书1所述的一种压力交换器，其特征在于其转子(1)和转子外壳(2)以及高压侧端盖(3)和低压侧端盖(4)之间的润滑采用需要进行压力交换的流体自身来润滑。

6.如权利要求书1所述的一种压力交换器，其特征在于其转子(1)冷却可依靠流体A和流体B的流动来实现，也可在高压侧端盖(3)和低压侧端盖(4)上开孔，让少量的泄漏流体流出并带走热量而实现。

7.如权利要求书1所述的一种压力交换器，其特征在于其转子(1)的径向孔可以通过圆柱的中轴线也可以不通过圆柱的中轴线。

8.如权利要求书1所述的一种压力交换器，其特征在于其转子(1)的径向孔的数量可以为一个或多个。

9.如权利要求书1所述的一种压力交换器，其特征在于流体A和流体B在转子(1)的径向孔腔内进行压力交换-流体置换循环时可以设计成让流体A和流体B之间始终存在一个中间层，以确保流体A和流体B不被混合，也可在流体A和流体B之间配备一个活塞类物体以对流体A和流体B进行物理隔绝，以确保流体A和流体B不被混合。 

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