CN103032603B

CN103032603B - 配置单压力交换缸的往复运动自密封流体切换器

Info

Publication number: CN103032603B
Application number: CN201310005355.5A
Authority: CN
Inventors: 王越; 宋代旺; 徐世昌; 路乃元; 刘辉; 王世昌
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2033-01-08
Also published as: CN103032603A

Abstract

本发明公开了一种配置单压力交换缸的往复运动自密封流体切换器。该流体切换器包括阀体、低压腔壳体和高压腔壳体，其上设置低压流体出口管、高压流体出口管、压力交换缸连接管和高压流体进口管，其端部设置连接法兰和高压端法兰，在低压腔壳体内、阀体内及高压腔壳体内的中心位置设置往复运动杆，在处于阀体低压室和高压室侧分别设置低压室阀芯组件和高压室阀芯组件。本发明的优点：采用阀体腔室分体结构，阀体腔室开关采用组合件，密封效果好，开关灵活，驱动功率小，加工和安装简单，噪音低，可靠性高。

Description

配置单压力交换缸的往复运动自密封流体切换器

技术领域

本发明涉及一种配置单压力交换缸的往复运动自密封流体切换器，属于反渗透海水淡化能量回收技术领域。

背景技术

反渗透海水淡化作为一种淡水资源增量技术已在世界范围内得到普遍采用，并已占据了大部分市场份额。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，对大幅降低反渗透海水淡化系统运行能耗具有重要意义。

流体切换器是海水淡化能量回收装置的核心部件之一。专利201110268610.6公布了一种往复运动滑块轴向密封流体压力切换器，其是通过同轴连接的四个密封阀板在外驱动力的作用下有规律的打开和关闭，实现与其配套的两只压力交换缸中增压过程和泄压过程的周期性切换。该专利在使用过程中存在如下不足：其一，阀板开闭过程需克服阀板内外侧全面积上的压差阻力，驱动过程消耗功率大；其二，固定密封块与高压腔挡环有直接接触的相对滑动，配合材质要求较高；其三，一个切换器与两个压力交换缸配套连接，装置加工制造成本和安装精度要求都较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配置单压力交换缸的往复运动自密封流体切换器，该流体切换器具有驱动功率小，加工和安装简单，噪音低，可靠性高等特点。

本发明是通过以下技术方案加以实现的：一种配置单压力交换缸的往复运动自密封流体切换器，该流体切换器包括：两端的连接法兰2和高压端法兰13，两个法兰通过拉杆和密封件夹紧密封其中间部件，中间部件包括阀体8、与该阀体的低压室8-2连接的低压腔壳体3、与阀体高压室8-3连接的高压腔壳体10；在低压腔壳体内、阀体内及高压腔壳体内的中心位置设置的三段式不等径的往复运动杆1；其特征在于，在阀体低压室壁上和高压腔壳体壁上的同一圆周角度分别设置低压流体出口管8-1和高压流体进口管10-1，在低压腔壳体壁上和阀体高压室壁上的同一圆周角度上，且该圆周角度与低压流体出口管的开口方位成180°位置，分别设置压力交换缸连接管3-2和带90°弯头的高压流体出口管8-4，在压力交换缸连接管侧面与高压流体出口管的弯头之间设置连接管3-1；三段式往复运动杆的中间粗杆段的长度短于阀体的低压室和高压室的轴向长度之和，在中间粗杆段的两段肩处分别设置低压室限位块7和高压室限位块9，在处于阀体低压室一侧的细杆段上，设置能在该杆段滑动密封的低压室阀芯组件，在处于阀体高压室一侧的细杆段上，设置能在该杆段滑动密封的高压室阀芯组件，往复运动杆穿过连接法兰伸到外侧与驱动装置相连。

上述的低压室阀芯组件，其特征在于，是由一侧能与低压室限位块贴合的低压室阀板6，和位于该阀板另一侧的低压室预泄压阀片4，以及固定在该阀片上且穿过低压室阀板的两根低压室预泄压阀片限位杆5组成；其中低压室阀板的直径大于低压室端口直径，该阀板平面上开设关于直径对称的两个扇形通孔和两个低压室预泄压阀片限位杆孔，其限位杆孔的中心距小于低压室限位块外圆直径；低压室预泄压阀片限位杆的长度大于低压室阀板的厚度；低压室预泄压阀片的外径大于低压室阀板上的两个通孔的最大外径。

上述的高压室阀芯组件，其特征在于，是由一侧能与高压室限位块贴合的高压室阀板11，和位于该阀板另一侧的高压室预增压阀片12，以及固定在该阀片上且穿过高压室阀板的两根高压室预增压阀片限位杆15组成。其中高压室阀板的直径大于高压室端口直径，该阀板平面上开设关于直径对称的两个扇形通孔和两个高压室预增压阀片限位杆孔，其限位杆孔的中心距小于高压室限位块外圆直径；高压室预增压阀片限位杆的长度大于高压室阀板的厚度；高压室预增压阀片的外径大于高压室阀板上的两个通孔的最大外径。

本发明的优点：其一，采用新型筒体内分腔结构，实现了所有阀板都为滑动自密封结构，提高了切换过程的密封效果，减缓了密封阀板与阀体间的撞击；其二，通过在高压室阀板和低压室阀板外侧增设预增压阀片和预泄压阀片，大幅度降低阀芯组件的驱动功率和能耗；其三，该流体切换器与压力交换缸的连接方式采用的是单缸连接，降低了设备制造成本和安装精度要求。

附图说明

图1为本发明配置单压力交换缸的往复运动自密封流体切换器处于增压工作位状态时结构示意图。

图2为本发明配置单压力交换缸的往复运动自密封流体切换器处于泄压工作位状态时结构示意图。

图3为图1和图2中的低压室阀板和高压室阀板结构示意图。

图中：1-往复运动杆；2-连接法兰；3—低压腔壳体；3-1—连接管；3-2—压力交换缸连接管；4—低压室预泄压阀片；5—低压室预泄压阀片限位杆；6—低压室阀板；7—低压室限位块；8—阀体；8-1—低压流体出口管；8-2—低压室；8-3—高压室；8-4—高压流体出口管；9—高压室限位块；10—高压腔壳体；10-1—高压流体进口管；11—高压室阀板；12—高压室预增压阀片；13—高压端法兰；14—限位螺母；15—高压室预增压阀片限位杆。

图4为包括由本发明流体切换器构成的能量回收装置增压工作过程示意图。

图5为包括由本发明流体切换器构成的能量回收装置泄压工作过程示意图。

图4和图5中：A-流体切换器；B-压力交换缸；C-活塞；D-止回阀组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明加以进一步说明。图中阀体8外径Φ168mm，长250mm；其内设置圆柱形低压室8-2和高压室8-3，内径都为Φ100mm，长度分别是115mm和105mm；其阀体低压室壁上设置内径为Φ80mm低压流体出口管8-1，在高压室壁上设置带90°弯头的、内径为Φ65mm高压流体出口管8-4；阀体低压室端连接低压腔壳体3，该壳体内径Φ140mm，壁厚14mm，长130mm；低压腔壳体上设置有内径为Φ80mm压力交换缸连接管3-2，该压力交换缸连接管的侧面设置内径Φ65mm的连接管3-1，该连接管与高压流体出口管贯通；低压腔壳体的另一端安装有连接法兰2，连接法兰外径为Φ262mm，中心孔直径为Φ20mm；阀体高压室端连接有高压腔壳体10，该壳体内径为Φ140mm，壁厚14mm，长165mm，其上设置高压流体进口管10-1，其内径为Φ65mm；高压腔壳体的另一侧安装有高压端法兰13，其外径为Φ262mm；往复运动杆1是三段式不等径杆，中间粗杆段直径为Φ28mm，长为173mm，粗杆段两侧为细杆段，其直径为Φ20mm，左侧细杆长度为210mm，右侧细杆长度100mm；高压室阀芯组件包括高压室阀板11、高压室预增压阀片12和两个高压室预增压阀片限位杆15，高压室阀板结构如图3所示，其外径为Φ110mm，中心孔为Φ20mm，厚度为25mm，在阀板平面上加工有两个对称的扇形通孔，每个扇形通孔圆心角为120°，外径为Φ65mm，内径为Φ30mm，在阀板平面上两个扇形通孔的对称轴上对称的开设两个高压室预增压阀片限位杆孔，两孔的孔间距40mm，孔径为Φ11mm；高压室预增压阀片限位杆的直径Φ10mm，长度51mm，其穿过两个高压室预增压阀片限位杆孔后通过螺纹紧固在高压室预增压阀片上；高压室预增压阀片为圆盘状，外径为Φ71mm；低压室阀芯组件包括低压室阀板6、低压室预泄压阀片4和两个低压室预泄压阀片限位杆5，其结构和尺寸与高压室阀芯组件一致。

往复运动杆与驱动装置相连，高压流体进口管与高压盐水管路相连，低压流体出口管与泄压盐水管路相连，其压力交换缸连接管与压力交换缸相连，流体切换器、压力交换缸和止回阀组构成能量回收装置单元。本发明配置单压力交换缸的往复运动自密封流体切换器的工作过程如下：如图1所示，流体切换器处于增压工作位，高压室阀板11和高压室预增压阀片12处于打开状态，而低压室阀板6和低压室预泄压阀片4处于关闭状态，对应的压力交换缸内进行的是增压过程，如图4所示，高压盐水从高压流体进口管10-1进入高压腔壳体10，穿过高压室8-3、高压流体出口管8-4、连接管3-1和压力交换缸连接管3-2进入压力交换缸，推动活塞，将压力能传递给原料海水；当活塞到达压力交换缸的止回阀组侧端部时，在外驱动力的作用下流体切换器往复运动杆自右向左运动，高压室阀板和高压室预增压阀片在高压盐水和往复运动杆的共同作用下先后关闭。与此同时，低压室限位块推动低压室预泄压阀片和低压室阀板依次打开，转换至泄压工作位。

图5所示的能量回收装置处于泄压过程，对应的流体切换器如图2所示。此时流体切换器低压室阀板和低压室预泄压阀片均处于打开状态，而高压室阀板和高压室预增压阀片处于关闭状态，原料海水由止回阀组端进入压力交换缸，推动活塞使泄压盐水通过压力交换缸连接管流入低压腔壳体3，穿过低压室8-2和低压流体出口管8-1排出装置，当活塞到达压力交换缸的流体切换器侧端部时，泄压过程结束；如此，一个增泄压周期结束，接着进入下一个增泄压周期，这样交替实现能量回收过程的连续进行。

Claims

1.一种配置单压力交换缸的往复运动自密封流体切换器，该流体切换器包括：两端的连接法兰（2）和高压端法兰（13），两个法兰通过拉杆和密封件夹紧密封其中间部件，中间部件包括阀体（8）、与该阀体的低压室（8-2）连接的低压腔壳体（3）、与阀体高压室（8-3）连接的高压腔壳体（10）；在低压腔壳体内、阀体内及高压腔壳体内的中心位置设置的三段式不等径的往复运动杆（1）；其特征在于，在阀体低压室壁上和高压腔壳体壁上的同一圆周角度分别设置低压流体出口管（8-1）和高压流体进口管（10-1），在低压腔壳体壁上和阀体高压室壁上的同一圆周角度上，且该圆周角度与低压流体出口管的开口方位成180°位置，分别设置压力交换缸连接管（3-2）和带90°弯头的高压流体出口管（8-4），在压力交换缸连接管侧面与高压流体出口管的弯头之间设置连接管（3-1）；三段式往复运动杆的中间粗杆段的长度短于阀体的低压室和高压室的轴向长度之和，在中间粗杆段的两段肩处分别设置低压室限位块（7）和高压室限位块（9），在处于阀体低压室一侧的细杆段上，设置能在该杆段滑动密封的低压室阀芯组件，在处于阀体高压室一侧的细杆段上，设置能在该杆段滑动密封的高压室阀芯组件，往复运动杆穿过连接法兰伸到外侧与驱动装置相连。

2.按权利要求1所述的配置单压力交换缸的往复运动自密封流体切换器，其特征在于，低压室阀芯组件是由一侧能与低压室限位块贴合的低压室阀板（6），和位于该阀板另一侧的低压室预泄压阀片（4），以及固定在该阀片上且穿过低压室阀板的两根低压室预泄压阀片限位杆（5）组成；其中低压室阀板的直径大于低压室端口直径，该阀板平面上开设关于直径对称的两个扇形通孔和两个低压室预泄压阀片限位杆孔，其限位杆孔的中心距小于低压室限位块外圆直径；低压室预泄压阀片限位杆的长度大于低压室阀板的厚度；低压室预泄压阀片的外径大于低压室阀板上的两个通孔的最大外径。

3. 按权利要求1所述的配置单压力交换缸的往复运动自密封流体切换器，其特征在于，高压室阀芯组件是由一侧能与高压室限位块贴合的高压室阀板（11），和位于该阀板另一侧的高压室预增压阀片（12），以及固定在该阀片上且穿过高压室阀板的两根高压室预增压阀片限位杆（15）组成；其中高压室阀板的直径大于高压室端口直径，该阀板平面上开设关于直径对称的两个扇形通孔和两个高压室预增压阀片限位杆孔，其限位杆孔的中心距小于高压室限位块外圆直径；高压室预增压阀片限位杆的长度大于高压室阀板的厚度；高压室预增压阀片的外径大于高压室阀板上的两个通孔的最大外径。