CN103977708B - 电驱自增压转子式能量回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电驱自增压转子式能量回收装置，包括依次固接的泄压段壳体、盐水端壳体、支撑筒体、海水端壳体和低压海水接口；在盐水端壳体内设有盐水分配转盘，在海水端壳体内设有海水分配转盘，盐水分配转盘和海水分配转盘通过中心轴连接，在支撑筒体内设有多个水压缸组，每个水压缸组均由一个大径水压缸和一个小径水压缸串联组成，大径水压缸与盐水端壳体固接，小径水压缸与海水端壳体固接，在大径水压缸和小径水压缸内各设有一活塞，一个水压缸组内的两个活塞采用活塞杆连接；盐水分配转盘和海水分配转盘采用电机驱动。本发明利用高压盐水中的余压能量能够将原料海水的压力提高到膜组件所需压力，不需要增压泵再次提升压力。
Description
技术领域
本发明属于反渗透海水淡化能量回收技术领域，特别是一种电驱自增压转子式能量回收装置。
背景技术
反渗透海水淡化相比于其它海水淡化技术具有投资省、易于维护和建设周期短等优点，作为一种淡水资源增量技术占据了超过60％的市场份额。反渗透海水淡化属于压力驱动的膜分离过程，根据盐浓度的不同，原料海水进入反渗透膜组件之前由高压泵将压力提升到5.5-8.0MPa之间。其中约45％的原料海水被淡化成产品水，剩余约55％高压盐水含有高压泵输出的一半左右的压力能，不经利用被排放造成巨大的能量浪费。因此通过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产水成本具有重要意义。
目前国内外研究和商业化应用的能量回收装置以正位移原理为主，这种能量回收装置采用高压盐水直接增压原料海水的方式实现压力能的回收，能量回收效率在90％以上。采用正位移工作原理的转子式能量回收装置是该领域能量回收效率最高且应用最为广泛的装置。转子式的特点是结构紧凑，操作控制简单，压力流量稳定，但存在单机处理能力小，在变工况操作条件下可能出现过流或过冲现象，及增压海水需要经过增压泵加压后才能达到反渗透海水淡化的要求等不足。
中国发明专利200710056401.9在2007年7月11日公开了一种海水或苦咸水反渗透淡化系统，采用双转盘耦合式压力交换器，是转子式能量回收装置的一种，它通过两个转盘的同步旋转来实现压力交换过程。该专利在使用过程中存在如下不足：其一，压力交换通孔内没有活塞隔离海水和盐水，存在混合现象；其二，高压区和低压区流体之间采用间隙密封，对工件的加工和装配要求精度较高；其三，作为驱动力的高压盐水输入接管没有采用对称布置，给右转盘带来偏心力，对转盘旋转稳定性有影响。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种电驱自增压转子式能量回收装置，该装置利用高压盐水中的余压能量能够将增压海水的压力提高到膜组件所需压力，不需要增压泵再次提升压力。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种电驱自增压转子式能量回收装置，包括依次固接的泄压段壳体、盐水端壳体、支撑筒体、海水端壳体和低压海水接口；所述泄压段壳体设有相互连通的泄压盐水腔和泄压接口；所述盐水端壳体内设有与其转动连接的盐水分配转盘，在所述盐水端壳体与所述盐水分配转盘之间形成有环形高压盐水通道，在所述盐水分配转盘内设有泄压盐水通道，所述泄压盐水通道与所述泄压盐水腔连通，所述盐水端壳体上设有与环形高压盐水通道连通的高压盐水接口；在所述支撑筒体内设有多个沿周向均布的水压缸组，每个水压缸组均由相互串联的一个大径水压缸和一个小径水压缸组成，所述大径水压缸与盐水端壳体固接，所述小径水压缸与海水端壳体固接，在所述大径水压缸和所述小径水压缸内各设有一活塞，一个所述水压缸组内的两个活塞采用活塞杆连接；在所述盐水分配转盘上设有相互独立的扇形高压盐水布液槽和扇形泄压盐水布液槽，所述高压盐水布液槽和所述泄压盐水布液槽分别与所述高压盐水通道和所述泄压盐水通道连通；在所述盐水端壳体上设有连通所述大径水压缸和所述高压盐水布液槽或所述泄压盐水布液槽的沟通孔Ⅰ；所述海水端壳体内设有与其转动连接的海水分配转盘，在所述海水端壳体与所述海水分配转盘之间形成有环形增压海水通道，在所述海水分配转盘内设有低压海水通道，所述低压海水通道与所述低压海水接口连通，在所述海水端壳体上设有与所述环形增压海水通道连通的增压海水接口；在所述海水分配转盘上设有相互独立的扇形增压海水布液槽和扇形低压海水布液槽，所述增压海水布液槽和所述低压海水布液槽分别与所述环形增压海水通道和所述低压海水通道连通；在所述海水端壳体上设有连通所述小径水压缸和所述增压海水布液槽或所述低压海水布液槽的沟通孔Ⅱ；所述高压盐水布液槽和所述增压海水布液槽处于相同相位，所述泄压盐水布液槽和所述低压海水布液槽处于相同相位；所述盐水分配转盘和所述海水分配转盘通过中心轴连接，所述盐水分配转盘采用电机驱动。
在所述盐水分配转盘的外侧设有沿周向均布的多个翅片，所述翅片位于所述环形高压盐水通道内；在所述盐水端壳体内固接有盐水分布器，所述盐水分布器空套在所述盐水分配转盘外，所述盐水分布器将所述环形高压盐水通道隔成环空Ⅰ和环空Ⅱ，所述环空Ⅰ形成在所述盐水分布器与所述盐水端壳体之间，所述环空Ⅱ形成在所述盐水分配转盘与所述盐水分布器之间；在所述盐水分布器上设有盐水射流槽，所述盐水射流槽沿周向均布，所述盐水射流槽的射流方向与其所在盐水分布器圆周的法线方向成设定夹角；所述环空Ⅰ与所述高压盐水接口连通，所述环空Ⅱ与所述高压盐水布液槽连通；在所述海水分配转盘上固接有海水分布器，所述海水分布器将所述环形增压海水通道隔成环空Ⅲ和环空Ⅳ，所述环空Ⅲ形成在所述海水分布器与所述海水端壳体之间，所述环空Ⅳ形成在所述海水分配转盘与所述海水分布器之间，在所述海水分布器上设有海水射流槽，所述海水射流槽沿周向均布，所述海水射流槽的射流方向与其所在海水分布器圆周的法线方向成设定夹角；所述环空Ⅲ与所述增压海水接口连通，所述环空Ⅳ与所述增压海水布液槽连通。
在所述盐水分配转盘与所述泄压段壳体之间夹压有径向密封结构Ⅰ，所述径向密封结构Ⅰ包括摩擦板Ⅰ和蝶簧Ⅰ，所述摩擦板Ⅰ夹压在所述蝶簧Ⅰ和所述泄压段壳体之间，所述蝶簧Ⅰ夹压在所述摩擦板Ⅰ和所述盐水分配转盘之间；在所述海水分配转盘与所述低压海水接口之间夹压有径向密封结构Ⅱ，所述径向密封结构Ⅱ包括摩擦板Ⅱ和蝶簧Ⅱ，所述摩擦板Ⅱ夹压在所述蝶簧Ⅱ和所述低压海水接口之间，所述蝶簧Ⅱ夹压在所述摩擦板Ⅱ和所述海水分配转盘之间。
本发明具有的优点和积极效果是：
一)采用差压式增压结构，将增压海水的压力提高到膜组件所需压力，不需要增压泵提升压力，简化工艺；二)水压缸内的活塞起到隔离海水和盐水的作用，能够防止混合与过流和过冲现象的发生；三)转盘采用周向分离、端面接触的配合方式和带轴向补偿功能的蝶簧与摩擦板结构，降低了加工和装配精度，也提高了密封性能；四)分布器和翅片结构具有较强水力驱动作用，降低了电机功率，也使转盘受力平衡，消除了偏心力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中盐水分配转盘三维示意图；
图3为图1中盐水分配转盘三维剖视示意图；
图4为图1中盐水分布器三维示意图；
图5为本发明的三维爆炸示意图；
图6为本发明的三维爆炸剖视示意图；
图7为用一个水压缸代替本发明中的一个水压缸组形成的电驱无自增压转子式能量回收装置。
图中：1-动力传递轴；2-电机固定法兰；3-泄压段壳体；4-泄压筒体；5-泄压接口；6-泄压法兰；7-摩擦板Ⅰ；8-蝶簧Ⅰ；9-盐水端壳体；10-盐水分布器；11-盐水分配转盘；12-翅片；13-泄压盐水通道；14-支撑筒体；15-连接块；16-中心轴；17-海水分布器；18-低压海水通道；19-增压海水接口；20-海水端壳体；21-增压法兰；22-低压海水短节；23-低压海水接口；24-摩擦板Ⅱ；25-蝶簧Ⅱ；26-环空Ⅳ；27-环空Ⅲ；28-海水分配转盘；29-沟通孔Ⅱ；30-小径活塞；31-活塞杆；32-小径水压缸；33-大径活塞；34-大径水压缸；35-沟通孔Ⅰ；36-环空Ⅰ；37-高压盐水接口；38-环空Ⅱ。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图6，一种电驱自增压转子式能量回收装置，包括依次固接的泄压段壳体3、盐水端壳体9、支撑筒体14、海水端壳体20和低压海水接口23。
所述泄压段壳体筒体设有相互连接的电机固定法兰2、泄压筒体4和泄压法兰6，并环绕形成泄压盐水腔，在泄压筒体上设有泄压接口5，泄压盐水腔和泄压接口相互连通。
所述盐水端壳体9内设有与其转动连接的盐水分配转盘11，在所述盐水端壳体9与所述盐水分配转盘11之间形成有环形高压盐水通道，在所述盐水分配转盘11内设有泄压盐水通道13，所述泄压盐水通道13与所述泄压盐水腔连通，盐水分配转盘结构如图2和图3所示，所述盐水端壳体9上设有与环形高压盐水通道连通的高压盐水接口37。
在所述支撑筒体14内设有多个沿周向均布的水压缸组，每个水压缸组均由连接块相互串联的一个大径水压缸34和一个小径水压缸32组成，所述大径水压缸34与盐水端壳体固接9，所述小径水压缸32与海水端壳体20固接，在所述大径水压缸34和所述小径水压缸32内分别设有一大径活塞33和一小径活塞30，一个所述水压缸组内的两个活塞采用活塞杆31连接；水压缸组数量为大于等于2的整数，本实施例以6个水压缸组为例。
在所述盐水分配转盘11上设有相互独立的扇形高压盐水布液槽和扇形泄压盐水布液槽，所述高压盐水布液槽和所述泄压盐水布液槽分别与所述高压盐水通道和所述泄压盐水通道连通。
在所述盐水端壳体9上设有连通所述大径水压缸34和所述扇形高压盐水布液槽或所述扇形泄压盐水布液槽的沟通孔Ⅰ35，沟通孔Ⅰ35周向均布排列，数量与水压缸组的数量一致，径向位置与所述大径水压缸、所述扇形高压盐水布液槽和所述扇形泄压盐水布液槽相对应。
所述海水端壳体20内设有与其转动连接的海水分配转盘28，在所述海水端壳体20与所述海水分配转盘28之间形成有环形增压海水通道，在所述海水分配转盘28内设有低压海水通道18，所述低压海水通道18与所述低压海水接口23连通，在所述海水端壳体20上设有与所述环形增压海水通道连通的增压海水接口19；所述低压海水接口23由相互连接的低压海水法兰21和低压海水短节22组成。
在所述海水分配转盘28上设有相互独立的扇形增压海水布液槽和扇形低压海水布液槽，所述增压海水布液槽和所述低压海水布液槽分别与所述环形增压海水通道和所述低压海水通道连通。
在所述海水端壳体20上设有连通所述小径水压缸32和所述扇形增压海水布液槽或所述扇形低压海水布液槽的沟通孔Ⅱ29，沟通孔Ⅱ29周向均布排列，数量与水压缸组的数量一致，径向位置与所述小径水压缸、所述扇形增压海水布液槽和所述扇形低压海水布液槽相对应。
所述高压盐水布液槽与其中3个相邻的水压缸组中大径水压缸贯通，这3个水压缸组中的小径水压缸则与增压海水布液槽贯通，所述泄压盐水布液槽和所述低压海水布液槽则分别与其余3个水压缸组中大径水压缸和小径水压缸贯通，两个布液槽的间距大于盐水端壳体上的沟通孔Ⅰ和海水端壳体上的沟通孔Ⅱ。
所述高压盐水布液槽和所述增压海水布液槽处于相同相位，所述泄压盐水布液槽和所述低压海水布液槽处于相同相位。
所述盐水分配转盘11和所述海水分配转盘28通过中心轴连接，所述盐水分配转盘采用电机驱动。
在本实施例中，为了增加水力驱动，在所述盐水分配转盘11的外侧设有沿周向均布的多个翅片12，所述翅片位于所述环形高压盐水通道内；在所述盐水端壳体内固接有如图4所示的盐水分布器10，所述盐水分布器10空套在所述盐水分配转盘11外，所述盐水分布器10将所述环形高压盐水通道隔成环空Ⅰ36和环空Ⅱ38，所述环空Ⅰ36形成在所述盐水分布器10与所述盐水端壳体9之间，所述环空Ⅱ38形成在所述盐水分配转盘11与所述盐水分布器10之间，在所述盐水分布器10上设有盐水射流槽，所述盐水射流槽沿周向均布，所述盐水射流槽的射流方向与其所在盐水分布器圆周的法线方向成设定夹角；所述翅片的数量为大于等于2的整数，所述盐水射流槽的数量为翅片数量一致或者成整数倍数关系；所述环空Ⅰ36与所述高压盐水接口37连通，所述环空Ⅱ38与所述高压盐水布液槽连通。
在所述海水分配转盘28上固接有海水分布器17，所述海水分布器17将所述环形增压海水通道隔成环空Ⅲ27和环空Ⅳ26，所述环空Ⅲ27形成在所述海水分布器17与所述海水端壳体20之间，所述环空Ⅳ26形成在所述海水分配转盘28与所述海水分布器17之间，在所述海水分布器上设有海水射流槽，所述海水射流槽沿周向均布，所述海水射流槽的射流方向与其所在海水分布器圆周的法线方向成设定夹角，所述海水射流槽的数量与盐水射流槽的数量一致；所述环空Ⅲ27与所述增压海水接口19连通，所述环空Ⅳ26与所述增压海水布液槽连通。
在本实施例中，为了增加所述盐水分配转盘11与盐水端壳体9和泄压段壳体3之间的密封性，并降低加工精度，在所述盐水分配转盘11与所述泄压段壳体3之间夹压有径向密封结构Ⅰ，所述径向密封结构Ⅰ包括摩擦板Ⅰ7和蝶簧Ⅰ8，所述摩擦板Ⅰ7夹压在所述蝶簧Ⅰ8和所述泄压段壳体3之间，所述蝶簧Ⅰ8夹压在所述摩擦板Ⅰ7和所述盐水分配转盘11之间。
在本实施例中，为了增加所述海水分配转盘28与海水端壳体20和低压海水接口23之间的密封性，并降低加工精度，在所述海水分配转盘28与所述低压海水接口23之间夹压有径向密封结构Ⅱ，所述径向密封结构Ⅱ包括摩擦板Ⅱ24和蝶簧Ⅱ25，所述摩擦板Ⅱ24夹压在所述蝶簧Ⅱ25和所述低压海水接口23之间，所述蝶簧Ⅱ25夹压在所述摩擦板Ⅱ24和所述海水分配转盘28之间。
本发明电驱自增压转子式能量回收装置构件的装配顺序如图5和图6所示；用一个水压缸代替本发明中的一个水压缸组形成的电驱无自增压转子式能量回收装置如图7所示，这种能量回收装置具有将高压盐水的压力能传递给原料海水的功能，但不具有自增压功能，即不具有替代增压泵将增压海水压力提升到膜组件所需压力的功能。
动力传递轴1与驱动电机相连，高压盐水接口37与高压盐水管路相连，泄压接口5与泄压盐水管路相连，增压海水接口19与增压海水管路相连，低压海水接口23与原料海水管路相连。本发明电驱自增压转子式能量回收装置的工作过程如下：如图1中箭头标示，高压盐水从高压盐水接口37进入到环空Ⅰ36，由盐水分布器的多个射流槽均匀分配冲击盐水分配转盘上的翅片12，协助驱动盐水分配转盘11的旋转，然后从环空Ⅱ38、高压盐水布液槽与对应的沟通孔Ⅰ35进入到大径水压缸34，推动活塞，将压力能传递给小径水压缸32的原料海水；原料海水经过加压后称作增压海水，增压海水流经对应的沟通孔Ⅱ29和增压海水布液槽进入环空Ⅳ26，通过海水分布器的多个射流槽以反冲作用的形式流入到环空Ⅲ27，为海水分配转盘的旋转提供推动力，最后通过增压海水接口19进入到增压海水管路；上述过程称作增压过程。此时由低压海水接口23进入的原料海水流经低压海水通道18、低压海水布液槽与对应的沟通孔Ⅱ，进入到小径水压缸，推动活塞，使大径水压缸内的泄压盐水通过对应的沟通孔Ⅰ、泄压盐水布液槽、泄压盐水通道13、泄压盐水腔和泄压接口5排出能量回收装置，同时将小径水压缸充满原料海水，为增压过程做准备；这一过程称作泄压过程。
上述增泄压过程中，在驱动电机和水流冲击力的共同作用下，盐水分配转盘和海水分配转盘会一直保持同轴同步高速旋转，两个转盘上的布液槽与每个水压缸处于重叠的时间要小于活塞运动一个水压缸长度所用时间，所以当图中的布液槽转过对应水压缸时，相应的增泄压过程结束。随着转盘的旋转180°，上述两组水压缸会进行相反的增泄压过程，所以转盘旋转一周，每个水压缸都进行一次增泄压过程，如此往复，实现能量回收过程的连续稳定进行。在上述结构尺寸下，经过大小径活塞的差压式增压后，增压海水压力不需要增压泵就可以达到膜组件入口的压力水平；当然通过计算，选择合适的大小活塞直径比，可以将增压海水压力提升到不同的压力范围内。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种电驱自增压转子式能量回收装置，其特征在于，包括依次固接的泄压段壳体、盐水端壳体、支撑筒体、海水端壳体和低压海水接口；
所述泄压段壳体设有相互连通的泄压盐水腔和泄压接口；
所述盐水端壳体内设有与其转动连接的盐水分配转盘，在所述盐水端壳体与所述盐水分配转盘之间形成有环形高压盐水通道，在所述盐水分配转盘内设有泄压盐水通道，所述泄压盐水通道与所述泄压盐水腔连通，所述盐水端壳体上设有与环形高压盐水通道连通的高压盐水接口；
在所述支撑筒体内设有多个沿周向均布的水压缸组，每个水压缸组均由相互串联的一个大径水压缸和一个小径水压缸组成，所述大径水压缸与盐水端壳体固接，所述小径水压缸与海水端壳体固接，在所述大径水压缸和所述小径水压缸内各设有一活塞，一个所述水压缸组内的两个活塞采用活塞杆连接；
在所述盐水分配转盘上设有相互独立的扇形高压盐水布液槽和扇形泄压盐水布液槽，所述高压盐水布液槽和所述泄压盐水布液槽分别与所述高压盐水通道和所述泄压盐水通道连通；
在所述盐水端壳体上设有连通所述大径水压缸和所述高压盐水布液槽或所述泄压盐水布液槽的沟通孔Ⅰ；
所述海水端壳体内设有与其转动连接的海水分配转盘，在所述海水端壳体与所述海水分配转盘之间形成有环形增压海水通道，在所述海水分配转盘内设有低压海水通道，所述低压海水通道与所述低压海水接口连通，在所述海水端壳体上设有与所述环形增压海水通道连通的增压海水接口；
在所述海水分配转盘上设有相互独立的扇形增压海水布液槽和扇形低压海水布液槽，所述增压海水布液槽和所述低压海水布液槽分别与所述环形增压海水通道和所述低压海水通道连通；
在所述海水端壳体上设有连通所述小径水压缸和所述增压海水布液槽或所述低压海水布液槽的沟通孔Ⅱ；
所述高压盐水布液槽和所述增压海水布液槽处于相同相位，所述泄压盐水布液槽和所述低压海水布液槽处于相同相位；
所述盐水分配转盘和所述海水分配转盘通过中心轴连接，所述盐水分配转盘采用电机驱动。
2.根据权利要求1所述的电驱自增压转子式能量回收装置，其特征在于，在所述盐水分配转盘的外侧设有沿周向均布的多个翅片，所述翅片位于所述环形高压盐水通道内；在所述盐水端壳体内固接有盐水分布器，所述盐水分布器空套在所述盐水分配转盘外，所述盐水分布器将所述环形高压盐水通道隔成环空Ⅰ和环空Ⅱ，所述环空Ⅰ形成在所述盐水分布器与所述盐水端壳体之间，所述环空Ⅱ形成在所述盐水分配转盘与所述盐水分布器之间；在所述盐水分布器上设有盐水射流槽，所述盐水射流槽沿周向均布，所述盐水射流槽的射流方向与其所在盐水分布器圆周的法线方向成设定夹角；所述环空Ⅰ与所述高压盐水接口连通，所述环空Ⅱ与所述高压盐水布液槽连通；
在所述海水分配转盘上固接有海水分布器，所述海水分布器将所述环形增压海水通道隔成环空Ⅲ和环空Ⅳ，所述环空Ⅲ形成在所述海水分布器与所述海水端壳体之间，所述环空Ⅳ形成在所述海水分配转盘与所述海水分布器之间，在所述海水分布器上设有海水射流槽，所述海水射流槽沿周向均布，所述海水射流槽的射流方向与其所在海水分布器圆周的法线方向成设定夹角；所述环空Ⅲ与所述增压海水接口连通，所述环空Ⅳ与所述增压海水布液槽连通。
3.根据权利要求1所述的电驱自增压转子式能量回收装置，其特征在于，在所述盐水分配转盘与所述泄压段壳体之间夹压有径向密封结构Ⅰ，所述径向密封结构Ⅰ包括摩擦板Ⅰ和蝶簧Ⅰ，所述摩擦板Ⅰ夹压在所述蝶簧Ⅰ和所述泄压段壳体之间，所述蝶簧Ⅰ夹压在所述摩擦板Ⅰ和所述盐水分配转盘之间；
在所述海水分配转盘与所述低压海水接口之间夹压有径向密封结构Ⅱ，所述径向密封结构Ⅱ包括摩擦板Ⅱ和蝶簧Ⅱ，所述摩擦板Ⅱ夹压在所述蝶簧Ⅱ和所述低压海水接口之间，所述蝶簧Ⅱ夹压在所述摩擦板Ⅱ和所述海水分配转盘之间。
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