CN104147930B - 一种法兰结构铜合金碳化硅能量转换泵机 - Google Patents

Abstract

本发明属于海水淡化设备领域，一种法兰结构铜合金碳化硅能量转换泵机，能量转换器整体包括法兰接口壳体、泵头端盖、水机端盖、转换器主轴、一对陶瓷轴承、一对轴承紧固圈以及水泵叶轮和水机转轮，法兰接口壳体两侧中心对称设置有水泵蜗壳和水机蜗壳，使得整体作用力得到平衡；在转换器主轴的泵螺纹段外还设置有泵方轴段与方孔铜合金输入轴的轴端方孔滑动配合，实现了外部动力输入；法兰接口壳体上的壳体内孔两侧都设置有壳体内螺纹，配用一对轴承紧固圈由专用套筒调整工具对准操作盲孔调整到位，确保水泵叶轮和水机转轮同时分别精确位于水泵蜗壳和水机蜗壳之中；经实验显示其能量转换效率高达68%，整体结构采用法兰连接密闭固定安全可靠。

Description

一种法兰结构铜合金碳化硅能量转换泵机

技术领域

本发明属于海水淡化设备领域，国际专利分类为B01D，具体涉及反渗透海水淡化系统中关于能量回收设备的一种法兰结构铜合金碳化硅能量转换泵机。

背景技术

填海造岛，为当代海洋经济之首举，人工岛往往自身不具备淡水，或者说不具有足够的淡水，海水淡化处理日趋迫切，海水淡化的能耗成本受到特别关注。早期海水淡化采用蒸馏法，如多级闪蒸技术，能耗在9.0kWh／m3，通常只建在能量价格很低的地区，如中东石油国或有废热可利用的地区。20世纪70年代反渗透海水淡化技术投入应用，经过不断改进。从80年代初以前建成的多数反渗透海水淡化系统的过程能耗6.0kWh／m3，其最主要的改进是将处理后的高压浓盐水的能量有效回收利用。

经反渗透海水淡化技术所获得的淡水纯度取决于渗透膜的致密度，致密度越高则获得的淡水纯度也越高，同时要求将参与渗透的海水提高到更高的压力。因此，能量回收效率成了降低海水淡化成本的关键。当今世界在海水淡化领域液体能量回收利用的压力交换器主要存在着一系列的机械运动件和电器切换构件，维修率较高最终影响生产成本。如：中国专利授权公告号CN101041484B带能量回收的反渗透海水淡化装置；中国专利授权公告号CN100341609C反渗透海水淡化能量回收装置多道压力切换器等。当今世界在海水淡化领域液体能量回收利用的压力交换器主要有以下两种：

1．传统的活塞液压缸结构类似柱塞泵，优点是工作液体介质与废弃高压液体不直接接触，最高效率可达95%，缺点液压缸结构的活塞以及活塞杆自身都有很大的摩擦功耗，特别是活塞杆的往复密封技术最难达到理想效果，实际效率往往低于90%，特别是摩擦损耗导致设备停机频繁、维护费用高。专利号：201010122952.2，于2010年7月21日公布的我国发明专利：用于海水淡化系统的差动式能量回收装置及方法，就属于传统活塞液压缸结构；

2．其它形式——国际上对海水淡化投入较早的其它发达国家，如：德国、日本、英国、美国、荷兰、瑞典、挪威、以及丹麦等，都未能在压力交换方面获得理想、完美结构，其实际交换效率也都没有超过75%的，且配套工程庞大，外来电器驱动和切换阀门等控制元件过多导致意外事故频繁发生，最终导致大幅度增大设备投资和日常管理维护等额外费用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种海水淡化系统专用的，能将废弃高压液体能量再次转换利用的法兰结构能量转换器。

一种法兰结构铜合金碳化硅能量转换泵机，能量转换器整体包括法兰接口壳体、方孔铜合金输入轴、泵头端盖和水机端盖，所述的法兰接口壳体上下两侧分别有水泵蜗壳和水机蜗壳，所述的法兰接口壳体上的壳体内孔上固定一对陶瓷轴承外圆，陶瓷轴承内孔固定着转换器主轴，转换器主轴上下两侧分别固定着水泵叶轮和水机转轮，作为改进：所述的水泵蜗壳上垂直于所述的转换器主轴的切线方向上有法兰排出口，所述的水泵蜗壳的泵头端孔与所述的泵头端盖的泵盖台阶面可拆卸密闭紧固；所述的法兰排出口上的泵排法兰端面上有4至8个泵排法兰孔；所述的水机蜗壳上垂直于所述的转换器主轴的切线方向上有法兰排泄口，所述的水机蜗壳的水机端孔与所述的水机端盖的机盖台阶面可拆卸密闭紧固；所述的法兰排泄口上的机泄法兰端面上有4至8个机泄法兰孔；

所述的泵头端盖上有法兰吸入口与所述的泵盖台阶面中心轴线成垂直布置，所述的泵头端盖上有泵盖轴孔与所述的泵盖台阶面中心轴线成同轴布置，所述的泵盖轴孔与所述的方孔铜合金输入轴之间为间隙配合，所述的泵盖轴孔上的填料密封槽中有密封圈挤压着所述的方孔铜合金输入轴外圆面；所述的方孔铜合金输入轴下端的轴端方孔与所述的转换器主轴上端的泵方轴段之间为轴线可滑动配合；所述的法兰吸入口上的泵吸法兰端面上有4至8个泵吸法兰孔；所述的水机端盖上有法兰回压口与所述的机盖台阶面中心轴线成同轴布置，所述的法兰回压口上的机吸法兰端面上有4至8个机吸法兰孔；

所述的方孔铜合金输入轴外圆表面激光喷涂有一层厚度为0.38至0.42毫米的铜合金硬质耐腐材料，所述的铜合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Cu:43—45、Ni:5.2—5.4、Cr:1.2—1.4、Mo:3.7—3.9、Zn:2.6—2.8、Sn:4.4—4.6，W：6.4—6.6,余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：C少于0.07、Si少于0.23、Mn少于0.28、S少于0.0l3、P少于0.018；所述的陶瓷轴承整体材质为碳化硅陶瓷，以SiC(碳化硅)为基料，配以矿化剂MgO(氧化镁)、BaCO₃碳酸钡及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为SiC:92.8—93.2；MgO:2.2—2.4；BaCO₃:2.5—2.6；结合粘土结合粘土:2.1—2.2。

作为进一步改进：所述的壳体内孔两侧都有壳体内螺纹分别对着所述的水泵蜗壳内腔以及所述的水机蜗壳内腔，所述的转换器主轴水泵一侧依次有有泵轴承段、泵平键段、泵螺纹段以及所述的泵方轴段，水泵螺母与所述的泵螺纹段旋转紧固，所述的转换器主轴水轮机一侧依次有机轴承段、机螺纹段以及机端光轴，所述的一对陶瓷轴承内孔分别与所述的泵轴承段外圆以及所述的机轴承段外圆过盈配合，所述的一对陶瓷轴承外圆与所述的壳体内孔过渡配合，一对轴承紧固圈外螺纹与所述的壳体内螺纹调节固定着一对所述的陶瓷轴承轴向位置，所述的轴承紧固圈一侧端面上有四个操作盲孔；所述的水机转轮的转轮内螺纹与所述的机螺纹段螺旋配合紧固；所述的水泵叶轮的通孔内圆与所述的泵平键段外圆过渡配合，所述的轴端方孔内的方孔四壁与所述的泵方轴段上的方轴四面之间为滑动配合。

作为进一步改进：所述的转轮内螺纹底端的转轮光孔与所述的机端光轴滑动配合，所述的转轮光孔上有七个转轮螺孔，所述的机端光轴上有四个光轴销孔，止退销钉外螺纹段与所述的转轮螺孔旋转紧固，所述的止退销钉圆柱销段与所述的光轴销孔之间为滑动配合。

作为进一步改进：所述的轴端方孔的方孔四壁深度为46至48毫米，所述的方孔四壁两对边距离为26至28毫米，所述的方孔四壁端口有2×45度的方孔坡口；所述的泵方轴段的方轴四面长度为42至44毫米，所述的方孔四壁两对边距离为26至28毫米，所述的方轴四面端口有2×45度的方轴坡口，且所述的方轴四面的四个相邻边上都有2×45度的方轴倒角。

作为进一步改进：所述的水机转轮上的转轮叶片布置角度与所述的转换器主轴旋转轴线成44至46度夹角。

本发明的有益效果是：

1、整体结构采用法兰连接密闭固定安全可靠，其中法兰接口壳体两侧中心对称设置有水泵蜗壳和水机蜗壳，使得整体作用力得到平衡；特别是法兰接口壳体上的壳体内孔两侧都设置有壳体内螺纹，配用一对轴承紧固圈由专用套筒调整工具对准操作盲孔调整到位，确保水泵叶轮和水机转轮随着一对陶瓷轴承分别精确位于水泵蜗壳和水机蜗壳之中，经实验显示其能量转换效率高达68%高达68%；

2、在水机转轮的转轮光孔上有七个转轮螺孔与机端光轴上的四个光轴销孔错位对应，确保水机转轮的转轮内螺纹与机螺纹段之间微小旋转调节，就能确保止退销钉同时对准转轮螺孔和光轴销孔，实现水机转轮相对于转换器主轴可承受正反转而不会松开，安全可靠；

在转换器主轴的泵螺纹段外还设置有泵方轴段与方孔铜合金输入轴的轴端方孔滑动配合，实现了外部动力输入；且方孔四壁端口有2×45度的方孔坡口，方轴四面端口有2×45度的方轴坡口，便于对准导入；特别是方轴四面的四个相邻边上都有2×45度的方轴倒角，确保方轴四面与方孔四壁之间精密配合传递大扭矩；

3、本发明的关键零部件，动密封件的方孔铜合金输入轴77在外圆表面激光喷涂有一层铜合金硬质耐腐材料，动摩擦承载件的陶瓷轴承73整体材质为碳化硅陶瓷，既耐腐蚀又耐磨损；

4、本发明还省却了所有外来电器驱动和切换阀门等控制元件，避免了任何电器意外事故发生，最终达到大幅度减少投资和日常管理维护费用。特别是被高密度渗透膜截留的60%至70%高压浓盐水从所述的截留水出口流出注入到法兰回压口里参与能量转换，借着水机转轮上的转轮叶片布置角度与转换器主轴的旋转轴线成45度夹角，推动水机转轮以相同旋转方向更高速旋转，带动转换器主轴的旋转速度提高1个百分点，分担了变频电机70负荷达50%，实现了降能目的，使得经反渗透海水淡化系统所获取每立方淡水的过程能耗降到3.0kWh。

附图说明

图1是能量转换器60的剖面示意图。

图2是能量转换器60在海水淡化系统中的应用示意图。

图3是图1中的法兰接口壳体61剖面示意图。

图4是图1中的泵头端盖41剖面示意图。

图5是图1中的水机端盖81剖面示意图

图6是图1中的水泵螺母72附近局部放大剖面示意图。

图7是图6中的A-A剖面图。

图8是图6中的B-B剖面图。

图9是图6中的C-C剖面图。

图10是图6中方孔铜合金输入轴77的轴端方孔71部位放大图。

图11是图6中转换器主轴33的泵平键段34以及传动平键11部位放大图。

图12是图1中的止退销钉19附近局部放大剖面示意图。

图13是图12中的D-D剖面图。

图14是图12中转换器主轴33的机螺纹段36部位放大图。

图15是图12中水机转轮88的转轮内螺纹26部位剖面放大图。

图16是图1中的轴承紧固圈75剖面示意图。

图17是图16中的轴承紧固圈75俯视图。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明的结构和工作原理以及在反渗透海水淡化系统中的应用作进一步阐述：

一种法兰结构铜合金碳化硅能量转换泵机，能量转换器60整体包括法兰接口壳体61、方孔铜合金输入轴77、泵头端盖41和水机端盖81，所述的法兰接口壳体61上下两侧分别有水泵蜗壳67和水机蜗壳66，所述的法兰接口壳体61上的壳体内孔63上固定一对陶瓷轴承73外圆，陶瓷轴承73内孔固定着转换器主轴33，转换器主轴33上下两侧分别固定着水泵叶轮44和水机转轮88，作为改进：所述的水泵蜗壳67上垂直于所述的转换器主轴33的切线方向上有法兰排出口69，所述的水泵蜗壳67的泵头端孔64与所述的泵头端盖41的泵盖台阶面46可拆卸密闭紧固；所述的法兰排出口69上的泵排法兰端面53上有4至8个泵排法兰孔55；所述的水机蜗壳66上垂直于所述的转换器主轴33的切线方向上有法兰排泄口82，所述的水机蜗壳66的水机端孔68与所述的水机端盖81的机盖台阶面86可拆卸密闭紧固；所述的法兰排泄口82上的机泄法兰端面83上有4至8个机泄法兰孔85；

所述的泵头端盖41上有法兰吸入口65与所述的泵盖台阶面46中心轴线成垂直布置，所述的泵头端盖41上有泵盖轴孔47与所述的泵盖台阶面46中心轴线成同轴布置，所述的泵盖轴孔47与所述的方孔铜合金输入轴77之间为间隙配合，所述的泵盖轴孔47上的填料密封槽74中有密封圈挤压着所述的方孔铜合金输入轴77外圆面；所述的方孔铜合金输入轴77下端的轴端方孔71与所述的转换器主轴33上端的泵方轴段31之间为轴线可滑动配合；所述的法兰吸入口65上的泵吸法兰端面43上有4至8个泵吸法兰孔45；所述的水机端盖81上有法兰回压口89与所述的机盖台阶面86中心轴线成同轴布置，所述的法兰回压口89上的机吸法兰端面93上有4至8个机吸法兰孔95；

所述的方孔铜合金输入轴77外圆表面激光喷涂有一层厚度为0.38至0.42毫米的铜合金硬质耐腐材料，所述的铜合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Cu:43—45、Ni:5.2—5.4、Cr:1.2—1.4、Mo:3.7—3.9、Zn:2.6—2.8、Sn:4.4—4.6，W：6.4—6.6,余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：C少于0.07、Si少于0.23、Mn少于0.28、S少于0.0l3、P少于0.018；所述的陶瓷轴承73整体材质为碳化硅陶瓷，以SiC(碳化硅)为基料，配以矿化剂MgO(氧化镁)、BaCO₃碳酸钡及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为SiC:92.8—93.2；MgO:2.2—2.4；BaCO₃:2.5—2.6；结合粘土结合粘土:2.1—2.2。

作为进一步改进：所述的壳体内孔63两侧都有壳体内螺纹62分别对着所述的水泵蜗壳67内腔以及所述的水机蜗壳66内腔，所述的转换器主轴33水泵一侧依次有有泵轴承段35、泵平键段34、泵螺纹段32以及所述的泵方轴段31，水泵螺母72与所述的泵螺纹段32旋转紧固，所述的转换器主轴33水轮机一侧依次有机轴承段37、机螺纹段36以及机端光轴39，所述的一对陶瓷轴承73内孔分别与所述的泵轴承段35外圆以及所述的机轴承段37外圆过盈配合，所述的一对陶瓷轴承73外圆与所述的壳体内孔63过渡配合，一对轴承紧固圈75外螺纹与所述的壳体内螺纹62调节固定着一对所述的陶瓷轴承73轴向位置，所述的轴承紧固圈75一侧端面上有四个操作盲孔76；所述的水机转轮88的转轮内螺纹26与所述的机螺纹段36螺旋配合紧固；所述的水泵叶轮44的通孔内圆22与所述的泵平键段34外圆过渡配合，所述的轴端方孔71内的方孔四壁13与所述的泵方轴段31上的方轴四面14之间为滑动配合。

作为进一步改进：所述的转轮内螺纹26底端的转轮光孔29与所述的机端光轴39滑动配合，所述的转轮光孔29上有七个转轮螺孔15，所述的机端光轴39上有四个光轴销孔16，止退销钉19外螺纹段与所述的转轮螺孔15旋转紧固，所述的止退销钉19圆柱销段与所述的光轴销孔16之间为滑动配合。

作为进一步改进：所述的轴端方孔71的方孔四壁13深度为46至48毫米，所述的方孔四壁13两对边距离为26至28毫米，所述的方孔四壁13端口有2×45度的方孔坡口23；所述的泵方轴段31的方轴四面14长度为42至44毫米，所述的方孔四壁13两对边距离为26至28毫米，所述的方轴四面14端口有2×45度的方轴坡口24，且所述的方轴四面14的四个相邻边上都有2×45度的方轴倒角17。

作为进一步改进：所述的水机转轮88上的转轮叶片84布置角度与所述的转换器主轴33旋转轴线成44至46度夹角。

实施例中：

应用能量转换器60的海水淡化系统中还包括：海底过滤器10、低压水泵20、低压泵电动机30、预处理装置50、反渗透膜组件90、活性碳吸附罐78以及饮用水储存罐79，所述的海底过滤器10与所述的低压水泵20之间有低压泵吸管21连接，所述的低压水泵20输入轴连接着所述的低压泵电动机30，所述的低压水泵20与所述的预处理装置50之间有低压泵排管25连接，所述的预处理装置50与所述的法兰吸入口65之间有所述的能量转换器60上的低压管路56连接，所述的能量转换器60的方孔铜合金输入轴77外端固定连接着变频电机70输出端；所述的

能量转换器60的法兰排出口69与反渗透膜组件90前腔的高压进口96之间连接有高压管路94，所述的能量转换器60的法兰回压口89与反渗透膜组件90前腔的截留水出口98之间连接有回压管路87，所述的法兰排泄口82处连接到排泄管路28上排放掉或作为工业用盐原料；所述的反渗透膜组件90后腔的淡化水出口92依次连接着活性碳吸附罐78和饮用水储存罐79；

法兰吸入口65上的泵吸法兰端面43上有6个泵吸法兰孔45，法兰排出口69上的泵排法兰端面53上有6个泵排法兰孔55，法兰排泄口82上的机泄法兰端面83上有6个机泄法兰孔85，法兰回压口89上的机吸法兰端面93上有6个机吸法兰孔95。

方孔四壁13深度为47毫米，方孔四壁13两对边距离为27.1毫米；方轴四面14长度为43毫米，方孔四壁13两对边距离为27毫米。

水机转轮88上的转轮叶片84布置角度与转换器主轴33旋转轴线成45度夹角。

方孔铜合金输入轴77外圆表面激光喷涂有一层厚度为0.4毫米的铜合金硬质耐腐材料，铜合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Cu:44、Ni:5.3、Cr:1.3、Mo:3.8、Zn:2.7、Sn:4.5，W：6.5,余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：C为0.06、Si为0.21、Mn为0.24、S为0.0l1、P为0.015；陶瓷轴承73整体材质为碳化硅陶瓷，以SiC(碳化硅)为基料，配以矿化剂MgO(氧化镁)、BaCO₃（碳酸钡）及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为SiC:93；MgO:2.3；BaCO₃:2.55；结合粘土结合粘土:2.15。

本发明的工作过程如下：

一、能量转换器60组装：

1．采用将转换器主轴33人工降温至零下180至185度持续14至15分钟取出，1分钟之内将一对陶瓷轴承73分别套在泵轴承段35和机轴承段37，整体放置在法兰接口壳体61上的壳体内孔63之中；

2．一对轴承紧固圈75分别旋转在壳体内孔63两侧的壳体内螺纹62上，由专用套筒调整工具对准操作盲孔76调整到位，确保水泵叶轮44和水机转轮88同时分别精确位于水泵蜗壳67和水机蜗壳66之中；

3．水机转轮88上的转轮内螺纹26与机螺纹段36旋转配合预紧，当转轮光孔29上的7个转轮螺孔15中的1个转轮螺孔15与机端光轴39上的4个光轴销孔16中的任何1个光轴销孔16对准时，将止退销钉19外螺纹段与转轮螺孔15旋转紧固，使得止退销钉19圆柱销段与所述的光轴销孔16之间为滑动配合。就能确保止退销钉19同时对准转轮螺孔15和光轴销孔16，实现水机转轮88相对于转换器主轴33可承受正反转而不会松开，安全可靠；

4．水机端盖81的水机台阶面86与所述水机蜗壳66的水机端孔68对准，并用12颗螺钉分别穿越水机台阶面86上的12个通孔，密闭紧固在水机端孔68周边的12个螺孔之中；

5．水泵叶轮44通孔上的键槽对准泵平键段34上的传动平键11压入，使得水泵叶轮44的通孔内圆22与所述的泵平键段34外圆过渡配合；

6．水泵螺母72与泵螺纹段32旋转紧固；

7．泵头端盖41的泵盖台阶面46与水泵蜗壳67的泵头端孔64对准，并用12颗螺钉分别穿越泵盖台阶面46上的12个通孔，密闭紧固在泵头端孔64周边的12个螺孔之中；

8．方孔铜合金输入轴77的轴端方孔71由外向内穿越泵头端盖41上的泵盖轴孔47，借用泵盖轴孔47上有填料密封槽74中有密封圈挤压着所述的方孔铜合金输入轴77外圆面构成动密封。特别是方孔四壁13端口有2×45度的方孔坡口23，方轴四面14端口有2×45度的方轴坡口24，便于对准导入；特别是方轴四面14的四个相邻边上都有2×45度的方轴倒角17，确保方轴四面14与方孔四壁13之间精密配合传递大扭矩。

二、能量转换器60管路连接：

能量转换器60的方孔铜合金输入轴77外端固定连接着变频电机70输出端；

能量转换器60的法兰吸入口65与预处理装置50出口处之间连接有低压管路56，法兰吸入口65上的泵吸法兰端面43与低压管路56上的法兰端面密闭对接，法兰吸入口65上的泵吸法兰孔45与低压管路56上的法兰孔对准用六付螺栓螺母组件紧固；

能量转换器60的法兰排出口69与反渗透膜组件90前腔的高压进口96之间连接有高压管路94，法兰排出口69上的泵排法兰端面53与高压管路94上的法兰端面密闭对接，法兰排出口69上的泵排法兰孔55与高压管路94上的法兰孔对准用六付螺栓螺母组件紧固；

能量转换器60的法兰回压口89与反渗透膜组件90前腔的截留水出口98之间连接有回压管路87，法兰回压口89上的机吸法兰端面93与回压管路87上的法兰端面密闭对接，法兰回压口89上的机吸法兰孔95与回压管路87上的法兰孔对准用六付螺栓螺母组件紧固；

法兰排泄口82上的机泄法兰端面83与排泄管路28上的法兰端面密闭对接，法兰排泄口82上的机泄法兰孔85与排泄管路28上的法兰孔对准用六付螺栓螺母组件紧固；能量转换器60的法兰排泄口82处连接到排泄管路28上排放掉或作为工业用盐原料。

三、能量转换器60运行过程：

低压泵电动机30输出端驱动低压水泵20旋转，抽取海水经过海底过滤器10初步过滤，再经过低压泵吸管21在低压水泵20处初步增压，从低压泵排管25排出后注入到预处理装置50中备用；

启动变频电机70大功率驱动能量转换器60，变频电机70输出端固定连接着方孔铜合金输入轴77上端，方孔铜合金输入轴77下端的轴端方孔71与所述的转换器主轴33上端的泵方轴段31之间为轴线可滑动配合，驱动所述的转换器主轴33高速旋转；继而带动转换器主轴33上的水泵叶轮44和水机转轮88高速旋转。

利用水泵叶轮44高速旋转产生的离心力在法兰吸入口65处产生负压，经低压管路56吸入预处理装置50中的海水；利用水泵叶轮44高速旋转产生的离心力在水泵蜗壳67处产生高压，由法兰排出口69排出的压力高达6MPa的高压海水再通过高压进口96注入到反渗透膜组件90前腔，其中30%至40%的高压清海水能渗透穿越了反渗透膜组件90的高密度渗透膜91后并成为净化淡水从反渗透膜组件90后腔的淡化水出口92出来，注入到活性碳吸附罐78再次净化后流入到饮用水储存罐79中备用。

被高密度渗透膜91截留的60%至70%高压浓盐水从截留水出口98流出注入到卡箍回压接口89里，作用在转换器主轴33上的转轮叶片84上，借着水机转轮88上的转轮叶片84布置角度与转换器主轴33的旋转轴线成45度夹角，推动水机转轮88以相同旋转方向更高速旋转，带动转换器主轴33旋转速度提高1个百分点，分担了变频电机70负荷达50%，实现了降能目的；经能量交换后的60%至70%高压浓盐水从能量转换器60的法兰排泄口82处连接到排泄管路28上排放掉或作为工业用盐原料，周而复始，连续工作。

本发明整体结构采用法兰连接密闭固定安全可靠，其中法兰接口壳体61两侧中心对称设置有水泵蜗壳67和水机蜗壳66，使得整体作用力得到平衡；特别是法兰接口壳体61上的壳体内孔63两侧都设置有壳体内螺纹62，配用一对轴承紧固圈75由专用套筒调整工具对准操作盲孔76调整到位，确保水泵叶轮44和水机转轮88同时分别精确位于水泵蜗壳67和水机蜗壳66之中，经实验显示其能量转换效率高达68%。

本发明在水机转轮88的转轮光孔29上有七个转轮螺孔15与机端光轴39上的四个光轴销孔16错位对应，确保水机转轮88的转轮内螺纹26与机螺纹段36之间微小旋转调节，就能确保止退销钉19同时对准转轮螺孔15和光轴销孔16，实现水机转轮88相对于转换器主轴33可承受正反转而不会松开，安全可靠。

本发明在转换器主轴33的泵螺纹段32外还设置有泵方轴段31与方孔铜合金输入轴77的轴端方孔71滑动配合，实现了外部动力输入；且方孔四壁13端口有2×45度的方孔坡口23，方轴四面14端口有2×45度的方轴坡口24，便于对准导入；特别是方轴四面14的四个相邻边上都有2×45度的方轴倒角17，确保方轴四面14与方孔四壁13之间精密配合传递大扭矩。

本发明的关键零部件，动密封件的方孔铜合金输入轴77在外圆表面激光喷涂有一层铜合金硬质耐腐材料，动摩擦承载件的陶瓷轴承73整体材质为碳化硅陶瓷，既耐腐蚀又耐磨损。

(表1)碳化硅陶瓷轴承与316不锈钢轴承的耐腐蚀磨损实验数据对比

由表1的对照数据可以得出：碳化硅陶瓷轴承的耐腐蚀抗磨损能力远远强于316不锈钢轴承。

(表2)为方孔铜合金输入轴77外表面的铜合金硬质耐腐材料涂层，与常规不锈钢材质的表面粗糙度受损程度实验数据对比

由表2的对照数据可以得出：外圆表面激光喷涂有一层铜合金硬质耐腐材料的方孔铜合金输入轴77的表面粗糙度受损程度远远小于常规不锈钢材质外表面的表面粗糙度受损程度。

本发明还省却了所有外来电器驱动和切换阀门等控制元件，避免了任何电器意外事故发生，最终达到大幅度减少投资和日常管理维护费用。特别是被高密度渗透膜91截留的60%至70%高压浓盐水从所述的截留水出口98流出注入到法兰回压口89里参与能量转换，使得经反渗透海水淡化系统所获取每立方淡水的过程能耗降到3kW/h。

Claims (5)

1.一种法兰结构铜合金碳化硅能量转换泵机，能量转换器（60）整体包括法兰接口壳体（61）、方孔铜合金输入轴（77）、泵头端盖（41）和水机端盖（81），所述的法兰接口壳体（61）上下两侧分别有水泵蜗壳（67）和水机蜗壳（66），所述的法兰接口壳体（61）上的壳体内孔（63）上固定一对陶瓷轴承（73）外圆，陶瓷轴承（73）内孔固定着转换器主轴（33），转换器主轴（33）上下两侧分别固定着水泵叶轮（44）和水机转轮（88），其特征是：

所述的水泵蜗壳（67）上垂直于所述的转换器主轴（33）的切线方向上有法兰排出口（69），所述的水泵蜗壳（67）的泵头端孔（64）与所述的泵头端盖（41）的泵盖台阶面（46）可拆卸密闭紧固；所述的法兰排出口（69）上的泵排法兰端面（53）上有4至8个泵排法兰孔（55）；所述的水机蜗壳（66）上垂直于所述的转换器主轴（33）的切线方向上有法兰排泄口（82），所述的水机蜗壳（66）的水机端孔（68）与所述的水机端盖（81）的机盖台阶面（86）可拆卸密闭紧固；所述的法兰排泄口（82）上的机泄法兰端面（83）上有4至8个机泄法兰孔（85）；

所述的泵头端盖（41）上有法兰吸入口（65）与所述的泵盖台阶面（46）中心轴线成垂直布置，所述的泵头端盖（41）上有泵盖轴孔（47）与所述的泵盖台阶面（46）中心轴线成同轴布置，所述的泵盖轴孔（47）与所述的方孔铜合金输入轴（77）之间为间隙配合，所述的泵盖轴孔（47）上的填料密封槽（74）中有密封圈挤压着所述的方孔铜合金输入轴（77）外圆面；所述的方孔铜合金输入轴（77）下端的轴端方孔（71）与所述的转换器主轴（33）上端的泵方轴段（31）之间为轴线可滑动配合；所述的法兰吸入口（65）上的泵吸法兰端面（43）上有4至8个泵吸法兰孔（45）；所述的水机端盖（81）上有法兰回压口（89）与所述的机盖台阶面（86）中心轴线成同轴布置，所述的法兰回压口（89）上的机吸法兰端面（93）上有4至8个机吸法兰孔（95）；

所述的方孔铜合金输入轴（77）外圆表面激光喷涂有一层厚度为0.38至0.42毫米的铜合金硬质耐腐材料，所述的铜合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Cu:43—45、Ni:5.2—5.4、Cr:1.2—1.4、Mo:3.7—3.9、Zn:2.6—2.8、Sn:4.4—4.6，W：6.4—6.6,余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：C少于0.07、Si少于0.23、Mn少于0.28、S少于0.0l3、P少于0.018；所述的陶瓷轴承（73）整体材质为碳化硅陶瓷，以SiC(碳化硅)为基料，配以矿化剂MgO(氧化镁)、BaCO₃（碳酸钡）及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为SiC:92.8—93.2；MgO:2.2—2.4；BaCO₃:2.5—2.6；结合粘土结合粘土:2.1—2.2。

2.根据权利要求1所述的一种法兰结构铜合金碳化硅能量转换泵机，其特征是：所述的壳体内孔（63）两侧都有壳体内螺纹（62）分别对着所述的水泵蜗壳（67）内腔以及所述的水机蜗壳（66）内腔，所述的转换器主轴（33）水泵一侧依次有有泵轴承段（35）、泵平键段（34）、泵螺纹段（32）以及所述的泵方轴段（31），水泵螺母（72）与所述的泵螺纹段（32）旋转紧固，所述的转换器主轴（33）水轮机一侧依次有机轴承段（37）、机螺纹段（36）以及机端光轴（39），所述的一对陶瓷轴承（73）内孔分别与所述的泵轴承段（35）外圆以及所述的机轴承段（37）外圆过盈配合，所述的一对陶瓷轴承（73）外圆与所述的壳体内孔（63）过渡配合，一对轴承紧固圈（75）外螺纹与所述的壳体内螺纹（62）调节固定着一对所述的陶瓷轴承（73）轴向位置，所述的轴承紧固圈（75）一侧端面上有四个操作盲孔（76）；所述的水机转轮（88）的转轮内螺纹（26）与所述的机螺纹段（36）螺旋配合紧固；所述的水泵叶轮（44）的通孔内圆（22）与所述的泵平键段（34）外圆过渡配合，所述的轴端方孔（71）内的方孔四壁（13）与所述的泵方轴段（31）上的方轴四面（14）之间为滑动配合。

3.根据权利要求2所述的一种法兰结构铜合金碳化硅能量转换泵机，其特征是：所述的转轮内螺纹（26）底端的转轮光孔（29）与所述的机端光轴（39）滑动配合，所述的转轮光孔（29）上有七个转轮螺孔（15），所述的机端光轴（39）上有四个光轴销孔（16），止退销钉（19）外螺纹段与所述的转轮螺孔（15）旋转紧固，所述的止退销钉（19）圆柱销段与所述的光轴销孔（16）之间为滑动配合。

4.根据权利要求2所述的一种法兰结构铜合金碳化硅能量转换泵机，其特征是：所述的轴端方孔（71）的方孔四壁（13）深度为46至48毫米，所述的方孔四壁（13）两对边距离为26至28毫米，所述的方孔四壁（13）端口有2×45度的方孔坡口（23）；所述的泵方轴段（31）的方轴四面（14）长度为42至44毫米，所述的方孔四壁（13）两对边距离为26至28毫米，所述的方轴四面（14）端口有2×45度的方轴坡口（24），且所述的方轴四面（14）的四个相邻边上都有2×45度的方轴倒角（17）。

5.根据权利要求2所述的一种法兰结构铜合金碳化硅能量转换泵机，其特征是：所述的水机转轮（88）上的转轮叶片（84）布置角度与所述的转换器主轴（33）旋转轴线成44至46度夹角。