CN104310621B - 一种卡箍离合轴碳化硅铝合金海岛饮水提取器械 - Google Patents

Abstract

本发明属于能量传送设备领域，一种卡箍离合轴碳化硅铝合金海岛饮水提取器械，包括海底过滤器、低压水泵、低压泵电机、预处理装置、卡箍接离合轴交换器、反渗透膜组件、活性碳吸附罐以及饮用水储存罐，卡箍接离合轴交换器的卡箍排出接口与反渗透膜组件前腔的高压进口之间连接有高压管路，作为改进：卡箍接离合轴交换器的卡箍回压接口与反渗透膜组件前腔的截留水出口之间连接有回压管路，卡箍接离合轴交换器的卡箍排泄接口处有排泄管路；反渗透膜组件前腔在高压进口与截留水出口之间有导流隔板；卡箍接离合轴交换器整体还包括卡箍接壳体、六角泵轴、水机六齿轴、水机转轮、水泵叶轮、卡箍泵端盖和卡箍回压端盖。

Description

一种卡箍离合轴碳化硅铝合金海岛饮水提取器械

技术领域

本发明属于能量传送设备领域，国际专利分类为C02F，具体涉及反渗透海岛淡水提取系统中关于能量回收设备的一种卡箍离合轴碳化硅铝合金海岛饮水提取器械。

背景技术

填海造岛，为当代海洋经济之首举，早期海水淡化采用蒸馏法，如多级闪蒸技术，能耗在9.0kWh／m3，20世纪70年代反渗透海水淡化技术投入应用，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。

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：2010102952.2，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。

3.最新应用的水泵水轮机，虽然在能量回收关键技术上具备诸多优点，但因其水泵叶轮与水轮机转轮处于同轴结构，导致启动功率大，而且还容易发生启动事故。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种以卡箍接离合轴交换器作为关键技术，可将原本要废弃的高压液体能量再次转换利用，具备显著节能的海岛淡水提取机。

一种卡箍离合轴碳化硅铝合金海岛饮水提取器械，包括海底过滤器、低压水泵、低压泵电机、预处理装置、卡箍接离合轴交换器、反渗透膜组件、活性碳吸附罐以及饮用水储存罐，所述的海底过滤器与所述的低压水泵之间有低压泵吸管连接，所述的低压水泵输入轴连接着所述的低压泵电机，所述的低压水泵与所述的预处理装置之间有低压泵排管连接，所述的预处理装置与所述的卡箍接离合轴交换器的卡箍吸入接口之间有低压管路连接，所述的卡箍接离合轴交换器的六角孔输入轴外端固定连接着变频电机输出端；所述的卡箍接离合轴交换器的卡箍排出接口与所述的反渗透膜组件前腔的高压进口之间连接有高压管路，所述的反渗透膜组件后腔的淡化水出口依次连接着所述的活性碳吸附罐和所述的饮用水储存罐；所述的低压泵吸管上串联有垂直止回阀，所述的低压管路上串联有水平止回阀，作为改进：所述的卡箍接离合轴交换器的卡箍回压接口与所述的反渗透膜组件前腔的截留水出口之间连接有回压管路，所述的卡箍接离合轴交换器的卡箍排泄接口处有排泄管路； 所述的反渗透膜组件前腔在所述的高压进口与所述的截留水出口之间有导流隔板；所述的卡箍接离合轴交换器整体还包括卡箍接壳体、六角泵轴、水机六齿轴、水机转轮、水泵叶轮、卡箍泵端盖和卡箍机端盖。

作为进一步改进：所述的卡箍接壳体上下两侧分别有水泵蜗壳和水机蜗壳，所述的卡箍接壳体上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；

所述的水泵蜗壳上垂直于所述的壳体内孔的切线方向上有卡箍排出接口，所述的水泵蜗壳的泵头端孔与所述的卡箍泵端盖的泵盖台阶面可拆卸密闭紧固；所述的卡箍排出接口上有排出卡箍端面，排出卡箍端面背面是排出锥台面，高压管路端头上的高压管端平面及其背面的高压管锥台面分别与所述的排出卡箍端面以及所述的排出锥台面相对应，成对组装由两组螺栓螺母紧固的排出下半卡箍和排出上半卡箍上分别有两侧对称设置的排出锥孔面上半部和排出锥孔面下半部同时与所述的高压管锥台面以及排出锥台面相配合，使得所述的高压管端平面与所述的排出卡箍端面紧贴；

所述的水机蜗壳上垂直于所述的壳体内孔的切线方向上有卡箍排泄接口，所述的水机蜗壳的水机端孔与所述的卡箍机端盖的机盖台阶面可拆卸密闭紧固；所述的卡箍排泄接口上有排泄卡箍端面，排泄卡箍端面背面是排泄锥台面，排泄管路右端头上的排泄管端平面及其背面的排泄管锥台面分别与所述的排泄卡箍端面以及所述的排泄锥台面相对应，成对组装由两组螺栓螺母紧固的排泄下半卡箍和排泄上半卡箍上分别有两侧对称设置的排泄锥孔面下半部和排泄锥孔面上半部同时与所述的排泄管锥台面以及排泄锥台面相配合，使得所述的排泄管端平面与所述的排泄卡箍端面紧贴；

所述的卡箍泵端盖上有卡箍吸入接口与所述的泵盖台阶面中心轴线成垂直布置，所述的卡箍泵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六角孔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六角孔输入轴外圆面；所述的六角孔输入轴下端的六面端孔与所述的六角泵轴上端的六棱柱段之间为轴线可滑动配合；所述的卡箍吸入接口上有吸入卡箍端面，吸入卡箍端面背面是吸入锥台面，低压管路端头上的吸管卡箍平面及其背面的吸管锥台面分别与所述的吸入卡箍端面以及所述的吸入锥台面相对应，成对组装由两组螺栓螺母紧固的吸入卡箍下半和吸入卡箍上半上分别有两侧对称设置的吸入锥孔面上半部和吸入锥孔面下半部同时与所述的吸管锥台面以及吸入锥台面相配合，使得所述的吸管卡箍平面与所述的吸入卡箍端面紧贴；

所述的卡箍机端盖上有卡箍回压接口与所述的机盖台阶面中心轴线成同轴布置，所述的卡箍回压接口上有回压卡箍端面，回压卡箍端面背面是回压锥台面，回压管路端头上的回压管端平面及其背面的回压管锥台面分别与所述的回压卡箍端面以及所述的回压锥台面相对应，成对组装由两组螺栓螺母紧固的回压右半卡箍和回压左半卡箍上分别有两侧对称设置的回压锥孔面右半部和回压锥孔面左半部同时与所述的回压管锥台面以及回压锥台面相配合，使得所述的回压管端平面与所述的回压卡箍端面紧贴；

所述的壳体内孔上半部分过渡配合固定着一对水泵轴承外圆，所述的一对水泵轴承内孔分别过盈配合固定着所述的六角泵轴的泵上轴承段和泵下轴承段；

所述的壳体内孔下半部分过渡配合固定着一对水机轴承外圆，所述的一对水机轴承内孔分别过盈配合固定着所述的水机六齿轴的机上轴承段和机下轴承段；

所述的六角泵轴上方侧自上而下依次有所述的六棱柱段、泵螺纹段、泵平键段和所述的泵上轴承段，所述的六角泵轴下方侧依次有所述的泵下轴承段和挡肩端轴；所述的水机六齿轴上方侧有所述的机上轴承段，机上轴承段端面侧有六个离合孔斜弧面，离合孔斜弧面一侧有棘轮档位面，离合孔斜弧面底端有棘轮孔退刀槽；

所述的水机六齿轴下方侧依次有所述的机下轴承段、机螺纹段以及机端光轴，所述的挡肩端轴与每一个所述的离合孔斜弧面之间有一根棘轮六齿圆棒，一对所述的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水泵轴承和一对所述的水机轴承的轴向位置；

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，所述的六面端孔内的六面孔壁与所述的六棱柱段上的六棱柱面之间为滑动配合；

所述的棘轮六齿圆棒为复合46尼龙，所述的挡肩端轴表面和所述的离合孔斜弧面表面均有一层厚度为0.4至0.6毫米的铝合金硬质耐腐材料，所述的水泵轴承和所述的水机轴承整体材质为碳化硅陶瓷。

作为进一步改进：所述的复合46尼龙由下列重量百分比的组分所构成：尼龙46树脂：86—88、玻璃纤维：3—5、抗老化剂：0.02—0.04、耐磨剂：0.7—0.9、固化剂：3—5、增韧剂：2—4，余量为阻燃剂或抗静电剂。

作为进一步改进：所述的铝合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Al:43—44、Cu:3.7—3.9、W: 3.4—3.6、Ti:2.3—2.5、Sn: 2.2—2.4、Ni:2.6—2.8、Cr:1.2—1.4、Mo:1.4—1.6，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0.12、 Mn少于0.16、 S少于0.03、 P少于0.02。

作为进一步改进：所述的碳化硅陶瓷以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:95.6—95.8； MgO:1.8—1.9； BaCO₃: 1.8—1.9；结合粘土:1.5—1.7。

本发明的有益效果是：

整体结构采用卡箍连接密闭固定，方便快捷。其中卡箍接离合轴交换器中的水泵叶轮和水机转轮分别固定安装在六角泵轴和水机六齿轴上，且六角泵轴和水机六齿轴为同轴设置，特别是六角泵轴上的挡肩端轴与水机六齿轴上的每一个离合孔斜弧面之间都有棘轮六齿圆棒，实现了以下两点最突出的优点：

启动阶段水机转轮还没有受到被高密度渗透膜截留的64%至65%高压浓盐水作用时，六角泵轴作顺时针启动旋转，带动棘轮六齿圆棒滑到棘轮档位面，这时的棘轮六齿圆棒位于离合孔斜弧面与挡肩端轴之间的宽阔之处，而使得六角泵轴与水机六齿轴脱离，六角泵轴旋转不会带动水机六齿轴旋转，六角泵轴完全由变频电机控制；

当被高密度渗透膜截留的64%至65%高压浓盐水对水机转轮产生作用时，推动水机转轮高速旋转，水机六齿轴作顺时针旋转且略快于六角泵轴旋转速度，带动棘轮六齿圆棒切入到离合孔斜弧面与挡肩端轴之间的狭窄之处，而使得六角泵轴与水机六齿轴相结合，助推六角泵轴旋转，分担了变频电机负荷达50%，实现了降能目的。

本发明的关键零部件，棘轮六齿圆棒采用复合46尼龙材质的冲击应力小于不锈钢轴承材质，确保水泵轴承与水机轴承之间的离合传递比较平稳；动密封件的六角孔输入轴在外圆表面激光喷涂有一层铝合金硬质耐腐材料，动摩擦承载件的水泵轴承和水机轴承整体材质为碳化硅陶瓷，既耐腐蚀又耐磨损。

本发明在反渗透膜组件前腔的高压进口与截留水出口之间有导流隔板，使得注入到反渗透膜组件前腔的高压清海水与高密度渗透膜充分接触。被高密度渗透膜截留的64%至65%高压浓盐水从所述的截留水出口流出注入到卡箍回压接口里参与能量转换，使得经反渗透海水淡化系统所获取每立方淡水的过程电耗降到3.2度。

附图说明

图1是本发明关键技术的卡箍接离合轴交换器60的剖面示意图。

图2是图1中的六角泵轴33与水机六齿轴38结合处局部放大示意图。

图3是图2中的A-A剖面图，六角泵轴33与水机六齿轴38处于脱离状态。

图4是图2中的A-A剖面图，六角泵轴33与水机六齿轴38处于结合状态。

图5是本发明的应用示意图。

图6是图1中的轴承紧固圈75剖面示意图。

图7是图6中的轴承紧固圈75俯视图。

图8是图1中的水泵螺母72所处局部放大剖面示意图。

图9是图8中的B-B剖面图。

图10是图8中的C-C剖面图。

图11是图8中的D-D剖面图。

图12是图8中六角孔输入轴77的六面端孔71部位放大图。

图13是图8中六角泵轴33的泵平键段34以及传动平键11部位放大图。

图14是图1中的止退销钉19所处局部放大剖面示意图。

图15是图14中的E-E剖面图。

图16是图14中六角泵轴33的机螺纹段36部位放大图。

图17是图14中水机转轮88的转轮内螺纹26部位剖面放大图。

图18是图1中低压管路56所处截面的吸入卡箍下半651和吸入卡箍上半561由两组螺栓螺母12成对组装紧固的侧面示图。

图19是图1中高压管路94所处截面的排出下半卡箍961和排出上半卡箍691由两组螺栓螺母12成对组装紧固的侧面示图。

图20是图1中排泄管路28所处截面的排泄下半卡箍821和排泄上半卡箍281由两组螺栓螺母12成对组装紧固的侧面示图。

图21是图1中回压管路87所处截面的回压右半卡箍871和回压左半卡箍781由两组螺栓螺母12成对组装紧固的侧面示图。

图22是图1中的卡箍接壳体61剖面示意图。

图23是图1中的卡箍泵端盖41剖面示意图。

图24是图1中的卡箍机端盖81剖面示意图。

图25是复合46尼龙与不锈钢材质轴承的冲击应力对比曲线图。

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：

一种卡箍离合轴碳化硅铝合金海岛饮水提取器械，包括海底过滤器10、低压水泵20、低压泵电机30、预处理装置50、卡箍接离合轴交换器60、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与所述的卡箍接离合轴交换器60的卡箍吸入接口65之间有低压管路56连接，所述的卡箍接离合轴交换器60的六角孔输入轴77外端固定连接着变频电机70输出端；所述的卡箍接离合轴交换器60的卡箍排出接口69与所述的反渗透膜组件90前腔的高压进口96之间连接有高压管路94，所述的反渗透膜组件90后腔的淡化水出口92依次连接着所述的活性碳吸附罐78和所述的饮用水储存罐79；所述的低压泵吸管21上串联有垂直止回阀40，所述的低压管路56上串联有水平止回阀80，作为改进：所述的卡箍接离合轴交换器60的卡箍回压接口89与所述的反渗透膜组件90前腔的截留水出口98之间连接有回压管路87，所述的卡箍接离合轴交换器60的卡箍排泄接口82处有排泄管路28； 所述的反渗透膜组件90前腔在所述的高压进口96与所述的截留水出口98之间有导流隔板97；所述的卡箍接离合轴交换器60整体还包括卡箍接壳体61、六角泵轴33、水机六齿轴38、水机转轮88、水泵叶轮44、卡箍泵端盖41和卡箍机端盖81。

作为进一步改进：所述的卡箍接壳体61上下两侧分别有水泵蜗壳67和水机蜗壳66，所述的卡箍接壳体61上的壳体内孔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；

所述的水泵蜗壳67上垂直于所述的壳体内孔63的切线方向上有卡箍排出接口69，所述的水泵蜗壳67的泵头端孔64与所述的卡箍泵端盖41的泵盖台阶面46可拆卸密闭紧固；所述的卡箍排出接口69上有排出卡箍端面53，排出卡箍端面53背面是排出锥台面55，高压管路94端头上的高压管端平面916及其背面的高压管锥台面619分别与所述的排出卡箍端面53以及所述的排出锥台面55相对应，成对组装由两组螺栓螺母12紧固的排出下半卡箍961和排出上半卡箍691上分别有两侧对称设置的排出锥孔面上半部169和排出锥孔面下半部196同时与所述的高压管锥台面619以及排出锥台面55相配合，使得所述的高压管端平面916与所述的排出卡箍端面53紧贴；

所述的水机蜗壳66上垂直于所述的壳体内孔63的切线方向上有卡箍排泄接口82，所述的水机蜗壳66的水机端孔68与所述的卡箍机端盖81的机盖台阶面86可拆卸密闭紧固；所述的卡箍排泄接口82上有排泄卡箍端面83，排泄卡箍端面83背面是排泄锥台面85，排泄管路28右端头上的排泄管端平面812及其背面的排泄管锥台面218分别与所述的排泄卡箍端面83以及所述的排泄锥台面85相对应，成对组装由两组螺栓螺母12紧固的排泄下半卡箍821和排泄上半卡箍281上分别有两侧对称设置的排泄锥孔面下半部182和排泄锥孔面上半部128同时与所述的排泄管锥台面218以及排泄锥台面85相配合，使得所述的排泄管端平面812与所述的排泄卡箍端面83紧贴；

所述的卡箍泵端盖41上有卡箍吸入接口65与所述的泵盖台阶面46中心轴线成垂直布置，所述的卡箍泵端盖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与所述的六角孔输入轴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六角孔输入轴77外圆面；所述的六角孔输入轴77下端的六面端孔71与所述的六角泵轴33上端的六棱柱段31之间为轴线可滑动配合；所述的卡箍吸入接口65上有吸入卡箍端面43，吸入卡箍端面43背面是吸入锥台面45，低压管路56端头上的吸管卡箍平面615及其背面的吸管锥台面516分别与所述的吸入卡箍端面43以及所述的吸入锥台面45相对应，成对组装由两组螺栓螺母12紧固的吸入卡箍下半651和吸入卡箍上半561上分别有两侧对称设置的吸入锥孔面上半部156和吸入锥孔面下半部165同时与所述的吸管锥台面516以及吸入锥台面45相配合，使得所述的吸管卡箍平面615与所述的吸入卡箍端面43紧贴；

所述的卡箍机端盖81上有卡箍回压接口89与所述的机盖台阶面86中心轴线成同轴布置，所述的卡箍回压接口89上有回压卡箍端面93，回压卡箍端面93背面是回压锥台面95，回压管路87端头上的回压管端平面817及其背面的回压管锥台面718分别与所述的回压卡箍端面93以及所述的回压锥台面95相对应，成对组装由两组螺栓螺母12紧固的回压右半卡箍871和回压左半卡箍781上分别有两侧对称设置的回压锥孔面右半部187和回压锥孔面左半部178同时与所述的回压管锥台面718以及回压锥台面95相配合，使得所述的回压管端平面817与所述的回压卡箍端面93紧贴；

所述的壳体内孔63上半部分过渡配合固定着一对水泵轴承73外圆，所述的一对水泵轴承73内孔分别过盈配合固定着所述的六角泵轴33的泵上轴承段35和泵下轴承段37；

所述的壳体内孔63下半部分过渡配合固定着一对水机轴承42外圆，所述的一对水机轴承42内孔分别过盈配合固定着所述的水机六齿轴38的机上轴承段51和机下轴承段52；

所述的六角泵轴33上方侧自上而下依次有所述的六棱柱段31、泵螺纹段32、泵平键段34和所述的泵上轴承段35，所述的六角泵轴33下方侧依次有所述的泵下轴承段37和挡肩端轴57；

所述的水机六齿轴38上方侧有所述的机上轴承段51，机上轴承段51端面侧有六个离合孔斜弧面49，离合孔斜弧面49一侧有棘轮档位面409，离合孔斜弧面49底端有棘轮孔退刀槽48；所述的水机六齿轴38下方侧依次有所述的机下轴承段52、机螺纹段36以及机端光轴39；

所述的挡肩端轴57与每一个所述的离合孔斜弧面49之间有一根棘轮六齿圆棒308，一对所述的轴承紧固圈75外螺纹与所述的壳体内螺纹62调节固定着一对所述的水泵轴承73和一对所述的水机轴承42的轴向位置；

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，所述的六面端孔71内的六面孔壁13与所述的六棱柱段31上的六棱柱面14之间为滑动配合；

所述的棘轮六齿圆棒308为复合46尼龙，所述的挡肩端轴57表面和所述的离合孔斜弧面49表面均有一层厚度为0.4至0.6毫米的铝合金硬质耐腐材料，所述的水泵轴承73和所述的水机轴承42整体材质为碳化硅陶瓷。

作为进一步改进：所述的复合46尼龙由下列重量百分比的组分所构成：尼龙46树脂：86—88、玻璃纤维：3—5、抗老化剂：0.02—0.04、耐磨剂：0.7—0.9、固化剂：3—5、增韧剂：2—4，余量为阻燃剂或抗静电剂。

作为进一步改进：所述的铝合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Al:43—44、Cu:3.7—3.9、W: 3.4—3.6、Ti:2.3—2.5、Sn: 2.2—2.4、Ni:2.6—2.8、Cr:1.2—1.4、Mo:1.4—1.6，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0.12、 Mn少于0.16、 S少于0.03、 P少于0.02。

作为进一步改进：所述的碳化硅陶瓷以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:95.6—95.8； MgO:1.8—1.9；BaCO₃: 1.8—1.9；结合粘土:1.5—1.7。

作为进一步改进：所述的轴承紧固圈75一侧端面上有5个操作盲孔76。

作为进一步改进：所述的水机转轮88上的转轮叶片84布置角度与所述的水机六齿轴38旋转中心轴线成47度夹角。

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4个转轮螺孔15，所述的机端光轴39上有三个光轴销孔16。

作为进一步改进：所述的六面端孔71的六面孔壁13深度为54至56毫米，所述的六面孔壁13两对边距离为32至34毫米，所述的六面孔壁13端口有1.7×45度的六面孔坡口23；所述的六棱柱段31的六棱柱面14长度为42至44毫米，所述的六面孔壁13两对边距离为32至34毫米，所述的六棱柱面14端口有1.7×45度的六棱柱坡口24，且所述的六棱柱面14的四个相邻边上都有1.7×45度的六棱柱倒角17。

实施例中：

六面端孔71的六面孔壁13深度为55毫米，六面孔壁13两对边距离为33毫米，精度公差为H6；六棱柱面14长度为43毫米，六棱柱面14两对边距离为33毫米，精度公差为g5。

棘轮六齿圆棒308所采用的复合46尼龙由下列重量百分比的组分所构成：尼龙46树脂：87、玻璃纤维：4、抗老化剂：0.03、耐磨剂：0.8、固化剂：4、增韧剂：3，余量为阻燃剂或抗静电剂。玻璃纤维为无碱玻璃纤维，可以是长玻纤或短玻纤，或长玻纤与短玻纤并用；抗老化剂为碳黑；耐磨剂为二硫化钼；固化剂为甲苯二异氰酸酯；增韧剂采用非极性高分子与不饱和酸接枝物，非极性高分子为聚乙烯，不饱和酸丙烯酸；其他助剂采用硅烷偶联剂。

轴57表面和离合孔斜弧面49表面均有一层厚度为0.5毫米的铝合金硬质耐腐材料，铝合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Al:43.5、Cu:3.8、W: 3.5、Ti:2.4、Sn: 2.3、Ni:2.7、Cr:1.3、Mo:1.5，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0.11、 Mn为0.15、 S为0.02、 P为0.01；水泵轴承73和水机轴承42中的SiC (碳化硅)、矿化剂MgO(氧化镁)、BaCO₃碳酸钡及结合粘土各组分的重量百分比含量为SiC:95.7； MgO:1.85； BaCO₃: 1.85；结合粘土:1.6。

本发明的工作过程如下：

一、卡箍接离合轴交换器60组装：

1．为避免轴承高温引起退火影响机械性能，采用将六角泵轴33和水机六齿轴38分别人工降温至零下127至128度，并持续至11分钟取出，1分钟之内将一对水泵轴承73和一对水机轴承42分别套在水泵上轴承段35和泵下轴承段37以及机上轴承段51和机下轴承段52；将装有一对水泵轴承73的六角泵轴33从水泵蜗壳67侧整体放置在壳体内孔63之中，将装有一对水机轴承42的水机六齿轴38从水机蜗壳66侧整体放置在壳体内孔63之中，同时，将六根棘轮六齿圆棒308放置在挡肩端轴57与六个离合孔斜弧面49之间；

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5个操作盲孔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4个转轮螺孔15中的1个转轮螺孔15与机端光轴39上的3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相对于六角泵轴33可承受正反转而不会松开，快捷安全；

4．卡箍机端盖81的机盖台阶面86与所述水机蜗壳66的水机端孔68对准，并用12颗螺钉分别穿越机盖台阶面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，水泵叶轮44的通孔内圆22与泵平键段34外圆采用过渡配合；

6．水泵螺母72与泵螺纹段32旋转紧固；

7．卡箍泵端盖41的泵盖台阶面46与水泵蜗壳67的泵头端孔64对准，并用10颗螺钉分别穿越泵盖台阶面46上的10个通孔，密闭紧固在泵头端孔64周边的10个螺孔之中；

8．六角孔输入轴77的六面端孔71由外向内穿越卡箍泵端盖41上的泵盖轴孔47，借用泵盖轴孔47上有填料密封槽74中有密封圈挤压着六角孔输入轴77外圆面构成动密封。

利用六面孔壁13的端口有1×45度的六面孔坡口23，以及六棱柱面14的端口有1×45度的凸齿坡口24，将六面端孔71对准导入到六棱柱段31上。

二、卡箍接离合轴交换器60管路连接：

将卡箍吸入接口65上的吸入卡箍端面43与低压管路56端头上的吸管卡箍平面615对准，使得吸管锥台面516与吸入锥台面45相对称，用一对吸入卡箍下半651上的吸入锥孔面下半部165以及吸入卡箍上半561上的吸入锥孔面上半部156同时与吸管锥台面516以及吸入锥台面45相配合，并由第一个两组螺栓螺母12快捷连接紧固，使得卡箍吸入接口65上的吸入卡箍端面43与低压管路56端头上的吸管卡箍平面615密闭紧贴。

将卡箍排出接口69上的排出卡箍端面53与高压管路94端头上的高压管端平面916对准，使得高压管锥台面619与排出锥台面55相对称，用一对排出下半卡箍961上的排出锥孔面下半部196以及排出上半卡箍691上的排出锥孔面上半部169同时与高压管锥台面619以及排出锥台面55相配合，并由第二个两组螺栓螺母12快捷连接紧固，使得卡箍排出接口69上的排出卡箍端面53与高压管路94端头上的高压管端平面916密闭紧贴。

将卡箍回压接口89上的回压卡箍端面93与回压管路87端头上的回压管端平面817对准，使得回压管锥台面718与回压锥台面95相对称，用一对回压右半卡箍871上的回压锥孔面右半部187以及回压左半卡箍781上的回压锥孔面左半部178同时与回压管锥台面718以及回压锥台面95相配合，并由第三个两组螺栓螺母12快捷连接紧固，使得卡箍回压接口89上的回压卡箍端面93与回压管路87端头上的回压管端平面817密闭紧贴。

将卡箍排泄接口82上的排泄卡箍端面83与排泄管路28端头上的排泄管端平面812对准，使得排泄管锥台面218与排泄锥台面85相对称，用一对排泄下半卡箍821上的排泄锥孔面下半部182以及排泄上半卡箍281上的排泄锥孔面上半部128同时与排泄管锥台面218以及排泄锥台面85相配合，并由第三个两组螺栓螺母12快捷连接紧固，使得卡箍排泄接口82上的排泄卡箍端面83与排泄管路28端头上的排泄管端平面812密闭紧贴。

三、海水淡化装置以及卡箍接离合轴交换器60运行过程：

图1和图5中，低压泵电机30输出端驱动低压水泵20旋转，吸取退潮海水依次经过海底过滤器10、低压泵吸管21、低压泵排管25后注入到预处理装置50中备用；启动变频电机70大功率驱动卡箍接离合轴交换器60，带动卡箍接离合轴交换器60的水泵叶轮44高速旋转，由卡箍排出接口69排出的压力高达5.8MPa的高压清海水由高压进口96注入到反渗透膜组件90前腔，其中35%至36%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。

图1、图2和图5中，卡箍接离合轴交换器60中的水泵叶轮44和水机转轮88分别固定安装在六角泵轴33和水机六齿轴38上，且六角泵轴33和水机六齿轴38为同轴设置，特别是六角泵轴33上的挡肩端轴57与水机六齿轴38上的每一个离合孔斜弧面49之间都有棘轮六齿圆棒308，实现了以下两点最突出的优点：

图1、图3和图5中，启动阶段水机转轮88还没有受到被高密度渗透膜91截留的64%至65%高压浓盐水作用时，六角泵轴33作顺时针启动旋转，带动棘轮六齿圆棒308滑到棘轮档位面409，这时的棘轮六齿圆棒308位于离合孔斜弧面49与挡肩端轴57之间的宽阔之处，而使得六角泵轴33与水机六齿轴38脱离，六角泵轴33旋转不会带动水机六齿轴38旋转，六角泵轴33完全由变频电机70控制；

图1、图4和图5中，当被高密度渗透膜91截留的64%至65%高压浓盐水对水机转轮88产生作用时，推动水机转轮88高速旋转，水机六齿轴38作顺时针旋转且略快于六角泵轴33旋转速度，优选为快1个百分点，带动棘轮六齿圆棒308切入到离合孔斜弧面49与挡肩端轴57之间的狭窄之处，而使得六角泵轴33与水机六齿轴38相结合，助推六角泵轴33旋转，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64%至65%高压浓盐水从卡箍接离合轴交换器60的卡箍排泄接口82处连接到排泄管路28上排放掉，或者将排泄管路28继续连接到工业用盐基地208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卡箍连接密闭固定快捷安全，其中卡箍接壳体61采用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；特别是卡箍接壳体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4个转轮螺孔15与机端光轴39上的4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相对于水机六齿轴38可承受正反转作用力而不会松开，快捷安全。

本发明在六角泵轴33的泵螺纹段32外端还设置有六棱柱段31与六角孔输入轴77的六面端孔71滑动配合，实现了外部动力输入；且六面孔壁13端口有1.7×45度的六面孔坡口23，六棱柱面14端口有1.7×45度的六棱柱坡口24，便于六面端孔71六棱柱段31对准导入；特别是六棱柱面14的六个相邻边上都有1.7×45度的六棱柱倒角17，确保六棱柱面14与六面孔壁13之间精密配合传递大扭矩。

本发明的关键零部件，棘轮六齿圆棒308为复合46尼龙，六角泵轴33的挡肩端轴57和水机六齿轴38的离合孔斜弧面49在外表面均激光喷涂有一层铝合金硬质耐腐材料；动摩擦承载件的水泵轴承73和水机轴承42整体材质均为碳化硅陶瓷，达到了既耐腐蚀又耐磨损的理想效果。

图25中横坐标T为时间频率，纵坐标F为冲击应力。由图25的对比曲线可以得出：棘轮六齿圆棒308采用复合46尼龙材质的冲击应力小于不锈钢轴承材质，确保水泵轴承73与水机轴承42之间的离合传递比较平稳。

(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)为挡肩端轴57和离合孔斜弧面49的外表面有铝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：挡肩端轴57和离合孔斜弧面49的外表面有铝合金硬质耐腐材料层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，延长了水泵轴承73和水机轴承42的正常工作时间。

此外，在反渗透膜组件90前腔的高压进口96与截留水出口98之间有导流隔板97，使得注入到反渗透膜组件90前腔的高压清海水与高密度渗透膜91充分接触。被高密度渗透膜91截留的64%至65%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3.2kWh。

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。

Claims (1)

1.一种卡箍离合轴碳化硅铝合金海岛饮水提取器械，包括海底过滤器（10）、低压水泵（20）、低压泵电机（30）、预处理装置（50）、卡箍接离合轴交换器（60）、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）与所述的卡箍接离合轴交换器（60）的卡箍吸入接口（65）之间有低压管路（56）连接，所述的卡箍接离合轴交换器（60）的六角孔输入轴（77）外端固定连接着变频电机（70）输出端；所述的卡箍接离合轴交换器（60）的卡箍排出接口（69）与所述的反渗透膜组件（90）前腔的高压进口（96）之间连接有高压管路（94），所述的反渗透膜组件（90）后腔的淡化水出口（92）依次连接着所述的活性碳吸附罐（78）和所述的饮用水储存罐（79）；所述的低压泵吸管（21）上串联有垂直止回阀（40），所述的低压管路（56）上串联有水平止回阀（80），其特征是：所述的卡箍接离合轴交换器（60）的卡箍回压接口（89）与所述的反渗透膜组件（90）前腔的截留水出口（98）之间连接有回压管路（87），所述的卡箍接离合轴交换器（60）的卡箍排泄接口（82）处有排泄管路（28）；所述的反渗透膜组件（90）前腔在所述的高压进口（96）与所述的截留水出口（98）之间有导流隔板（97）；所述的卡箍接离合轴交换器（60）整体还包括卡箍接壳体（61）、六角泵轴（33）、水机六齿轴（38）、水机转轮（88）、水泵叶轮（44）、卡箍泵端盖（41）和卡箍机端盖（81）；

所述的卡箍接壳体（61）上下两侧分别有水泵蜗壳（67）和水机蜗壳（66），所述的卡箍接壳体（61）上的壳体内孔（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；所述的水泵蜗壳（67）上垂直于所述的壳体内孔（63）的切线方向上有卡箍排出接口（69），所述的水泵蜗壳（67）的泵头端孔（64）与所述的卡箍泵端盖（41）的泵盖台阶面（46）可拆卸密闭紧固；所述的卡箍排出接口（69）上有排出卡箍端面（53），排出卡箍端面（53）背面是排出锥台面（55），高压管路（94）端头上的高压管端平面（916）及其背面的高压管锥台面（619）分别与所述的排出卡箍端面（53）以及所述的排出锥台面（55）相对应，成对组装由两组螺栓螺母（12）紧固的排出下半卡箍（961）和排出上半卡箍（691）上分别有两侧对称设置的排出锥孔面上半部（169）和排出锥孔面下半部（196）同时与所述的高压管锥台面（619）以及排出锥台面（55）相配合，使得所述的高压管端平面（916）与所述的排出卡箍端面（53）紧贴；

所述的水机蜗壳（66）上垂直于所述的壳体内孔（63）的切线方向上有卡箍排泄接口（82），所述的水机蜗壳（66）的水机端孔（68）与所述的卡箍机端盖（81）的机盖台阶面（86）可拆卸密闭紧固；所述的卡箍排泄接口（82）上有排泄卡箍端面（83），排泄卡箍端面（83）背面是排泄锥台面（85），排泄管路（28）右端头上的排泄管端平面（812）及其背面的排泄管锥台面（218）分别与所述的排泄卡箍端面（83）以及所述的排泄锥台面（85）相对应，成对组装由两组螺栓螺母（12）紧固的排泄下半卡箍（821）和排泄上半卡箍（281）上分别有两侧对称设置的排泄锥孔面下半部（182）和排泄锥孔面上半部（128）同时与所述的排泄管锥台面（218）以及排泄锥台面（85）相配合，使得所述的排泄管端平面（812）与所述的排泄卡箍端面（83）紧贴；

所述的卡箍泵端盖（41）上有卡箍吸入接口（65）与所述的泵盖台阶面（46）中心轴线成垂直布置，所述的卡箍泵端盖（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）与所述的六角孔输入轴（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六角孔输入轴（77）外圆面；所述的六角孔输入轴（77）下端的六面端孔（71）与所述的六角泵轴（33）上端的六棱柱段（31）之间为轴线可滑动配合；所述的卡箍吸入接口（65）上有吸入卡箍端面（43），吸入卡箍端面（43）背面是吸入锥台面（45），低压管路（56）端头上的吸管卡箍平面（615）及其背面的吸管锥台面（516）分别与所述的吸入卡箍端面（43）以及所述的吸入锥台面（45）相对应，成对组装由两组螺栓螺母（12）紧固的吸入卡箍下半（651）和吸入卡箍上半（561）上分别有两侧对称设置的吸入锥孔面上半部（156）和吸入锥孔面下半部（165）同时与所述的吸管锥台面（516）以及吸入锥台面（45）相配合，使得所述的吸管卡箍平面（615）与所述的吸入卡箍端面（43）紧贴；

所述的卡箍机端盖（81）上有卡箍回压接口（89）与所述的机盖台阶面（86）中心轴线成同轴布置，所述的卡箍回压接口（89）上有回压卡箍端面（93），回压卡箍端面（93）背面是回压锥台面（95），回压管路（87）端头上的回压管端平面（817）及其背面的回压管锥台面（718）分别与所述的回压卡箍端面（93）以及所述的回压锥台面（95）相对应，成对组装由两组螺栓螺母（12）紧固的回压右半卡箍（871）和回压左半卡箍（781）上分别有两侧对称设置的回压锥孔面右半部（187）和回压锥孔面左半部（178）同时与所述的回压管锥台面（718）以及回压锥台面（95）相配合，使得所述的回压管端平面（817）与所述的回压卡箍端面（93）紧贴；

所述的壳体内孔（63）上半部分过渡配合固定着一对水泵轴承（73）外圆，所述的一对水泵轴承（73）内孔分别过盈配合固定着所述的六角泵轴（33）的泵上轴承段（35）和泵下轴承段（37）；

所述的壳体内孔（63）下半部分过渡配合固定着一对水机轴承（42）外圆，所述的一对水机轴承（42）内孔分别过盈配合固定着所述的水机六齿轴（38）的机上轴承段（51）和机下轴承段（52）；

所述的六角泵轴（33）上方侧自上而下依次有所述的六棱柱段（31）、泵螺纹段（32）、泵平键段（34）和所述的泵上轴承段（35），所述的六角泵轴（33）下方侧依次有所述的泵下轴承段（37）和挡肩端轴（57）；

所述的水机六齿轴（38）上方侧有所述的机上轴承段（51），机上轴承段（51）端面侧有六个离合孔斜弧面（49），离合孔斜弧面（49）一侧有棘轮档位面（409），离合孔斜弧面（49）底端有棘轮孔退刀槽（48）；所述的水机六齿轴（38）下方侧依次有所述的机下轴承段（52）、机螺纹段（36）以及机端光轴（39）；

所述的挡肩端轴（57）与每一个所述的离合孔斜弧面（49）之间有一根棘轮六齿圆棒（308），一对所述的轴承紧固圈（75）外螺纹与所述的壳体内螺纹（62）调节固定着一对所述的水泵轴承（73）和一对所述的水机轴承（42）的轴向位置；

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，所述的六面端孔（71）内的六面孔壁（13）与所述的六棱柱段（31）上的六棱柱面（14）之间为滑动配合；

所述的棘轮六齿圆棒（308）为复合46尼龙，所述的挡肩端轴（57）表面和所述的离合孔斜弧面（49）表面均有一层厚度为0.4至0.6毫米的铝合金硬质耐腐材料，所述的水泵轴承（73）和所述的水机轴承（42）整体材质为碳化硅陶瓷；

所述的复合46尼龙由下列重量百分比的组分所构成：尼龙46树脂：86—88、玻璃纤维：3—5、抗老化剂：0.02—0.04、耐磨剂：0.7—0.9、固化剂：3—5、增韧剂：2—4，余量为阻燃剂或抗静电剂；

所述的铝合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Al:43—44、Cu:3.7—3.9、W: 3.4—3.6、Ti:2.3—2.5、Sn: 2.2—2.4、Ni:2.6—2.8、Cr:1.2—1.4、Mo:1.4—1.6，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0.12、 Mn少于0.16、 S少于0.03、 P少于0.02；

所述的碳化硅陶瓷以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:95.6—95.8； MgO:1.8—1.9；BaCO₃: 1.8—1.9；结合粘土:1.5—1.7。