CN104353359B - 一种流体换向切换装置及其海水淡化能量回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流体换向切换装置及其海水淡化能量回收装置，该流体换向切换装置包括内嵌缸体、外嵌缸体和执行器，外嵌缸体和内嵌缸体之间形成相互独立的两个外腔，内嵌缸体与两个外腔相对的部位均设置有导流区，导流区设有沿所述内嵌缸体的周向分布的导流孔；内嵌缸体内设置有与执行器连接的活塞杆，活塞杆上设置有两个活塞；内嵌缸体上设置有高压进水管头和低压排水管头；外嵌缸体上分别设置有水压缸接管头；内嵌缸体上设置有两组导压孔，导压孔沿内嵌缸体周向分布，两组导压孔位于两个导流区之间，导压孔分别位于内嵌缸体与两个外腔相对的部位。可解决现有能量回收装置中止回阀敲击问题和在低压水压缸内产生的“关阀水锤”问题。

Description

一种流体换向切换装置及其海水淡化能量回收装置

技术领域

本发明涉及海水淡化能量回收装置技术领域，特别涉及一种海水淡化能量回收装置和该装置所使用的流体换向切换装置。

背景技术

反渗透海水淡化工程应用中，能量回收装置是其重要组成部分；目前，功交换式能量回收装置可分为转子式能量回收装置和水压缸式能量回收装置，其中，水压缸式能量回收装置通常由流体换向切换装置、水压缸及止回阀组三部分组成。

水压缸式能量回收装置在低压水压缸切换成高压水压缸过程中，大流量高压浓盐水流经由流体换向切换装置进而进入低压水压缸，低压水压缸易迅速升压从而导致连接在低压进水管道的止回阀迅速关闭，使止回阀阀板与阀体之间出现敲击问题；当流体换向切换装置活塞迅速关闭流体换向切换装置内的低压过水区域时、且同时为低压浓盐水水流通过该过水区域排出过程时，由于低压水压缸内低压浓盐水水流突然停止，在该低压水压缸内易发生“关阀水锤”问题。

中国发明专利CN102949934A公开了一种反渗透海水淡化能量回收装置及其切换器，该切换器虽然在一定程度上解决了能量回收装置在工作过程中进出水对切换器的活塞冲击较大造成磨损快及装置易发生震动的问题，并提高了进出水的稳定性，但是无法解决在切换器活塞完全封堵格栅区域后，低压水压缸转换为高压水压缸时，进入水压缸的高压浓盐水使得低压原海水瞬时转变为高压原海水，由于切换器活塞运行速度较快，该水压缸止回阀组一侧的低压进水管道止回阀在自身弹簧作用下尚未完全关闭，高压原海水将会使得该止回阀的阀板与阀体快速关闭，从而产生较大的敲击问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效解决现有技术在能量回收装置应用中导致的止回阀敲击问题和在低压水压缸内产生的“关阀水锤”问题，可有效延长止水阀的使用寿命，降低工作噪音的流体换向切换装置及其海水淡化能量回收装置。

为解决上述技术问题，本发明采用了下述的结构：

一种流体换向切换装置，包括内嵌缸体、套接在内嵌缸体外的外嵌缸体及通过端部法兰安装在内嵌缸体上的执行器，所述外嵌缸体和内嵌缸体之间形成相互独立的两个外腔，所述内嵌缸体与两个外腔相对的部位均设置有导流区，所述导流区设有沿所述内嵌缸体的周向分布的导流孔；所述内嵌缸体内设置有活塞杆，所述活塞杆与执行器连接，所述活塞杆上设置有两个活塞；所述内嵌缸体上位于两个外腔之间设置有与所述内嵌缸体内腔相通的高压进水管头，位于两个外腔的两侧分别设置有一个低压排水管头；所述外嵌缸体上分别设置有水压缸接管头；所述内嵌缸体上设置有两组导压孔，所述导压孔沿内嵌缸体周向分布，所述两组导压孔位于两个导流区之间，所述导压孔分别位于内嵌缸体与两个外腔相对的部位。

作为本发明的进一步优选，所述导流区由均布区和递减区组成，所述递减区位于均布区的外侧，所述均布区上导流孔呈均匀分布，递减区上导流孔沿内嵌缸体向两端方向逐渐减少。

作为本发明的进一步优选，所述导流区上的导流孔呈锯齿状分布。

作为本发明的进一步优选，所述导流孔的形状为圆形或长条形。

作为本发明的进一步优选，所述活塞上设置有活塞环，所述活塞环分别设置在活塞两端，所述活塞环与内嵌缸体之间形成密封配合。

作为本发明的进一步优选，所述活塞两端分别设置有多个活塞环。

本发明还提供了一种海水淡化能量回收装置，包括上述任一项流体换向切换装置、两个水压缸和分别连接在两个水压缸一端的两组止回阀，所述两个水压缸分别与流体换向切换装置上的水压缸接管头相连通，所述每组止回阀由低压进管道止回阀和高压出管道止回阀组成。

本发明所具有的有益效果：

1、通过在流体换向切换装置中设置导压孔，实现水压缸内流体压力的提前升压，有效避免了流体换向切换装置换向运动过程中，低压进管道止回阀在水压缸内流体压力变化下，发生突然关闭而导致的止回阀阀板与阀体的敲击问题，进而可有效延长止回阀的使用寿命，降低能量回收装置的工作噪音。

2、将导流区的导流孔设置为锯齿状，在流体换向切换装置活塞关闭导流区过程、且同时为低压浓盐水水流通过锯齿状导流区排出过程时，该过程因过水面积呈梯度降低，可有效避免低压水压缸内因“低压浓盐水水流突然停止”而产生的“关阀水锤”问题。

3、该流体换向切换装置采用活塞环与缸体之间进行密封，相比于原有流体换向切换装置中活塞与缸体密封，可避免工作过程中对活塞的磨损，当活塞环出现磨损时，只需要对活塞环进行更换，并可降低对活塞加工精度的要求，这样大大降低了流体换向切换装置的生产和使用成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明流体换向切换装置结构示意图。

图2是本发明流体换向切换装置导压孔局部示意图。

图3是本发明流体换向切换装置导流区立体结构示意图。

图4是本发明流体换向切换装置活塞结构示意图。

图5是本发明流体换向切换装置使用状态示意图。

图6是本发明流体换向切换装置运行状态1示意图。

图7是本发明流体换向切换装置运行状态2示意图。

图8是本发明流体换向切换装置运行状态3示意图。

图9是本发明流体换向切换装置运行状态4示意图。

图10是本发明流体换向切换装置运行状态5示意图。

图11是本发明流体换向切换装置运行状态6示意图。

图12是本发明流体换向切换装置运行状态7示意图。

图13是本发明流体换向切换装置运行状态8示意图。

图14是本发明流体换向切换装置运行状态9示意图。

图中：执行器1，端部法兰2，低压排水管头3，外腔4a，外腔4b，活塞杆5，活塞环6，活塞7a，活塞7b，内嵌缸体8，高压进水管头9，外嵌缸体10a，外嵌缸体10b，导压孔11a，导压孔11b，导流区12a，导流区12b，均布区121，递减区122，导流孔13，水压缸接管头14a，水压缸接管头14b，流体换向切换装置101，水压缸活塞102a，水压缸活塞102b，水压缸103a，水压缸103b，低压进管道止回阀104a，低压进管道止回阀104b，高压出管道止回阀105a，高压出管道止回阀105b。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，该流体换向切换装置包括执行器1、外嵌缸体10、内嵌缸体8、活塞7、活塞杆5、高压进水管头9、低压排水管头3、水压缸接管头19和水压缸接管头14。

本发明中两个外嵌缸体10和内嵌缸体8构成流体换向切换装置的主体；所述两个外嵌缸体10均套接在内嵌缸体8外，且与内嵌缸体8形成互相独立的两个外腔4；两个外腔4均用于浓盐水的进水和排水。所述内嵌缸体8和两个外腔4相对的部位均设置有导流区12，所述导流区12用于连通外腔4和内嵌缸体8的内腔，所述导流区12通过在内嵌缸体8上呈周向分布的导流孔13构成。

所述活塞杆5设置在内嵌缸体8内，活塞杆5上设置有两个活塞7，且两个活塞7之间具有设定距离，所述两个活塞7用于分别与导流区12及导压孔11相配合得以实现内嵌缸体8的内腔与外腔4的闭通。所述执行器1设置在内嵌缸体8的一端，执行器1与活塞杆5的一端连接并驱动活塞杆5，使活塞杆5上的活塞7在内嵌缸体8内移动，进而实现活塞7与其对应的导流区12封堵配合。

所述两个低压排水管头3分别设置在两个外腔4的外侧，用于排放在水压缸内经过换压后的浓盐水。

所述水压缸接管头14b一端连接外嵌缸体10b，另一端连接水压缸103b，水压缸接管头14b连通外腔4b和水压缸103b，用于使得高压浓盐水从外腔4b流入水压缸103b，或使得低压浓盐水从水压缸103b流入外腔4b；水压缸接管头14a一端连接外嵌缸体10a，另一端连接水压缸103a，水压缸接管头14a连通外腔4a和水压缸103a，用于使得高压浓盐水从外腔4a流入水压缸103a，或使得低压浓盐水从水压缸103a流入外腔4a。

本发明中所述内嵌缸体上设置有两组导压孔11，所述导压孔11位于两个导流区12之间，两组导压孔11分别设置在内嵌缸体8与两个外腔4相对应的位置，且在轴向具有设定距离，导压孔11在内嵌缸体8上周向均布排布。通过在流体换向切换装置中设置导压孔，实现水压缸内流体压力的提前升压，有效避免了流体换向切换装置换向运动过程中，低压进管道止回阀在水压缸内流体压力变化下，发生突然关闭而导致的止回阀中阀板与阀体的敲击问题，进而可有效延长止回阀的使用寿命，降低能量回收装置的工作噪音。

所述导流区12上导流孔13的分布特点为：每个导流区均由均布区121和递减区122组成，所述递减区122位于均布区121的外侧，所述均布区121上导流孔13在内嵌缸体8上呈均匀分布，所述两个递减区122上导流孔13沿内嵌缸体8向两端方向逐渐减少。更具体地，如图2和3所示，所述导流区12上的导流孔13呈锯齿状分布；所述导流孔13的形状为圆形或长条形。将导流区12的导流孔13排布设置为锯齿状，在流体换向切换装置活塞关闭导流区过程中、且同时为低压浓盐水水流通过锯齿状导流区排出过程时，该过程因过水面积呈梯度降低，可有效避免低压水压缸内因“低压浓盐水水流突然停止”而产生的“关阀水锤”问题。

如图4所示，所述活塞上设置有活塞环6，所述活塞环6分别设置在活塞7两端，所述活塞环6与内嵌缸体8之间形成密封配合；所述活塞7两端分别设置有多个活塞环6。采用活塞环与缸体之间进行密封，相比于原有流体换向切换装置中活塞与缸体密封，可避免工作过程中对活塞的磨损，当活塞环出现磨损时，只需要对活塞环进行更换，并可降低对活塞加工精度的要求，这样大大降低了流体换向切换装置的生产和使用成本。

下面结合附图5至14，对本发明实施例中使用该流体换向切换装置的海水淡化能量回收装置在能量回收过程中的工作过程进行详细的说明：

当流体换向切换装置内活塞7a自图6所示位置向图14所示位置运行时，流体换向切换装置101内的高压浓盐水将从进入水压缸103b转变为进入水压缸103a。换向过程分解为步骤S001至S008实现，需要说明的是下面说明过程中所用到的方位词，均以图6至14中所示左右来定义，只是为了方便说明方位，方便理解，但是并不限定本专利的范围。

S001：流体换向切换装置活塞7b和流体换向切换装置活塞7a向右运行，当流体换向切换装置活塞7a的活塞环6a2右边缘恰好从图6的F位置到达图7的G位置，流体换向切换装置活塞7a将完全封堵导流区12a，这时，低压原水停止进入水压缸103a；在这个过程中，来自水压缸103a的低压浓盐水因导流区12a上的导流孔呈现锯齿状分布，其过水面积逐渐缩小，进而逐渐减少排水水量，导流区12a锯齿状排布有效避免了低压水压缸内低压浓盐水水量的急剧降低，从而可消除水压缸103a内因“低压浓盐水水流突然停止”而产生的“关阀水锤”问题，同时，在这个过程中，进入水压缸103b的高压浓盐水水量保持不变。

S002：流体换向切换装置活塞7b和流体换向切换装置活塞7a继续向右运行，当流体换向切换装置活塞7a的活塞环6a1的左边缘恰好到达图8的E位置，从该时刻起，由于流体换向切换装置活塞7a的活塞环6a与内嵌缸体8密封配合，高压浓盐水将以极小的流量通过导压孔11a进入水压缸103a，水压缸103a即将开始“预增压”过程。

S003：流体换向切换装置活塞7b和流体换向切换装置活塞7a继续向右运行，当流体换向切换装置活塞7a的活塞环6a1的左边缘恰好到达图9的F位置。自图8至图9过程中，水压缸103a处于“预增压”过程，此时低压进管道止回阀104a在较小的压力下将自动关闭，低压进管道止回阀104a的关闭处于“缓闭”过程。

S004：流体换向切换装置活塞7b和流体换向切换装置活塞7a继续向右运行，当流体换向切换装置活塞7a的活塞环6a1的左边缘从图9的F位置运行到达图11的G位置，此时，流体换向切换装置活塞7b的活塞环6b1的右边缘从B位置运行至C位置。流体换向切换装置活塞7b的活塞环6b和流体换向切换装置活塞7a的活塞环6a与内嵌缸体8密封配合。在这个过程中大流量高压浓盐水将逐渐从进入水压缸103b转变为进入水压缸103a，此时水压缸103a与水压缸103b均处于高压状态，高压出管道止回阀105a从关闭状态转变为开启状态。高压出管道止回阀105b始终处于开启状态，在水压缸内经过压力交换获得高压的原海水通过高压出管道止回阀105a与高压出管道止回阀105b汇集“交叠”在一起，使得高压原海水具有“交叠”过程，见图10。此过程中，低压进管道止回阀104a与低压进管道止回阀104b处于关闭状态。

S005：流体换向切换装置活塞7b和流体换向切换装置活塞7a继续向右运行，当流体换向切换装置活塞7b的活塞环6b2的右边缘从图11的C位置运行到图12的D位置，在这个过程中，水压缸103b由大流量的高压浓盐水进入转变为极小流量的高压浓盐水进入，流体换向切换装置活塞7b的活塞环6a与内嵌缸体8密封配合，水压缸103b仍处于高压状态。当流体换向切换装置活塞7b的活塞环7b2的右边缘处于图11的C位置时，水压缸103b内浓盐水水压以及高压出管道止回阀105b进/出水口的水压均处于相同的压力状态，此时由导压孔11b进入水压缸103b的高压浓盐水因其流量极小，高压出管道止回阀105b在自身弹簧的弹力作用下将开始自动进行关闭。自流体换向切换装置活塞7b的活塞环6b2的右边缘从图11的C位置运行到图12的D位置过程中，高压出管道止回阀105b处于自动关闭过程，高压出管道止回阀105b处于“缓闭”状态。

S006：流体换向切换装置活塞7b和流体换向切换装置活塞7a继续向右运行，当流体换向切换装置活塞7b的活塞环活塞环6b1的左边缘从图12处于的A位置运行到图13处于的B位置。在这个过程中，水压缸103b处于“分离”状态，既无高压浓盐水的进入，也无低压原海水的填充，使得高压出管道止回阀105b进一步关闭。

S007：流体换向切换装置活塞7b和活塞7a继续向右运行，直至活塞7b的活塞环6b1的左边缘从图13的B位置运行到图14的C位置，大流量低压原海水填充进入水压缸103b。当活塞7b的活塞环6b1的左边缘离开B位置时，高压浓盐水泄压变成低压浓盐水。在活塞7b通过导流区12b过程中，开始时低压浓盐水通过导流区12b排出时，因过水面积较小造成排水量较低，这样使得进入水压缸103b的低压原水水量较低，使得低压进管道止回阀104b在较低的进水量下打开，从而避免了大流量低压原水进入103b时造成对低压进管道止回阀104b的剧烈冲击。该过程中，当低压浓盐水排出水压缸103b时，低压原海水填充进入水压缸103b，低压进管道止回阀104b处于“缓开”状态。

当流体换向切换装置101从图14位置向图6位置运行时，导压孔11和导流区12完成与上述过程相同的导压过程。

如此，流体换向切换装置101完成一个周期切换动作。

本发明在流体换向切换装置内设置导压孔，实现水压缸内流体的预增压，进而可有效避免流体换向切换装置换向运动过程中导致低压进管道止回阀突然关闭时，止回阀阀板与阀体之间发生敲击的问题，从而延长止回阀的使用寿命，降低能量回收装置在运行过程中的噪音。

同时，该流体换向切换装置中将导流区的导流孔设置为锯齿状，在流体换向切换装置活塞关闭导流区过程中、且同时为低压浓盐水水流通过锯齿状导流区排出过程时，该过程因过水面积呈梯度降低，可有效避免低压水压缸内因“低压浓盐水水流突然停止”而产生的“关阀水锤”问题。

另外，流体换向切换装置活塞采用活塞环结构实现与内嵌缸体之间的密封，由于活塞环与内嵌缸体接触面积小，因此减小了活塞与内嵌缸体的阻力，可减小对流体换向切换装置的驱动力要求，同时流体换向切换装置活塞采用活塞环对称排布，与导压孔配合工作，在能量回收装置运行过程中，对止回阀的关闭起到了缓开缓闭的作用，同样可起到降低能量回收装置的振动和噪音，延长了止回阀的使用寿命的作用。同时在工程应用中，因磨损需要更换时，采用活塞环做密封件要远远低于采用整体活塞做密封件的成本，从而可大大的降低流体换向切换装置的生产和使用成本。

相应地，本发明还提供了一种海水淡化能量回收装置，包括上述流体换向切换装置、两个水压缸和分别连接在两个水压缸一端的两组止回阀，两个水压缸分别与流体换向切换装置上的水压缸接管头相连通，每组止回阀由低压进管道止回阀和高压出管道止回阀组成；由于该能量回收装置采用了上述流体换向切换装置，其所具有的优点是由上述流体换向切换装置所带来的，因此同样会具有上述流体换向切换装置所具有的有益效果。

Claims (7)

1.一种流体换向切换装置，包括内嵌缸体、套接在内嵌缸体外的外嵌缸体及通过端部法兰安装在内嵌缸体上的执行器，所述外嵌缸体和内嵌缸体之间形成相互独立的两个外腔，所述内嵌缸体与两个外腔相对的部位均设置有导流区，所述导流区设有沿所述内嵌缸体的周向分布的导流孔；所述内嵌缸体内设置有活塞杆，所述活塞杆与执行器连接，所述活塞杆上设置有两个活塞；所述内嵌缸体上位于两个外腔之间设置有与所述内嵌缸体内腔相通的高压进水管头，位于两个外腔的两侧分别设置有一个低压排水管头；所述外嵌缸体上分别设置有水压缸接管头；其特征在于：

所述内嵌缸体上设置有两组导压孔，所述导压孔沿内嵌缸体周向分布，所述两组导压孔位于两个导流区之间，所述导压孔分别位于内嵌缸体与两个外腔相对的部位。

2.根据权利要求1所述的流体换向切换装置，其特征在于：所述导流区由均布区和递减区组成，所述递减区位于均布区的外侧，所述均布区上导流孔呈均匀分布，递减区上导流孔沿内嵌缸体向两端方向逐渐减少。

3.根据权利要求2所述的流体换向切换装置，其特征在于：所述导流区上的导流孔呈锯齿状分布。

4.根据权利要求2或3所述的流体换向切换装置，其特征在于：所述导流孔的形状为圆形或长条形。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的流体换向切换装置，其特征在于：所述活塞上设置有活塞环，所述活塞环分别设置在活塞两端，所述活塞环与内嵌缸体之间形成密封配合。

6.根据权利要求5所述的流体换向切换装置，其特征在于：所述活塞两端分别设置有多个活塞环。

7.海水淡化能量回收装置，其特征在于：包括上述权利要求1至6中任一项所述的流体换向切换装置、两个水压缸和分别连接在两个水压缸一端的两组止回阀，所述两个水压缸分别与流体换向切换装置上的水压缸接管头相连通，所述每组止回阀由低压进管道止回阀和高压出管道止回阀组成。