CN105148733B - 一种活塞摆动耦合式可变频脉动能交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞摆动耦合式可变频脉动能交换器，包括高压水管、热气管和曲柄轴，高压水管设置有液压缸，液压缸内安装有活塞，活塞通过活塞杆与曲柄轴连接，热气管内安装有与曲柄轴联动的摆扇，利用活塞摆动耦合结构，将进入高压水管中高压海水的脉动能通过传送到摆扇，使摆扇周期性摆动继而使热气流产生频率可调节的脉动，实现了将高压海水的脉动传递给热气流的作用，既保证了高压海水实现稳压以适应膜法海水淡化的需要，又制造了热气流的脉动，从而可大幅提高了制盐效率，使原来对联产系统有害的脉动能得到了充分的利用，优化了海水淡化和制盐联产系统的流程，减少了设备投入和能源消耗，具有可观的经济效益、社会效益和应用价值。

Description

一种活塞摆动耦合式可变频脉动能交换器

技术领域

本发明涉及一种能量交换装置，特别是一种流体之间的脉动能交换器。

背景技术

膜法海水淡化与喷雾结晶制盐联产是目前较为理想的海水综合利用方式。在膜法海水淡化技术中，利用柱塞式聚能增压泵使海水压力达到6MPa左右，用以满足膜法海水淡化对海水压力的要求，柱塞式聚能增压泵的工作原理是：依靠柱塞在缸体中的往复运动，使密封工作容腔内的容积不断发生变化，进而对液体形成脉动式的高压输送，产生压力脉动的高压海水，在此工作特性下，当具有脉动能的海水对管道进行撞击时，会引起管道或者系统中元件共振，进而引起管道或是整个系统的破坏或者元件的松动，这会对系统和设备产生极大地损害，而且，脉动的高压海水会严重缩短反渗透膜的使用寿命和降低淡水产品的质量。因此，高压海水的压力脉动对整个系统来说是有害的，需要在柱塞式聚能增压泵后加装稳压装置，使输出的海水压力稳定在6MPa左右。

另一方面，在喷雾结晶制盐生产技术的发展过程中，脉动蒸发干燥技术逐步取代传统的制盐技术。2001年1月《农业机械学报》第1期第32卷“脉动气流的喷雾干燥”文献记载，高温、高频振荡气流下的喷雾干燥比传统喷雾干燥的蒸发速率提高2.5倍以上，除此之外，脉动蒸发干燥还具有节能、设备成本低、改善环境污染现状等优点。虽说上述“脉动气流的喷雾干燥”中也公开了“一种脉动燃烧装置”，该装置可以产生脉动的热气流，但该装置结构复杂，性能不稳定。目前海水淡化和制盐联产系统中，脉动热气流产生方法为：由送风机产生稳定的气流，气流经过加热形成稳定的热气流，稳定的热气流再通过脉动泵产生脉动的热气流，这种脉动的热气流的产生方式需要用到脉动泵，脉动泵的耗能较高。

综上所述，目前膜法海水淡化与喷雾结晶制盐的联产过程中，存在着两个明显的问题：一是需要对柱塞式聚能增压泵输出端的脉动高压海水进行稳压，需要通过消耗大量的能量或投入更大的成本来实现，二是产生脉动的热气流也需要消耗大量的能量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种既能对脉动的高压海水进行稳压，又能利用脉动的高压海水稳压过程中释放的能量产生脉动热气流，具有可观的经济效益、社会效益和应用价值的活塞摆动耦合式可变频脉动能交换器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种活塞摆动耦合式可变频脉动能交换器，包括高压水管、热气管和曲柄轴，所述高压水管设置有液压缸，所述液压缸内安装有活塞，所述活塞通过活塞杆与所述曲柄轴连接；所述热气管内安装有与所述曲柄轴联动的摆扇。

所述摆扇的轴心沿所述热气管的径向。

所述曲柄轴上安装有飞轮。

所述曲柄轴通过变速箱传动所述摆扇。

所述变速箱与所述摆扇之间安装有偏心轮和摆臂，所述偏心轮设置有偏心轴，所述摆臂的中部通过铰轴安装；所述偏心轮与所述变速箱之间通过传动杆连接，所述摆臂的一端通过摆臂连杆与所述偏心轴连接，另一端设置有齿纹，所述摆扇的轴上安装有与所述齿纹啮合的齿轮。

本发明的有益效果是：本发明利用活塞摆动耦合结构，对脉动的高压海水进行稳压，稳压过程中释放的能量转换为机械能，通过活塞和曲柄轴传送到摆扇，摆扇周期性摆动产生脉动的热气流，使原来对联产系统有害的脉动能得到了充分的利用，而且脉动的高压海水稳压和产生脉动的热气流不再需要额外消耗能源，也不会造成任何环境污染，能够取代海水淡化和制盐联产系统中的高压海水稳压装置和热气流脉动装置，简化了海水淡化和制盐联产系统的结构，减少了设备和成本的投入，提高了能源的利用效率，达到了降低成本，节约能源的目的，具有可观的经济效益、社会效益和应用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，一种活塞摆动耦合式可变频脉动能交换器，包括高压水管2、热气管18和曲柄轴7，所述高压水管2设置有液压缸3，所述液压缸3内安装有活塞4，所述活塞4通过活塞杆5与所述曲柄轴7连接，曲柄轴7通过轴承6安装在台基上。所述热气管18内安装有与所述曲柄轴7联动的摆扇17，所述摆扇17的轴心沿所述热气管18的径向排布。

所述高压水管2的输入端接柱塞式聚能增压泵，热气管18的输入端接压力稳定的热气流15，从柱塞式聚能增压泵输出的脉动高压海水1进入高压水管2内，当海水压力增大时，活塞4向上运动，当海水压力减小时，活塞4向下运动，脉动的高压海水的脉动能转化为活塞4的上下运动，从而带动曲柄轴7转动，曲柄轴7带动摆扇17往复摆动，使热气管18内的通道大小做周期性变化，从而使稳定的热气流产生脉动的效果。

所述曲柄轴7上安装有飞轮8，当活塞4运动到最高位后，海水的压力逐渐减小，飞轮8由于惯性将继续转动，并带动曲柄轴7转动，活塞4克服水压向下运动到最低位，等待下一次高压脉动的到来。

所述曲柄轴7通过变速箱11传动所述摆扇17，变速箱设置有变速手柄9，通过变速手柄，可以改变变速箱输入端与输出端的转速比，达到高压海水脉动与热气流脉动能够同频或变频目的。膜法海水淡化技术中渗透膜内的压力为6Mpa，柱塞数为5的柱塞式聚能增压泵的转速为3000r/min，出水端的压力波动范围为5.67Mpa—6.33Mpa，频率为250hz，通过变速箱转变之后，产生频率为80hz的脉动热气流结晶制盐。高压水管属于中压管道，高压水管采用输送流体用焊接钢管，35钢，制管标准为《输送流体用焊接钢管》GB/T8163-2008，具体规格为：焊接钢管、35钢、管内压力为6.3MPa—10MPa对应的壁厚为3mm。液压缸3为35钢的无缝钢管。活塞杆5是支持海水压力脉动能量转化为摆扇17运动的重要连接部件，它也是一个运动频繁、技术要求高的部件，其设计选用45钢。

所述变速箱11与所述摆扇17之间安装有偏心轮12和摆臂14，所述偏心轮12的轴心通过铰轴安装，所述偏心轮12设置有偏心轴20，所述摆臂14的中部通过铰轴10安装在台基上；所述偏心轮12与所述变速箱11之间通过传动杆19连接，所述摆臂14的一端通过摆臂连杆13与所述偏心轴20连接，另一端设置有呈扇形状排列的齿纹21，所述摆扇17的轴上安装有与所述齿纹21啮合的齿轮16，当偏心轮12向一个方向转动时，传动杆19做周期性上下往复运动，从而带动摆臂14周期性摆动，摆臂14上的齿纹21传动齿轮16做周期性往复转动，带动摆扇17往复摆动，产生脉动的热气流。

本发明利用活塞摆动耦合结构，对脉动的高压海水进行稳压，稳压过程中释放的能量转换为机械能，通过活塞和曲柄轴传送到摆扇，摆扇周期性摆动产生脉动的热气流，使原来对联产系统对有害的脉动能得到了充分的利用，而且脉动的高压海水稳压和产生脉动的热气流不再需要额外消耗能源，能够取代海水淡化和制盐联产系统中的高压海水稳压装置和热气流脉动装置，简化了海水淡化和制盐联产系统的结构，减少了设备和成本的投入，提高了能源的利用效率，具有可观的经济效益、社会效益和应用价值。

Claims (3)

1.一种活塞摆动耦合式可变频脉动能交换器，其特征在于它包括高压水管（2）、热气管（18）和曲柄轴（7），所述高压水管（2）设置有液压缸（3），所述液压缸（3）内安装有活塞（4），所述活塞（4）通过活塞杆（5）与所述曲柄轴（7）连接；所述热气管（18）内安装有与所述曲柄轴（7）联动的摆扇（17）；所述曲柄轴（7）通过变速箱（11）传动所述摆扇（17）；所述变速箱（11）与所述摆扇（17）之间安装有偏心轮（12）和摆臂（14），所述偏心轮（12）设置有偏心轴（20），所述摆臂（14）的中部通过铰轴（10）安装；所述偏心轮（12）与所述变速箱（11）之间通过传动杆（19）连接，所述摆臂（14）的一端通过摆臂连杆（13）与所述偏心轴（20）连接，另一端设置有齿纹（21），所述摆扇（17）的轴上安装有与所述齿纹（21）啮合的齿轮（16）。

2.根据权利要求1所述的脉动能交换器，其特征在于所述摆扇（17）的轴心沿所述热气管（18）的径向。

3.根据权利要求1所述的脉动能交换器，其特征在于所述曲柄轴（7）上安装有飞轮（8）。