CN109340023A - 一种流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有分隔板的旋转型压力能回收装置，属于流体压力能回收技术领域，包括转子、上配流盘、下配流盘、中心轴、筒体和高、低压流体通道。压力能回收装置在工作过程中，转子围绕中心轴旋转，高、低压流体分别通过上、下配流盘进入转子内并完成压力能传递过程，从而实现将流体压力能的回收过程。转子中的流道内设有分隔板，可以用来抑制流道进口处的射流现象、流道中心区域的湍流现象或出口处的回流现象，从而保证产品水的浓度品质，提高设备性能、降低系统能耗。本发明的压力能回收装置，具有较高的处理量和压力能回收效率，设备的制造难度和维保成本相对较低。

Description

一种流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置

技术领域

本发明属于流体压力能回收技术领域，涉及一种流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置。

背景技术

在许多过程工业领域中，如化工和海水淡化领域，生产过程中会产生大量具有高压能量的流体，而这些流体的压力能通常被减压阀或其它技术手段直接排放，造成大量的能量浪费。

压力能回收装置是用来回收这些流体中的高压能量，并将这些能量传递给待增压的低压流体，降低系统中的能量消耗，提高能量在系统中的循环使用次数和利用率。旋转型压力能回收装置是一种高效的能量回收设备，高、低压流体在设备的流道内直接接触实现压力能的传递过程，因此旋转型压力能回收装置相对于其它产品的工作效率较高，成为海水淡化领域的主流能量回收设备。

在中国专利101865191B中公开了一种外驱型旋转压力能回收装置，该设备采用外部电机带动转子旋转来完成压力能回收过程，但因该设备转子的流道采用圆形截面方案，单根流道的单次流体处理量相对降低，此外流道内未采取流动控制技术，造成两股流体在流道内相互碰撞而产生剧烈的质量掺混现象，这会降低产品水的浓度品质。在中国专利101440828B中公开了一种自驱型旋转压力能回收装置，该设备通过特殊的配流盘结构设计，采用流体推动转子旋转来完成压力能回收过程，但该产品也采用圆形流道截面方案且未考虑流动控制技术，同样存在单次流体处理量低和质量掺混等问题。

由此可见，提高单根流道的单次流体处理量和降低质量掺混现象是旋转型压力能回收装置设计中需要重点考察的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置，该装置结构设计合理，采用具有较大流通面积的流动截面形状以单根流道的单次流体处理量，并采用分隔板作为流道内流体流动过程的控制设计，抑制了掺混现象的发生，保障了旋转型压力能回收装置的高效运行和产品水的浓度品质。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置，包括筒体，筒体上端设有上盖板，下端设有下盖板，上盖板上设有一个高压流体进口和一个低压流体出口，下盖板上设有一个低压流体进口和一个高压流体出口；

筒体内部设有转子，转子中心处设有中心轴，转子上、下两端分别设有上配流盘和下配流盘，上配流盘上设有一个高压流体通道a和一个低压流体通道a，下配流盘上设有一个高压流体通道b和一个低压流体通道b；

转子内部在周向方向均布若干流体通道，流体通道内设有分隔板。

优选地，流体通道的横截面形状为扇形。

优选地，分隔板不完全贯通整个流体通道。

进一步优选地，分隔板长度为流体通道长度的三分之一。

优选地，分隔板设置在流体通道的两端入口处或中心区域。

优选地，分隔板的横截面形状为沿着转子径向分布的一字形或十字形。

优选地，转子的中心轴与外部驱动电机连接，通过外部电机带动中心轴和转子旋转。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的一种流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置，包括转子、上配流盘、下配流盘、中心轴、筒体和高、低压流体通道。压力能回收装置在工作过程中，转子围绕中心轴旋转，高、低压流体分别通过上、下配流盘进入转子内并完成压力能传递过程，从而实现将流体压力能的回收过程。本发明在转子的流体通道内设有分隔板结构，有效抑制流道内湍流不稳定现象，保证产品水的浓度品质，进而提高整个海水淡化系统的能源使用效率。

进一步地，该装置的转子流道相较于传统的圆形或方形横截面的流道，采用较大流通面积的流道结构形式，如扇形结构，保证了单根流道的单次流体处理量，可以有效提高设备的工作效率。

进一步地，分隔板非完全贯通整个流体通道，可以设置在流体通道的两端入口处，分隔板的截面形状可以为是沿着转子径向分布的“一字形”也可以是“十字形”当分隔板放置在流体通道的两端入口处时，可以有效控制并减弱因上、下配流盘与孔道之间相对旋转运动所形成的回流区域，从而实现对流体通道内部的流体流动过程进行控制，降低流体通道内的质量掺混现象。分隔板也可以设置在流体通道的中间区域，分隔板的截面形状可以为是沿着转子径向分布的“一字形”，也可以是“十字形”。当分隔板放置在流体通道的中间区域时，可以有效抑制两股流体在接触时产生的湍流现象，避免两股流体在接触面之间发生严重的质量传递现象，从而实现对流体通道内部的流体流动过程进行控制，降低流体通道内的质量掺混现象。

附图说明

图1为本发明所提供的实施例的剖面示意图；

图2为图1中分隔板在流体通道两端入口处的布置形式示意图；

图3为图1中分隔板在流体通道中间区域的布置形式示意图；

图4为图2中分隔板在单根扇形流体通道内的布置形式示意图；

图5为图3中分隔板在单根扇形流体通道内的布置形式示意图；

图6为图1中分隔板的截面形状采用沿着转子径向分布的“一字形”示意图；

图7为图1中分隔板的截面形状采用“十字形”示意图；

图8为基于CFD得出的孔道内部流场分布图；

图9为基于CFD得出的旋转型压力能回收装置掺混率结果图；

图10为图1中压力能回收流程示意图。

其中，1-中心轴；2-高压流体进口；3-上盖板；4-高压流体通道a；5-转子；6-分隔板；7-高压流体通道b；8-下配流盘；9-高压流体出口；10-低压流体进口；11-下盖板；12-低压流体通道b；13-流体通道；14-筒体；15-上配流盘；16-低压流体通道a；17-低压流体出口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明公开的一种流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置，包括筒体14、上盖板3和下盖板11，筒体14内部设有转子5，转子5内部在周向方向均布若干流体通道13，流体通道13内设有分隔板6；转子5两端设有上配流盘15和下配流盘8，转子5中心处设有中心轴1；上配流盘15上设有一个高压流体通道a4和一个低压流体通道a16，下配流盘8上设有一个高压流体通道b7和一个低压流体通道b12；上盖板3上设有一个高压流体进口2和一个低压流体出口17，下盖板11上设有一个低压流体进口10和一个高压流体出口9。上盖板3上的高压流体进口2与上配流盘15上的高压流体通道a4贯通，低压流体出口17和低压流体通道a16相通；下盖板11上的低压流体进口10与下配流盘8上的低压流体通道b12相通，高压流体出口9和高压流体通道b7相通。

转子的流道截面形状采用较大的流通面积，如图6所示的扇形结构，可以解决单根孔道在一个工作周期内的处理量较小的问题，这种流道结构能有效提高单根孔道的处理量，增加设备的工作效率。

如图2和图3所示，在扇形流道内设置了分隔板，分隔板不完全贯通整个流体通道，分隔板的轴向长度小于流体通道的轴向长度，且分隔板长度一般为三分之一的流体通道长度。分隔板作为一种有效的流体流动控制技术，它可以有效的抑制流体通道内的旋涡的演化过程，还可以抑制流体通道两端入口处的回流现象，促进流体在流体通道内的平稳流动，从而大幅降低流体通道内的质量掺混现象的发生，最终实现降低设备产品水的质量品质。

如图2和图4所示，分隔板可以设置在流体通道的两端入口处，分隔板的截面形状可以为是沿着转子径向分布的“一字形”(图6)，也可以是“十字形”(图7)。当分隔板放置在流体通道的两端入口处时，可以有效控制并减弱因上、下配流盘与孔道之间相对旋转运动所形成的回流区域，从而实现对流体通道内部的流体流动过程进行控制，降低流体通道内的质量掺混现象。

如图3和图5所示，分隔板可以设置在流体通道的中间区域，分隔板的截面形状可以为是沿着转子径向分布的“一字形”(图6)，也可以是“十字形”(图7)。当分隔板放置在流体通道的中间区域时，可以有效抑制两股流体在接触时产生的湍流现象，避免两股流体在接触面之间发生严重的质量传递现象，从而实现对流体通道内部的流体流动过程进行控制，降低流体通道内的质量掺混现象。

采用数值模拟计算方法对本发明的旋转型压力能回收装置的工作过程进行了研究，其数值计算结果发现分隔板能有效抑制流体通道内的流体不稳定现象(图8)，旋转型压力能回收装置的掺混率也得到了大幅度降低，参见图9。

中心轴1与外部驱动电机连接，在外部电机的驱动下多流动的转子不断旋转运动，实现压力能的传递和回收过程。

参见图10，将高压流体A中的压力能进行回收，传递给低压流体B并将其增压，本发明的工作过程如下：

低压流体B从低压流体进口10进入到下配流盘8的低压流体通道b12，当转子5的流体通道13与低压流体通道b连通时，低压流体B进入到所述流体通道内并将高压流体A以低压形式排出，低压流体A流经上配流盘15的低压流体通道a16，最终低压流体A经过低压流体出口17被彻底排出，此为旋转型压力能回收装置的泄压阶段；

在外部电机的驱动下转子5继续旋转，当充满低压流体B的流体通道与上配流盘15的高压流体通道a4相连通时，此时进入到旋转型压力能回收装置的增压阶段；

高压流体A从高压流体进口2流经高压流体通道a4，在高压流体A充满流体通道的同时，还将低压流体B以高压形式排出，流体B流经下配流盘8的高压流体通道b7，最终流体B经过高压流体出口9被彻底排出；

在上述泄压阶段和增压阶段的工作过程中，流体在流体通道流动时受到分隔板的抑制作用，流体的湍流强度在分隔板的作用下大幅降低，进而减小流体A和流体B两者间在流体通道内的掺混率；

随着转子在外部电机的驱动下不断旋转，流体通道内的两股流体A和B不断经历着增压和泄压阶段，从而将高压流体A中的压力能进行回收并传递给低压流体B。

综上所述，本发明的压力能回收装置，包括转子、上配流盘、下配流盘、中心轴、筒体和高、低压流体通道。压力能回收装置在工作过程中，转子围绕中心轴旋转，高、低压流体分别通过上、下配流盘进入转子内并完成压力能传递过程，从而实现将流体压力能的回收过程。转子中的流道内设有分隔板，可以用来抑制流道进口处的射流现象、流道中心区域的湍流现象或出口处的回流现象，从而保证产品水的浓度品质，提高设备性能、降低系统能耗。

进一步地，本发明采用了大流通面积的流体通道结构，在较大流通面积的流道结构形式中结合分隔板作为流动控制技术，可以在不增大设备结构尺寸的情况下，有效提供设备处理量和工作效率的同时并保证产品水的浓度品质。本发明采用了大流通面积的流体通道结构和分隔板作为流体流动控制技术，可以有效增加单个流体通道的流体处理量的同时，还能抑制流体通道内的不稳定流动现象，从而降低两股流体间的质量传递过程，提高设备工作效率的同时还能保证产品水的浓度品质，提高设备性能、降低系统能耗。本发明的压力能回收装置，具有较高的处理量和压力能回收效率，设备的制造难度和维保成本相对较低。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置，其特征在于，包括筒体(14)，筒体(14)上端设有上盖板(3)，下端设有下盖板(11)，上盖板(3)上设有一个高压流体进口(2)和一个低压流体出口(17)，下盖板(11)上设有一个低压流体进口(10)和一个高压流体出口(9)；

筒体(14)内部设有转子(5)，转子(5)中心处设有中心轴(1)，转子(5)上、下两端分别设有上配流盘(15)和下配流盘(8)，上配流盘(15)上设有一个高压流体通道a(4)和一个低压流体通道a(16)，下配流盘(8)上设有一个高压流体通道b(7)和一个低压流体通道b(12)；

转子(5)内部在周向方向均布若干流体通道(13)，流体通道(13)内设有分隔板(6)。

2.根据权利要求1所述的流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置，其特征在于，流体通道(13)的横截面形状为扇形。

3.根据权利要求1所述的流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置，其特征在于，分隔板(6)不完全贯通整个流体通道(13)。

4.根据权利要求3所述的流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置，其特征在于，分隔板(6)长度为流体通道(13)长度的三分之一。

5.根据权利要求1所述流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置，其特征在于，分隔板(6)设置在流体通道(13)的两端入口处或中心区域。

6.根据权利要求1所述流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置，其特征在于，分隔板的横截面形状为沿着转子(5)径向分布的一字形或十字形。

7.根据权利要求1所述的流道内具有分隔板结构的旋转型压力能回收装置，其特征在于，转子(5)的中心轴(1)与外部驱动电机连接，通过外部电机带动中心轴(1)和转子(5)旋转。