CN110107545A - 一种压力交换增压器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力交换增压器装置，包括：外壳和位于其内部的需增压区与需降压区，外壳的顶端设有需增压区液体的第一排出口和需降压区液体的第一进入口，外壳的水平方向上的两侧分别设有需增压区液体进入的第一端口管道和需降压区液体排出的第二端口管道；转子的两侧分别设有第一端帽和第二端帽，且转子的外围设有套管，套管与端帽通过螺栓连接，用以将转子扣合在套管与第一端帽和第二端帽之间，第一端帽和第二端帽均设有通孔，以使需降压区液体从第一进入口进入后，使得需降压区的液体从所述通孔中的切向流入转子，用以形成带动转子转动的水力轴承；实现了交换出来压力比系统剩余高压液体压力更高。

Description

一种压力交换增压器装置

技术领域

本发明涉及高压系统中能量交换技术领域，具体涉及一种压力交换增压器装置。

背景技术

在任何有剩余高压液体系统技术的应用过程中，降低能耗、节省能源、减少成本的处理方式是最为人们所关注的。该压力交换增压器装置在任何有剩余高压液体系统中都可以使用。具有设备投资省、能耗低、建设期短、占地面积少、对设备材质要求低等特点。

例如，现在的海水淡化反渗透技术属于压力驱动的膜分离技术，其过程操作中采用的半渗透膜有机地将淡水和盐水分离开。在半渗透膜两侧因浓度差别存在有渗透压，只有进料海水的操作压力大于海水的渗透压时才能使海水中的淡水通过半透膜而被分离。由于海水的含盐量高，渗透压大，反渗透淡化海水需要提供较高的工作压力(约5.8～8.0MPa)。如标准海水的含盐量约为35000mg/L，反渗透装置的给水压力约需要6.0MPa。反渗透淡化海水时，一级反渗透装置水的回收率一般40％，即高压浓盐水的排放量可占进水流量的60％，这部分浓盐水排出反渗透装置时尚有约5.6～5.8MPa的压力。如果直接排放，一方面比较浪费，另一方面也较危险。在浓盐水的排放管线上安装压力交换增压器装置，把占60％左右的高压浓水的能量加以回收，大大降低了能源的浪费，同时降压后的浓盐水排放更安全。

按照工作原理，能量回收装置主要分为水力涡轮式和功交换式两大类。在机械能水力涡轮式能量回收装置中，能量的转换过程为“压力能-机械能(轴功)-压力能”，其能量回收效率约40％～70％。功交换式能量回收装置，只需经过“压力能-压力能”一步转化过程，其能量回收效率高达94％以上。

发明内容

本发明是为解决现有技术中的问题而提出的，其目的在于，本发明是为解决现有技术中的问题而提出的，其目的在于，提供一种压力交换增压器装置，实现了交换出来压力比系统剩余高压液体压力更高。

一种转子，包括：旋转构件安装位，所述旋转构件安装位的外周面侧均匀分布若干异形锥形通道，所述异形锥形通道的外周面侧设有覆盖面。

优选的是，所述旋转构件安装位内安装有固定轴，所述固定轴设有水平探出所述转子的两端的第一探出部和第二探出部。

一种压力交换增压器装置，包括：需增压区与需降压区，所述需增压区与所述需降压区通过转子交换压力，所述需增压区与所述需降压区沿所述转子的Y向中心对称。

优选的是，所述转子通过第一探出部和第二探出部分别连接第一端帽和第二端帽，所述第一端帽和所述第二端帽均设有通孔，使得液体从所述通孔中的切向流入所述转子，用以形成带动所述转子转动的水力轴承。

优选的是，还设有外壳，所述需增压区与需降压区位于所述外壳内，所述外壳设有需增压区液体的第一排出口和需降压区液体的第一进入口，所述外壳的水平方向上的两侧分别设有需增压区液体进入的第一端口管道和需降压区液体排出的第二端口管道。

优选的是，所述第一端帽和所述第二端帽通过限位螺栓分别与第一端盖和第二端盖连接，以使所述第一端帽和所述第一端盖之间以及所述第二端帽和所述第二端盖之间形成空腔，用以容纳第一排出口排出的液体和第一进入口进入的液体。

优选的是，所述第一端帽和所述第二端帽的中间均为中空结构，用以安装所述第一探出部和所述第二探出部。

优选的是，所述第一端口管道与所述第二端口管道对称，且所述第一端口管道与所述第二端口管道分别与所述第一端盖和所述第二端盖连接，所述第一端盖和所述第二端盖分别与内部管道连接。

优选的是，所述转子的外围设有套管，且所述转子、第一端帽、第二端帽和套管均为陶瓷。

优选的是，所述第一端口管道与所述第二端口管道的外围套均有环形紧固盘，用以将第一端口管道和第二端口管道分别与所述第一端盖和所述第二端盖紧固连接。

本发明的一种压力交换增压器装置，系统的剩余高压液体通过压力交换增压器装置，其压力直接传递给进入需要增压的低压液体，效率高达95％以上；转子在高压液体和低压液体之间旋转，用需增压的低压液体取代系统剩余高压液体，同时排出释放能量后的低压液体，液体推动转子自动旋转，转子转速与液体流量成正比。

附图说明

图1为压力交换增压器装置的内部爆炸图。

图2为压力交换增压器装置的内部结构示意图。

图3为压力交换增压器装置的正视图。

图4为转子的内部结构示意图(一)。

图5为转子的内部结构示意图(二)。

图6为外壳的结构示意图。

图7为转子的横截面示意图。

附图标记说明

1-转子；2-第一端帽；3-第二端帽；4-外壳；5第一排出口；6第一进入口；7-第一端口管道；8-第二端口管道；9-第一端盖；10-第二端盖；11-固定轴；12-内部管道；13-环形紧固盘；14-套管。

具体实施方式

以下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，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施方式：参见图1-7，一种压力交换增压器装置，包括：外壳4和位于其内部的需增压区与需降压区，需增压区与需降压区通过转子1交换压力，且需增压区与需降压区沿转子1的Y向中心对称，该结构为左右对称的结构，因此需增压区与需降压区的组成结构均相同。

外壳4的顶端设有需增压区液体的第一排出口5和需降压区液体的第一进入口6，外壳4的水平方向上的两侧分别设有需增压区液体进入的第一端口管道7和需降压区液体排出的第二端口管道8，也就是说需增压区的液体从第一端口管道7进入到增压器装置内，而需降压区的液体则从外壳4顶端的第一进入口6进入到增压器装置内，当两者之间的压力交换完成后，在需增压区增压完的液体从外壳4顶端的第一排出口5排出，而需降压区降完压后则从第二端口管道8排出，而且第一端口管道7靠近第一排出口5，第二端口管道8靠近第一进入口6。

转子1设有旋转构件安装位，旋转构件安装位的外周面侧均匀分布若干异形锥形通道，异形锥形通道的外周面侧设有覆盖面；所述转子1还设有固定轴11，固定轴11设有水平探出所述转子1的两端的第一探出部和第二探出部，转子1通过第一探出部和第二探出部分别连接第一端帽2和第二端帽3，第一端帽2和第二端帽3均设有通孔，使得液体从所述通孔中的切向流入所述转子1，用以形成带动转子1转动的水力轴承，转子1的外围设有套管14，套管14与第一端帽2和第二端帽3通过螺栓连接，用以将转子1扣合在套管14与第一端帽2和第二端帽3之间，第一端帽2和第二端帽3均设有通孔，通孔为圆形，且至少为一个，以使需降压区液体从第一进入口6进入后，使得需降压区的液体从通孔中的切向流入转子1，用以形成带动转子1转动的水力轴承；转子1的中间为安装固定轴11的中空结构，即旋转安装位为中空结构，转子1的内部设有若干均匀分布的异形锥形通道，以使需降压区液体与需增压区液体分别从第一进入口6和第一端口管道7进入到异形锥形通道，实现需增压区与需降压区之间的压力交换。

第一端帽2和第二端帽3通过限位螺栓分别与第一端盖9和第二端盖10连接，以使第一端帽2和第一端盖9、第二端盖10和第二端帽3之间形成空腔，用以容纳第一排出口5排出的液体和第一进入口6进入的液体，转子1、第一端帽2、第二端帽3和套管14均为陶瓷；在需增压区和需降压区分别设有第一端帽2和第一端盖9、第二端盖10和第二端帽3，第一端帽2和第一端盖9、第二端盖10和第二端帽3之间的空腔，在第一端口管道7和第一进入口6同时进入到增压器装置内部时，可将其融合在转子1内，当增压或降压完的液体再分别从第一排出口5和第二端口管道8排出到增压器装置的外部。

第一端帽2和第二端帽3的中间设有安装固定轴11的中空结构，第一端帽2、第二端帽3与转子1在其中间的位置均设有中空的结构，用来安装固定轴11，其作用是将第一端帽2、第二端帽3与转子1固定连接。

第一端口管道7与第二端口管道8对称，且第一端口管道7与第二端口管道8的一端分别与第一端盖9、第二端盖10的一端连接，第一端盖9、第二端盖10的另一端与内部管道12连接，增压器装置从左到右依次设有第一端口管道7、第一端盖9、内部管道12、第一端帽2、转子1，然后就是第二端帽3、内部管道12、第二端盖10和第二端口管道8。

第一端口管道7与第二端口管道8的外围套均有环形紧固盘13，用以将第一端口管道7与第二端口管道8分别与第一端盖9、第二端盖10紧固连接。

外壳4的底端设有固定座，固定座设有放置外壳4的弧形安装位和用于固定到地面的凸起，用于将增压器装置固定在地面处或者是其他平坦的位置。

本发明的使用方法，参见图1-4，一种压力交换增压器使用方法，包括以下步骤：

第一步，需降压区液体从外壳4顶端的第一进入口6进入到第二端帽3与第二端盖10之间的空腔，同时需增压区液体从第一端口管道7进入到第一端帽2和第二端盖10之间的空腔；

第二步，需降压区液体从第二端帽3上的通孔中切向流入转子1，形成水力轴承，带动转子1旋转；

第三步，转子1内的异形锥形通道的一半处于高压液体中，另一半处于低压液体中，转子1转动时，高压液体与低压液体被异形锥形通道内的隔断和端盖阻隔，形成密封区，当转子1每旋转一周，高压液体与低压液体就进行一次压力的互换；

第四步，需增压区液体进入转子1后，增压后的液体从外壳4顶端的第一排出口5排出，降压后的液体从第二端口管道8流出。

本发明的原理如下，压力交换增压器装置是将系统中剩余高压液体的压力传递给需要增压的低压液体，这两股液体在陶瓷转子1的内部异形锥形通道中直接接触，从而完成压力交换增压。

异形锥形通道的陶瓷转子1装在一个陶瓷套管14中，该陶瓷套管14两端各有陶瓷的第一端盖9、第一端帽2和第二端盖10、第二端帽3链接。当系统剩余高压液体注入时，从陶瓷端帽7圆孔中切向流入陶瓷转子1，形成一个几乎无摩擦的水力轴承，带动转子1旋转。由系统供应的需增压的低压液体从低压左侧区的进入，从圆形内部管道12流入到陶瓷第一端帽2切向流入陶瓷转子1压力交换增压通道，陶瓷转子1压力交换增压通道是异形锥形结构，受到增压后的液体(增压后的高压液体)然后再流出转子1，这时增压后的液体比进入该装置前的系统剩余高压液体压力要高，从陶瓷第一端帽2的圆孔中切向流出，从增压后的高压液体出口流出该设备。

内部的异形锥形通道的陶瓷转子1是压力交换增压装置中唯一的运动部件，在任意时刻，转子1内异形锥形通道的一半处于高压水流中，而另一半则处于低压水流中。转子1转动时，内部异形锥形通道会通过一个将高压和低压隔离的密封区，这些含有高压液体的异形锥形通道与相邻的含有低压的异形锥形通道被转子1通道间的隔断和陶瓷端盖形成密封区隔离，转子1每旋转一圈，这个压力变换过程就在每个通道内重复，从而不断有水流注入和排出。

系统的剩余高压液体通过压力交换增压器装置，其压力直接传递给进入需要增压的低压液体，效率高达95％以上。转子1在高压水流和低压水流之间旋转，用需增压的低压液体取代系统剩余高压液体，同时排出释放能量后的低压液体，水流推动转子1自动旋转，转子1转速与液体流量成正比，同时需要少量高压液体作为润滑流量，润滑流量大约为总出水量的0.5％。

在安装了压力交换增压装置的系统中，能量回收大大降低了通过高压泵的流量和耗能。高压泵流量和耗能的降低意味着投资和运行成本的降低，在采用压力交换增压装置系统中，总能耗比没有压力交换增压装置的系统节约了55％左右。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种转子，其特征在于，所述转子(1)设有旋转构件安装位，所述旋转构件安装位的外周面侧均匀分布若干异形锥形通道，所述异形锥形通道的外周面侧设有覆盖面。

2.根据权利要求1所述的一种转子，其特征在于，所述转子(1)还设有固定轴(11)，所述固定轴(11)设有水平探出所述转子(1)的两端的第一探出部和第二探出部。

3.一种压力交换增压器装置，包括：需增压区与需降压区，所述需增压区与所述需降压区通过转子(1)交换压力，其特征在于，所述转子(1)为权利要求1或2所述的转子(1)，所述需增压区与所述需降压区沿所述转子(1)的Y向中心对称。

4.根据权利要求3所述的一种压力交换增压器装置，其特征在于，所述转子(1)通过第一探出部和第二探出部分别连接第一端帽(2)和第二端帽(3)，所述第一端帽(2)和所述第二端帽(3)均设有通孔，使得液体从所述通孔中的切向流入所述转子(1)，用以形成带动所述转子(1)转动的水力轴承。

5.根据权利要求3所述的一种压力交换增压器装置，其特征在于，还设有外壳(4)，所述需增压区与需降压区位于所述外壳(4)内，所述外壳(4)设有需增压区液体的第一排出口(5)和需降压区液体的第一进入口(6)，所述外壳(4)的水平方向上的两侧分别设有需增压区液体进入的第一端口管道(7)和需降压区液体排出的第二端口管道(8)。

6.根据权利要求4所述的一种压力交换增压器装置，其特征在于，所述第一端帽(2)和所述第二端帽(3)通过限位螺栓分别与第一端盖(9)和第二端盖(10)连接，以使所述第一端帽(2)和所述第一端盖(9)之间以及所述第二端帽(3)和所述第二端盖(10)之间形成空腔，用以容纳第一排出口(5)排出的液体和第一进入口(6)进入的液体。

7.根据权利要求4所述的一种压力交换增压器装置，其特征在于，所述第一端帽(2)和所述第二端帽(3)的中间均为中空结构，用以安装所述第一探出部和所述第二探出部。

8.根据权利要求5所述的一种压力交换增压器装置，其特征在于，所述第一端口管道(7)与所述第二端口管道(8)对称，且所述第一端口管道(7)与所述第二端口管道(8)分别与所述第一端盖(9)和所述第二端盖(10)连接，所述第一端盖(9)和所述第二端盖(10)分别与内部管道(12)连接。

9.根据权利要求3所述的一种压力交换增压器装置，其特征在于，所述转子(1)的外围设有套管(14)，且所述转子(1)、第一端帽(2)、第二端帽(3)和套管(14)均为陶瓷。

10.根据权利要求5所述的一种压力交换增压器装置，其特征在于，所述第一端口管道(7)与所述第二端口管道(8)的外围套均有环形紧固盘(13)，用以将第一端口管道(7)和第二端口管道(8)分别与所述第一端盖(9)和所述第二端盖(10)紧固连接。