CN116085170A - 一种多转子结构余压能回收装置及海水淡化系统 - Google Patents

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CN116085170A CN202310374037.XA CN202310374037A CN116085170A CN 116085170 A CN116085170 A CN 116085170A CN 202310374037 A CN202310374037 A CN 202310374037A CN 116085170 A CN116085170 A CN 116085170A
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郭淑婷
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Abstract

本申请公开了一种多转子结构余压能回收装置及海水淡化系统，涉及能量回收技术领域，其中回收装置包括装置主体、主动组件、从动组件、传动组件以及发电组件；主动组件包括可转动且设有供高压浓海水通入的腔室的一级转子以及连通腔室的喷嘴，喷嘴用于在高压浓海水喷出时产生供一级转子旋转的驱动力；从动组件包括二级转子；二级转子可转动设置，且其转子叶片可与喷嘴喷出的浓海水接触，并在与喷嘴喷出的浓海水接触时产生供二级转子旋转的驱动力；发电组件通过传动组件与一级转子以及二级转子连接，用于将一级转子以及二级转子的旋转动能转化为电能。通过上述设计，能够将高压浓海水的余压能实现多级回收利用，提升余压能能量的回收效率。

Description

一种多转子结构余压能回收装置及海水淡化系统
技术领域
本申请涉及能量回收技术领域，尤其涉及一种多转子结构余压能回收装置及海水淡化系统。
背景技术
海水淡化的方法分为热法和膜法，其中，膜法海水淡化由于新型膜的研发使得成本降低，因而更受市场欢迎。膜法反渗透海水淡化系统在不同的工况下工作时，海水需要被加压到5.8MPa～8.0MPa的高压，而淡化后所得的高压浓海水的余压仍然高达5.0MPa～6.5MPa。如果将其直接排放到自然环境中，就白白地浪费掉了这部分能量，因此在反渗透膜海水淡化系统中加入余压能回收装置极为必要。
传统的余压能回收装置按工作原理可以分为离心式和正位移式。其中离心式余压能回收装置通过转轴将发电机与高压泵相连，利用高压浓海水冲击叶轮将压力能转化为轴功，带动发电机发电辅助高压泵工作，以达到降低反渗透海水淡化系统能耗的目的。但是传统的离心式余压能回收装置只能做到余压能单级回收利用，回收效率低。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的是提供一种多转子结构余压能回收装置及海水淡化系统，能够实现高压浓海水余压能的多级回收利用，提升余压能回收效率。
为达到上述技术目的，本申请提供了一种多转子结构余压能回收装置，包括装置主体、主动组件、从动组件、传动组件以及发电组件；
所述主动组件包括一级转子以及喷嘴；
所述一级转子可转动地安装于所述装置主体上，且设有供高压浓海水通入的腔室；
所述喷嘴安装于所述一级转子上，且连通所述腔室的喷嘴，用于在高压浓海水喷出时产生供所述一级转子旋转的驱动力；
所述从动组件包括二级转子；
所述二级转子可转动地安装于所述装置主体上，且其转子叶片可与所述喷嘴喷出的浓海水接触，并在与所述喷嘴喷出的浓海水接触时产生供所述二级转子旋转的驱动力；
所述发电组件通过所述传动组件与所述一级转子以及所述二级转子连接，用于将所述一级转子以及所述二级转子的旋转动能转化为电能。
进一步地，所述喷嘴为沿连接所述一级转子的连接端向喷出端渐缩的渐缩型喷嘴。
进一步地，所述喷嘴为多个，且圆周均匀分布。
进一步地，所述一级转子的两端面中心分别固定有转轴；
所述转轴与所述装置主体转动连接；
一所述转轴沿自身轴向设有贯穿自身且连通所述腔室的输送通道；
设有所述输送通道的所述转轴上远离所述一级转子的一端转动连接有高压浓海水输送管。
进一步地，所述二级转子的转动中心线与所述一级转子的转动中心线重合。
进一步地，所述二级转子包括两个呈环形的转子座板以及多个所述转子叶片；
多个所述转子叶片圆周均匀固定在两个转子座板之间；
两个所述转子座板沿所述转轴的轴向分布在所述一级转子的两侧，并分别与所述转轴一一对应转动连接。
进一步地，所述传动组件包括第一传动件以及第二传动件；
所述发电组件包括多个发电机；
所述一级转子通过所述第一传动件与其中的一个所述发电机的输入轴连接；
所述二级转子通过所述第二传动件与另一个所述发电机的输入轴连接。
进一步地，所述传动组件为行星轮组件，包括齿圈、太阳齿轮以及行星齿轮；
所述发电组件包括发电机；
所述齿圈固定在所述二级转子，且其中心线与所述二级转子的转动中心线重合；
所述太阳齿轮固定在所述一级转子上，且其中心线与所述一级转子的转动中心线重合；
所述行星齿轮设置在所述太阳齿轮与所述齿圈之间，分别与所述太阳齿轮以及所述齿圈啮合；
所述发电机的输入轴与所述行星齿轮同步转动连接。
进一步地，所述从动组件还包括三级转子；
所述二级转子的转子叶片具有弹射面；
经所述喷嘴喷出的浓海水在与所述弹射面接触后，具有至少部分浓海水往所述三级转子方向弹射；
所述三级转子的可转动地安装于所述装置主体上，且其转子叶片可与弹射过来的浓海水接触，并在与弹射过来的浓海水接触时产生供所述三级转子旋转的驱动力。
海水淡化系统，包括海水淡化装置以及上述的多转子结构余压能回收装置；
所述多转子结构余压能回收装置的发电组件与所述海水淡化装置中的蓄电池电连接，用于提供所述蓄电池电能。
从以上技术方案可以看出，本申请所设计的多转子结构余压能回收装置，在高压浓海水通入一级转子的腔室并将其充满后，高压浓海水会从喷嘴喷出并产生供一级转子旋转的驱动力，实现将高压浓海水的压力能转换为驱动一级转子旋转的旋转动能，再者经喷嘴喷射出来的浓海水还可与二级转子的转子叶片接触以产生供二级转子旋转的驱动力，之后再通过发电组件与传动组件将一级转子与二级转子产生的旋转动能转化电能以实现能量回收。通过上述设计，能够将高压浓海水的余压能实现多级回收利用，提升余压能能量的回收效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请中提供的一种多转子结构余压能回收装置的截面示意图；
图2为本申请中提供的一种多转子结构余压能回收装置工作状态的截面示意图；
图3为本申请中提供的一种多转子结构余压能回收装置带有三级转子的工作状态截面示意图；
图4为本申请中提供的一种海水淡化系统的结构示意图；
图中：1、装置主体；2、二级转子；21、转子叶片；211、弹射面；22、转子座板；3、一级转子；31、喷嘴；4、转轴；5、三级转子；61、低压海水箱；62、高压泵；63、蓄电池；64、反渗透膜组件；65、淡水收集箱；71、发电组件；72、低压浓海水收集箱。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，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，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
本申请实施例公开了一种多转子结构余压能回收装置。
请参阅图1以及图4，本申请实施例中提供的一种多转子结构余压能回收装置的一个实施例包括：
装置主体1、主动组件、从动组件、传动组件（图中未示）以及如图4所示的发电组件71。
主动组件包括一级转子3以及喷嘴31，一级转子3可转动地安装于装置主体1上，且设有供高压浓海水通入的腔室。喷嘴31安装于一级转子3上，且连通腔室的喷嘴31，用于在高压浓海水喷出时产生供一级转子3旋转的驱动力。具体的，可以将该喷嘴31设计为其喷射方向与一级转子3的外周面相切，从而能够在高压浓海水喷出喷嘴31时，提供一级转子3旋转所需的切向驱动力。
从动组件包括二级转子2；二级转子2可转动地安装于装置主体1上，且其转子叶片21可与喷嘴31喷出的浓海水接触，并在与喷嘴31喷出的浓海水接触时产生供二级转子2旋转的驱动力。
发电组件71通过传动组件与一级转子3以及二级转子2连接，用于将一级转子3以及二级转子2的旋转动能转化为电能，再供给海水淡化系统中的高压泵62。
回收过程：在高压浓海水通入一级转子3的腔室并将其充满后，高压浓海水会从喷嘴31喷出并产生供一级转子3旋转的驱动力，实现将高压浓海水的压力能转换为驱动一级转子3旋转的旋转动能，再者经喷嘴31喷射出来的浓海水还可与二级转子2的转子叶片21接触以产生供二级转子2旋转的驱动力，之后再通过发电组件71与传动组件将一级转子3与二级转子2产生的旋转动能转化电能以实现能量回收。
与现有技术相比，本申请的有益效果：解决了传统的离心式余压能回收装置只能进行单级余压能回收的问题，实现了相同高压浓海水流量下的双级以上的余压能回收，提升了余压能回收装置的能量回收效率。
以上为本申请实施例提供的一种多转子结构余压能回收装置的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种多转子结构余压能回收装置的实施例二，具体请参阅图1至图4。
基于上述实施例一的方案：
进一步地，就喷嘴31设计来说，将其设计为沿连接一级转子3的连接端向喷出端渐缩的渐缩型喷嘴31。这样喷出的浓海水具有更大的压力能，从而能够提供更大的反作用力，使得一级转子3能够完成更高速的旋转，同时，喷出的浓海水也能够更充分的冲击二级转子2，使得二级转子2更快地进行旋转，进一步提升能量回收效率。
进一步地，喷嘴31优选设计为多个，且圆周均匀分布，具体可以是四个，不做限制。
进一步地，一级转子3的两端面中心分别固定有转轴4，转轴4通过轴承与装置主体1转动连接，通过两个转轴4实现与装置主体1的转动连接。
其中一转轴4沿自身轴向设有贯穿自身且连通腔室的输送通道；设有输送通道的转轴4上远离一级转子3的一端转动连接有高压浓海水输送管，使得高压浓海水能够通过输送通道往腔室内输送，且不会影响一级转子3的转动。
进一步地，二级转子2的转动中心线与一级转子3的转动中心线重合，也即是二级转子2与一级转子3之间可以是共轴设置，整体结构更加紧凑，同时也更方便从喷嘴31喷出的高速浓海水冲击二级转子2上的转子叶片21。
进一步地，就二级转子2结构设计来说，包括两个呈环形的转子座板22以及多个转子叶片21，多个转子叶片21圆周均匀固定在两个转子座板22之间，以此构建二级转子2结构。
两个转子座板22沿转轴4的轴向分布在一级转子3的两侧，并分别通过轴承与两个转轴4一一对应转动连接。
进一步地，就传动组件设计来说，包括第一传动件以及第二传动件对应的，该发电组件71包括多个发电机，以具有一级转子3与二级转子2为例，那么该发电组件71具体可以包括两个发电机，也即是每个发电机对应与一个转子进行配合。
一级转子3通过第一传动件与其中的一个发电机的输入轴连接，第一传动件可以是包括两个齿轮，其中一个齿轮固定在一级转子3上，而另一个齿轮固定在发电机的输入轴上，利用两个齿轮之间的啮合实现传动配合，当然还可以是其它的传动组成，不做限制。
二级转子2通过第二传动件与另一个发电机的输入轴连接，该第二传动件亦可包括两个齿轮，一个齿轮固定在二级转子2上，另一个齿轮固定在发电机的输入轴上，利用齿轮间的啮合实现传动配合。
进一步地，以一级转子3、二级转子2共轴设计为例，传动组件还可以是行星轮组件，具体包括齿圈、太阳齿轮以及行星齿轮。
对应的发电组件71则包括一个发电机就行。
齿圈固定在二级转子2，且其中心线与二级转子2的转动中心线重合；太阳齿轮固定在一级转子3上，且其中心线与一级转子3的转动中心线重合；行星齿轮设置在太阳齿轮与齿圈之间，分别与太阳齿轮以及齿圈啮合，发电机的输入轴与行星齿轮同步转动连接。也即是利用一套行星轮组件即可将一级转子3与二级转子2的转向与转速统一输出，从而达到只用一个发电机即可回收多级转动产生的轴功的目的。
进一步地，该从动组件还可以包括三级转子5，二级转子2的转子叶片21具有弹射面211，该弹射面211可以是弧形面，具体不做限制。经喷嘴31喷出的浓海水在与弹射面211接触后，具有至少部分浓海水往三级转子5方向弹射；三级转子5的可转动地安装于装置主体1上，且其转子叶片21可与弹射过来的浓海水接触，并在与弹射过来的浓海水接触时产生供三级转子5旋转的驱动力。本申请中三级转子5的组成结构与二级转子2的组成结构一致，具体的该三级转子5与一级转子3、二级转子2共轴设置，且三级转子5的转子叶片21环设在二级转子2的转子叶片21外。通过增加设置三级转子5可以将二级转子2弹射出来的浓海水再次转为轴功，实现三级能量回收，进一步提升余压能回收效率。当然，除了包括三级转子5外，还可以包括四级转子、五级转子等，具体可以根据实际需要而变化设计，不做限制。
如图4所示，本申请还公开了海水淡化系统，包括海水淡化装置以及上述实施例一或实施例二的多转子结构余压能回收装置。
就海水淡化装置设计来说，包括低压海水箱61、淡水收集箱65、高压泵62、蓄电池63以及反渗透膜组件64；高压泵62连接蓄电池63，由蓄电池63供电，将低压海水箱61中的低压海水抽至反渗透膜组件64并在压力差的作用下进行反渗透海水淡化处理，淡化产生的淡水则由淡水收集箱65进行收集，而淡化产生的高压浓海水则流入多转子结构余压能回收装置进行能量回收。
多转子结构余压能回收装置还包括低压浓海水收集箱72，淡化产生的高压浓海水经过装置主体1上的主动组件、从动组件，实现高压浓海水的压力能转换为旋转动能，而旋转动能通过传动组件传递给发电组件71，经由发电组件71转化为电能，转化的电能则经由电连接的蓄电池63进行储存，以供高压泵62使用，达到降低高压泵62能耗的作用。经过余压能回收之后的低压浓海水则最终被收集到低压浓海水收集箱72中。本申请中的装置主体1结构可以根据实际需要而进行变化设计，具体可以是一个不具有侧面的圆柱筒结构，不做限制。
以上对本申请所提供的一种多转子结构余压能回收装置及海水淡化系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种多转子结构余压能回收装置，其特征在于，包括装置主体（1）、主动组件、从动组件、传动组件以及发电组件（71）；
所述主动组件包括一级转子（3）以及喷嘴（31）；
所述一级转子（3）可转动地安装于所述装置主体（1）上，且设有供高压浓海水通入的腔室；
所述喷嘴（31）安装于所述一级转子（3）上，且连通所述腔室的喷嘴（31），用于在高压浓海水喷出时产生供所述一级转子（3）旋转的驱动力；
所述从动组件包括二级转子（2）；
所述二级转子（2）可转动地安装于所述装置主体（1）上，且其转子叶片（21）可与所述喷嘴（31）喷出的浓海水接触，并在与所述喷嘴（31）喷出的浓海水接触时产生供所述二级转子（2）旋转的驱动力；
所述发电组件（71）通过所述传动组件与所述一级转子（3）以及所述二级转子（2）连接，用于将所述一级转子（3）以及所述二级转子（2）的旋转动能转化为电能。
2.根据权利要求1所述的一种多转子结构余压能回收装置，其特征在于，所述喷嘴（31）为沿连接所述一级转子（3）的连接端向喷出端渐缩的渐缩型喷嘴（31）。
3.根据权利要求1所述的一种多转子结构余压能回收装置，其特征在于，所述喷嘴（31）为多个，且圆周均匀分布。
4.根据权利要求1所述的一种多转子结构余压能回收装置，其特征在于，所述一级转子（3）的两端面中心分别固定有转轴（4）；
所述转轴（4）与所述装置主体（1）转动连接；
一所述转轴（4）沿自身轴向设有贯穿自身且连通所述腔室的输送通道；
设有所述输送通道的所述转轴（4）上远离所述一级转子（3）的一端转动连接有高压浓海水输送管。
5.根据权利要求4所述的一种多转子结构余压能回收装置，其特征在于，所述二级转子（2）的转动中心线与所述一级转子（3）的转动中心线重合。
6.根据权利要求5所述的一种多转子结构余压能回收装置，其特征在于，所述二级转子（2）包括两个呈环形的转子座板（22）以及多个所述转子叶片（21）；
多个所述转子叶片（21）圆周均匀固定在两个转子座板（22）之间；
两个所述转子座板（22）沿所述转轴（4）的轴向分布在所述一级转子（3）的两侧，并分别与所述转轴（4）一一对应转动连接。
7.根据权利要求1所述的一种多转子结构余压能回收装置，其特征在于，所述传动组件包括第一传动件以及第二传动件；
所述发电组件（71）包括多个发电机；
所述一级转子（3）通过所述第一传动件与其中的一个所述发电机的输入轴连接；
所述二级转子（2）通过所述第二传动件与另一个所述发电机的输入轴连接。
8.根据权利要求1所述的一种多转子结构余压能回收装置，其特征在于，所述传动组件为行星轮组件，包括齿圈、太阳齿轮以及行星齿轮；
所述发电组件（71）包括发电机；
所述齿圈固定在所述二级转子（2），且其中心线与所述二级转子（2）的转动中心线重合；
所述太阳齿轮固定在所述一级转子（3）上，且其中心线与所述一级转子（3）的转动中心线重合；
所述行星齿轮设置在所述太阳齿轮与所述齿圈之间，分别与所述太阳齿轮以及所述齿圈啮合；
所述发电机的输入轴与所述行星齿轮同步转动连接。
9.根据权利要求5所述的一种多转子结构余压能回收装置，其特征在于，所述从动组件还包括三级转子（5）；
所述二级转子（2）的转子叶片（21）具有弹射面（211）；
经所述喷嘴（31）喷出的浓海水在与所述弹射面（211）接触后，具有至少部分浓海水往所述三级转子（5）方向弹射；
所述三级转子（5）的可转动地安装于所述装置主体（1）上，且其转子叶片（21）可与弹射过来的浓海水接触，并在与弹射过来的浓海水接触时产生供所述三级转子（5）旋转的驱动力。
10.海水淡化系统，其特征在于，包括海水淡化装置以及如权利要求1至9任意一项所述的多转子结构余压能回收装置；
所述多转子结构余压能回收装置的发电组件（71）与所述海水淡化装置中的蓄电池（63）电连接，用于提供所述蓄电池（63）电能。
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