CN217761556U - 隔膜式液体余压能量回收装置 - Google Patents

Abstract

一种隔膜式液体余压能量回收装置，包括多个并联连接的液体余压能量回收单元。各液体余压能量回收单元包括隔膜室、隔膜、第一和第二电磁阀、第一和第二止回阀。隔膜室具有内腔、高压液体进口、泄压液体出口、低压液体进口及增压液体出口；隔膜设置在内腔中，将内腔分隔成彼此密封的第一、第二腔室。高压液体进口和泄压液体出口分别连通第一腔室，第一电磁阀和第二电磁阀分别设置于高压液体进口和泄压液体出口；低压液体进口和增压液体出口分别连通第二腔室，第一止回阀设置于低压液体进口，用于控制液体只能单向地流入第二腔室，第二止回阀设置于增压液体出口，用于控制液体只能单向地流出第二腔室。本实用新型可以实现不同工质液体的压力交换。

Description

隔膜式液体余压能量回收装置

技术领域

本实用新型涉及液体压力能量回收装置。

背景技术

在石油化工、海水淡化和钢铁冶金等工艺流程中有大量余压液体，这些高压液体可以通过液体压力能能量回收装置将其压力能直接传递给另一股流体，代替传统的减压阀，从而避免液体余压能的浪费，节约工艺系统的电力成本。

液体压力能能量回收装置按原理分为液力透平（离心式）和正位移两类。液力透平能量回收装置是将流体压力能转化为机械能，转化后的机械能对其它工作过程做功，工业上应用最多的是液力透平式能量回收装置，其效率一般在70%-80%之间，能量回收效率较低，高压液体能量浪费比较严重。此外，液力透平式能量回收装置对流体流量变化比较敏感，流量高于或低于最优工况时，能量回收效率下降比较明显，并且在偏离最优工况时运行会出现转速、输出功率不稳定和振动等不良现象。

正位移能量回收装置是由高压流体直接增压低压流体，省去转化轴功这一过程，即能量转换为压力能-压力能，减少中间转换的损失，因此能量回收效率更高，其效率高达90%-96%。正位移式能量回收装置根据结构的不同可分为阀控式能量回收装置和转子式能量回收装置。

转子式能量回收装置中的两股流体交换能量，靠实体活塞或“液柱活塞”隔离不同流体，不可避免地会发生两股流体的混合问题，造成整个系统的不稳定性。阀控式能量回收装置虽然采用实体活塞隔离不同流体，但为了保持活塞的往复性能，其间隙和过充保护机制也会引起两股流体混合问题，根据阀控式能量回收装置的工作原理（两腔式），其在高低压流体输送过程中会出现流量和压力的波动问题，从而引起整个系统的震动和噪声，并且阀控式能量回收装置多采用往复式切换器，内部结构复杂，装置的止回阀组需要满足增压冲程和泄压冲程高频次切换要求，这显著降低了止回阀的使用寿命及装置的稳定性。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可以实现不同工质液体的压力交换的隔膜式液体余压能量回收装置，其结构简单，能量回收效率高，出口流量压力脉动小，运行稳定，安全可靠，且不同工质液体不会发生混合。

本实用新型实施例的一种隔膜式液体余压能量回收装置，包括多个液体余压能量回收单元，多个液体余压能量回收单元并联连接；各液体余压能量回收单元包括隔膜室、隔膜、第一电磁阀、第二电磁阀、第一止回阀和第二止回阀；隔膜室具有内腔、高压液体进口、泄压液体出口、低压液体进口及增压液体出口；隔膜设置在内腔中，将内腔分隔成彼此密封隔离的第一腔室和第二腔室；高压液体进口和泄压液体出口分别连通第一腔室，第一电磁阀和第二电磁阀分别设置于高压液体进口和泄压液体出口；低压液体进口和增压液体出口分别连通第二腔室，第一止回阀设置于低压液体进口，用于控制液体只能单向地流入第二腔室，第二止回阀设置于增压液体出口，用于控制液体只能单向地流出第二腔室。

本实用新型至少具有以下优点：

1、本实用新型实施例的隔膜式液体余压能量回收装置采用中间隔膜隔绝高压侧和低压侧的液体，高压液体直接增压低压液体，能量回收效率高，且隔膜两侧的液体不接触，混合度低，可以实现不同工质液体的压力交换；

2、本实用新型实施例的隔膜式液体余压能量回收装置由并联连接的多个液体余压能量回收单元组成，流量压力重叠性好，高压液体隔着隔膜持续稳定增压低压液体，装置流量压力脉动小，运行稳定，安全可靠；

3、本实用新型实施例的隔膜式液体余压能量回收装置结构简单，其继承了正位移式能量回收装置能量回收效率高等优点，解决了液力透平式能量回收装置能量回收效率低、最佳能量回收效率低、对流量变化敏感等问题。

附图说明

图1示出了根据本实用新型一实施例的隔膜式液体余压能量回收装置的示意图。

图2示出了根据本实用新型一实施例的液体余压能量回收单元的剖面示意图。

图3示出了图2的局部放大示意图。

图4示出了采用本实用新型实施例的隔膜式液体余压能量回收装置的海水淡化系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

请参考图1和图2。根据本实用新型实施例的隔膜式液体余压能量回收装置100包括多个液体余压能量回收单元110，该多个液体余压能量回收单元110并联连接。在本实施例中，液体余压能量回收单元110的数量为三组，在其它的实施方式中，液体余压能量回收单元110的数量也可以是四组、六组等。

每一液体余压能量回收单元110包括隔膜室1、隔膜2、第一电磁阀（图中未示出）、第二电磁阀（图中未示出）、第一止回阀41和第二止回阀42。

隔膜室1具有内腔10、高压液体进口11、泄压液体出口12、低压液体进口13及增压液体出口14。隔膜2设置在内腔10中，将内腔10分隔成彼此密封隔离的第一腔室101和第二腔室102。优选地，第一腔室101的容积与第二腔室102的容积相等。在本实施例中，隔膜2为橡胶隔膜，可选地，该橡胶隔膜的材料为丁腈基体橡胶，耐腐蚀，寿命高，适用各种介质及复杂工况。

高压液体进口11和泄压液体出口12分别连通第一腔室101，第一电磁阀设置于高压液体进口11，用以控制液体进入第一腔室101，第二电磁阀设置于泄压液体出口12，用以控制液体流出第一腔室101。在本实施例中，第一电磁阀和第二电磁阀由一外部的控制器来控制开启和关闭。

低压液体进口13和增压液体出口14分别连通第二腔室102，第一止回阀41设置于低压液体进口13，用于控制液体只能单向地流入第二腔室102，第二止回阀42设置于增压液体出口14，用于控制液体只能单向地流出第二腔室102。在本实施例中，第一止回阀41和第二止回阀42分别由第一止回缓冲阀和第二止回缓冲阀构成，缓冲阀能够有效减小水锤效应对管道及部件的冲击，利用缓冲阀缓开缓闭的性能可削弱因高低压流体切换带来的介质逆流冲击。

优选地，第一止回阀41和第二止回阀42被配置为当第一止回阀41开启时，第二止回阀42关闭，当第一止回阀41关闭时，第二止回阀42开启。

进一步地，各液体余压能量回收单元包括隔膜行程检测机构，隔膜行程检测机构用于检测隔膜2的行程是否超过预设的行程值，并在隔膜2的行程超过预设的行程值时向外输出检测信号。隔膜行程检测机构可保护隔膜2避免工作液体的过度充注对其的损伤，使隔膜2只受弯曲变形而不受拉伸。

请结合图3所示。在本实施例中，隔膜行程检测机构包隔膜探针51和两个磁感应探头52。隔膜探针51设置在第一腔室101中，隔膜探针51的一端与隔膜2连接，连接的方式包括但不限于螺栓连接等，隔膜探针51的另一端设有磁性元件53，该磁性元件可以是磁钢等。两个磁感应探头52伸入第一腔室101中，其中一个磁感应探头52对应于隔膜2向左移动的行程极限位置，另一个磁感应探头52对应于隔膜2向右移动的行程极限位置，各磁感应探头52用以感应磁性元件53的磁场变化并向外输出检测信号。具体地说，控制器接收该检测信号。

在本实施例中，隔膜式液体余压能量回收装置100包括高压液体进口总管（图中未示出）、泄压液体出口总管（图中未示出）、低压液体进口总管150和增压液体出口总管160。高压液体进口总管分别与多个液体余压能量回收单元110的高压液体进口11连通，泄压液体出口总管分别与多个液体余压能量回收单元110的泄压液体出口12连通，低压液体进口总管150分别与多个液体余压能量回收单元110的低压液体进口13连通，增压液体出口总管160分别与多个液体余压能量回收单元110的增压液体出口14连通。在增压液体出口总管160的出口设有第一脉动缓冲器61，在泄压液体出口总管的出口设有第二脉动缓冲器（图中未示出）。脉动缓冲器由耐腐蚀的气囊与管路中的液体隔离，通过气室的容积变化来平滑管路中介质脉动，对液体的能量进行储存和释放。通过设置脉动缓冲器，能够减小能量回收装置出口流体脉动和惯性损失，增加流量的均匀度，以适应工艺流程的需要。

在本实施例中，第一脉动缓冲器61与增压液体出口总管160的出口直角连接，液流进口与出口成90°，装置出口脉动流全部进入第一脉动缓冲器61，经第一脉动缓冲器61减小脉动后，液流沿着第一脉动缓冲器61的出口环隙排出装置，环隙的阻滞作用使脉动缓冲器的缓冲作用更加明显。

工作时，控制器控制高压侧的第一电磁阀打开，第二电磁阀关闭，高压液体进入第一腔室101，在高压液体的充注下，隔膜2向第二腔室102一侧运动，第二腔室102的容积变小，第一止回阀41关闭，第二止回阀42开启，低压侧液体增压后排出第二腔室102，低压液体完成增压。增压后，控制器控制高压侧的第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，第一腔室内101的液体由第二电磁阀排出，此时第一腔室101与第二腔室102存在压差，隔膜2向第一腔室101一侧运动，第二腔室102的容积变大，第一止回阀41开启，第二止回阀42关闭，第一腔室101中的高压液体排出，完成泄压。控制器周期性地控制第一电磁阀和第二电磁阀的开启、关闭，隔膜2周期性地往复运动，高压液体与低压液体不断进行压力能交换，完成液体余压的能量回收。

隔膜探针51的位置能准确反映隔膜2的状态，磁感应探头52通过感应隔膜探针51的磁性元件53，能精准地监测隔膜探针51的位置。若隔膜探针51的位置超过预定限位，磁感应探头52会发送检测信号给控制器。控制器收到检测信号时会同时改变第一电磁阀和第二电磁阀的工作状态，可改变高压液体的增压时间和泄压时间，减少因时序控制误差对隔膜的损伤，避免过载对隔膜2的损坏，同时将压力交换腔室的容积利用率达到最大（＞98%），保证长冲程，低冲次，保证工作过程中不憋压、不泄流，减少液压冲击现象，即，隔膜行程检测机构实时检测内腔中的液体压力交换进程，实现压力交换的精准控制，并可减少因时序控制误差对隔膜的损伤。

图4示出了采用本实用新型实施例的隔膜式液体余压能量回收装置100的海水淡化系统的示意图，其包括高压泵210、增压泵220、膜组件230等。如图4所示，系统中共有四股流体接入隔膜式液体余压能量回收装置100，分别为低压海水9a、增压海水9b、高压盐水9c和泄压盐水9d。隔膜式液体余压能量回收装置100回收高压盐水9c的压力能对低压海水9a增压，低压海水9a增压为增压海水9b，高压盐水9c泄压为泄压盐水9d。低压海水9a与高压盐水9c的流量比为1：1。

电磁阀和止回缓冲阀的组合控制着流体进出液体余压能量回收单元，液体余压能量回收单元的内腔中盐水与海水隔着隔膜随着压力差往复运动，从而形成了高压盐水与低压海水的压力交换，实现了高压盐水对低压海水的做功，也即实现了高压盐水与低压海水的压力能交换，完成了对高压盐水的余压能量回收功能。增压时间和泄压时间依靠启闭电磁阀实现，隔膜2向左运动到泄压工况终止位置，液体余压能量回收单元的第二电磁阀关闭，第一电磁阀打开，隔膜2向右运动到增压工况终止位置，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，以此顺序周期性启闭，完成液体余压能量回收。海水淡化系统的隔膜式液体余压能量回收装置对压力交换室的容积利用率可达到98%以上，保证了增压和泄压的长冲程，低冲次，降低了电磁阀和其他易损件的切换频率，提高了海水淡化系统易损件的使用寿命。液体余压能量回收单元的隔膜行程检测机构可保证增压冲程和低压冲程的不过充，磁感应探头52精准监测隔膜探针51的位置，位置检测信号传输给海水淡化能量回收控制系统，若隔膜探针51的位置超过系统限位，控制系统会自动断开或开启电磁阀，控制高压盐水和泄压盐水进出隔膜室，避免过载对隔膜的损坏。若增压过充，关闭第一电磁阀，同时打开第二电磁阀，排出第一腔室过多的液体。若低压过充，关闭第二电磁阀，同时打开第一电磁阀，排出第二腔室过多的液体。

在另一种具体的应用方式中，本实用新型可应用于回收高浓度料浆的（料浆重量浓度≤70%）余压能，对颗粒耐受性强，适应复杂工况。

采用本实用新型的隔膜式液体余压能量回收装置，隔膜两侧液体互不接触，适用各种介质及各种工况，介质通过隔膜进行高、低压液体的压力交换，且通过电磁阀控制高压液体进出隔膜室的第一腔室，隔膜室进行着周期性地增压和泄压过程。三个液体余压能量回收单元并联排布，装置流量压力重叠性好，高压液体隔着隔膜持续稳定增压低压液体，装置流量压力脉动小，运行稳定，故障率低。

在本实用新型实施例中，出、入口止回缓冲器的设置缓解了切换过程中液体倒流对阀门的冲击，震动幅度小。流出装置的液体经脉动缓冲器，能对排出液流有一定的阻滞作用，且这种阻滞作用会随着进入的液流速度增加而增加，从而使减小脉动的作用更加明显。脉动缓冲器作为管路中容积补偿和压力补偿元件，可以缓解介质的脉动。出口缓冲器与脉动缓冲器的双重设置可保护系统不受压力波动的冲击，减小除去水锤对系统的危害。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种隔膜式液体余压能量回收装置，其特征在于，包括多个液体余压能量回收单元，所述多个液体余压能量回收单元并联连接；

各所述液体余压能量回收单元包括隔膜室、隔膜、第一电磁阀、第二电磁阀、第一止回阀和第二止回阀；所述隔膜室具有内腔、高压液体进口、泄压液体出口、低压液体进口及增压液体出口；所述隔膜设置在所述内腔中，将所述内腔分隔成彼此密封隔离的第一腔室和第二腔室；所述高压液体进口和所述泄压液体出口分别连通所述第一腔室，所述第一电磁阀和所述第二电磁阀分别设置于所述高压液体进口和所述泄压液体出口；所述低压液体进口和所述增压液体出口分别连通所述第二腔室，所述第一止回阀设置于所述低压液体进口，用于控制液体只能单向地流入第二腔室，所述第二止回阀设置于所述增压液体出口，用于控制液体只能单向地流出第二腔室。

2.如权利要求1所述的隔膜式液体余压能量回收装置，其特征在于，各所述液体余压能量回收单元包括隔膜行程检测机构，所述隔膜行程检测机构用于检测所述隔膜的行程是否超过预设的行程值，并在隔膜的行程超过所述预设的行程值时向外输出检测信号。

3.如权利要求2所述的隔膜式液体余压能量回收装置，其特征在于，所述隔膜行程检测机构包隔膜探针和两个磁感应探头；

所述隔膜探针设置在所述第一腔室或所述第二腔室中，隔膜探针的一端与所述隔膜连接，隔膜探针的另一端设有磁性元件；

所述两个磁感应探头伸入所述第一腔室或所述第二腔室中，所述两个磁感应探头分别对应于所述隔膜向左移动的行程极限位置和向右移动的行程极限位置，各磁感应探头用以感应所述磁性元件的磁场变化并向外输出检测信号。

4.如权利要求1所述的隔膜式液体余压能量回收装置，其特征在于，所述的隔膜式液体余压能量回收装置包括高压液体进口总管、泄压液体出口总管、低压液体进口总管、增压液体出口总管；所述高压液体进口总管分别与所述多个液体余压能量回收单元的高压液体进口连通，所述泄压液体出口总管分别与所述多个液体余压能量回收单元的泄压液体出口连通，所述低压液体进口总管分别与多个液体余压能量回收单元的低压液体进口连通，所述增压液体出口总管分别与多个液体余压能量回收单元的增压液体出口连通；

所述增压液体出口总管的出口设有第一脉动缓冲器。

5.如权利要求4所述的隔膜式液体余压能量回收装置，其特征在于，所述泄压液体出口总管的出口设有第二脉动缓冲器。

6.如权利要求1所述的隔膜式液体余压能量回收装置，其特征在于，所述第一止回阀和所述第二止回阀被配置为当第一止回阀开启时，第二止回阀关闭，当第一止回阀关闭时，第二止回阀开启。

7.如权利要求1或6所述的隔膜式液体余压能量回收装置，其特征在于，所述第一止回阀和所述第二止回阀分别由第一止回缓冲阀和第二止回缓冲阀构成。

8.如权利要求1所述的隔膜式液体余压能量回收装置，其特征在于，所述液体余压能量回收单元的数量为三组。

9.如权利要求1所述的隔膜式液体余压能量回收装置，其特征在于，所述第一腔室的容积与所述第二腔室的容积相等。

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