CN2214543Y - 回收能量的自由活塞循环泵 - Google Patents

Abstract

一种用于化学工程领域中，工艺液体需反复进行 加压、减压过程中的回收能量的自由活塞循环泵。其 主要解决现有循环泵液缸体中残留气相空间，造成工 作机组效率低，机械控制活塞换向系统工作不稳定等 问题。本装置由自由活塞泵主机及其自身液压控制 系统组成，它的液缸体卧式布置，所有的排液口均设 在液缸体最高处以防气阻现象，并且采用独特的液压 控制系统以及罩筒平衡式的进排液强制阀使得其工 作平衡可靠。

Description

本实用新型涉及化工领域中工艺液体在反复进行加压、减压过程中的能量回收利用装置，具体地指一种回收能量的自由活塞循环泵。

在化学工程的气体加压吸收如湿法脱除CO₂、CO、H₂S、氨吸收制冷等操作中，常采用在加压条件下使用某种液体对工艺气进行洗涤，又在减压条件下使该液体进行再生，然后重新加压使用的工艺方法。在此过程中，液体在减压再生前仍具有相当大的残存势能，其在减压消能过程中所释放出的功率为Ne＝（P₁－P₂）×Q。式中Ne－消能过程的理论功率（KW）；P1、P2－减压前后液体的压力（kpa）；Q－液体的体积流量m³／s。为了利用这部分能量，人们根据帕斯卡液体静压传递原理，设计了多种活塞液压缸结构的能量回收装置，利用各种机械阀门及换向器来控制活塞的运动方向。但都忽略了液缸中回收能量的载体不是纯液体，而是在吸收塔中加压溶解了大量气体的富液这个事实。该富液进入液缸推动活塞作功时，溶解在其中的气体将立即释放出来，并聚集在液缸中形成残留气相空间，造成工作机组效率大大降低，严重时还会产生气阻现象迫使主机停止运转。而被输送的贫液中亦经常夹带一定量的气体，并可在液缸中积累形成类似气体压缩机的余隙，当缸内减压进液时，余隙中的气体膨胀，将造成进液自动阀开启迟缓从而影响机组效率，气体累积到一定程度时，将使被输贫液达不到必要的排出压力而无法压入吸收塔。而机械控制的活塞换向系统也存在工作冲击大，平衡性差，使用不稳定和寿命短的缺点。

本实用新型的目的是克服上述不足，提供一种液缸卧式布置的，由自身液压系统控制的，回收能量的自由活塞循环泵。

为实现此目的，本实用新型基于帕斯卡液体静压传递原理，以加压吸收塔不断排出的具有残存势能的液体为动力，通过自由活塞循环泵的自由活塞进行静压传递，将送往吸收塔的液体进行加压，从而降低加压输送这些液体的能耗。该液体在吸收塔内完成吸收过程后，复又进入自由活塞循环泵进行残存势能的回收，如此往复循环，构成连续的能量回收过程。

本实用新型所设计的回收能量的自由活塞循环泵，由自由活塞泵主机11和控制其循环工作的液压控制系统组成。自由活塞泵主机11的液缸体19卧置，其两端装有液缸盖16a、16b，液缸盖上设有被输液进口15a、15b、被输液出口18a、18b，液缸体19由一纵向隔板24分成左右两个空间，两自由活塞20a、20b分别置于左右两空间中，由穿过隔板24的活塞杆22将两活塞连为一体，从而将液缸体19分为四个容积可变的腔室Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，在靠着隔板24的两个腔室Ⅱ、Ⅲ上分别开有工作液进出口23a、23b，工作液进出口23a、23b和被输液出口18a、18b的开口位置均设在液缸体19的最高处，这样可从根本上避免液缸体19中的气体残留现象，自由活塞与液缸体之间以及活塞杆与纵向隔板之间分别用密封圈21、25密封，整个自由活塞泵主机11通过支架14定位在混凝土基础26上。其液压控制系统由辅助液缸8a、8b，换向阀2及其切换电气触点9a、9b，工作液进、排液强制阀6a、6b；4a、4b，被输液进、排液自动阀10a、10b；7a、7b，能量补充泵12以及各连接管路组成；再生后的被输液由能量补充泵12经被输液进液自动阀10a、10b进入被输液进口15a、15b，分别在腔室Ⅰ、Ⅳ中被做功，再由被输液出口18a、18b经被输液排液自动阀7a、7b送入吸收塔1；从吸收塔1排出的工作液经工作液进液强制阀6a、6b进入工作液进出口23a、23b，当自由活塞换向时再由同样的进出口23a、23b经工作液排液强制阀4a、4b排入再生塔13；辅助液缸8a、8b安装在液缸盖16a、16b上，其柱塞17a、17b贯穿于液缸体19与辅助液缸之间，通过自由活塞20a、20b顶撞柱塞17a、17b使联接于柱塞的切换电气触点9a、9b断合来带动换向阀2动作，从而控制工作液进、排液强制阀6a、6b；4a、4b的开闭。

本实用新型所采用的工作液进、排液强制阀6a、6b；4a、4b是由阀体44、阀芯28、液压缸40及活塞41、柱塞33组成。阀体44具有工作液进口27和工作液出口30，还设有套筒31，阀芯28可在套筒31内移动，其顶部开有若干平衡孔32；液压缸40与阀体上部直接相连，两者间由隔板42隔开，活塞41置于液压缸40内，通过柱塞33与阀芯28顶部连为一体；活塞41的下空间设有呼吸口34，上部设有穿出液压缸缸盖39的阀位指示杆37，缸盖39上开有液压工作液进出口36，密封圈29、35、38、43用于各相对运动件之间的密封。阀体44可制成角式或直通式，阀芯28设计为罩筒形，其上的平衡孔32保证阀门关闭阻力降至最低。

本实用新型中两个自由活塞20a、20b与活塞杆22之间的联接可采用无机械强度要求的松动联接，因为在本装置中活塞杆只承受压应力，松动联接工艺要求低，方便易行。

本实用新型也可在工作液流量≤50M³／h时，省略工作液进、排液强制阀6a、6b；4a、4b，由换向阀2直接控制工作液进出自由活塞泵主机11的工作液进出口23a、23b，以适应小流量能量回收时简化设备的需要。

本实用新型的工作液进液强制阀6a与排液强制阀4a的各阀位指示杆37上分别设计有联锁电气触点5a、3a；同样进液强制阀6b与排液强制阀4b的各阀位指示杆37上分别设计有联锁电气触点5b、3b，使得每个工作液腔室Ⅱ、Ⅲ的进、排液强制阀无开启重叠时间。

本实用新型的液压控制系统所用的液体可直接取自被输液管路，取出的被输液经换向阀2送入辅助液缸8a、8b以及各个工作液进、排液强制阀的液压工作液进出口36，从而省略独立的液压控制供液系统。

由于本实用新型将所有的排液口设在液缸体的最高处，可随时排出液缸中的气体，从而有效地防止了运行中的气阻现象；又因为本实用新型采用上述独特的液压控制系统以及罩筒平衡式的进排液强制阀，使得本装置结构紧奏，工作平衡可靠，工作寿命和工作效率都大大提高了。

下面结合附图对本实用新型的工作过程作进一步说明：

图1为本实用新型的工作原理图。

图2为自由活塞泵主机的结构示意图。

图3为工作液进、排液强制阀的结构示意图。

在图1中所示粗实线表示此阶段液体正在通过的管道，粗虚线表示此阶段液体未通过的管道；细实线和细虚线则表示液压控制系统管道。图中示出自由活塞左行时的状态，此时从吸收塔1排出的具有残存势能的工作液，经进液强制阀6a进入主机11的腔室Ⅱ，来自能量补充泵12的被输液则经被输液进液自动阀10b进入腔室Ⅳ，在腔室Ⅱ中工作液和腔室Ⅳ中被输液两者静压的共同作用下，推动两个自由活塞20a、20b同时向左移动。此过程中，腔室Ⅰ和腔室Ⅲ的体积逐渐变小，迫使腔室Ⅰ中的被输液以略大于出口系统的压力经排液自动阀7a送入吸收塔1。与此同时，腔室Ⅲ中的工作液则以化工工艺过程所要求的最低压力，经排液强制阀4b，排入再生塔13。当自由活塞移动到左止点时，在液压控制系统的控制下，对工作液进、排液强制阀进行切换使自由活塞换向右行。此时工作液经进液强制阀6b进入主机11的腔室Ⅲ，来自能量补充泵12的被输液经被输液进液自动阀10a进入腔室Ⅰ，在腔室Ⅲ中工作液和腔室Ⅰ中被输液两者静压的共同作用下，推动两个自由活塞同时向右移动。此过程中，腔室Ⅱ与腔室Ⅳ的体积逐渐变小，迫使腔室Ⅳ中的被输液以略大于出口系统的压力，经被输液自动阀7b送往吸收塔1，腔室Ⅱ中的工作液则经排液强制阀4a排入再生塔13。当自由活塞移动到右止点时，在液压控制系统的控制下又对工作液进排液强制阀进行切换，使自由活塞换向左行。在自由活塞左行或右行的换向过程中，被输液进排液自动阀均随着换向时液缸内液体压力的改变自动切换，从而保持被输液进液与排液的连续性。整个机组即按上述过程连续不断地进行工作。

控制自由活塞换向是通过换向阀2改变工作液进、排液强制阀6a、6b；4a、4b阀体上部液压缸40内的液体压力，从而启闭强制阀而实现的。当取自现场适当部位被输液管路中的高压液充入液压缸40内时，活塞41受力下行，通过柱塞33推动阀芯28下行，使阀门关闭，反之液压缸内液体卸压时，活塞41在主机11内液体压力作用下上行，阀门开启。液压控制系统的换向过程仍参见图1。当自由活塞20a移动到接近左止点时，自由活塞顶撞到辅助液缸8a的柱塞17a并推动它同时左移，此时联接于柱塞上的电气触点9a断开，致使电磁阀D1断电，其阀芯移至左位，插装阀L1关，L2开，于是工作液排液强制阀4b和进液强制阀6a的液压缸内均充入高压液而被强行关闭。与此同时，辅助液缸8b内也被充入高压液，此缸内的柱塞17b被迫左移，使联接于柱塞17b上电气触点9b接通，电磁阀D2得电，其阀芯移至右位，插装阀L3关L4开，致使工作液排液强制阀4a和进液强制阀6b上部液压缸内液体被卸压，在主机11内液体压力的作用下，使两阀同时开启。腔室Ⅲ开始进液，腔室Ⅱ开始排液，自由活塞因之换向右行。待自由活塞20b移动到接近右止点时，它又顶接到辅助液缸8b的柱塞17b并推动柱塞同时右移，此时联接于柱塞17b上的电气触点9b断开，致使电磁阀D2断电，其阀芯移至左位，插装阀L3开L4关，工作液排液强制阀4a和进液强制阀6b的液压缸内均充入高压液而被强行关闭。与此同时，辅助液缸8a内也被充入高压液，迫使缸内柱塞右移并接通电气触点9a，电磁阀D1得电，其阀芯移至右位，插装阀L1开L2关，致使工作液排液强制阀4b和进液强制阀6a的液压缸内的液体被卸压，在主机11内液体压力的作用下，使两阀同时开启。腔室Ⅱ开始进液，腔室Ⅲ开始排液，自由活塞因之换向左行，如此循环不已。

在工作液排液强制阀4a、4b和进液强制阀6a、6b的阀位指示标上均设有联锁电气触点3a、3b；5a、5b，当某一工作液腔室的进（排）液强制阀末关闭到位时，与该阀阀位指示杆37相联的电气触点则不闭合，换向时该腔室工作液排（进）液强制阀即不能开启。只有当这些强制阀关闭到位后，相应的电气触点才能闭合形成回路，换向阀也才可能进行切换，使另一组工作液进排液强制阀打开。从而可有效避免两组强制阀即使是短暂的处于同时开启状态而引起效率的下降。

被输液在吸收塔内和工作液在再生塔内均为以自由落体的形式下降至塔底，这两部分消耗的能量是无法回收的。加之实际运行中，工作液和被输液通过阀门及管路时均要产生阻力损失，各部份机械摩擦也都要造成一定的能量损耗，因此自由活塞泵主机所能回收的能量将不足以提供被输液所需的全部能量，为此被输液在进入自由活塞泵主机11前须先经能量补充泵12予以增压，以使上述的能量损失得到必要的补偿。

Claims (4)

1、一种用于化工领域工艺液体需反复进行加压、减压过程中回收能量的自由活塞循环泵，包括自由活塞泵主机(11)和控制其循环工作的液压控制系统，其特征在于：

1)自由活塞泵主机(11)的液缸体(19)卧置，其两端装有液缸盖(16a、16b)，液缸盖上设有被输液进口(15a、15b)，被输液出口(18a、18b)，液缸体(19)由一纵向隔板(24)分成左右两个空间，两自由活塞(20a、20b)分别置于左右两空间中，由穿过隔板(24)的活塞杆(22)将两活塞连为一体，从而将液缸体(19)分为四个容积可变的腔室(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，在靠着隔板(24)的两个腔室(Ⅱ、Ⅲ)上分别开有工作液进出口(23a、23b)，工作液进出口(23a、23b)和被输液出口(18a、18b)的开口位置均设在液缸体(19)的最高处；

2)液压控制系统由辅助液缸(8a、8b)，换向阀(2)及其切换电气触点(9a、9b)，工作液进、排液强制阀(6a、6b；4a、4b)，被输液进、排液自动阀(10a、10b；7a、7b)，能量补充泵(12)以及各连接管路组成；再生后的被输液由能量补充泵(12)经被输液进液自动阀(10a、10b)进入被输液进口(15a、15b)，再由被输液出口(18a、18b)经被输液排液自动阀(7a、7b)送入吸收塔(1)；从吸收塔(1)排出的工作液经工作液进液强制阀(6a、6b)进入工作液进出口(23a、23b)，当自由活塞换向时再由同样的进出口(23a、23b)经工作液排液强制阀(4a、4b)排入再生塔(13)；辅助液缸(8a、8b)安装在液缸盖(16a、16b)上，其柱塞(17a、17b)贯穿于液缸体(19)与辅助液缸之间，通过自由活塞(20a、20b)顶撞柱塞(17a、17b)使联接于柱塞的切换电气触点(9a、9b)断合来带动换向阀(2)动作，从而控制工作液进、排液强制阀(6a、6b；4a、4b)的开闭。

2、根据权利要求1所述的回收能量的自由活塞循环泵，其特征在于所采用的工作液进、排液强制阀（6a、6b；4a、4b）是由阀体（44）、阀芯（28）、液压缸（40）及活塞（41）、柱塞（33）组成，阀体（44）具有工作液进口（27）和工作液出口（30），还设有套筒（31），阀芯（28）可在套筒（31）内移动，其顶部开有若干平衡孔（32）；液压缸（40）与阀体（44）上部直接相连，两者间由隔板（42）隔开，活塞（41）置于液压缸（40）内，通过柱塞（33）与阀芯（28）顶部连为一体；活塞（41）的下空间设有呼吸口（34），上部设有穿出液压缸缸盖（39）的阀位指示杆（37），缸盖（39）上开有液压工作液进出口（36）。

3、根据权利要求1所述的回收能量的自由活塞循环泵，其特征在于两个自由活塞（20a、20b）与活塞杆（22）之间的联接为无机械强度要求的松动联接。

4、根据权利要求2所述的回收能量的自由活塞循环泵，其特征在于工作液进液强制阀（6a）与排液强制阀（4a）的各阀位指示杆（37）上分别设有联锁的电气触点（5a、3a）；工作液进液强制阀（6b）与排液强制阀（4b）的各阀位指示杆（37）上分别设有联锁电气触点（5b、3b）；使之能保证每个工作液腔室（Ⅱ、Ⅲ）的进、排液强制阀无开启重叠时间。

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