本發(fā)明涉及一種能量回收裝置，尤其是一種用于回收帶壓流體壓力能的裝置。

背景技術(shù)：

在化工、市政等領(lǐng)域，存在大量這樣的場合，流體被加壓到較大的壓力后輸送到一個帶壓或者處于高位的容器內(nèi)進行反應(yīng)或儲存，之后又要從容器內(nèi)排出，在排出這樣的帶壓流體的過程中伴隨著流體所攜帶的壓力和勢能的釋放，這些能量往往得不到回收利用而被浪費。不僅如此，在壓力的釋放過程中還需要考慮消能措施以防止設(shè)備被高能流體損壞（如水錘、沖刷和磨損）。

在很多情形下，上述流體進料（加壓）和出料（泄壓）的過程是同時進行的，在這樣的情形之下就可以通過壓力轉(zhuǎn)換裝置來回收利用帶壓流體所攜帶的大部分能量，一種能量回收的方式就是把帶壓流體的能量或壓力轉(zhuǎn)換到低壓流體，也就是通過回收帶壓流體的能量用于對低壓流體加壓。

例如在公開號為CN105658311A的專利文件中說明書的2～10段公開了一種海水淡化系統(tǒng)用能量回收裝置，其即是利用了以上原理對高壓海水壓力進行回收。其具體工作過程和原理為：當壓力轉(zhuǎn)換腔室內(nèi)的濃縮海水通過切換閥被排出到腔室外而減壓至大氣壓時，從海水端口向腔室供給的海水推動活塞。當活塞的位置從海水端口側(cè)移動至濃縮海水端口側(cè)時，與活塞的移動量相應(yīng)的海水填充于壓力轉(zhuǎn)換腔室內(nèi)。接著，當將切換閥、方向切換閥進行切換而將高壓濃縮海水向壓力轉(zhuǎn)換腔室供給時，供給至壓力轉(zhuǎn)換腔室的高壓濃縮海水的壓力推動活塞，從而海水被加壓?；钊奈恢脧臐饪s海水端口側(cè)向海水端口側(cè)移動，與活塞的移動量相應(yīng)的海水從壓力轉(zhuǎn)換腔室排出。

朱云，曹志錫等在《活塞式多相流量能量回收裝置的研究》一文中也公開了類似的能量回收裝置，該活塞式能量回收機采用將液壓機與泵機耦合為一體的結(jié)構(gòu)，即一個缸筒活塞一邊的高壓液體（液壓機）直接推動活塞另一邊的低壓負載液體（泵機），實現(xiàn)液體壓力能的傳遞、轉(zhuǎn)換。

目前這類活塞式能量回收裝置的工作原理是利用活塞兩側(cè)流體的壓力差來推動活塞往復(fù)運動，從而實現(xiàn)液體壓力能的轉(zhuǎn)移回收。目前這類活塞式能量回收裝置存在以下缺陷：1）設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需聯(lián)動調(diào)試；例如需要設(shè)置先導(dǎo)閥、主閥等聯(lián)動機構(gòu)。2）設(shè)備投資高，例如公開號為CN105658311A的專利文件中需要串聯(lián)增壓泵，通過增壓泵海水以成為與高壓泵的排出管線相同水平的壓力的方式被進一步升壓，并經(jīng)由閥與高壓泵的排出管線匯合而向反滲透膜分離裝置供給，以彌補裝置運行中的能量損失。3）由于采用了往復(fù)運動的活塞結(jié)構(gòu)，在快速換向時，會引起液流和運動部件的慣性沖擊，由于活塞完全由兩側(cè)液體的壓力差推動，因此活塞換向時間難以控制，液擊易造成零部件損壞，密封結(jié)構(gòu)破壞，產(chǎn)生管道震動等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問題，本發(fā)明提供了一種帶壓流體壓力能回收裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：帶壓流體壓力能回收裝置，包括缸體，與缸體內(nèi)部腔室配合的活塞，缸體內(nèi)部腔室被活塞氣密性分隔為左倉室和右倉室；還包括驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置可驅(qū)動活塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運動；左倉室上連通有左倉室進料管和左倉室出料管，右倉室上連通有右倉室進料管和右倉室出料管；所述左倉室出料管、右倉室進料管與壓力容器相連；左倉室進料管上設(shè)置有左倉室進料閥，左倉室出料管上設(shè)置有左倉室出料閥；所述右倉室進料管上設(shè)置有右倉室進料閥，右倉室出料管上設(shè)置有右倉室出料閥。

本發(fā)明的工作原理和工作過程見圖2～圖4：首先，同時開啟左倉室進料閥51和右倉室出料閥81，關(guān)閉左倉室出料閥61和右倉室進料閥71，此時施加于裝置內(nèi)活塞2左右的壓力均為常壓P₀，活塞2左右壓力基本對等情況下，驅(qū)動裝置4僅需提供較少的機械能即可推動活塞2向右移動（圖2），常壓物料1a被吸入并充滿左倉室11，同時右倉室12中壓力回收后恢復(fù)常壓的物料2b被排放到下游；隨后，關(guān)閉左倉室進料閥51和右倉室出料閥81，開啟左倉室出料閥61和右倉室進料閥71，此時缸體1內(nèi)活塞2左側(cè)的壓力為物料2a的壓力P₁，活塞2右側(cè)的壓力為物料1b的壓力P₂，這樣就能回收物料1b的壓力轉(zhuǎn)移到物料2a（回收壓力后的物料1a用2a表示），外部驅(qū)動裝置4僅需克服△P（P₁-P₂）即可推動活塞2向左移動（圖3），壓力為P₁的物料2a被排放至后續(xù)工序，壓力為P₂的物料1b逐漸進入右倉室12；接下來同時關(guān)閉左倉室出料閥61和右倉室進料閥71，開啟左倉室進料閥51和右倉室出料閥81，此時施加于裝置內(nèi)活塞2左右的壓力恢復(fù)為常壓P₀，活塞左右壓力基本對等情況下，驅(qū)動裝置4又僅需提供很小的機械能即可推動活塞2向右移動（圖4），物料1a再次進入左倉室11，同時充滿右倉室12的物料2b（壓力做功后的物料1b以2b表示）被排放到下游工序，依次循環(huán)往復(fù)。

本發(fā)明經(jīng)過以上特殊的設(shè)計，將現(xiàn)有技術(shù)中的活塞由壓力差推動（即便由壓力差推動，也是存在能量損耗的，因此需要串聯(lián)增壓泵等設(shè)備）變?yōu)橛蓹C械能和壓力差共同控制活塞往返運動（本發(fā)明通過控制活塞兩側(cè)液體的壓力差和驅(qū)動設(shè)備共同完成對活塞的推動，主要原理是利用壓力容器泄料時的壓力來抵消將物料輸送至壓力容器所需克服的壓力，從而實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移，因此只需消耗很少的機械能）。從而達到簡化能量回收裝置結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備維護、制造成本的目的。本發(fā)明的方案相對于單純壓差推動具有可控性，更利于通過控制活塞推動速率實現(xiàn)對進出料速率的控制；通過控制活塞換向速率來減少液擊現(xiàn)象等，裝置運行更加穩(wěn)定可靠。

本發(fā)明的左倉室出料管、右倉室進料管可與同一壓力容器相連，該方案適用于同一壓力容器的進料與排料，活塞往左移動時，活塞兩側(cè)的壓力均為該壓力容器的壓力P，壓力差△P=0。

同時左倉室出料管、右倉室進料管也可與不同的壓力容器相連，該方案適于對一個壓力容器進料，同時對另一壓力容器排料的情形。此時活塞兩側(cè)的壓力差△P=P₁-P₂，當P₁大于P₂時，活塞向左移動過程中驅(qū)動裝置需克服△P推動活塞，當P₂大于P₁時，驅(qū)動裝置無需消耗機械能即可依靠壓力差推動活塞返程，此時驅(qū)動裝置可用于調(diào)節(jié)活塞移動速率和活塞換向速率。

作為本發(fā)明的進一步改進，缸體右側(cè)設(shè)置活塞右側(cè)止點，缸體左側(cè)設(shè)置活塞左側(cè)止點，活塞移動到活塞右側(cè)止點時，左倉室進料閥與右倉室出料閥關(guān)閉，左倉室出料閥與右倉室進料閥打開；活塞移動到活塞左側(cè)止點時，左倉室進料閥與右倉室出料閥打開，左倉室出料閥與右倉室進料閥關(guān)閉。該方案可用于實現(xiàn)驅(qū)動裝置與閥門的智能化控制，例如可與氣動閥、單向閥或PLC控制系統(tǒng)配合實現(xiàn)閥門的自動開閉。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述驅(qū)動裝置驅(qū)動活塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運動的結(jié)構(gòu)為：活塞通過傳動桿與驅(qū)動裝置相連，驅(qū)動裝置通過驅(qū)動傳動桿運動從而帶動活塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運動。

容易想到的，驅(qū)動裝置也可以不通過傳動桿對活塞進行驅(qū)動，例如可以通過彈性連接件（例如彈簧等）連接驅(qū)動裝置與活塞，首先驅(qū)動裝置克服彈性連接件的彈力拉動活塞，然后驅(qū)動裝置停止運行，活塞依靠彈性連接件的彈力返程，該方案可適用于一些特殊的工況。

更佳的，所述驅(qū)動裝置設(shè)置在缸體外部，傳動桿穿過缸體端面，傳動桿與缸體端面接觸部位為機械密封。當驅(qū)動裝置設(shè)置在缸體外部時，由于傳動桿貫穿在設(shè)備內(nèi)外，這樣，傳動桿與缸體側(cè)壁之間存在一個圓周間隙，設(shè)備中的介質(zhì)通過該間隙向外泄漏，如果設(shè)備內(nèi)壓力低于大氣壓，則空氣向設(shè)備內(nèi)泄漏，因此必須有一個阻止泄漏的軸封裝置?？梢栽趥鲃訔U與缸體側(cè)壁的接觸部位設(shè)置機械密封結(jié)構(gòu)，機械密封具有泄漏量少和壽命長等優(yōu)點。也可以采用其他密封方式，如采用成型填料密封、填料函密封或脹圈密封等。

容易想到的，驅(qū)動裝置也可以設(shè)置在缸體內(nèi)部，當驅(qū)動裝置采用這種方式設(shè)置時，需考慮驅(qū)動裝置的密封和防腐問題，不便于驅(qū)動裝置的維護和控制。

本發(fā)明的缸體可為等斷面圓柱體，除此之外，缸體截面形狀也可以是正方形、正五邊形等規(guī)則形狀，也可采用不規(guī)則形狀，同時調(diào)節(jié)活塞與缸體截面形狀匹配。

本發(fā)明的有益效果是：1）實現(xiàn)帶壓流體壓力能回收，降低生產(chǎn)成本，同時避免后續(xù)設(shè)備和管道在高壓高速流體下的磨損 。2）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，制造、維護成本低，使用簡便，無需聯(lián)動調(diào)試。3）活塞往復(fù)運動過程中，由驅(qū)動裝置和壓力差共同起到控制作用，相對于單純壓差推動具有可控性，如更利于通過控制活塞推動速率實現(xiàn)對進出料速率的控制；通過控制活塞換向速率來降低液擊現(xiàn)象的影響等，裝置運行更加穩(wěn)定可靠。4）活塞兩側(cè)的壓力差減小，減少活塞的磨損或變形。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的工作過程示意圖。

圖3是本發(fā)明的工作過程示意圖。

圖4是本發(fā)明的工作過程示意圖。

圖5是實施例一的示意圖。

圖6是實施例二的示意圖。

圖中標記為：1-缸體，2-活塞，3-傳動桿，4-驅(qū)動裝置，11-左倉室，12-右倉室，5-左倉室進料管，6-左倉室出料管，7-右倉室進料管，8-右倉室出料管，51-左倉室進料閥，61-左倉室出料閥，71-右倉室進料閥，81-右倉室出料閥，1a-低壓流體，2a-獲得壓力后的流體，1b-帶壓流體，2b-釋放壓力后的流體，P₀-常壓，P-壓力容器壓力，P₁-左倉室壓力，P₂-右倉室壓力，h-活塞左側(cè)止點，k-活塞右側(cè)止點。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

實施例一：

如圖1～圖5所示，將本發(fā)明的帶壓流體壓力能回收裝置作為某一壓力容器進出料裝置，包括如下結(jié)構(gòu)：

缸體1內(nèi)徑Ф=200mm，長L=700mm，材質(zhì)不銹鋼，圓筒形，內(nèi)表面光滑；

活塞2直徑Ф=194mm，寬50mm，材質(zhì)不銹鋼，圓餅形；

傳動桿3直徑50mm，長850mm，材質(zhì)不銹鋼與缸體1之間采用機械密封；

驅(qū)動裝置4采用電動齒輪式往返裝置，可連接傳動桿3推動活塞2沿軸線做往復(fù)運動；

左倉室進料管5、左倉室出料管6、右倉室進料管7、右倉室出料管8均采用不銹鋼管道，DN50；

左倉室進料閥51、左倉室出料閥61、右倉室進料閥71、右倉室出料閥81均采用氣動閥。

如圖3所示，本裝置作為某一個壓力容器的進出料裝置，假設(shè)壓力容器內(nèi)的壓力為P，前端進料罐和后端出料罐的壓力均為常壓P₀，第一步，關(guān)閉左倉室出料閥61和右倉室進料閥71，打開左倉室進料閥51和右倉室出料閥81，此時施加于裝置內(nèi)活塞2左右的壓力均為P₁=P₂=P₀，活塞左右壓力基本對等情況下，電動齒輪裝置4僅需提供很小的機械能即可通過傳動桿3推動活塞2向右移動，這樣進料罐中的常壓物料逐漸進入左倉室11，同時右倉室12中的常壓物料被排放到出料罐；第二步，關(guān)閉左倉室進料閥51和右倉室出料閥81，開啟左倉室出料閥61和右倉室進料閥71，此時壓力容器排料的壓力（即右倉室物料的壓力）被回收轉(zhuǎn)移到進料（即用于抵消壓力容器進料所需克服的壓力），使內(nèi)活塞2左右的壓力P₁=P₂=P，活塞左右壓力對等情況下，電動齒輪裝置4又僅需提供很小的機械能即可通過傳動桿3推動活塞2向左移動，這樣左倉室11中的物料逐漸被打入壓力容器上部，同時壓力容器底部的物料被排放到右倉室12；接下來重復(fù)第一步，依次循環(huán)往復(fù)。

通過此壓力轉(zhuǎn)換裝置，回收壓力容器內(nèi)的壓力轉(zhuǎn)移到壓力容器進料，外部驅(qū)動裝置無需克服壓力容器內(nèi)部壓力，僅需提供推動活塞的機械能即可完成壓力容器的進出料操作，極大減少能耗，且由于排料壓力的回收，避免對后續(xù)設(shè)備和管道的磨損，降低維護成本。

實施例二：

如圖1～圖4，以及圖6所示，將本發(fā)明的帶壓流體壓力能回收裝置作為海水淡化反滲透膜處理環(huán)節(jié)濃水的壓力能回收裝置，包括如下結(jié)構(gòu)：

缸體1截面邊長a=300mm，長L=700mm，材質(zhì)不銹鋼，截面為正方形的長方體，內(nèi)表面光滑；

活塞2截面邊長=294mm，寬60mm，材質(zhì)不銹鋼，長方體；

傳動桿3直徑50mm，長850mm，材質(zhì)不銹鋼，與缸體1之間采用機械密封；

驅(qū)動裝置4采用轉(zhuǎn)輪式往返裝置，可連接傳動桿3推動活塞2沿軸線做往復(fù)運動；

左倉室進料管5、左倉室出料管6、右倉室進料管7、右倉室出料管8均采用不銹鋼管道，DN100；

左倉室進料閥51、左倉室出料閥61、右倉室進料閥71、右倉室出料閥81均采用氣動閥，其中左倉室進料閥51和左倉室出料閥61為單向閥。

如圖4所示，本裝置作為海水淡化反滲透膜處理環(huán)節(jié)濃水的壓力回收裝置，假設(shè)膜腔內(nèi)壓力維持為P，前端海水儲罐和后端濃水儲罐罐的壓力均為常壓P₀，第一步，關(guān)閉右倉室進料閥71，開啟右倉室出料閥81，施加于裝置內(nèi)活塞2左右的壓力均為P₁=P₂=P₀，活塞左右壓力基本對等情況下，轉(zhuǎn)輪式往返裝置4僅需提供極小的機械能即可通過傳動桿3推動活塞2向右移動，左倉室進料閥51和左倉室出料閥61均為單向閥，活塞2向右移動導(dǎo)致左倉室11壓力減小，左倉室進料閥51自動打開，左倉室出料閥61在膜腔壓力P大于裝置左倉室11壓力下自動關(guān)閉，海水儲罐中的海水進入左倉室11，同時右倉室12中的濃水被排放到濃水儲罐；第二步，關(guān)閉右倉室出料閥81，開啟右倉室進料閥71，右倉室12內(nèi)的壓力與反滲透膜腔內(nèi)壓力等同為P，通過本裝置壓力被回收轉(zhuǎn)移到左倉室11內(nèi)的海水，使左倉室11壓力亦為P，如此左倉室11的壓力P與反滲透膜腔壓力相等且大于海水儲罐壓力P₀，左倉室進料閥51自動關(guān)閉，此時外部轉(zhuǎn)輪式往返裝置4對活塞2施加較小的機械能即可推動活塞2向左移動，左倉室出料閥61自動打開，左倉室11內(nèi)的海水自動進入反滲透膜膜腔，而反滲透膜膜腔內(nèi)的濃水也同時進入壓力轉(zhuǎn)換裝置的右倉室12；接下來重復(fù)第一步，依次循環(huán)往復(fù)。由于反滲透膜有淡水產(chǎn)出，系統(tǒng)需增加一臺補水增壓泵為反滲透膜膜腔補水，保證反滲透膜腔內(nèi)部水量和壓力。

通過此壓力轉(zhuǎn)換裝置，回收反滲透膜排放的濃水的壓力轉(zhuǎn)移到反滲透膜海水進料，外部轉(zhuǎn)輪式往復(fù)裝置無需克服反滲透膜膜腔內(nèi)壓力，僅需提供推動活塞的機械能即可完成海水淡化反滲透膜工序的大部分海水進料及濃水排料工作，極大減少能耗，且由于濃水壓力的回收，避免對后續(xù)設(shè)備和管道的磨損，降低維護成本。