一種和柱塞泵配合的能量回收小型海水淡化裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種和柱塞泵配合的能量回收小型海水淡化裝置，通過能量回收柱塞泵和跟步切換缸的配合組成一個能量回收裝置，將回收的能量通過三者連接的曲軸傳給主柱塞泵，達到能量回收的目的，這種能量回收裝置適用于小型海水淡化系統(tǒng)，投入成本低，能量回收率高，易于推廣使用。
【專利說明】
一種和柱塞泵配合的能量回收小型海水淡化裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及反滲透海水淡化領(lǐng)域，尤其涉及一種和柱塞栗配合的能量回收小型海水淡化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于淡水的短缺，海水淡化技術(shù)和海水淡化產(chǎn)業(yè)在快速發(fā)展。目前海水淡化的實用方法大致有兩種:熱法和反滲透法。反滲透法是將海水經(jīng)預(yù)處理后，加壓到幾個MPa，然后進入到納米半透膜管中，在壓力作用下克服滲透壓滲透到管外成為淡水的過程，最后將未滲透的濃海水排走，其中淡水約占40%，濃海水約占60%。
[0003]海水淡化技術(shù)發(fā)展的一個重要目標是降低運行成本，在運行成本的構(gòu)成中能耗所占的比重最大，降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段。反滲透海水淡化(SWRO)是目前海水淡化的主流技術(shù)之一，反滲透海水淡化過程需消耗大量電能提高進水壓力(6?7MPa)以克服水的滲透壓，反滲透膜管內(nèi)排出的濃海水余壓高達5.5?6.5 MPa，按照40%的回收率計算，排放的濃鹽水中還蘊含約50%的進料水壓力能量，將這一部分能量回收變成進水能量可大幅降低反滲透海水淡化的能耗，而這一目標的實現(xiàn)有賴于壓力能量回收技術(shù)的利用。
[0004]通過壓力能量回收裝置的應(yīng)用大幅度降低了淡化水的生產(chǎn)成本，促進了反滲透淡化技術(shù)的推廣和應(yīng)用，并使之成為最具競爭力和發(fā)展速度最快的海水淡化技術(shù)。因此，壓力能量回收與反滲透膜和高壓栗并列成為反滲透海水淡化系統(tǒng)中的三大關(guān)鍵技術(shù)。
[0005]20世紀70年代，隨著反滲透技術(shù)開始用于海水/苦咸水的淡化，國外各種形式的能量回收裝置相繼出現(xiàn)。能量回收裝置總體上分為兩類，即水力透平式和功交換式。
[0006]最早的能量回收裝置是水力透平式，瑞士Calder.AG公司的PehonWheel透平機和Pump Ginard公司的Franc is透平機，效率一般為50%?70%。其原理是利用濃鹽水的壓力驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)動，通過軸與栗和電機相連，將能量輸送至進料原海水，過程需要經(jīng)過“水壓能—機械能—水壓能”兩步轉(zhuǎn)換。這種方式，效率不高，一般為50 %?70 %，且加工要求高、價格高。
[0007]20世紀80年代出現(xiàn)了一種新的能量回收技術(shù)，其工作原理是“功交換”，通過界面或隔離物(活塞)，直接把高壓濃鹽水的壓力傳遞給進料海水，過程得到簡化，只需要經(jīng)過“水壓能—水壓能”的一步能量轉(zhuǎn)換，能量回收效率得以提高，可以達到90%以上。但由于流量的瞬變，閥門需頻繁開啟、關(guān)閉，致使閥壽命短，功交換器造價高，可靠性差。
[0008]從目前的海水淡化的市場來看，小型海水淡化裝置由于投入成本低、體積小、使用方便、可移動性等優(yōu)點而受到市場的青睞，非常適合小型船舶、海島等短期需求海水淡化設(shè)備的地點使用，因此小型海水淡化設(shè)備具有非常廣闊的市場前景，但現(xiàn)有的海水淡化的能量回收技術(shù)僅適用于中等規(guī)模以上的能量回收裝置，傳統(tǒng)的大型海水淡化設(shè)備由于功率不同，且設(shè)備投資較大，并不適用于小型海水淡化設(shè)備的能量回收。
[0009]現(xiàn)有的小型海水淡化栗，都是柱塞栗改造的，由于柱塞栗是單作用栗，高壓濃海水不能進入柱塞背面，不能夠直接與回收裝置配合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對現(xiàn)有的能量回收小型海水裝置的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于柱塞栗的能量回收小型海水淡化裝置。
[0011 ]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種和柱塞栗配合的能量回收小型海水淡化裝置，包括曲軸，所述的曲軸的兩端連接在軸承座上，所述的曲軸連接有主柱塞栗、能量回收柱塞栗，所述的曲軸上還連接有電機，所述的電機帶動曲軸旋轉(zhuǎn);所述的主柱塞栗包括主柱塞缸、連桿和滑塊，所述的主柱塞缸里有主柱塞，所述的滑塊裝在滑道里，所述的連桿的一端連接滑道，連桿的另一端連接曲軸，所述的主柱塞缸的前端設(shè)有兩個單向閥，所述的單向閥連接一根進水管和一根出水管，經(jīng)過單向閥在出水管的另一端與反滲透膜件的進口連接;所述的能量回收柱塞栗包括能量回收柱塞缸、連桿和滑塊，所述的能量回收柱塞缸里有能量回收柱塞，所述的滑塊裝在滑道里，所述的連桿的一端連接滑道，連桿的另一端連接曲軸，還包括一個跟步切換缸，所述的跟步切換缸包括缸體、活塞、跟步切換活塞桿、滑塊和連桿，所述的活塞在缸體內(nèi)，所述的滑塊裝在滑道里，所述的連桿的一端連接滑道，連桿的另一端連接曲軸，所述的跟步切換活塞桿的一端連接缸體，另一端通過滑塊和連桿連接曲軸;所述的跟步切換缸中的中部有一個開孔，所述的開孔通過連接管與能量回收柱塞栗的一端連接，所述的跟步切換缸的一端連接曲軸，另一端通過濃海水進入管與反滲透膜件的出口相連接;所述的跟步切換缸的中間設(shè)有濃海水的進出通道，所述的跟步切換缸的一端底部還設(shè)有一個排出口；所述的主柱塞栗、能量回收柱塞栗和跟步切換缸連接在同一個曲軸上。
[0012]優(yōu)選地，所述的主柱塞栗和能量回收柱塞栗的相位差是180° ;能量回收柱塞栗和跟步切換缸的相位差是90°。
[0013]優(yōu)選地，所述的連接主柱塞栗、能量回收柱塞栗和跟步切換缸的曲軸是三拐曲軸。
[0014]優(yōu)選地，所述的曲軸上有曲柄，所述的曲柄的角度控制主柱塞栗、能量回收柱塞栗中柱塞的相位和跟步切換缸中活塞的相位。
[0015]優(yōu)選地，所述的跟步切換缸內(nèi)的跟步切換活塞桿在曲軸的轉(zhuǎn)動下帶動活塞向左右作往復(fù)運動。
[0016]優(yōu)選地，按照淡水產(chǎn)率的30-40%，所述的能量回收柱塞栗的柱塞的截面積為主柱塞栗的截面積的70-60%。
[0017]具體的工作原理是:
主柱塞栗、能量回收柱塞栗和跟步切換缸三者都裝在同一個曲軸上，這個曲軸是一個三拐曲軸，曲軸的兩端連接在軸承座上，曲軸上裝有電機，電機使曲軸轉(zhuǎn)動，曲軸的轉(zhuǎn)動帶動了連接著的連桿做往復(fù)運動，連桿帶動滑塊運動，因此，曲軸的轉(zhuǎn)動帶動了主柱塞栗做往復(fù)運動。主柱塞栗的栗頭帶有兩個單向閥，控制新海水吸入和壓出；高壓新海水進入反滲透膜，滲出30-40%成為淡水，而70-60%成為高壓濃海水，通過連接管流進去跟步切換缸；
從反滲透膜來的高壓濃海水由跟步切換缸的濃海水進入管進入缸內(nèi)，跟步切換缸內(nèi)中的活塞同樣在曲軸的帶動下，做往復(fù)運動，當活塞運動至連接管口右邊時，是高壓濃海水進入能量回收柱塞栗內(nèi)，把壓強能給能量回收柱塞，推動柱塞；當活塞運動至連接管口左邊時，是低壓濃海水從跟步切換缸下端所設(shè)的排出口排出；故，能量回收柱塞栗的缸內(nèi)有能量回收柱塞，從跟步切換缸來的高壓濃海水通過進水管進入缸內(nèi)，推動柱塞往右運動，高壓濃海水的能量給了柱塞，柱塞經(jīng)過滑塊-連桿把能量傳遞到曲軸上，通過曲軸傳遞到了主柱塞栗的柱塞，從而達到了能量回收的作用。按照30-40%%的淡水產(chǎn)率設(shè)計，有70-60%的濃海水要排放，那么，能量回收柱塞栗的柱塞截面積是主柱塞栗的70-60%。
[0018]能量回收柱塞栗和跟步切換缸組成了一個能量回收裝置，把回收的能量通過曲軸給了主柱塞栗;能量不足部分，由電機補充;這樣，就形成了海水加壓-能量回收的小型海水淡化裝置。
[0019]本發(fā)明對照現(xiàn)有的小型海水淡化裝置的不足，其具有的有益效果是:本發(fā)明所述的能量回收小型海水淡化裝置，是在現(xiàn)有的常規(guī)用于小型海水淡化的柱塞栗上改裝使用的，不僅可以利用現(xiàn)有的淡化設(shè)備，不必重新投入大量資金購買設(shè)備，而且使用方便，能量回收率高達90%，在小型海水淡化領(lǐng)域上的運用，經(jīng)濟實用，適于推廣。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實施方法對本發(fā)明做進一步說明圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)俯視圖；
圖2是本發(fā)明的A-A立體剖面圖；
圖3是本發(fā)明的B-B立體剖面圖；
圖4是本發(fā)明的C-C立體剖面圖；
圖5是本發(fā)明的曲軸俯視圖和4個局部視圖；
圖6是本發(fā)明的實施例2 “雙聯(lián)柱塞栗”第一種情況連接俯視示意圖；
圖7是本發(fā)明的實施例2 “雙聯(lián)柱塞栗”第二種情況連接俯視示意圖；
圖8是本發(fā)明的實施例3“三聯(lián)柱塞栗”的連接俯視示意圖；
其中圖中A.主柱塞栗B.能量回收柱塞栗C.跟步切換缸
1.電機2.軸承座3.曲軸4.主柱塞缸5.主柱塞6.單向閥7.單向閥8.能量回收柱塞缸9.能量回收柱塞I 0.缸體11.活塞12.跟步切換活塞桿13.連接管14.開孔15.排出口 16.濃海水進入管17.濃海水進出通道18.曲柄
al.連桿a2.滑塊a3滑道bl.連桿b2.滑塊b3滑道cl.連桿c2.滑塊c3滑道O
【具體實施方式】
[0021 ] 實施例:
實施例1:
根據(jù)圖1所示，曲軸3的兩端連接在一個軸承座上，在曲軸上3還連接有電機I，電機I帶動曲軸I旋轉(zhuǎn)，在曲軸3上連接有一個主柱塞栗A、一個能量回收柱塞栗B和一個跟步切換缸C，連接三者的曲軸是一個三拐曲軸，在三拐曲軸上有曲柄18，根據(jù)圖1和圖6所示，曲軸的曲柄的角度分別控制主柱塞栗、能量回收柱塞栗的柱塞的相位和跟步切換缸中活塞的相位，當曲軸在電機的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動的時候，帶動一個主柱塞栗A、一個能量回收柱塞栗B和一個跟步切換缸C做反復(fù)運動； 根據(jù)圖2所示，主柱塞栗A包括主柱塞缸4、連桿al和滑塊a2，在在柱塞缸4里有主柱塞5，滑塊a2裝在滑道a3里，滑道a3是固定的，滑塊運動至右邊，和連桿al連接，滑塊運動至左邊，和柱塞連接，因此，曲軸的轉(zhuǎn)動通過滑塊和連桿的連接，帶動了主柱塞的往復(fù)做功;在主柱塞缸4的前端設(shè)有兩個單向閥，單向閥7連接一根進水管吸入新海水，單向閥6排出高壓新海水，經(jīng)過單向閥6在出水管的另一端與反滲透膜件的進口連接，所以說主柱塞栗是一個常規(guī)柱塞栗，吸入新海水，壓出新海水去反滲透膜件；
根據(jù)圖3、圖4所示，能量回收柱塞栗B包括了能量回收柱塞缸8、連桿bl和滑塊b2，在柱塞缸8里有能量回收柱塞9，滑塊b2裝在滑道b3里，滑道b3是固定的，曲軸的轉(zhuǎn)動通過滑塊和連桿的連接，帶動了能量回收柱塞栗B的往復(fù)做功;能量回收柱塞栗B還與跟步切換缸C通過一根連接管13連接;跟步切換缸C包括缸體10、活塞11、跟步切換活塞桿12，連桿Cl和滑塊c2，活塞11在缸體內(nèi)，滑塊裝在滑道c3里，連桿cI的一端連接滑道c3，連桿cI的另一端連接曲軸3，跟步切換活塞桿12的一端連接缸體，另一端通過滑塊和連桿連接曲軸;跟步切換缸內(nèi)的活塞11在曲軸3的帶動下，往復(fù)運動；
在跟步切換缸中的中部有一個開孔14，開孔14通過連接管13與能量回收柱塞栗的一端連接，跟步切換缸的一端連接曲軸3，另一端通過濃海水進入管16與反滲透膜件的出口相連接;跟步切換缸的中間設(shè)有濃海水進出通道17，跟步切換缸的一端底部還設(shè)有一個排出口15，排出低壓濃海水；當曲軸3轉(zhuǎn)動時，滑塊c2裝在滑道c3里，滑道c3是固定的，滑塊運動至右邊，和連桿Cl連接，滑塊運動至左邊，和跟步切換活塞桿12連接，因此，曲軸的轉(zhuǎn)動通過滑塊和連桿的連接，帶動了跟步切換活塞桿的往復(fù)做功;跟步切換活塞桿帶動活塞左右往復(fù)運動，當活塞運動至連接管13的管口右邊時，是高壓濃海水進入能量回收柱塞栗內(nèi)推動能量回收柱塞8，給出壓強能，當活塞運動至連接管口左邊時，是低壓濃海水從能量回收柱塞栗進入跟步切換缸從濃海水排出口 16排出；高壓濃海水通過進水管進入能量回收柱塞缸內(nèi)，推動柱塞8往右運動，高壓濃海水的能量給了柱塞8，柱塞經(jīng)過滑塊-連桿把能量傳遞到曲軸上3，通過曲軸3把回收的能量傳遞到了主柱塞栗的主柱塞5，從而達到了能量回收的作用。
[0022]為了使淡化海水的工作過程保持水壓穩(wěn)定，主柱塞栗和能量回收柱塞栗的相位差是180°，能量回收柱塞栗和跟步切換缸的相位差是90°，由曲軸上的曲柄控制兩者的相位，這樣，當能量回收柱塞栗的柱塞處于極左或極右位置時，跟步切換活塞行至缸體的中間位置，即濃海水的進出通道的中間位置，保證了濃海水的進出切換穩(wěn)定進行;而當能量回收柱塞栗的柱塞行至極右或極左時，主柱塞栗由于與能量回收柱塞栗的相位相差180°，當能量回收柱塞行至極左或極右時，主柱塞行至與其相反的另一端，剛好得到從曲軸傳遞來的回收的能量推動主柱塞，因此，這樣的相位差保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
[0023]按照30-40%的淡水產(chǎn)率設(shè)計，有70-60%的濃海水要排放，在主柱塞栗和能量回收柱塞栗的行程相同的情況下，那么，能量回收柱塞栗的柱塞截面積設(shè)計為是主柱塞栗的70-60%，這樣的設(shè)計提高了能量回收的利用率;能量回收柱塞栗和跟步切換缸組成了一個能量回收裝置，把回收的能量通過曲軸給了主柱塞栗;能量不足部分，由電機補充;這樣，就形成了海水加壓-能量回收的小型海水淡化裝置。
[0024]實施例2:
柱塞栗在進行海水淡化工作中，為了減小出水量波動，往往是使用雙缸的，就是常說的“雙聯(lián)柱塞栗”，這就需要兩個能量回收柱塞栗和兩個跟步切換缸來和雙聯(lián)柱塞栗配合，Al、A2、B1、B2、C1、C2連接在一個六拐曲軸上，能量回收海水淡化裝置的工作原理和實施例1相同，但可以用以下兩種方法排列:
根據(jù)圖6所示，第一種是雙聯(lián)柱塞栗A1、A2排在中間，兩側(cè)各排布一對能量回收柱塞栗81、82和跟步切換缸(:1工2;
根據(jù)圖7所示，第二種是雙聯(lián)柱塞栗Al、A2排在一側(cè)，另一側(cè)排布由能量回收柱塞栗BI連接跟步切換缸Cl，能量回收柱塞栗B2連接跟步切換缸C2，組成的雙聯(lián)能量回收裝置，分別對應(yīng)主柱塞栗Al、主柱塞栗A2;第二種連接情況與第一種連接情況實質(zhì)是一樣的，能量不足部分，由電動機補充。
[0025]實施例3:
為了更好的減小柱塞栗的出水量波動，可以使用“三聯(lián)柱塞栗”；即三個柱塞栗(Al、A2、A3)通過一個三拐曲軸連接在一起，這三個柱塞的相位錯開120° ；
同時使用三套能量回收裝置①②③，(一個能量回收柱塞栗和一個跟步切換缸為一套。
即:
B1- Cl為①，Cl相位滯后BI相位90° ;
B2-C2為②，C2相位滯后B2相位90°;
B3-C3為③，C3相位滯后B3相位90°;
B1、B2、B3這三個柱塞的相位錯開120°，對應(yīng)地，Cl、C2、C3這三個活塞的相位也錯開120°①②③通過一個六拐曲軸連接在一起；
兩個曲軸通過雙向輸出減速器F的兩端輸出軸連接成一個整體。使三個柱塞栗對應(yīng)連接，即:B1和Al錯位180° ;B2和A2錯位180; B3和A3錯位180° ；
根據(jù)圖8所示，圖8的上半部分，是A1、A2、A3組成的三聯(lián)柱塞栗，圖8的下部分是B1、B2、83，(:1工2、03組成的三聯(lián)能量回收裝置;其中41連接(:1，82連接02，83連接03，兩個曲軸通過雙向輸出減速器的兩端輸出軸連接成一個整體，下部回收能量，傳遞給上部，能量不足部分，由電機補充。
[0026]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，當然，本發(fā)明還可以有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)當屬于本發(fā)明的權(quán)利要求所保護的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種和柱塞栗配合的能量回收小型海水淡化裝置，包括曲軸，所述的曲軸的兩端連接在軸承座上，所述的曲軸連接有主柱塞栗、能量回收柱塞栗，所述的曲軸上還連接有電機，所述的電機帶動曲軸旋轉(zhuǎn);所述的主柱塞栗包括主柱塞缸、連桿和滑塊，所述的主柱塞缸里有主柱塞，所述的滑塊裝在滑道里，所述的連桿的一端連接滑道，連桿的另一端連接曲軸，所述的主柱塞缸的前端設(shè)有兩個單向閥，所述的單向閥連接一根進水管和一根出水管，經(jīng)過單向閥在出水管的另一端與反滲透膜件的進口連接;所述的能量回收柱塞栗包括能量回收柱塞缸、連桿和滑塊，所述的能量回收柱塞缸里有能量回收柱塞，所述的滑塊裝在滑道里，所述的連桿的一端連接滑道，連桿的另一端連接曲軸，其特征在于:還包括一個跟步切換缸，所述的跟步切換缸包括缸體、活塞、跟步切換活塞桿、滑塊和連桿，所述的活塞在缸體內(nèi)，所述的滑塊裝在滑道里，所述的連桿的一端連接滑道，連桿的另一端連接曲軸，所述的跟步切換活塞桿的一端連接缸體，另一端通過滑塊和連桿連接曲軸;所述的跟步切換缸中的中部有一個開孔，所述的開孔通過連接管與能量回收柱塞栗的一端連接，所述的跟步切換缸的一端連接曲軸，另一端通過濃海水進入管與反滲透膜件的出口相連接;所述的跟步切換缸的中間設(shè)有濃海水進出通道，所述的跟步切換缸的一端底部還設(shè)有一個排出口；所述的主柱塞栗、能量回收柱塞栗和跟步切換缸連接在同一個曲軸上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種和柱塞栗配合的能量回收小型海水淡化裝置，其特征在于:所述的主柱塞栗和能量回收柱塞栗的相位差是180° ;所述的能量回收柱塞栗和跟步切換缸的相位差是90°。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種和柱塞栗配合的能量回收小型海水淡化裝置，其特征在于:所述的連接主柱塞栗、能量回收柱塞栗和跟步切換缸的曲軸是三拐曲軸。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種和柱塞栗配合的能量回收小型海水淡化裝置，其特征在于:所述的曲軸上有曲柄，所述的曲柄角度控制主柱塞栗、能量回收柱塞栗中柱塞的相位和跟步切換缸中活塞的相位。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種和柱塞栗配合的能量回收小型海水淡化裝置，其特征在于:所述的跟步切換缸內(nèi)的跟步切換活塞桿在曲軸的轉(zhuǎn)動下帶動活塞向左右作往復(fù)運動。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種和柱塞栗配合的能量回收小型海水淡化裝置，其特征在于:按照淡水產(chǎn)率的30-40%，所述的能量回收柱塞栗的柱塞的截面積為主柱塞栗的截面積的70-60%。
【文檔編號】F04B23/06GK105883977SQ201610479415
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】林惠鵬
【申請人】林惠鵬