專利名稱：回收能量的自由活塞循環(huán)泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化工領(lǐng)域中工藝液體在反復(fù)進(jìn)行加壓、減壓過程中的能量回收利用裝置，具體地指一種回收能量的自由活塞循環(huán)泵。
在化學(xué)工程的氣體加壓吸收如濕法脫除CO2、CO、H2S、氨吸收制冷等操作中，常采用在加壓條件下使用某種液體對(duì)工藝氣進(jìn)行洗滌，又在減壓條件下使該液體進(jìn)行再生，然后重新加壓使用的工藝方法。在此過程中，液體在減壓再生前仍具有相當(dāng)大的殘存勢(shì)能，其在減壓消能過程中所釋放出的功率為Ne＝(P1－P2)×Q。式中Ne－消能過程的理論功率(KW)；P1、P2－減壓前后液體的壓力(kpa)；Q－液體的體積流量m3／s。為了利用這部分能量，人們根據(jù)帕斯卡液體靜壓傳遞原理，設(shè)計(jì)了多種活塞液壓缸結(jié)構(gòu)的能量回收裝置，利用各種機(jī)械閥門及換向器來(lái)控制活塞的運(yùn)動(dòng)方向。但都忽略了液缸中回收能量的載體不是純液體，而是在吸收塔中加壓溶解了大量氣體的富液這個(gè)事實(shí)。該富液進(jìn)入液缸推動(dòng)活塞作功時(shí)，溶解在其中的氣體將立即釋放出來(lái)，并聚集在液缸中形成殘留氣相空間，造成工作機(jī)組效率大大降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象迫使主機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。而被輸送的貧液中亦經(jīng)常夾帶一定量的氣體，并可在液缸中積累形成類似氣體壓縮機(jī)的余隙，當(dāng)缸內(nèi)減壓進(jìn)液時(shí)，余隙中的氣體膨脹，將造成進(jìn)液自動(dòng)閥開啟遲緩從而影響機(jī)組效率，氣體累積到一定程度時(shí)，將使被輸貧液達(dá)不到必要的排出壓力而無(wú)法壓入吸收塔。而機(jī)械控制的活塞換向系統(tǒng)也存在工作沖擊大，平衡性差，使用不穩(wěn)定和壽命短的缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的是克服上述不足，提供一種液缸臥式布置的，由自身液壓系統(tǒng)控制的，回收能量的自由活塞循環(huán)泵。
為實(shí)現(xiàn)此目的，本實(shí)用新型基于帕斯卡液體靜壓傳遞原理，以加壓吸收塔不斷排出的具有殘存勢(shì)能的液體為動(dòng)力，通過自由活塞循環(huán)泵的自由活塞進(jìn)行靜壓傳遞，將送往吸收塔的液體進(jìn)行加壓，從而降低加壓輸送這些液體的能耗。該液體在吸收塔內(nèi)完成吸收過程后，復(fù)又進(jìn)入自由活塞循環(huán)泵進(jìn)行殘存勢(shì)能的回收，如此往復(fù)循環(huán)，構(gòu)成連續(xù)的能量回收過程。
本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的回收能量的自由活塞循環(huán)泵，由自由活塞泵主機(jī)11和控制其循環(huán)工作的液壓控制系統(tǒng)組成。自由活塞泵主機(jī)11的液缸體19臥置，其兩端裝有液缸蓋16a、16b，液缸蓋上設(shè)有被輸液進(jìn)口15a、15b、被輸液出口18a、18b，液缸體19由一縱向隔板24分成左右兩個(gè)空間，兩自由活塞20a、20b分別置于左右兩空間中，由穿過隔板24的活塞桿22將兩活塞連為一體，從而將液缸體19分為四個(gè)容積可變的腔室Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，在靠著隔板24的兩個(gè)腔室Ⅱ、Ⅲ上分別開有工作液進(jìn)出口23a、23b，工作液進(jìn)出口23a、23b和被輸液出口18a、18b的開口位置均設(shè)在液缸體19的最高處，這樣可從根本上避免液缸體19中的氣體殘留現(xiàn)象，自由活塞與液缸體之間以及活塞桿與縱向隔板之間分別用密封圈21、25密封，整個(gè)自由活塞泵主機(jī)11通過支架14定位在混凝土基礎(chǔ)26上。其液壓控制系統(tǒng)由輔助液缸8a、8b，換向閥2及其切換電氣觸點(diǎn)9a、9b，工作液進(jìn)、排液強(qiáng)制閥6a、6b；4a、4b，被輸液進(jìn)、排液自動(dòng)閥10a、10b；7a、7b，能量補(bǔ)充泵12以及各連接管路組成；再生后的被輸液由能量補(bǔ)充泵12經(jīng)被輸液進(jìn)液自動(dòng)閥10a、10b進(jìn)入被輸液進(jìn)口15a、15b，分別在腔室Ⅰ、Ⅳ中被做功，再由被輸液出口18a、18b經(jīng)被輸液排液自動(dòng)閥7a、7b送入吸收塔1；從吸收塔1排出的工作液經(jīng)工作液進(jìn)液強(qiáng)制閥6a、6b進(jìn)入工作液進(jìn)出口23a、23b，當(dāng)自由活塞換向時(shí)再由同樣的進(jìn)出口23a、23b經(jīng)工作液排液強(qiáng)制閥4a、4b排入再生塔13；輔助液缸8a、8b安裝在液缸蓋16a、16b上，其柱塞17a、17b貫穿于液缸體19與輔助液缸之間，通過自由活塞20a、20b頂撞柱塞17a、17b使聯(lián)接于柱塞的切換電氣觸點(diǎn)9a、9b斷合來(lái)帶動(dòng)換向閥2動(dòng)作，從而控制工作液進(jìn)、排液強(qiáng)制閥6a、6b；4a、4b的開閉。
本實(shí)用新型所采用的工作液進(jìn)、排液強(qiáng)制閥6a、6b；4a、4b是由閥體44、閥芯28、液壓缸40及活塞41、柱塞33組成。閥體44具有工作液進(jìn)口27和工作液出口30，還設(shè)有套筒31，閥芯28可在套筒31內(nèi)移動(dòng)，其頂部開有若干平衡孔32；液壓缸40與閥體上部直接相連，兩者間由隔板42隔開，活塞41置于液壓缸40內(nèi)，通過柱塞33與閥芯28頂部連為一體；活塞41的下空間設(shè)有呼吸口34，上部設(shè)有穿出液壓缸缸蓋39的閥位指示桿37，缸蓋39上開有液壓工作液進(jìn)出口36，密封圈29、35、38、43用于各相對(duì)運(yùn)動(dòng)件之間的密封。閥體44可制成角式或直通式，閥芯28設(shè)計(jì)為罩筒形，其上的平衡孔32保證閥門關(guān)閉阻力降至最低。
本實(shí)用新型中兩個(gè)自由活塞20a、20b與活塞桿22之間的聯(lián)接可采用無(wú)機(jī)械強(qiáng)度要求的松動(dòng)聯(lián)接，因?yàn)樵诒狙b置中活塞桿只承受壓應(yīng)力，松動(dòng)聯(lián)接工藝要求低，方便易行。
本實(shí)用新型也可在工作液流量≤50M3／h時(shí)，省略工作液進(jìn)、排液強(qiáng)制閥6a、6b；4a、4b，由換向閥2直接控制工作液進(jìn)出自由活塞泵主機(jī)11的工作液進(jìn)出口23a、23b，以適應(yīng)小流量能量回收時(shí)簡(jiǎn)化設(shè)備的需要。
本實(shí)用新型的工作液進(jìn)液強(qiáng)制閥6a與排液強(qiáng)制閥4a的各閥位指示桿37上分別設(shè)計(jì)有聯(lián)鎖電氣觸點(diǎn)5a、3a；同樣進(jìn)液強(qiáng)制閥6b與排液強(qiáng)制閥4b的各閥位指示桿37上分別設(shè)計(jì)有聯(lián)鎖電氣觸點(diǎn)5b、3b，使得每個(gè)工作液腔室Ⅱ、Ⅲ的進(jìn)、排液強(qiáng)制閥無(wú)開啟重疊時(shí)間。
本實(shí)用新型的液壓控制系統(tǒng)所用的液體可直接取自被輸液管路，取出的被輸液經(jīng)換向閥2送入輔助液缸8a、8b以及各個(gè)工作液進(jìn)、排液強(qiáng)制閥的液壓工作液進(jìn)出口36，從而省略獨(dú)立的液壓控制供液系統(tǒng)。
由于本實(shí)用新型將所有的排液口設(shè)在液缸體的最高處，可隨時(shí)排出液缸中的氣體，從而有效地防止了運(yùn)行中的氣阻現(xiàn)象；又因?yàn)楸緦?shí)用新型采用上述獨(dú)特的液壓控制系統(tǒng)以及罩筒平衡式的進(jìn)排液強(qiáng)制閥，使得本裝置結(jié)構(gòu)緊奏，工作平衡可靠，工作壽命和工作效率都大大提高了。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的工作過程作進(jìn)一步說(shuō)明


圖1為本實(shí)用新型的工作原理圖。
圖2為自由活塞泵主機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為工作液進(jìn)、排液強(qiáng)制閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
在
圖1中所示粗實(shí)線表示此階段液體正在通過的管道，粗虛線表示此階段液體未通過的管道；細(xì)實(shí)線和細(xì)虛線則表示液壓控制系統(tǒng)管道。圖中示出自由活塞左行時(shí)的狀態(tài)，此時(shí)從吸收塔1排出的具有殘存勢(shì)能的工作液，經(jīng)進(jìn)液強(qiáng)制閥6a進(jìn)入主機(jī)11的腔室Ⅱ，來(lái)自能量補(bǔ)充泵12的被輸液則經(jīng)被輸液進(jìn)液自動(dòng)閥10b進(jìn)入腔室Ⅳ，在腔室Ⅱ中工作液和腔室Ⅳ中被輸液兩者靜壓的共同作用下，推動(dòng)兩個(gè)自由活塞20a、20b同時(shí)向左移動(dòng)。此過程中，腔室Ⅰ和腔室Ⅲ的體積逐漸變小，迫使腔室Ⅰ中的被輸液以略大于出口系統(tǒng)的壓力經(jīng)排液自動(dòng)閥7a送入吸收塔1。與此同時(shí)，腔室Ⅲ中的工作液則以化工工藝過程所要求的最低壓力，經(jīng)排液強(qiáng)制閥4b，排入再生塔13。當(dāng)自由活塞移動(dòng)到左止點(diǎn)時(shí)，在液壓控制系統(tǒng)的控制下，對(duì)工作液進(jìn)、排液強(qiáng)制閥進(jìn)行切換使自由活塞換向右行。此時(shí)工作液經(jīng)進(jìn)液強(qiáng)制閥6b進(jìn)入主機(jī)11的腔室Ⅲ，來(lái)自能量補(bǔ)充泵12的被輸液經(jīng)被輸液進(jìn)液自動(dòng)閥10a進(jìn)入腔室Ⅰ，在腔室Ⅲ中工作液和腔室Ⅰ中被輸液兩者靜壓的共同作用下，推動(dòng)兩個(gè)自由活塞同時(shí)向右移動(dòng)。此過程中，腔室Ⅱ與腔室Ⅳ的體積逐漸變小，迫使腔室Ⅳ中的被輸液以略大于出口系統(tǒng)的壓力，經(jīng)被輸液自動(dòng)閥7b送往吸收塔1，腔室Ⅱ中的工作液則經(jīng)排液強(qiáng)制閥4a排入再生塔13。當(dāng)自由活塞移動(dòng)到右止點(diǎn)時(shí)，在液壓控制系統(tǒng)的控制下又對(duì)工作液進(jìn)排液強(qiáng)制閥進(jìn)行切換，使自由活塞換向左行。在自由活塞左行或右行的換向過程中，被輸液進(jìn)排液自動(dòng)閥均隨著換向時(shí)液缸內(nèi)液體壓力的改變自動(dòng)切換，從而保持被輸液進(jìn)液與排液的連續(xù)性。整個(gè)機(jī)組即按上述過程連續(xù)不斷地進(jìn)行工作。
控制自由活塞換向是通過換向閥2改變工作液進(jìn)、排液強(qiáng)制閥6a、6b；4a、4b閥體上部液壓缸40內(nèi)的液體壓力，從而啟閉強(qiáng)制閥而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)取自現(xiàn)場(chǎng)適當(dāng)部位被輸液管路中的高壓液充入液壓缸40內(nèi)時(shí)，活塞41受力下行，通過柱塞33推動(dòng)閥芯28下行，使閥門關(guān)閉，反之液壓缸內(nèi)液體卸壓時(shí)，活塞41在主機(jī)11內(nèi)液體壓力作用下上行，閥門開啟。液壓控制系統(tǒng)的換向過程仍參見
圖1。當(dāng)自由活塞20a移動(dòng)到接近左止點(diǎn)時(shí)，自由活塞頂撞到輔助液缸8a的柱塞17a并推動(dòng)它同時(shí)左移，此時(shí)聯(lián)接于柱塞上的電氣觸點(diǎn)9a斷開，致使電磁閥D1斷電，其閥芯移至左位，插裝閥L1關(guān)，L2開，于是工作液排液強(qiáng)制閥4b和進(jìn)液強(qiáng)制閥6a的液壓缸內(nèi)均充入高壓液而被強(qiáng)行關(guān)閉。與此同時(shí)，輔助液缸8b內(nèi)也被充入高壓液，此缸內(nèi)的柱塞17b被迫左移，使聯(lián)接于柱塞17b上電氣觸點(diǎn)9b接通，電磁閥D2得電，其閥芯移至右位，插裝閥L3關(guān)L4開，致使工作液排液強(qiáng)制閥4a和進(jìn)液強(qiáng)制閥6b上部液壓缸內(nèi)液體被卸壓，在主機(jī)11內(nèi)液體壓力的作用下，使兩閥同時(shí)開啟。腔室Ⅲ開始進(jìn)液，腔室Ⅱ開始排液，自由活塞因之換向右行。待自由活塞20b移動(dòng)到接近右止點(diǎn)時(shí)，它又頂接到輔助液缸8b的柱塞17b并推動(dòng)柱塞同時(shí)右移，此時(shí)聯(lián)接于柱塞17b上的電氣觸點(diǎn)9b斷開，致使電磁閥D2斷電，其閥芯移至左位，插裝閥L3開L4關(guān)，工作液排液強(qiáng)制閥4a和進(jìn)液強(qiáng)制閥6b的液壓缸內(nèi)均充入高壓液而被強(qiáng)行關(guān)閉。與此同時(shí)，輔助液缸8a內(nèi)也被充入高壓液，迫使缸內(nèi)柱塞右移并接通電氣觸點(diǎn)9a，電磁閥D1得電，其閥芯移至右位，插裝閥L1開L2關(guān)，致使工作液排液強(qiáng)制閥4b和進(jìn)液強(qiáng)制閥6a的液壓缸內(nèi)的液體被卸壓，在主機(jī)11內(nèi)液體壓力的作用下，使兩閥同時(shí)開啟。腔室Ⅱ開始進(jìn)液，腔室Ⅲ開始排液，自由活塞因之換向左行，如此循環(huán)不已。
在工作液排液強(qiáng)制閥4a、4b和進(jìn)液強(qiáng)制閥6a、6b的閥位指示標(biāo)上均設(shè)有聯(lián)鎖電氣觸點(diǎn)3a、3b；5a、5b，當(dāng)某一工作液腔室的進(jìn)(排)液強(qiáng)制閥末關(guān)閉到位時(shí)，與該閥閥位指示桿37相聯(lián)的電氣觸點(diǎn)則不閉合，換向時(shí)該腔室工作液排(進(jìn))液強(qiáng)制閥即不能開啟。只有當(dāng)這些強(qiáng)制閥關(guān)閉到位后，相應(yīng)的電氣觸點(diǎn)才能閉合形成回路，換向閥也才可能進(jìn)行切換，使另一組工作液進(jìn)排液強(qiáng)制閥打開。從而可有效避免兩組強(qiáng)制閥即使是短暫的處于同時(shí)開啟狀態(tài)而引起效率的下降。
被輸液在吸收塔內(nèi)和工作液在再生塔內(nèi)均為以自由落體的形式下降至塔底，這兩部分消耗的能量是無(wú)法回收的。加之實(shí)際運(yùn)行中，工作液和被輸液通過閥門及管路時(shí)均要產(chǎn)生阻力損失，各部份機(jī)械摩擦也都要造成一定的能量損耗，因此自由活塞泵主機(jī)所能回收的能量將不足以提供被輸液所需的全部能量，為此被輸液在進(jìn)入自由活塞泵主機(jī)11前須先經(jīng)能量補(bǔ)充泵12予以增壓，以使上述的能量損失得到必要的補(bǔ)償。
權(quán)利要求1.一種用于化工領(lǐng)域工藝液體需反復(fù)進(jìn)行加壓、減壓過程中回收能量的自由活塞循環(huán)泵，包括自由活塞泵主機(jī)(11)和控制其循環(huán)工作的液壓控制系統(tǒng)，其特征在于1)自由活塞泵主機(jī)(11)的液缸體(19)臥置，其兩端裝有液缸蓋(16a、16b)，液缸蓋上設(shè)有被輸液進(jìn)口(15a、15b)，被輸液出口(18a、18b)，液缸體(19)由一縱向隔板(24)分成左右兩個(gè)空間，兩自由活塞(20a、20b)分別置于左右兩空間中，由穿過隔板(24)的活塞桿(22)將兩活塞連為一體，從而將液缸體(19)分為四個(gè)容積可變的腔室(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，在靠著隔板(24)的兩個(gè)腔室(Ⅱ、Ⅲ)上分別開有工作液進(jìn)出口(23a、23b)，工作液進(jìn)出口(23a、23b)和被輸液出口(18a、18b)的開口位置均設(shè)在液缸體(19)的最高處；2)液壓控制系統(tǒng)由輔助液缸(8a、8b)，換向閥(2)及其切換電氣觸點(diǎn)(9a、9b)，工作液進(jìn)、排液強(qiáng)制閥(6a、6b；4a、4b)，被輸液進(jìn)、排液自動(dòng)閥(10a、10b；7a、7b)，能量補(bǔ)充泵(12)以及各連接管路組成；再生后的被輸液由能量補(bǔ)充泵(12)經(jīng)被輸液進(jìn)液自動(dòng)閥(10a、10b)進(jìn)入被輸液進(jìn)口(15a、15b)，再由被輸液出口(18a、18b)經(jīng)被輸液排液自動(dòng)閥(7a、7b)送入吸收塔(1)；從吸收塔(1)排出的工作液經(jīng)工作液進(jìn)液強(qiáng)制閥(6a、6b)進(jìn)入工作液進(jìn)出口(23a、23b)，當(dāng)自由活塞換向時(shí)再由同樣的進(jìn)出口(23a、23b)經(jīng)工作液排液強(qiáng)制閥(4a、4b)排入再生塔(13)；輔助液缸(8a、8b)安裝在液缸蓋(16a、16b)上，其柱塞(17a、17b)貫穿于液缸體(19)與輔助液缸之間，通過自由活塞(20a、20b)頂撞柱塞(17a、17b)使聯(lián)接于柱塞的切換電氣觸點(diǎn)(9a、9b)斷合來(lái)帶動(dòng)換向閥(2)動(dòng)作，從而控制工作液進(jìn)、排液強(qiáng)制閥(6a、6b；4a、4b)的開閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收能量的自由活塞循環(huán)泵，其特征在于所采用的工作液進(jìn)、排液強(qiáng)制閥(6a、6b；4a、4b)是由閥體(44)、閥芯(28)、液壓缸(40)及活塞(41)、柱塞(33)組成，閥體(44)具有工作液進(jìn)口(27)和工作液出口(30)，還設(shè)有套筒(31)，閥芯(28)可在套筒(31)內(nèi)移動(dòng)，其頂部開有若干平衡孔(32)；液壓缸(40)與閥體(44)上部直接相連，兩者間由隔板(42)隔開，活塞(41)置于液壓缸(40)內(nèi)，通過柱塞(33)與閥芯(28)頂部連為一體；活塞(41)的下空間設(shè)有呼吸口(34)，上部設(shè)有穿出液壓缸缸蓋(39)的閥位指示桿(37)，缸蓋(39)上開有液壓工作液進(jìn)出口(36)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收能量的自由活塞循環(huán)泵，其特征在于兩個(gè)自由活塞(20a、20b)與活塞桿(22)之間的聯(lián)接為無(wú)機(jī)械強(qiáng)度要求的松動(dòng)聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回收能量的自由活塞循環(huán)泵，其特征在于工作液進(jìn)液強(qiáng)制閥(6a)與排液強(qiáng)制閥(4a)的各閥位指示桿(37)上分別設(shè)有聯(lián)鎖的電氣觸點(diǎn)(5a、3a)；工作液進(jìn)液強(qiáng)制閥(6b)與排液強(qiáng)制閥(4b)的各閥位指示桿(37)上分別設(shè)有聯(lián)鎖電氣觸點(diǎn)(5b、3b)；使之能保證每個(gè)工作液腔室(Ⅱ、Ⅲ)的進(jìn)、排液強(qiáng)制閥無(wú)開啟重疊時(shí)間。
專利摘要一種用于化學(xué)工程領(lǐng)域中，工藝液體需反復(fù)進(jìn)行加壓、減壓過程中的回收能量的自由活塞循環(huán)泵。其主要解決現(xiàn)有循環(huán)泵液缸體中殘留氣相空間，造成工作機(jī)組效率低，機(jī)械控制活塞換向系統(tǒng)工作不穩(wěn)定等問題。本裝置由自由活塞泵主機(jī)及其自身液壓控制系統(tǒng)組成，它的液缸體臥式布置，所有的排液口均設(shè)在液缸體最高處以防氣阻現(xiàn)象，并且采用獨(dú)特的液壓控制系統(tǒng)以及罩筒平衡式的進(jìn)排液強(qiáng)制閥使得其工作平衡可靠。
文檔編號(hào)F04B31/00GK2214543SQ9423070
公開日1995年12月6日 申請(qǐng)日期1994年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月31日
發(fā)明者戎興漢, 穆中 申請(qǐng)人:戎興漢, 穆中