海水淡化设备膜前压力稳定控制研究

摘要

水是生命之源，也是工业生产的必需品。我国是人口大国，对水资源有着巨大的需求，然而我国的人均可利用淡水量仅相当于世界平均水平的1/4，属于贫水国家。我国有着丰富的海水资源，发展海水淡化技术来缓解淡水短缺现状已成为社会热点。　　反渗透膜是反渗透海水淡化设备中的重要元件，是反渗透海水淡化工程的核心，然而反渗透膜也是脆弱的，如果膜前压力冲击过大或者膜前后的压差波动过大都会破坏反渗透膜，从而影响海水淡化的质量，降低膜的使用寿命。本文采用了一种压力闭环的控制方式，解决了反渗透膜前压力不稳定的问题，并且研制出了新型海水淡化和能量回收装置，提高了生产效率。　　首先，对海水淡化及其能量回收系统的工作原理进行了介绍。系统主要分为海水淡化部分和能量回收部分，海水淡化部分采用液压缸对海水进行增压，将海水缸和液压缸的活塞杆刚性的连为一体，运用了压力闭环的控制方式，使反渗透膜前海水的压力稳定在7 MPa左右。能量回收部分是利用未通过反渗透膜的高压浓海水的能量，继续对海水淡化系统增压。　　其次，对海水淡化的液压系统建立数学模型，并且在Simulink软件中进行仿真。在仿真中建立了PID控制器，并且用试凑法对PID控制器的参数进行整定。在模型中加入了BP神经网络PID控制器。　　最后，在现场进行了相关设备的调试，在实验室进行了海水淡化的模拟试验。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题的研究意义

1.3 海水淡化的方法

1.3.1 多级闪蒸法

1.3.2 多效蒸发法

1.3.3 反渗透法

1.4 海水淡化技术的发展

1.4.1 国外海水淡化技术的发展

1.4.2 国内海水淡化技术的发展

1.5 课题研究内容和方法

第2章 海水淡化及能量回收装置

2.1 能量回收装置的意义和分类

2.1.1 非直接接触式能量回收装置

2.1.2 直接接触式能量回收装置

2.2 现有的海水淡化及能量回收系统的工作原理

2.3 本文的海水淡化及能量回收系统的工作原理

2.3.1 能量回收系统的增压过程

2.3.2 能量回收系统的泄压过程

2.4 压力闭环控制

2.5 本章小结

第3章 海水淡化液压控制系统建模

3.1 液压系统建模的方法

3.2 阀控非对称缸模型的建立

3.2.1 非对称液压缸的流量连续性方程

3.2.2 滑阀的流量方程

3.2.3 液压缸和负载的力平衡方程

3.2.4 海水缸的传递函数

3.2.5 压力传感器的传递函数

3.2.6 比例阀放大器的传递函数

3.2.7 比例阀的传递函数

3.3 本章小结

第4 章 海水淡化液压系统的控制方式和仿真

4.1 液压仿真软件的发展现状

4.2 系统仿真分析

4.3 PID控制器的设计

4.3.1 PID控制算法的基本原理

4.3.2 PID参数整定

4.4.1 确定网络结构

4.4.2 BP神经网络PID的原理

4.4.3 BP神经网络PID控制器的设计

4.5 本章小结

第5章 海水淡化装置液压系统工程试验

5.1 海水淡化装置简介

5.1.1 液压系统设备

5.1.2 电气系统设备

5.2 设备调试中遇到的问题及解决方案

5.3 模拟试验

5.3.1 试验目的

5.3.2 试验步骤

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢