反渗透海水淡化能量回收装置多通道压力切换器

摘要

本发明公开了一种反渗透海水淡化能量回收装置多通道压力切换器，属于液体余压能量回收技术。该切换器包括壳体、壳体内的转芯、两端配装的端盖，所述的壳体在180°周向一侧位于壳体轴向中心线处开设接口，另一侧距离壳体轴向中心线等距对称位置开设两接口；转芯为空心圆柱体，它的两端外边缘为台阶状的密封连接头，在两密封连接头的里侧，180°的错位开设两个径向扇形槽，每个扇形槽相对的180°对面处分别开设与转芯中心孔相通的扇形孔。在转芯轴向中心线处开设与两扇形槽相连通的泄压槽。本发明的优点：进出切换器的盐水和海水的流量和压力无波动；转芯转动缓慢噪声低，密封性能良好，减少了盐水和海水泄漏与返混。

说明书

                            技术领域

本发明涉及一种反渗透海水淡化能量回收装置多通道压力切换器，属于液体余压能量回收技术。

                            背景技术

反渗透技术是海水淡化的主流技术之一，其过程操作压力通常高达5.5-7.0MPa，而由膜组件中排放出的高压浓盐水也几乎具有同等的压力水平，大于5.0MPa。由于反渗透海水淡化系统的水回收率即淡化水与系统进料海水的比率，通常只有35％-45％，这样淡化系统中通过高压泵输入的压力能有约一半以上保留在浓盐水中，因而回收和利用浓盐水的余压能对大幅降低系统的运行能耗及产水成本具有重要意义。

反渗透海水淡化能量回收装置目前主要有水力透平式和正位移式两种。前者由于需要经过“压力能-轴功-压力能”两步转化过程，能量回收的效率相对较低，为50％-75％，目前在一些中小规模的淡化厂中仍有使用。而后者由于采用“压力能-压力能”直接交换的方式，能量回收效率高达90％-95％，正逐步取代水力透平式而成为市场的主导。正位移式能量回收装置按照压力交换过程实现的方式不同又可分为转子式和阀控式两类。转子式，如专利ZL98809685.4，由于受转子通道容量及转速的限制，单机处理水量相对较小，最大为50-60m³/h。而阀控式能量回收装置由于水压缸的几何尺寸和容积可根据需要进行设计和选择，其单机处理水量远大于转子式，为60-250m³/h，特别适合于大型的海水淡化装置。

阀控式能量回收装置主要由阀门、水压缸和控制单元组成，其中阀门是其最为关键的设备。专利ZL03101867.X所描述的能量回收装置使用了多个三通阀来实现压力交换过程，这种设计有三个方面的缺点：其一，阀门开闭动作的同步性很难保证，系统控制复杂；其二，由于装置运行过程中阀门需要频繁打开和关闭，缩短了其使用寿命，易发生泄漏现象。

                            发明内容

本发明的目的在于提供一种反渗透海水淡化余压能量回收装置多通道压力切换器。该多通道压力切换器具有结构简单、同步性好及使用寿命长等优点。

本发明是通过下述方案实现的：一种反渗透海水淡化余压能量回收装置多通道压力切换器，包括圆筒形的壳体10、壳体内的可转动的转芯17、壳体两端配装的端盖9、12三部分。其特征在于，圆筒形的壳体10的180°周向两侧分别设有三个接口11、16-1和16-2，其中一侧位于壳体轴向中心线处开设接口11，另一侧距离壳体轴向中心线等距对称位置开设接口16-1和16-2；转芯17为空心圆柱体，它的一端外边缘为台阶状的密封连接头，另一端为带有转轴的台阶状密封连接头，在两密封连接头的里侧，180°的错位开设两个径向扇形槽19和21，每个扇形槽相对的180°对面处分别开设与转芯17中心孔(高压盐水流道)18相通的扇形孔20和22。在转芯轴向中心线处开设与19和21两扇形槽相连通的泄压槽23；在转芯的台阶密封连接头配装一个与圆筒体连接的中空端盖9，在转芯带有转轴的台阶状密封连接头配装一个内装轴承和密封件的与圆简体连接的端盖12。

上述的扇形槽19、21的底圆半径与泄压槽23的半径相等。

上述壳体一侧位于轴向中心孔11的中心线与转芯17的泄压槽23的轴向中心线重合。

上述壳体一侧的接口16-1、16-2的每个通孔中心线与转芯17的扇形孔20，22的轴向中心线重合。

上述阀芯17的扇形槽19和21的径向夹角为45～120°。

上述阀芯17的扇形孔20和22的径向夹角为90～180°。

本发明的优点：进出多通道压力切换器的盐水和海水的流量和压力无波动；转芯转动缓慢噪声低，密封性能良好，减少了高压盐水和海水泄漏与返混。

                            附图说明

图1为带有本发明压力切换器的能量回收装置结构示意图。

图2为本发明多通道压力切换器的结构示意图。

图3为图2中的转芯结构示意图。

图4为图3中A-A剖面图。

图5为图1所示的带有多通道压力切换器的能量回收装置中水压缸3的工作曲线。

图6为图1所示的带有多通道压力切换器的能量回收装置中水压缸6的工作曲线。

图中：

1-止回阀组；2，5-隔离活塞；3，6-水压缸；4-多通道压力切换器；7-高压盐水入口；8，13-螺栓孔；9，12-端盖；10-壳体；11-泄压盐水出口；14-压盖；15-轴；16-1，16-2与水压缸的接口；17-转芯；18-高压盐水流道；19，21-扇形槽；20，22-扇形孔

                            具体实施方式

下面结合附图对本发明加以说明。图1为带有多通道压力切换器的能量回收装置结构图，主要包括止回阀组1、水压缸3和6，以及多通道压力切换器4三部分，止回阀组可直接采用市场上的标准产品。多通道压力切换器4上共设有四个接口，其中有两个分别与水压缸3和6相连接，另外两个分别与高压盐水输入管线及泄压盐水的排出管线连接。

多通道压力切换器是能量回收装置的核心部分，其结构如图2所示。多通道压力切换器主要包括圆筒形的壳体10，该壳体(外径150mm，壁厚25mm，长350mm)、端盖9，12和转芯17三个部分，壳体10的180°对应的两侧分别设有三个接口11(孔径40mm)，16-1和16-2(孔径40mm)，接口11位于壳体一侧的轴向中心线上，另一侧距离轴向中心线等距对称开设接口16-1和16-2。转芯17(外径100mm)沿轴线对称方向分别设有扇形槽19，21(径向夹角90°，径向深度20mm)、扇形孔20，22(径向夹角120°)及驱动轴15(直径25mm)，且两个扇形槽19，21沿轴线方向相连通，两个扇形孔20，22则通过转芯中心的高压盐水流道18(孔径40mm)相连通。工作时转芯在同轴电机或其他动力的驱动下按照同一方向旋转，此时阀芯上设有的两组扇形槽和扇形孔的位置也随着转芯的转动而改变。当转芯上的扇形孔22与阀体上的接口16-2完全连通，此时另一个扇形孔20为完全封闭状态，同时扇形槽21与接口16-1及接口11完全连通时，与接口16-1和16-2分别连接的水压缸3和6(外径100mm)分别处于泄压和增压状态；当转芯17上的扇形孔20与壳体上的接口16-1完全连通，此时另一个扇形孔22为完全封闭状态，同时扇形槽19与接口16-2及接口11完全连通时，与接口16-1和16-2分别连接的水压缸3和6分别处于增压和泄压状态。接口7和接口11在多通道压力切换器整个工作过程中始终与高压盐水的输入管和泄压盐水的排出管相连接。

图3为转芯17结构示意图，图4为转芯A-A剖面示意图。转芯17周向上不同位置分别开设有扇形槽19，21和扇形孔20，22，且均沿轴线方向错位对称，扇形孔的径向夹角等于或略大于扇形槽的径向夹角。

本发明所描述的多通道压力切换器正是通过转芯的旋转运动实现水压缸增压和泄压过程的顺序切换及高压盐水余压能的连续回收利用过程。