專利名稱：一種插裝閥控式壓力交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種將壓力能從一種流體傳遞到另一種流體的壓力交換裝置，尤 其是指用于反滲透淡化系統(tǒng)的壓力交換裝置。
背景技術(shù)：
反滲透技術(shù)屬于壓力驅(qū)動的膜分離技術(shù)，其過程操作中采用的半滲透膜有機地將 淡水和濃海水隔離開，在高壓力的作用下將海水或苦咸水中的淡水進行分離的過程。被分 離出的淡水以滲透液的形式流出，剩余的被濃縮的海水或苦咸水以濃鹽水的形式被排放。 在我國反滲透海水淡化工程中操作壓力一般介于5. 0 7. OMPa，從膜組器中排放的濃海水 的壓力仍高達(dá)4. 8 6. SMPa0如果按照通常40%的水回收率計算，濃海水中約有60%的進 料壓力能量，具有巨大的回收價值和意義?；诜礉B透海水淡化系統(tǒng)的能量回收裝置目前主要有水力渦輪型、差壓交換型和 等壓交換型。這三種設(shè)計，其能量交換的主體結(jié)構(gòu)均采用較為復(fù)雜的運動部件。此外，水力 渦輪型能量回收裝置效率偏低，一般能量回收效率在40% 70%之間；差壓交換型能量回 收裝置處理能量偏小，不適合用于大規(guī)模系統(tǒng)；等壓交換型能量回收裝置效率高達(dá)94%以 上，目前已成為國內(nèi)外研究和推廣的重點。中國專利ZL98809685. 4公布了 一種壓力交換器，該壓力交換器受轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和 轉(zhuǎn)子通道的容積的限制，單臺PX的處理量較小，其次采用轉(zhuǎn)子通道沒有設(shè)置實體活塞來進 行隔離海水與濃海水的混合，混合段犧牲了轉(zhuǎn)子通道約50%的容積，同時增壓后的高壓海 水含鹽度增加，進而提高系統(tǒng)的操作壓力；最后流量變化時會影響轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，造成系統(tǒng)運行 不穩(wěn)定，而且轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)過程中發(fā)出的大量噪音嚴(yán)重污染了周邊環(huán)境。瑞士 CALDERAG公司的雙壓力容器功交換能量回收器(DWEER)，其執(zhí)行濃海水導(dǎo)向 的LinX閥采用油壓先導(dǎo)驅(qū)動，為此不僅要配置一個獨立的油壓系統(tǒng)，而且容易漏油，污染 海洋環(huán)境。中國專利ZL01130627.0公布了一種反滲透淡化系統(tǒng)閥控余壓回收裝置。該裝置 采用4只電磁三通閥來切換高壓濃水與低壓海水換向，由于電磁三通閥切換速度慢，至少 需要并聯(lián)2套裝置交替工作才能滿足反滲透系統(tǒng)對壓力和流量波動的要求；同時由于海水 淡化工況下高低壓側(cè)壓差很大，首先要有足夠大力矩的電磁頭才能驅(qū)動電磁三通閥，其次 電磁三通閥要克服高低壓側(cè)不平衡力實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行，這在目前還是一道難題；該裝置 需要比較復(fù)雜的閥控系統(tǒng)，切換瞬間電磁三通閥之間相互間不能形成可靠的機械互鎖，極 易出現(xiàn)高壓泄壓現(xiàn)象，進而造成反滲透系統(tǒng)壓力和流量出現(xiàn)大的波動，實際應(yīng)用受到限制。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型首先所要解決的技術(shù)問題是提供一種插裝閥控式壓力交換單元裝置， 其控制和內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單。為此，本實用新型采用以下技術(shù)方案它包括一只三位四通電磁換 向閥、兩只插裝閥、兩只單向閥和一根壓力交換管組成；所述的壓力交換管內(nèi)設(shè)置一個自由
3活塞并將其分成兩個工作腔，分別是被輸送液工作腔和廢棄液工作腔；所述兩個單向閥的一個為用于向被輸送液工作腔輸送被輸送液并防止逆流用單 向閥，另一個為高壓被輸送液從輸送液工作腔中壓出并防止逆流用單向閥，所述被輸送液 工作腔與所述兩個單向閥連通；所述兩只插裝閥中的一個為高壓廢棄液進液用插裝閥，另一個為低壓廢棄液排出 用插裝閥，所述廢棄液工作腔與所述兩個插裝閥連通；所述電磁換向閥設(shè)有閥桿及供閥桿軸向運動的閥腔，所述閥腔具有第P通口、第K1 通口、第K2通口、第0通口，第P通口為高壓廢棄液進口，第0通口為廢棄液排放口，第K1通 口和第K2通口分別和兩只插裝閥的控制口連通； 所述電磁換向閥設(shè)有驅(qū)動閥桿軸向運動的電磁鐵，所述壓力交換單元裝置設(shè)有可 編程邏輯控制器，所述電磁鐵和可編程邏輯控制器電氣連接；所述第P通口、第K1通口、第K2通口、第0通口，第P通口的位置與電磁換向閥閥 桿具有以下配合關(guān)系閥桿沿其運動路徑有第一工作位、第二工作位、第一工作位和第二工 作位之間的中間工作位；在第一工作位時，第P通口和第K1通口接通，第0通口和第K2通口 接通，在第二工作位時，第P通口和第K2通口接通，第0通口和第K1通口接通，在中間工作 位時，第P通口和第K1通口、第K2通口接通。在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實用新型還可采用以下進一步的技術(shù)方案所述自由活塞內(nèi)設(shè)置有永磁鐵51，在壓力交換管兩端設(shè)置有磁性接近開關(guān)401、 402，磁性接近開關(guān)與所述可編程邏輯控制器電氣連接。對于中小規(guī)模流量，所述單向閥采用球閥結(jié)構(gòu)，所述插裝閥的插裝組件采用錐閥 結(jié)構(gòu)。對于大中規(guī)模流量，所述單向閥采用錐閥結(jié)構(gòu)，所述插裝閥的插裝組件采用錐閥 結(jié)構(gòu)。對于大規(guī)模流量，所述單向閥采用平板閥結(jié)構(gòu)，所述插裝閥的插裝組件采用平板 閥結(jié)構(gòu)。由于采用本實用新型的技術(shù)方案，本實用新型具有以下有益效果1.本實用新型的廢棄液換向采用電磁換向閥先導(dǎo)控制插裝閥結(jié)構(gòu)，較好地解決了 高壓大流量廢棄液換向的難題。2.本實用新型在電磁換向閥中設(shè)置中間位，通過控制中間位狀態(tài)時間，從而避免 因插裝閥“開啟快，關(guān)閉慢”造成切換瞬間高、低壓液流發(fā)生“串流”。3.本實用新型采用自由活塞隔離，被輸送液與廢棄液之間的混合較小，壓力交換 管容積利用率較高。4.本實用新型采用模塊化設(shè)計，裝置易于標(biāo)準(zhǔn)化、大型化，多套并聯(lián)使用方便。5.本實用新型采用可編程邏輯控制器完成閥門的程序控制，使過程控制的精度更
尚ο6.本實用新型的四通電磁換向閥采用電磁鐵驅(qū)動，單向閥和插裝閥分別利用系統(tǒng) 本身的被輸送液、廢棄液驅(qū)動，摒棄油壓先導(dǎo)驅(qū)動的結(jié)構(gòu)，裝置更清潔環(huán)保；7.本實用新型的能量回收效率高，性能穩(wěn)定，經(jīng)檢測能量回收效率達(dá)97. 7%。本實用新型另一個所要解決的技術(shù)問題是提供一種插裝閥控式壓力交換裝置，其控制和內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單。為此，本實用新型采用以下技術(shù)方案它設(shè)有并聯(lián)的多套以上所述 的壓力交換單元裝置，各套壓力交換單元裝置的三位四通電磁換向閥的工作位切換時間錯 開；各壓力交換單元裝置中方向為使被輸送液從被輸送液工作腔中被壓出的單向閥的出口 通過管路連通，方向為使被輸送液壓入被輸送液工作腔中的單向閥的進口通過管路連通。由于采用本實用新型的上述技術(shù)方案，不僅具備上述技術(shù)效果，而且，其出水的壓 力波動更小。

圖1為本實用新型所提供的單套插裝閥控式壓力交換單元裝置實施例的示意圖。圖2為三位四通電磁換向閥的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖3為本實用新型所提供的三套并列插裝閥控式壓力交換單元裝置組成壓力交 換系統(tǒng)應(yīng)用于反滲透系統(tǒng)中的示意圖。圖4為圖3所示實施例的各電磁換向閥工作狀態(tài)示意圖。圖5為圖3所示實施例的各壓力交換單元的壓力變化示意圖。
具體實施方式
參照附圖1和2。本實用新型所提供的插裝閥控式壓力交換單元裝置包括一只三 位四通電磁換向閥1、兩只插裝閥、兩只單向閥和一根壓力交換管4組成；所述的壓力交換 管內(nèi)設(shè)有一個自由活塞5并將壓力交換管分成兩個工作腔，分別是被輸送液工作腔41和廢 棄液工作腔42。所述被輸送液工作腔與所述兩個單向閥連通，分別為用于向被輸送液工作腔41 輸送被輸送液并防止逆流的單向閥31以及使被輸送液從輸送液工作腔41中被壓出并防止 逆流的單向閥32。所述兩只插裝閥中的一個插裝閥21為高壓廢棄液進液用插裝閥，另一個插裝閥 22為低壓廢棄液排出用插裝閥，所述廢棄液工作腔42與所述兩個插裝閥連通。所述電磁換向閥1設(shè)有閥桿11及供閥桿軸向運動的閥腔12，所述閥腔具有第P通 口、第K1通口、第K2通口、第0通口，所述第0通口在閥腔處具有2個進口，在閥腔上，沿軸 向依次有第0通口左側(cè)進口、第K1通口、第P通口、第K2通口、第0通口右側(cè)進口，第P通口 為高壓廢棄液進口，第0通口為廢棄液排放口，第K1通口和第K2通口分別和高壓廢棄液進 液用插裝閥21的控制口 C1和低壓廢棄液排出用插裝閥22的控制口 C2連通。所述電磁換向閥設(shè)有驅(qū)動閥桿軸向運動的電磁鐵IYA和2YA，所述壓力交換單元 裝置設(shè)有可編程邏輯控制器，所述電磁鐵IYA和2YA與可編程邏輯控制器電氣連接。電磁換向閥閥桿有第一工作位、第二工作位、第一工作位和第二工作位之間的中 間工作位；在第一工作位時，第P通口和第K1通口接通，第0通口和第K2通口接通，在第二 工作位時，第P通口和第K2通口接通，第0通口和第K1通口接通，在中間工作位時，第P通 口和第K1通口、第K2通口接通。所述單向閥采用球閥結(jié)構(gòu)，所述插裝閥的插裝組件采用錐閥結(jié)構(gòu)，本實施例采用 這種結(jié)構(gòu)。以下為插裝閥控式壓力交換單元裝置進行壓力交換的工作過程。[0041]1、當(dāng)電磁鐵IYA斷電、2YA通電時電磁換向閥右位接入回路，電磁換向閥的閥桿在第一工作位，第P通口和第K1通 口接通，第0通口和第K2通口接通，高壓廢棄液進液用插裝閥21關(guān)閉、低壓廢棄液排出用 插裝閥22打開，壓力交換管泄壓，單向閥32自動關(guān)閉，同時低壓被輸送液自動打開單向閥 31，流入壓力交換管的被輸送液工作腔，驅(qū)動自由活塞5向右移動，將壓力交換管右側(cè)低壓 廢棄液排出裝置。2、當(dāng)電磁鐵1YA、2YA都斷電時電磁換向閥中位接入回路，電磁換向閥的閥桿在中間工作位，第P通口和第K1通 口、第K2通口接通，插裝閥21和22均關(guān)閉，對壓力交換管進行保壓，防止因插裝閥“開啟快， 關(guān)閉慢”造成切換瞬間高壓液流與低壓液流發(fā)生“串流”。根據(jù)保壓狀態(tài)前壓力交換管內(nèi)壓 力情況不同，又可分為高壓保壓、低壓保壓2個狀態(tài)。3、當(dāng)電磁鐵IYA通電、2YA斷電時電磁換向閥左位接入回路，電磁換向閥的閥桿在第二工作位，第P通口和第K2通 口接通，第0通口和第K1通口接通，插裝閥21打開、插裝閥22關(guān)閉，壓力交換管增壓，單向 閥31自動關(guān)閉，同時被增壓的高壓被輸送液自動打開單向閥32，流出壓力交換管的被輸送 液工作腔，驅(qū)動自由活塞向左移動，將壓力交換管左側(cè)高壓被輸送液輸出裝置。所述自由活塞5內(nèi)設(shè)置有永磁鐵51，在壓力交換管兩端設(shè)置有磁性接近開關(guān)401、 402，磁性接近開關(guān)與所述可編程邏輯控制器電氣連接?？删幊踢壿嫺鶕?jù)接收到的信號控制 電磁換向閥的電磁鐵執(zhí)行相應(yīng)動作。電磁鐵IYA通電，2YA斷電，電磁換向閥處于左位，所述的自由活塞5向左移動，當(dāng) 自由活塞5運動到左極限位置時，磁性接近開關(guān)401閉合，可編程邏輯控制器執(zhí)行“電磁鐵 IYA斷電”的指令，電磁換向閥處于中位，自由活塞5停止移動，并在延時0 3秒后執(zhí)行“電 磁鐵2YA通電”的指令，電磁換向閥處于右位，自由活塞5向右移動，磁性接近開關(guān)401自動 斷開；當(dāng)自由活塞5運動到右極限位置時，磁性接近開關(guān)402閉合，可編程邏輯控制器執(zhí)行 “電磁鐵2YA斷電”的指令，電磁換向閥處于中位，自由活塞5停止移動，延時0 3秒后執(zhí) 行“電磁鐵IYA通電”的指令，所述的自由活塞5向左移動，磁性接近開關(guān)401自動斷開，回 到開始狀態(tài)。所述壓力交換單元裝置可采用多套并聯(lián)使用，下面以采用三套并聯(lián)使用的日產(chǎn)淡 水1000m3/d，水回收率40%的反滲透海水淡化工程為例，結(jié)合圖3、4、5給本實用新型做進 一步的陳述，在圖3中，與圖1和2附圖標(biāo)號相同的代表相同的含義。所述壓力交換單元裝置可采用三套并聯(lián)使用，各套壓力交換單元裝置的三位四通 電磁換向閥的閥桿工作位切換時間錯開，各壓力交換單元裝置中方向為使被輸送液從被輸 送液工作腔中被壓出的單向閥32的出口通過管路206連通。根據(jù)反滲透系統(tǒng)工況要求，為了保證新鮮海水被連續(xù)增壓進料，濃海水被連續(xù)泄 壓排放，三套并聯(lián)的壓力交換單元裝置，負(fù)載處理流量約60 65m3/h，裝置循環(huán)頻率為2次 /min，采用獨立的PLC控制系統(tǒng)控制電磁換向閥周期性動作，電磁換向閥先導(dǎo)控制相應(yīng)插 裝閥執(zhí)行濃海水切換動作，工作時相鄰2個能量回收單元的閥桿工作位切換時間存在1/3 周期的時間差，這樣可以保證系統(tǒng)任何時候都有一個壓力交換單元裝置處于增壓進料狀 態(tài)，一個壓力交換單元裝置處于配流排放狀態(tài)，保證系統(tǒng)流量和壓力的連續(xù)性，降低系統(tǒng)壓力與流量的波動，從而使反滲透膜系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行。按以下步驟啟動裝置合上裝置總電源開關(guān)，可編程邏輯控制器自動運行，接著依 次打開增壓泵201、壓力提升泵202，經(jīng)過1 3分鐘低壓排氣后，啟動高壓泵203，設(shè)備進入 正常運行狀態(tài)。此時，進料海水經(jīng)過增壓泵201增壓后進入預(yù)處理裝置204，經(jīng)過預(yù)處理出 來的合格海水分成二路，一路海水(約40% )由高壓泵203直接升壓到海水淡化額定操作 壓力；另一路海水(約60%)進入壓力交換單元裝置4的被輸送液工作腔，經(jīng)壓力交換后， 再經(jīng)壓力提升泵202增壓至海水淡化額定操作壓力，與前一路高壓海水匯合后共同作為反 滲透膜組器205的進料。膜組器205高壓側(cè)的高壓濃海水進入交換單元裝置4的廢棄液工 作腔，與低壓海水壓力交換后排出系統(tǒng)；透過膜組器205的淡水供給用戶使用。表1給出了 1000m3/d反滲透海水淡化工程中任意一個壓力交換單元裝置電磁換 向閥動作循環(huán)表。表1電磁換向閥動作循環(huán)表
權(quán)利要求1.一種插裝閥控式壓力交換單元裝置，其特征在于它包括一只三位四通電磁換向閥、 兩只插裝閥、兩只單向閥和一根壓力交換管組成；所述的壓力交換管內(nèi)設(shè)有一個自由活塞， 并將其分成兩個工作腔，分別是被輸送液工作腔和廢棄液工作腔；所述兩個單向閥的一個為用于向被輸送液工作腔輸送被輸送液并防止逆流用單向閥， 另一個為高壓被輸送液從輸送液工作腔中壓出并防止逆流用單向閥，所述被輸送液工作腔 與所述兩個單向閥連通；所述兩只插裝閥中的一個為高壓廢棄液進液用插裝閥，另一個為低壓廢棄液排出用插 裝閥，所述廢棄液工作腔與所述兩個插裝閥連通；所述電磁換向閥設(shè)有閥桿及供閥桿軸向運動的閥腔，所述閥腔具有第P通口、第K1通 口、第K2通口、第0通口，第P通口為高壓廢棄液進口，第0通口為廢棄液排放口，第K1通口 和第K2通口分別和兩只插裝閥的控制口連通；所述電磁換向閥設(shè)有驅(qū)動閥桿軸向運動的電磁鐵，所述壓力交換單元裝置設(shè)有可編程 邏輯控制器，所述電磁鐵和可編程邏輯控制器電氣連接；所述第P通口、第K1通口、第K2通口、第0通口，第P通口的位置與電磁換向閥閥桿具 有以下配合關(guān)系閥桿沿其運動路徑有第一工作位、第二工作位、第一工作位和第二工作位 之間的中間工作位；在第一工作位時，第P通口和第K1通口接通，第0通口和第K2通口接 通，在第二工作位時，第P通口和第K2通口接通，第0通口和第K1通口接通，在中間工作位 時，第P通口和第K1通口、第K2通口接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種插裝閥控式壓力交換單元裝置，其特征在于所述自由活 塞內(nèi)設(shè)置有永磁鐵，在壓力交換管兩端設(shè)置有磁性接近開關(guān)，磁性接近開關(guān)與所述可編程 邏輯控制器電氣連接。
3.一種插裝閥控式壓力交換裝置，其特征在于它設(shè)有并聯(lián)的多套權(quán)利要求1和2所述 的壓力交換單元裝置，各套壓力交換單元裝置的三位四通電磁換向閥的閥桿工作位切換時 間錯開；各壓力交換單元裝置中方向為使被輸送液從被輸送液工作腔中被壓出的單向閥的 出口通過管路連通，方向為使被輸送液壓入被輸送液工作腔中的單向閥的進口通過管路連
專利摘要本實用新型提供一種插裝閥控式壓力交換單元裝置，它包括一只三位四通電磁換向閥、兩只插裝閥、兩只單向閥和一根壓力交換管組成；壓力交換管內(nèi)設(shè)置一個自由活塞并將其分成兩個工作腔，分別是被輸送液工作腔和廢棄液工作腔；本實用新型的廢棄液換向采用電磁換向閥先導(dǎo)控制插裝閥結(jié)構(gòu)，較好地解決了高壓大流量廢棄液換向的難題，避免因插裝閥“開啟快，關(guān)閉慢”造成切換瞬間高、低壓液流發(fā)生“串流”；而且，其出水的壓力波動更小。
文檔編號C02F103/08GK201882953SQ20102059229
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者劉雪梅, 周倪民, 張希建, 張建中, 李鑫, 柴志國, 譚斌, 譚永文, 趙浩華, 阮慧敏 申請人:杭州水處理技術(shù)研究開發(fā)中心有限公司