專利名稱：一種輪式壓力交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體系統(tǒng)中的2種不同壓力的流體之間的壓力交換裝置，其能進(jìn)行高、低壓流體之間的壓力交換，從而達(dá)到減少能源消耗的目的。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于流體壓力能的綜合技術(shù)及裝備的研究已經(jīng)進(jìn)行了很多年了，也相繼開(kāi)發(fā)研制了眾多不同形式的裝置。目前壓力流體能量綜合利用設(shè)備基本情況如下 目前的壓力流體能量綜合利用設(shè)備(壓力交換裝置或能量回收裝置)有水力透平式能量回收裝置和功交換式能量回收裝置兩大類。最早的能量回收裝置是水力透平式，瑞士 Calder. AG公司的Pel ton Whee I透平機(jī)和Pump Ginard公司的Francis透平機(jī)，效率一般為50% -70%，其原理是利用濃鹽水驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)軸與泵和電機(jī)相連，將能量輸送至進(jìn)料原海水，過(guò)程需要經(jīng)過(guò)"水壓能一機(jī)械能一水壓能"兩步轉(zhuǎn)換。在上面的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)，出現(xiàn)了一些獨(dú)特的設(shè)計(jì)，其中具代表性的有丹麥Grundfos公司生產(chǎn)的BMET透平直驅(qū)泵和美國(guó)PEI公司生產(chǎn)的Hydraulic Turbochargero兩者均是透平與泵一體化設(shè)計(jì)，一根轉(zhuǎn)軸連接兩個(gè)葉輪，全部封裝在一個(gè)殼體中，濃鹽水流過(guò)葉輪時(shí)沖擊葉片推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)透平軸旋轉(zhuǎn)。透平軸直接帶動(dòng)增壓泵工作輸出機(jī)械功，濃水能量轉(zhuǎn)換成原海水的能量轉(zhuǎn)換效率可提高至65% -80%。高壓泵與透平增壓泵兩級(jí)串聯(lián)完成原海水的壓力提升，通過(guò)透平增壓降低高壓泵所需要的揚(yáng)程，減少電機(jī)動(dòng)力消耗。但是，由于水力透平式能量回收裝置原理上都要經(jīng)過(guò)"水壓能一一機(jī)械能一一水壓能"兩步轉(zhuǎn)換，增加了機(jī)械能損耗，因此效率較低。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(guò)界面或隔離物，直接把高壓濃鹽水的壓力傳遞給進(jìn)料海水，過(guò)程得到簡(jiǎn)化，只需要經(jīng)過(guò)"水壓能一一水壓能"一步能量轉(zhuǎn)換，能量回收效率可得到提高。目前反滲透海水淡化工程中應(yīng)用的功交換式能量回收裝置主要為轉(zhuǎn)子式壓力交換器和活塞式閥控壓力交換器兩類，效率可高達(dá)90-97%。轉(zhuǎn)子式壓力交換器以美國(guó)ERI公司的PX轉(zhuǎn)子式壓力交換能量回收裝置為代表。原理是高壓濃鹽水推動(dòng)圓周開(kāi)有多個(gè)縱向溝槽(類似于多個(gè)微型液缸)的無(wú)軸陶瓷轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。活塞式閥控壓力交換器以瑞士 Calder. AG公司的DWEER雙功交換能量回收裝置、德國(guó)KSB公司的SalTec DT壓力交換器、德國(guó)Siemag Transplan公司的PES壓力交換系統(tǒng)及Ionics公司的DYPREX動(dòng)力壓力交換器為代表。原理是采用兩個(gè)大直徑液缸，其中一個(gè)液缸中高壓濃水推動(dòng)活塞將能量傳遞給低壓原海水向外排液，另一個(gè)液缸中供料泵壓入低壓原海水補(bǔ)液并排出低壓濃水，兩液缸在PLC和濃水換向閥的控制下交替排補(bǔ)海水，實(shí)現(xiàn)把濃水能量轉(zhuǎn)換成原海水能量的回收過(guò)程。目前市場(chǎng)上流行的美國(guó)PX壓力交換器的主要部件是一個(gè)具有多個(gè)軸向通孔的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子裝在一個(gè)間隙尺寸精確的陶瓷套中旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子的軸向通孔內(nèi)高壓濃鹽水水流將壓力傳遞給低壓新鮮海水水流，這兩股水流在轉(zhuǎn)子的內(nèi)通道中直接接觸，從而完成壓力交換。在任意時(shí)刻，轉(zhuǎn)子內(nèi)通道的一半處于高壓水流中，而另一半則處于低壓水流中。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通道會(huì)通過(guò)一個(gè)將高壓和低壓隔離的密封區(qū)。這些含有高壓水的通道與相鄰的含有低壓水的通道被轉(zhuǎn)子通道間的隔斷和陶瓷端蓋形成的密封區(qū)隔離。PX能量回收裝置的陶瓷部件示意圖如圖所示。由海水供水泵供應(yīng)的海水流進(jìn)低壓區(qū)左側(cè)的通道，該水流將濃鹽水從通道的右側(cè)排出。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)密封區(qū)后，高壓鹽水從右側(cè)流入通道，給海水增加壓力，受壓后的海水然后再流入循環(huán)泵。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一圈，這個(gè)壓力交換過(guò)程就在每個(gè)通道內(nèi)重復(fù)，從而不斷有水流注入和排出。上述壓力交換器有些效率比較低(如水力透平式)、有些不能輸出的流量具有較大的波動(dòng)(如活塞式閥控壓力交換器)、有些不能輸出較大的流量(如PX轉(zhuǎn)子式壓力交換器)，這在實(shí)際的應(yīng)用中都具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所提供的一種輪式壓力交換器，其基本機(jī)型包括一個(gè)具有徑向開(kāi)孔的轉(zhuǎn)子，一個(gè)扁軸，以及一個(gè)開(kāi)孔的轉(zhuǎn)子外殼和左右兩個(gè)端蓋(高壓側(cè)端蓋和低壓側(cè)端蓋)，扁軸與轉(zhuǎn)子中心孔配合形成兩個(gè)空腔，此兩個(gè)空腔分別是一種流體(流體A)的進(jìn)出通道，而轉(zhuǎn)子外殼上的兩個(gè)開(kāi)孔為另一種流體(流體B)的進(jìn)出口，轉(zhuǎn)子可依靠流體的沖擊力而轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子的位置轉(zhuǎn)到壓力交換位置的時(shí)候，此時(shí)轉(zhuǎn)子上的開(kāi)孔正好與轉(zhuǎn)子外殼上的流體B的出口以及高壓流體A的進(jìn)口通道正好對(duì)應(yīng)，高壓流體A將轉(zhuǎn)子的徑向孔內(nèi)的低壓流體B壓出，從而實(shí)現(xiàn)了壓力從流體A到流體B的交換，當(dāng)轉(zhuǎn)子的徑向孔內(nèi)的低壓流體B基本被壓出時(shí)，轉(zhuǎn)子徑向孔正好轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子外殼封閉的區(qū)域，此時(shí)轉(zhuǎn)子的徑向孔被封閉且內(nèi)部充滿流體A ;隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至下一個(gè)位置，此時(shí)轉(zhuǎn)子的位置處于流體置換位置，轉(zhuǎn)子上的開(kāi)孔正好與轉(zhuǎn)子外殼上的流體B的進(jìn)口以及流體A的出口通道正好對(duì)應(yīng)，此時(shí)封閉在轉(zhuǎn)子徑向孔中的高壓流體A被低壓流體B壓出并從流體A的出口通道排出，從而實(shí)現(xiàn)了徑向孔內(nèi)的流體A和流體B的交換，當(dāng)轉(zhuǎn)子的徑向孔內(nèi)的流體A基本被壓出時(shí)，轉(zhuǎn)子徑向孔正好轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子外殼封閉的區(qū)域，此時(shí)轉(zhuǎn)子的徑向孔被封閉且內(nèi)部充滿流體B;隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的位置又將轉(zhuǎn)到原來(lái)的壓力交換位置，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)壓力交換-流體置換循環(huán)。在此循環(huán)中，流體A和流體B之間始終存在一個(gè)中間層，確保流體A和流體B不被混合。轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)一圈的過(guò)程中，可以有多次的壓力交換-流體置換循環(huán)。本發(fā)明的基本機(jī)型是一種無(wú)軸自驅(qū)式的轉(zhuǎn)子，第一種拓展機(jī)型一種外驅(qū)式的轉(zhuǎn)子，第二種拓展機(jī)型一種無(wú)軸自驅(qū)式雙進(jìn)出口的轉(zhuǎn)子。本發(fā)明的密封可采用依靠轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子外殼以及兩端蓋之間的緊密配合來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可采用在轉(zhuǎn)子表面上加裝軸向密封環(huán)和軸向密封片來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的潤(rùn)滑采用流體自身潤(rùn)滑，由于為流體自身潤(rùn)滑，所以不存在流體被其它物質(zhì)污染的可能。本發(fā)明的冷卻可依靠流體A和流體B的流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可在左右兩端蓋上開(kāi)孔，讓少量的泄漏流體流出并帶走熱量而實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的徑向孔可以不止一個(gè)。本發(fā)明利用轉(zhuǎn)子的徑向開(kāi)孔作為活塞缸、利用流體本身作為活塞，通過(guò)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的不同位置和不同流體之間的壓力差，實(shí)現(xiàn)了不同流體間的壓力交換，由于本發(fā)明的密封面基本在圓柱表面，其密封效果要比斷面的密封效果要好很多，且還可以在轉(zhuǎn)子表面加裝軸向密封環(huán)和軸向密封片，使得其密封效果更好，泄漏更小，從而達(dá)到更高的容積效率。利用本發(fā)明，可以在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)一次或多次的壓力交換-流體置換循環(huán)以及多組徑向孔，從而能夠生產(chǎn)出小型、中型和大型排量的壓力交換機(jī)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子具有2個(gè)徑向孔的基本機(jī)型圖2是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子具有2個(gè)徑向孔的基本機(jī)型的A-A剖面圖
圖3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子具有2個(gè)徑向孔的基本機(jī)型的第一種拓展機(jī)型圖4是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子具有2個(gè)徑向孔的基本機(jī)型的第二種拓展機(jī)型圖5是本發(fā)明的壓力交換機(jī)的轉(zhuǎn)子處于壓力置換位置圖6是本發(fā)明的壓力交換機(jī)的轉(zhuǎn)子處于封閉位置圖7是本發(fā)明的壓力交換機(jī)的轉(zhuǎn)子處于流體置換位置 圖8是美國(guó)PX壓力交換器的主要部件示意中1-轉(zhuǎn)子；2_外殼；3_左側(cè)端蓋；4_扁軸；5_右側(cè)端蓋；6_動(dòng)力輸入軸
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明包括一個(gè)具有徑向開(kāi)孔的轉(zhuǎn)子(1)，一個(gè)扁軸(4)，以及一個(gè)開(kāi)孔的轉(zhuǎn)子外殼(2)和左右兩個(gè)端蓋即左側(cè)端蓋(3)和右側(cè)端蓋(5)，扁軸(4)與轉(zhuǎn)子(I)的中心孔配合形成兩個(gè)空腔，此兩個(gè)空腔分別是一種流體(流體A)的進(jìn)出通道，而轉(zhuǎn)子外殼
(2)上的兩個(gè)開(kāi)孔為另一種流體(流體B)的進(jìn)出口，轉(zhuǎn)子(I)可依靠流體的沖擊力圍繞扁軸⑷轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子⑴的位置轉(zhuǎn)到如圖5的時(shí)候，此時(shí)轉(zhuǎn)子⑴上的上部徑向孔正好與轉(zhuǎn)子外殼(2)上的流體B的出口以及高壓流體A的進(jìn)口通道正好對(duì)應(yīng)，高壓流體A將轉(zhuǎn)子(I)的徑向孔內(nèi)的低壓流體B壓出，從而實(shí)現(xiàn)了壓力從流體A到流體B的交換，同時(shí)轉(zhuǎn)子(I)上的下部開(kāi)孔也正好與轉(zhuǎn)子外殼(2)上的流體B的進(jìn)口以及流體A的出口通道正好對(duì)應(yīng)，流體B將轉(zhuǎn)子⑴的徑向孔內(nèi)的流體A壓出，從而實(shí)現(xiàn)了徑向孔內(nèi)流體A到流體B的置換；當(dāng)轉(zhuǎn)子(I)的上部徑向孔內(nèi)的低壓流體B基本被壓出、下部徑向孔內(nèi)的流體A基本被排空時(shí)，轉(zhuǎn)子徑向孔正好轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子外殼(2)封閉的區(qū)域，即圖6的位置，此時(shí)轉(zhuǎn)子(I)的上部徑向孔被封閉且內(nèi)部充滿流體A、下部徑向孔被封閉且內(nèi)部充滿流體B;隨著轉(zhuǎn)子(I)的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至圖7的位置，此時(shí)轉(zhuǎn)子(I)的原下部徑向孔變成了上部徑向孔、原上部徑向孔變成了下部徑向孔，原下部徑向孔正好與轉(zhuǎn)子外殼(2)上的流體B的出口以及高壓流體A的進(jìn)口通道止好對(duì)應(yīng)，高壓流體A將轉(zhuǎn)子(I)的徑向孔內(nèi)的低壓流體B壓出，從而實(shí)現(xiàn)了壓力從流體A到流體B的交換，同時(shí)轉(zhuǎn)子(I)上的原上部徑向孔也正好與轉(zhuǎn)子外殼(2)上的流體B的進(jìn)口以及流體A的出口通道正好對(duì)應(yīng)，流體B將轉(zhuǎn)子(I)的徑向孔內(nèi)的流體A壓出，從而實(shí)現(xiàn)了徑向孔內(nèi)流體A到流體B的置換。隨著轉(zhuǎn)子(I)的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子(I)的位置又將轉(zhuǎn)到原來(lái)的位置，從而實(shí)現(xiàn)了壓力交換-流體置換循環(huán)。在此循環(huán)中，流體A和流體B之間始終存在一個(gè)中間層，確保流體A和流體B不被混合。轉(zhuǎn)子(I)在旋轉(zhuǎn)一圈的過(guò)程中，可以有多次的壓力交換-流體置換循環(huán)。本發(fā)明的基本機(jī)型是一種無(wú)軸自驅(qū)式的轉(zhuǎn)子(I)，第一種拓展機(jī)型一種外驅(qū)式的轉(zhuǎn)子(I)，其配置有動(dòng)力輸入軸￠)，動(dòng)力輸入軸(6)可以外接動(dòng)力為轉(zhuǎn)子(I)的旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力，此時(shí)轉(zhuǎn)子(I)不需要流體的沖擊力來(lái)驅(qū)動(dòng)；第二種拓展機(jī)型一種無(wú)軸自驅(qū)式雙進(jìn)出口的轉(zhuǎn)子(I)，此時(shí)流體A可以從扁軸(4)的左右兩端進(jìn)出。本發(fā)明的壓力交換機(jī)的內(nèi)部密封可采用依靠轉(zhuǎn)子⑴和轉(zhuǎn)子外殼(2)、扁軸⑷以及左側(cè)端蓋(3)和右側(cè)端蓋(5)之間的精密配合來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可采用在轉(zhuǎn)子(I)以及扁軸(4)表面上加裝軸向密封環(huán)和軸向密封片來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子(I)和轉(zhuǎn)子外殼(2)、扁軸(4)以及左側(cè)端蓋(3)和右側(cè)端蓋(5)之間的潤(rùn)滑采用需要進(jìn)行壓力交換的流體自身來(lái)潤(rùn)滑，由于為流體自身潤(rùn)滑，所以不存在流 體被其它物質(zhì)污染的可能。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子⑴冷卻可依靠流體A和流體B的流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可在左側(cè)端蓋(3)和右側(cè)端蓋(5)上開(kāi)孔，讓少量的泄漏流體流出并帶走熱量而實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子(I)的徑向孔可以不止一個(gè)且可任意排列。
權(quán)利要求
1.一種壓力交換器，其特征在于它包括一個(gè)具有徑向開(kāi)孔的轉(zhuǎn)子(I)，一個(gè)扁軸(4)，以及一個(gè)開(kāi)孔的轉(zhuǎn)子外殼(2)和左右兩個(gè)端蓋即左側(cè)端蓋(3)和右側(cè)端蓋(5)，扁軸(4)與轉(zhuǎn)子(I)的中心孔配合形成兩個(gè)空腔，此兩個(gè)空腔分別是一種流體(流體A)的進(jìn)出通道，而轉(zhuǎn)子外殼(2)上的兩個(gè)開(kāi)孔為另一種流體(流體B)的進(jìn)出口，轉(zhuǎn)子(I)可依靠流體的沖擊力圍繞扁軸(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，還可以根據(jù)不同的情況配備動(dòng)力輸入軸￠)，轉(zhuǎn)子(I)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中與轉(zhuǎn)子外殼(2)上的開(kāi)孔以及扁軸(4)和轉(zhuǎn)子(I)的中心孔配合形成兩個(gè)空腔即流體A的進(jìn)出通道配合作用，實(shí)現(xiàn)不同流體間的壓力交換過(guò)程；
2.如權(quán)利要求書(shū)I所述的一種壓力交換器，其特征在于轉(zhuǎn)子(I)在旋轉(zhuǎn)一圈的過(guò)程中，轉(zhuǎn)子(I)徑向開(kāi)孔的不同設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)一次或多次的壓力交換-流體置換循環(huán)；
3.如權(quán)利要求書(shū)I所述的一種壓力交換器，其特征在于轉(zhuǎn)子(I)可依靠流體的沖擊力 而轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自驅(qū)，也可采用配置動(dòng)力輸入軸出)，依靠外部動(dòng)力來(lái)旋轉(zhuǎn)；
4.如權(quán)利要求書(shū)I所述的一種壓力交換器，其特征在于其內(nèi)部密封可采用依靠轉(zhuǎn)子(I)和轉(zhuǎn)子外殼(2)以及左側(cè)端蓋(3)和右側(cè)端蓋(5)之間的精密配合來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可采用在轉(zhuǎn)子(I)的圓柱形表面上加裝軸向密封環(huán)和軸向密封片來(lái)實(shí)現(xiàn)；
5.如權(quán)利要求書(shū)I所述的一種壓力交換器，其特征在于其轉(zhuǎn)子(I)和轉(zhuǎn)子外殼(2)以及左側(cè)端蓋(3)和右側(cè)端蓋(5)之間的潤(rùn)滑采用需要進(jìn)行壓力交換的流體自身來(lái)潤(rùn)滑；
6.如權(quán)利要求書(shū)I所述的一種壓力交換器，其特征在于其轉(zhuǎn)子(I)冷卻可依靠流體A和流體B的流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可在左側(cè)端蓋(3)和右側(cè)端蓋(5)上開(kāi)孔，讓少量的泄漏流體流出并帶走熱量而實(shí)現(xiàn)；
7.如權(quán)利要求書(shū)I所述的一種壓力交換器，其特征在于其轉(zhuǎn)子(I)的徑向孔的數(shù)量可以為一個(gè)或多個(gè)。
8.如權(quán)利要求書(shū)I所述的一種壓力交換器，其特征在于流體A和流體B在轉(zhuǎn)子(I)的徑向孔腔內(nèi)進(jìn)行壓力交換-流體置換循環(huán)時(shí)可以設(shè)計(jì)成讓流體A和流體B之間始終存在一個(gè)中間層，以確保流體A和流體B不被混合，也可在流體A和流體B之間配備一個(gè)活塞類物體以對(duì)流體A和流體B進(jìn)行物理隔絕，以確保流體A和流體B不被混合。
全文摘要
本發(fā)明所提供的一種壓力交換器，其基本機(jī)型包括一個(gè)具有徑向開(kāi)孔的轉(zhuǎn)子，以及具有若干開(kāi)孔的轉(zhuǎn)子外殼、高壓側(cè)端蓋和低壓側(cè)端蓋，轉(zhuǎn)子可依靠流體的沖擊力而轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子的位置轉(zhuǎn)到壓力交換位置的時(shí)候，高壓流體A將轉(zhuǎn)子的徑向孔內(nèi)的低壓流體B壓出，從而實(shí)現(xiàn)了壓力從流體A到流體B的交換；隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至下一個(gè)位置即流體置換位置時(shí)，低壓流體B將轉(zhuǎn)子的徑向孔內(nèi)的流體A壓出并從瀉放口排出，從而實(shí)現(xiàn)了徑向孔內(nèi)的流體A和流體B的交換；隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的位置又將轉(zhuǎn)到原來(lái)的壓力交換位置，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)壓力交換-流體置換循環(huán)。在此循環(huán)中，流體A和流體B之間始終存在一個(gè)中間層，確保流體A和流體B不被混合。
文檔編號(hào)F04F13/00GK102865260SQ20111020261
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月9日
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