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Title:
MEMBRANE SEAWATER DESALINATION PRESSURIZATION AND ENERGY RECOVERY INTEGRATED METHOD AND DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/019272
Kind Code:
A1
Abstract:
A membrane seawater desalination pressurization and energy recovery integrated method. Piston rods of single-rod piston-type seawater cylinders are connected with single-rod piston-type hydraulic cylinders to form two or more than two working combined bodies which operate alternately. In a process that the hydraulic cylinders drive the seawater cylinders to move back and forth, one piston cavity of a seawater cylinder sucks high pressure strong brine in the process of moving forward and drains the high pressure strong brine in the returning process; and the other piston cavity of the seawater cylinder sucks raw seawater in the returning process, pressurizes the raw seawater in the process of moving forward and continuously and stably outputs the pressurized high pressure raw seawater to a reverse osmosis membrane module. Meanwhile, a membrane seawater desalination pressurization and energy recovery integrated device is further disclosed.

Inventors:
ZHU, Ronghui (Longdi Unit 11-4-101, Longcheng Villas Changping District, Beijing 8, 102208, CN)
Application Number:
CN2012/080956
Publication Date:
February 06, 2014
Filing Date:
September 04, 2012
Export Citation:
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Assignee:
ZHU, Ronghui (Longdi Unit 11-4-101, Longcheng Villas Changping District, Beijing 8, 102208, CN)
International Classes:
C02F1/44; B01D61/06; F15B3/00
Foreign References:
CN102838186A2012-12-26
CN202808438U2013-03-20
JP2003144856A2003-05-20
JP2010253343A2010-11-11
CN101581328A2009-11-18
CN101254407A2008-09-03
Other References:
See also references of EP 2881370A4
None
Attorney, Agent or Firm:
BEIJING SANYOU INTELLECTUAL PROPERTY AGENCY LTD. (F16 Block A, Corporate SquareNo. 35 Jinrong Street, Beijing 3, 100033, CN)
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Claims:
权利要求书

1. 一种膜法海水淡化加压与能量回收一体化方法, 由单出杆活塞式海水缸的活塞杆 与单出杆活塞式液压缸相连接, 组成两个或两个以上交替运行的工作联合体; 液压缸活塞 杆相对缸体伸出时为进程, 缩回时为回程; 在液压缸驱动海水缸往返运动的过程中, 海水 缸的一活塞腔在进程时接入从反渗透膜组输出的高压浓盐水, 在回程时排出; 海水缸的另 一活塞腔在回程时吸入原海水, 在进程时对原海水加压输出; 由此, 通过液压缸高压液压 驱动力和高压浓盐水的压力相互叠加对原海水进行加压,并将加压后的高压原海水通过水 压蓄能器和 /或恒流量控制连续稳定地输出给反渗透膜组。

2.如权利要求 1所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化方法, 其特征在于: 所述 海水缸与液压缸的连接方式为, 海水缸的活塞杆与液压缸的活塞杆相连接; 或为海水缸的 活塞杆与液压缸的缸体相连接。

3.—种膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在于: 所述加压与能量回收 一体化装置包括有第一液压缸、第二液压缸和第一海水缸、第二海水缸,所述第一液压缸、 第二液压缸、第一海水缸、第二海水缸均为单出杆活塞缸; 所述第一液压缸与第一海水缸 的活塞杆相连接, 构成第一工作联合体; 所述第二液压缸与第二海水缸的活塞杆相连接, 构成第二工作联合体;所述第一液压缸和第二液压缸的无杆腔通过一进程方向控制阀连接 于一进程液压动力单元;所述第一液压缸和第二液压缸的有杆腔通过一回程方向控制阀连 接于一回程液压动力单元;所述第一海水缸和第二海水缸的有杆腔通过一能量回收方向控 制阀连接于高压浓盐水管路或低压浓盐水管路;所述第一海水缸和第二海水缸的无杆腔分 别通过止入单向阀连接于高压原海水管路, 又分别通过止出单向阀连接于原海水管路; 在 高压原海水管路中设有水压蓄能器; 所述加压与能量回收一体化装置还包括系统控制单 元, 该系统控制单元至少由控制器、设置在液压回路中的液压压力传感器和设置在高压原 海水管路中的水压压力传感器、 以及设置在活塞杆往返行程中的多个活塞位置传感器组 成; 该控制单元根据系统负荷要求、活塞杆位置传感器给出的位置信号和各压力传感器信 号来控制进程方向控制阀、 回程方向控制阀以及能量回收方向控制阀的切换与协调; 进程 方向控制阀与回程方向控制阀联合协调动作,以控制第一工作联合体和第二工作联合体处 于液压缸活塞杆相对缸体向外伸出的进程和液压缸活塞杆相对缸体向内缩回的回程的交 叉和交替运动状态;能量回收方向控制阀控制处于进程的海水缸能量回收腔与高压浓盐水 管路接通, 处于回程的海水缸能量回收腔与低压浓盐水管路接通; 由控制器控制进程液压 动力单元与回程液压动力单元输出的压力和流量, 从而实现给定的淡水制水量。 4.如权利要求 3所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在于: 所述 第一液压缸的活塞杆与第一海水缸的活塞杆相连接, 构成第一工作联合体; 所述第二液压 缸的活塞杆与第二海水缸的活塞杆相连接, 构成第二工作联合体。

5.如权利要求 3所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在于: 所述 两个液压缸的无杆腔分别为第一进程腔和第二进程腔,两个液压缸的有杆腔分别为第一回 程腔和第二回程腔; 所述两个海水缸的无杆腔分别为第一加压腔和第二加压腔, 两个海水 缸的有杆腔分别为第一能量回收腔和第二能量回收腔;所述海水缸的能量回收腔截面面积 与加压腔的截面面积之比 =l-k; 所述液压缸的进程腔截面面积与海水缸的加压腔截面面积 之比 =ko XkXPs/Ph; 其中, Ps为满足反渗透膜正常工作所需的压力, Ph为液压动力单元 的输出油压, ko为大于 1的系数, k为海水淡化反渗透膜系统的淡水回收率。

6.如权利要求 3所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在于: 所述 进程方向控制阀为一个二位四通或三位四通方向阀, 其控制方式为电磁或电液控制; 该进 程方向控制阀的进油口与进程液压动力单元输出油口连接,进程方向控制阀的回油口与进 程液压动力单元回油口连接;进程方向控制阀的两个工作油口分别连接第一液压缸和第二 液压缸的进程腔。

7.如权利要求 3所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在于: 所述 回程方向控制阀为一个二位四通或三位四通方向阀, 其控制方式为电磁或电液控制; 该回 程方向控制阀的进油口与回程液压动力单元输出油口连接,回程方向控制阀的回油口与回 程液压动力单元回油口连接;回程方向控制阀的两个工作油口分别连接第一液压缸和第二 液压缸的回程腔。

8.如权利要求 3所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在于: 所述 能量回收方向控制阀为一个二位四通或三位四通的海水分配阀,其控制方式为电磁或电液 控制; 该能量回收方向控制阀的进液口与反渗透膜组输出的高压浓盐水管路连接, 能量回 收方向控制阀的回液口与系统低压浓盐水管路连接;能量回收方向控制阀的两个工作液口 分别连接第一海水缸和第二海水缸的能量回收腔;该能量回收方向控制阀控制处于进程的 海水缸能量回收腔与高压浓盐水管路接通,控制处于回程的海水缸能量回收腔与系统低压 浓盐水管路接通。

9.如权利要求 6、 7或 8所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在 于: 所述进程方向控制阀、 回程方向控制阀和能量回收方向控制阀为滑阀、转阀或是由多 个插装阀构成的逻辑控制阀组。

10.如权利要求 6、 7或 8所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在 于:所述进程方向控制阀、回程方向控制阀和能量回收方向控制阀具有换向缓冲调节功能、 中位过渡机能。

11.如权利要求 3所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在于: 所 述进程液压动力单元由原动机、高压液压泵和辅助装置组成; 进程液压动力单元给第一液 压缸和第二液压缸提供高压液压动力油源, 驱动活塞杆作向外伸出的进程运动。

12.如权利要求 3所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在于: 所 述回程液压动力单元由原动机、低压液压泵和辅助装置组成; 回程液压动力单元给第一液 压缸和第二液压缸提供低压液压动力油源, 驱动活塞杆作向内缩回的回程运动。

13.如权利要求 11或 12所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在 于: 所述液压动力单元中的辅助装置包括液压油箱、 冷却器、过滤器、 压力可调的电控溢 流阀、 液压蓄能器、 压力传感器或压力表、温度传感器或温度表、 液位传感器或液位指示 表、 连接管路和阀门。

14.如权利要求 3所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在于: 所 述第一液压缸和第二液压缸带有机械或电控缓冲装置。

15.如权利要求 3所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在于: 所 述第一海水缸和第二海水缸的缸体、活塞及活塞杆是由耐海水腐蚀的材料制成; 缸体为双 相不锈钢或玻璃钢复合材料; 活塞及活塞杆为双向不锈钢或耐腐蚀的铜合金材料。

16.如权利要求 4所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在于: 该 控制单元实施如下基本过程控制: 由系统控制单元根据系统负荷需求调节进程液压动力单 元的输出压力和流量, 输出的高压液压油通过进程方向控制阀进入第一液压缸的进程腔, 驱动第一液压缸的活塞杆向第一海水缸的活塞及活塞杆施压; 同时, 高压浓盐水管路通过 能量回收方向控制阀进入第一海水缸的能量回收腔, 也向第一海水缸的活塞施压, 高压液 压驱动力和高压浓盐水的压力相叠加后一同驱动第一海水缸的活塞移动,将第一海水缸加 压腔中的原海水升压,通过止入单向阀挤入高压原海水管路,进入反渗透膜组;与此同时, 回程液压动力单元输出的低压液压油通过回程方向控制阀进入第二液压缸, 由系统控制单 元调节回程液压动力单元的压力和流量, 驱动第二液压缸的活塞快速回位, 带动第二海水 缸的活塞移动, 第二海水缸的加压腔通过止出单向阀吸入原海水, 第二海水缸的能量回收 腔通过能量回收方向控制阀排出已经做功后的浓盐水,同时也通过进程方向控制阀排出第 二液压缸进程腔内已经做功后的液压油,并且第二液压缸的活塞在第一液压缸的活塞尚未 到达工作终点前的位置时即已回到第二液压缸的起点,在第一液压缸的工作行程到达终点 时, 由系统控制单元发出指令使回程方向控制阀、进程方向控制阀和能量回收方向控制阀 换位, 第二液压缸和第二海水缸与第一液压缸和第一海水缸的工作机制互换, 由此循环往 复, 完成海水淡化所需加压及能量回收的工作。

17.如权利要求 10所述的膜法海水淡化加压与能量回收一体化装置, 其特征在于: 该 控制单元实施如下恒流量过程控制: 由系统控制单元根据系统负荷需求调节进程液压动力 单元的输出压力和流量, 输出的高压液压油通过进程方向控制阀进入第一液压缸的进程 腔, 驱动第一液压缸的活塞杆向第一海水缸的活塞及活塞杆施压; 同时, 高压浓盐水管路 通过能量回收方向控制阀进入第一海水缸的能量回收腔, 也向第一海水缸的活塞施压, 高 压液压驱动力和高压浓盐水的压力相叠加后一同驱动第一海水缸的活塞向左移动,将第一 海水缸加压腔中的原海水升压, 通过止入单向阀挤入高压原海水管路, 进入反渗透膜组; 与此同时, 回程液压动力单元输出的低压液压油通过回程方向控制阀进入第二液压缸, 由 系统控制单元调节回程液压动力单元的压力和流量, 驱动第二液压缸的活塞快速向右回 位, 带动第二海水缸的活塞右移, 第二海水缸的加压腔通过止出单向阀吸入原海水, 第二 海水缸的能量回收腔通过能量回收方向控制阀排出已经做功后的浓盐水,同时也通过进程 方向控制阀排出第二液压缸进程腔内已经做功后的液压油,并且第二液压缸的活塞在第一 液压缸的活塞尚未到达工作终点前的位置时即已回到第二液压缸的起点, 由系统控制单元 发出指令使回程方向控制阀进入中位, 进程方向控制阀也同步向中位切换,将高压液压油 同时配送给第一液压缸和第二液压缸, 并使得进入第一液压缸进程腔的流量逐步减少,进 入第二液压缸的进程腔的流量则逐步增加,且进入第一液压缸进程腔的流量与进入第二液 压缸进程腔的流量之和为常量; 与之相对应, 能量回收方向控制阀也进行相应的切换进入 中位, 使得进入第一海水缸能量回收腔的高压浓盐水流量逐步减少,进入第二海水缸能量 回收腔的高压浓盐水流量则逐步增加, 这样, 两个工作联合体在液压压力和回收高压浓盐 水压力的共同作用下,保证在第一海水缸海水加压腔流出的高压原海水流量逐步减少的同 时, 第二海水缸海水加压腔输出的高压原海水流量则逐步增加, 二者流出的高压原海水流 量之和为常量, 实现高压原海水的连续稳定输出给反渗透膜组; 在第一液压缸的工作行程 到达终点时, 由系统控制单元发出指令使回程方向控制阀、进程方向控制阀和能量回收方 向控制阀换位, 第二液压缸和第二海水缸与第一液压缸和第一海水缸的工作机制互换, 由 此循环往复, 完成海水淡化所需加压及能量回收的工作。

Description:
膜法海水淡化加压与能量回收一体化方法及装 置 技术领域 本发明涉及一种反渗透膜法海水淡化所需要的 高压泵、能量回收装置与增压泵,特别 是一种将高压泵、 增压泵与能量回收系统一体化集成的装置。 背景技术 海水淡化是解决全球淡水资源匮乏的一种方法 , 常用的有热法和膜法两种。其中, 采 用反渗透膜的膜法海水淡化技术,因其成本低 、耗能少而得到广泛应用,并逐步成为主流。

在海水淡化系统中, 经过预处理的含盐量较低的进入淡化系统的海 水为原海水, 经过 加压后形成高压原海水, 一部分经过反渗透膜组后成为低压淡水, 余下的则成为高压浓盐 水, 经过能量回收释放压力能后成为低压浓盐水被 排出。

该技术包含三大核心部件: 反渗透膜、 高压泵和能量回收装置。高压泵将原海水压力 提升到 5-7Mpa, 使其中 40%左右的淡水透过反渗透膜, 而余下的 60%左右的浓盐水仍然具 有 6Mpa左右的压力势能, 需要通过能量回收系统将其传递到原海水中, 以减少总的能量 消耗。

如何降低高压泵与能量回收装置的投资成本、 运营成本与能耗, 是该技术的关键。二 者的成本之和约占总投资成本的 1/3左右, 电耗则占总电耗的 2/3以上, 电耗成本占营运 成本 1/3 以上, 目前该法所产淡水的吨耗电量在 3-5kwh, 而在现有膜技术水平下, 极限 耗电量应当在 2. 5kwh左右, 尚有 1/3的节能空间。

目前海水淡化用的高压泵有两种,一种是活塞 式,采用曲柄连杆机构将电机转动的动 力转换为活塞在圆柱形缸体内的直线运动, 给海水加压; 该结构效率较高, 泵效可达 80% 以上, 但流量不够稳定, 压力波动明显, 采用阀控, 受限于曲柄连杆的长度, 导致换向频 率高, 振动、 噪声大, 控制阀与密封件的故障率较高。 另一种是离心式水泵, 通过多级转 子旋转产生的离心力来提升水压, 流量大而稳定, 无需阀控, 但效率较低, 泵效通常低于 80%, 平均在 75%左右。 由于海水的强腐蚀性和低粘度特征, 两种泵的支撑及过流部件均 需要高品质的耐腐蚀耐磨材料, 如铜合金、 双相钢甚至陶瓷材料, 造价都非常高。

目前海水淡化用的能量回收装置也有两种,一 种是基于水力透平机原理, 高压浓盐水 推动透平机旋转, 进而将原海水加压, 无需配流控制, 无需增压泵, 流量稳定连续; 但需 要进行浓海水压力势能一轴转动机械能一原海 水压力势能的两次转换, 回收效率偏低,一 般只能达到 60%, 已逐步被淘汰。 另一种是基于压力交换原理, 即在圆柱形缸体中, 通过 配流机构, 高压浓盐水直接将压力势能传递给原海水中, 其传递效率很高, 能量回收效率 可达 90%以上; 根据其配流方式不同, 又可细分为旋转缸体端面配流无活塞结构和固 定缸 体有活塞的阀配流结构; 旋转缸体端面配流无活塞结构 (例如: 美国某公司的 PX系列产 品), 其结构简单但会有 2-5%的掺混, 需要独立的增压泵, 会降低总体效率; 而固定缸体 有活塞的阀配流结构, 无需再设置增压泵, 效率可更高, 但是, 其控制机构较复杂。 国内 外的相关专利都基于以上几种技术解决方案。

由此, 本发明人凭借多年的相关设计和制造经验,提 出一种膜法海水淡化加压与能量 回收一体化方法及装置, 以克服现有技术的缺陷。 发明内容 本发明的目的在于提供一种低成本、高效和高 可靠性的反渗透膜法海水淡化加压与能 量回收一体化方法及装置。

本发明的目的是这样实现的, 一种膜法海水淡化加压与能量回收一体化方法 , 由单出 杆活塞式海水缸的活塞杆与单出杆活塞式液压 缸相连接,组成两个或两个以上交替运行的 工作联合体; 液压缸活塞杆相对缸体伸出时为进程, 缩回时为回程; 在液压缸驱动海水缸 往返运动的过程中, 海水缸的一活塞腔在进程时接入从反渗透膜组 输出的高压浓盐水, 在 回程时排出; 海水缸的另一活塞腔在回程时吸入原海水, 在进程时对原海水加压输出; 由 此, 通过液压缸高压液压驱动力和高压浓盐水的压 力相互叠加对原海水进行加压, 并将加 压后的高压原海水通过水压蓄能器和 /或恒流量控制连续稳定地输出给反渗透膜组

在本发明的一较佳实施方式中, 所述海水缸与液压缸的连接方式为,海水缸的 活塞杆 与液压缸的活塞杆相连接; 或为海水缸的活塞杆与液压缸的缸体相连接。

根据上述方法, 本发明还提出一种膜法海水淡化加压与能量回 收一体化装置, 所述加 压与能量回收一体化装置包括有第一液压缸、 第二液压缸和第一海水缸、第二海水缸, 所 述第一液压缸、 第二液压缸、 第一海水缸、第二海水缸均为单出杆活塞缸; 所述第一液压 缸与第一海水缸的活塞杆相连接, 构成第一工作联合体; 所述第二液压缸与第二海水缸的 活塞杆相连接, 构成第二工作联合体; 所述第一液压缸和第二液压缸的无杆腔通过一 进程 方向控制阀连接于一进程液压动力单元;所述 第一液压缸和第二液压缸的有杆腔通过一回 程方向控制阀连接于一回程液压动力单元;所 述第一海水缸和第二海水缸的有杆腔通过一 能量回收方向控制阀连接于高压浓盐水管路或 低压浓盐水管路;所述第一海水缸和第二海 水缸的无杆腔分别通过止入单向阀连接于高压 原海水管路,又分别通过一止出单向阀连接 于原海水管路; 在高压原海水管路中设有水压蓄能器; 所述加压与能量回收一体化装置还 包括系统控制单元, 该系统控制单元至少由控制器、设置在液压回 路中的液压压力传感器 和设置在高压原海水管路中的水压压力传感器 、以及设置在活塞杆往返行程中的多个活塞 位置传感器组成; 该控制单元根据系统负荷要求、活塞杆位置传 感器给出的位置信号和各 压力传感器信号来控制进程方向控制阀、回程 方向控制阀以及能量回收方向控制阀的切换 与协调; 进程方向控制阀与回程方向控制阀联合协调动 作, 以控制第一工作联合体和第二 工作联合体处于液压缸活塞杆相对缸体向外伸 出的进程和液压缸活塞杆相对缸体向内缩 回的回程的交叉和交替运动状态;能量回收方 向控制阀控制处于进程的海水缸能量回收腔 与高压浓盐水管路接通, 处于回程的海水缸能量回收腔与低压浓盐水管 路接通; 由控制器 控制进程液压动力单元与回程液压动力单元输 出的压力和流量,从而实现给定的淡水制水

在本发明的一较佳实施方式中,所述第一液 压缸的活塞杆与第一海水缸的活塞杆相连 接, 构成第一工作联合体; 所述第二液压缸的活塞杆与第二海水缸的活塞 杆相连接, 构成 第二工作联合体。 在本发明的一较佳实施方式中,所述两个液压 缸的无杆腔分别为第一进程腔和第二进 程腔, 两个液压缸的有杆腔分别为第一回程腔和第二 回程腔; 所述两个海水缸的无杆腔分 别为第一加压腔和第二加压腔,两个海水缸的 有杆腔分别为第一能量回收腔和第二能量回 收腔; 所述海水缸的能量回收腔截面面积与加压腔的 截面面积之比 =l-k; 所述液压缸的进 程腔截面面积与海水缸的加压腔截面面积之比 =ko XkXPs/Ph ; 其中, Ps为满足反渗透膜 正常工作所需的压力, Ph为液压动力单元的输出油压, ko为大于 1的系数, k为海水淡 化反渗透膜系统的淡水回收率。

在本发明的一较佳实施方式中,所述进程方向 控制阀为一个二位四通或三位四通方向 阀, 其控制方式为电磁或电液控制; 该进程方向控制阀的进油口、 回油口分别与进程液压 动力单元输出油口和回油口连接;进程方向控 制阀的两个工作油口分别连接第一液压缸和 第二液压缸的进程腔。

在本发明的一较佳实施方式中,所述回程方向 控制阀为一个二位四通或三位四通方向 阀, 其控制方式为电磁或电液控制; 该回程方向控制阀的进油口、 回油口分别与回程液压 动力单元输出油口和回油口连接;回程方向控 制阀的两个工作油口分别连接第一液压缸和 第二液压缸的回程腔。

在本发明的一较佳实施方式中,所述能量回收 方向控制阀为一个二位四通或三位四通 的海水分配阀, 其控制方式为电磁或电液控制; 该能量回收方向控制阀的进液口与反渗透 膜组输出的高压浓盐水管路连接,能量回收方 向控制阀的回液口与系统低压浓盐水管路连 接; 能量回收方向控制阀的两个工作液口分别连接 第一海水缸和第二海水缸的能量回收 腔; 该能量回收方向控制阀控制处于进程的海水缸 能量回收腔与高压浓盐水管路接通, 控 制处于回程的海水缸能量回收腔与系统低压浓 盐水排放管路接通。

在本发明的一较佳实施方式中, 所述进程方向控制阀、回程方向控制阀和能量 回收方 向控制阀为滑阀、 转阀或是由多个插装阀构成的逻辑控制阀组。

在本发明的一较佳实施方式中, 所述进程方向控制阀、回程方向控制阀和能量 回收方 向控制阀具有换向缓冲调节功能、 中位过渡机能。

在本发明的一较佳实施方式中, 所述进程液压动力单元由原动机、高压液压泵 和辅助 装置组成; 进程液压动力单元给第一液压缸和第二液压缸 提供高压液压动力油源, 驱动活 塞杆作向外伸出的进程运动。

在本发明的一较佳实施方式中, 进程液压动力单元的原动机为电动机、 内燃机或其他 常用动力装置; 高压液压泵为定量泵或变量液压泵, 优选为轴向柱塞泵或者叶片泵。

在本发明的一较佳实施方式中, 所述回程液压动力单元由原动机、低压液压泵 和辅助 装置组成; 回程液压动力单元给第一液压缸和第二液压缸 提供低压液压动力油源, 驱动活 塞杆作向内缩回的回程运动。

在本发明的一较佳实施方式中, 回程液压动力单元的原动机为电动机、 内燃机或其他 常用动力装置, 也可以和进程液压动力单元共享原动机。

在本发明的一较佳实施方式中, 所述液压动力单元中的辅助装置包括液压油箱 、冷却 器、 过滤器、 压力可调的电控溢流阀、 液压蓄能器、 压力传感器或压力表、 温度传感器或 温度表、 液位传感器或液位指示表、 连接管路和阀门。

在本发明的一较佳实施方式中,所述第一液压 缸和第二液压缸带有机械或电控缓冲装 置。

在本发明的一较佳实施方式中, 所述第一海水缸和第二海水缸的缸体、活塞及 活塞杆 是由耐海水腐蚀的材料制成; 缸体为双相不锈钢或玻璃钢复合材料; 活塞及活塞杆为双向 不锈钢或耐腐蚀的铜合金材料。

在本发明的一较佳实施方式中,所述水压蓄能 器是一个采用耐海水腐蚀材料制作的蓄 在本发明的一较佳实施方式中, 该控制单元实施如下基本过程控制: 由系统控制单元 根据系统负荷需求调节进程液压动力单元的输 出压力和流量,输出的高压液压油通过进程 方向控制阀进入第一液压缸的进程腔,驱动第 一液压缸的活塞杆向第一海水缸的活塞及活 塞杆施压;同时,高压浓盐水管路通过能量回 收方向控制阀进入第一海水缸的能量回收腔, 也向第一海水缸的活塞施压,高压液压驱动力 和高压浓盐水的压力相叠加后一同驱动第一 海水缸的活塞移动, 将第一海水缸加压腔中的原海水升压,通过止 入单向阀挤入高压原海 水管路, 进入反渗透膜组; 与此同时, 回程液压动力单元输出的低压液压油通过回程 方向 控制阀进入第二液压缸, 由系统控制单元调节回程液压动力单元的压力 和流量, 驱动第二 液压缸的活塞快速回位, 带动第二海水缸的活塞移动, 第二海水缸的加压腔通过止出单向 阀吸入原海水,第二海水缸的能量回收腔通过 能量回收方向控制阀排出已经做功后的浓盐 水, 同时也通过进程方向控制阀排出第二液压缸进 程腔内已经做功后的液压油, 并且第二 液压缸的活塞在第一液压缸的活塞尚未到达工 作终点前的位置时即已回到第二液压缸的 起点,在第一液压缸的工作行程到达终点时, 由系统控制单元发出指令使回程方向控制阀、 进程方向控制阀和能量回收方向控制阀换位, 第二液压缸和第二海水缸与第一液压缸和第 一海水缸的工作机制互换, 由此循环往复, 完成海水淡化所需加压及能量回收的工作。 在本发明的一较佳实施方式中, 该控制单元实施如下恒流量过程控制: 由系统控制单 元根据系统负荷需求调节进程液压动力单元的 输出压力和流量,输出的高压液压油通过进 程方向控制阀进入第一液压缸的进程腔,驱动 第一液压缸的活塞杆向第一海水缸的活塞及 活塞杆施压; 同时, 高压浓盐水管路通过能量回收方向控制阀进入 第一海水缸的能量回收 腔, 也向第一海水缸的活塞施压, 高压液压驱动力和高压浓盐水的压力相叠加后 一同驱动 第一海水缸的活塞移动, 将第一海水缸加压腔中的原海水升压,通过止 入单向阀挤入高压 原海水管路, 进入反渗透膜组; 与此同时, 回程液压动力单元输出的低压液压油通过回程 方向控制阀进入第二液压缸, 由系统控制单元调节回程液压动力单元的压力 和流量, 驱动 第二液压缸的活塞快速回位, 带动第二海水缸的活塞移动, 第二海水缸的加压腔通过止出 单向阀吸入原海水,第二海水缸的能量回收腔 通过能量回收方向控制阀排出已经做功后的 浓盐水, 同时也通过进程方向控制阀排出第二液压缸进 程腔内已经做功后的液压油, 并且 第二液压缸的活塞在第一液压缸的活塞尚未到 达工作终点前的位置时即已回到第二液压 缸的起点, 由系统控制单元发出指令使回程方向控制阀进 入中位,进程方向控制阀也同步 向中位切换, 将高压液压油同时配送给第一液压缸和第二液 压缸, 并使得进入第一液压缸 进程腔的流量逐步减少, 进入第二液压缸的进程腔的流量则逐步增加, 且进入第一液压缸 进程腔的流量与进入第二液压缸进程腔的流量 之和为常量; 与之相对应, 能量回收方向控 制阀也进行相应的切换进入中位,使得进入第 一海水缸能量回收腔的高压浓盐水流量逐步 减少, 进入第二海水缸能量回收腔的高压浓盐水流量 则逐步增加, 这样, 两个工作联合体 在液压压力和回收高压浓盐水压力的共同作用 下,保证在第一海水缸海水加压腔流出的高 压原海水流量逐步减少的同时, 第二海水缸海水加压腔输出的高压原海水流量 则逐步增 加, 二者流出的高压原海水流量之和为常量, 实现高压原海水的连续稳定输出给反渗透膜 组; 在第一液压缸的工作行程到达终点时, 由系统控制单元发出指令使回程方向控制阀、 进程方向控制阀和能量回收方向控制阀换位, 第二液压缸和第二海水缸与第一液压缸和第 一海水缸的工作机制互换, 由此循环往复, 完成海水淡化所需加压及能量回收的工作。

由上所述, 本发明通过一对液压及海水活塞缸同时完成高 压海水泵、能量回收及增压 装置的三大功能, 采用液压驱动来补充海水淡化所需能量, 采用液-液交换实现压力能的 回收。本发明与目前最先进的高压海水泵 +压力交换能量回收装置 +增压泵的海水淡化系统 相比, 在结构上保留了压力交换能量回收装置, 且让其同时承担全部原海水的加压工作, 用高压液压泵 +液压缸的液压系统替代了高压海水泵 +海水增压泵的系统, 由此产生如下有 益效果:

1.系统初始投资成本大幅度降低:

液压系统所用的高压泵、 油缸、 控制阀等, 均是由钢或铸铁制成, 且已经是大批量工 业化生产的成熟产品, 价格低廉。 而高压海水泵则需要使用既耐腐蚀又耐磨的贵 重金属, 如双相不锈钢、 铝青铜、 陶瓷材料等, 加工难度大, 材料价格高。 同等功率的传统高压海 水泵系统是本液压加压系统成本的数倍; 同时, 由于加压与能量回收功能的高度集成, 节 省了传统系统中大量的连接管道和阀门, 管道工程和材料成本也大为降低; 同时也节省了 占地面积, 减少包括厂房在内的基础设施建设成本。

2.系统效率得到提升:

本发明的系统中, 能量回收系统与先进的压力交换系统原理是一 样的, 效率也相同; 但在高压泵部分, 目前柱塞式高压海水泵的泵效在 80%左右, 多级离心式高压海水泵的泵 效则在 78%左右; 在本发明的系统中, 由于海水缸两腔内的压力基本平衡, 海水加压过程 的容积效率和机械效率都很高, 高压液压泵(如高压轴向柱塞泵) 的泵效则在 90%以上, 即便考虑到阀控、 液压缸效率及液压油路系统的压力损失(1-2%) 系统总效率可达 85%, 至少能提高 5-10%, 相应可降低电耗, 即降低运营成本。

3.系统可靠性提高- 本发明中省去了故障率较高、 寿命较短的高压海水泵, 而液压系统则相对比较成熟, 故障率低, 在负荷相对平稳的海水淡化系统中, 寿命也会比较长。如本系统和效率相对较 高的柱塞式高压海水泵系统相比, 由于机械式柱塞泵流量波动明显, 且活塞的行程有限, 为了获得较大的海水流量, 就必须使活塞高速往复运动, 300-500rpm, 导致水压冲击、 振 动和噪声都比较大, 运动部件磨损快, 阀组及密封部件容易失效等。相比之下, 本系统的 高压海水缸行程长, 往复频率可降低到柱塞泵的几分之一, 加上水压蓄能器的稳压和特殊 的过渡过程控制, 使高压海水的流量接近常量, 冲击振动要小得多, 自然其故障率减少, 系统本身的使用寿命增加, 模组的寿命也相应增加。更为重要的是, 由于液压系统所特有 的安全保护和缓冲机制,可以保护包括膜组在 内的整个系统免受误操作等意外事件造成高 压冲击引起的破坏。

4.维修成本低:

高压海水泵的泵体泵芯在海水的腐蚀冲刷磨损 之后, 只能更换, 而液压泵的泵芯则可 以修复, 使维修成本大大降低。

5.系统适应性强, 负荷调节灵活:

如进程液压泵采用变量泵, 其排量变量范围可以从 10%到 100%, 由此可以在很宽的负 荷范围内进行调节, 且效率变化不大, 这是其他海水淡化系统所难以达到的, 因为无论离 心泵还是柱塞泵, 其输出流量是基本不变的, 只能用关停部分机组来进行负荷调节, 每天 要完成一次起停控制, 工作量太大。 由此可带来两大优势, 一是该系统能和风能、 太阳能 等不稳定的能源供应相结合, 促进新能源的应用; 二是可大量使用夜间低谷电, 降低白天 负荷, 即用海水淡化中淡水储存来调节电网负荷, 淡水储存的成本很低; 就目前工业用电 的价格而言, 白天电价各地有所不同, 平均在 1元左右, 而晚上的低谷电价则在 0. 35元 左右, 是白天的 1/3, 这样, 不但能大幅度降低海水淡化的用电成本, 同时也能提高整个 电网运行的能源使用效率。 附图说明 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解 释, 并不限定本发明的范围。 其中: 图 1 : 为本发明膜法海水淡化加压与能量回收一体化 装置的系统原理图。

图 2: 为本发明中进程液压动力单元和回程液压动力 单元的结构示意图。

图 3: 为本发明中具有恒流量功能的两个海水缸的高 压海水流量-时间示意图。 具体实施方式 为了对本发明的技术特征、 目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说 明本发明的 具体实施方式。

本发明提出一种膜法海水淡化加压与能量回收 一体化方法, 由单出杆活塞式海水缸的 活塞杆与单出杆活塞式油缸的活塞杆相对固定 连接,组成两个或两个以上交替运行的工作 联合体; 在油缸驱动海水缸往返运动的过程中,海水缸 的一活塞腔在进程时吸入渗透膜过 滤后的高压浓盐水, 回程时排出; 海水缸的另一活塞腔在回程时吸入原海水, 在进程时对 原海水加压; 由此,通过油缸高压液压驱动力和高压浓盐水 的压力相互叠加对原海水进行 加压, 并将加压后的高压原海水连续稳定地输出给反 渗透膜组。

如图 1、 图 2所示, 根据上述方法, 本发明还提出一种膜法海水淡化加压与能量回 收 一体化装置 100, 所述加压与能量回收一体化装置 100包括有第一液压缸 1、 第二液压缸 2和第一海水缸 3、 第二海水缸 4, 所述第一液压缸 1、 第二液压缸 2、 第一海水缸 3、 第 二海水缸 4均为单出杆活塞缸; 所述第一液压缸 1和第二液压缸 2分别由缸体(含左右缸 盖) la、 2a, 活塞及活塞杆 lb、 2b所组成, 活塞将液压缸的容积分隔为左右两腔体, 所 述两个液压缸的无杆腔分别为第一进程腔 lc和第二进程腔 2c, 两个液压缸的有杆腔分别 为第一回程腔 Id和第二回程腔 2d; 所述第一海水缸 3和第二海水缸 4分别由缸体(含左 右缸盖) 3a、 4a, 活塞及活塞杆 3b、 4b所组成, 活塞将海水缸的容积分隔为左右两腔体, 所述两个海水缸的无杆腔分别为第一加压腔 3c和第二加压腔 4c, 两个海水缸的有杆腔分 别为第一能量回收腔 3d和第二能量回收腔 4d ; 所述第一液压缸 1的活塞杆 lb与第一海 水缸 3的活塞杆 3b通过连接器 5相对固定连接, 第一液压缸 1活塞的工作行程与第一海 水缸 3活塞的工作行程一致, 构成第一工作联合体; 所述第二液压缸 2的活塞杆 2b与第 二海水缸 4的活塞杆 4b通过连接器 6相对固定连接, 第二液压缸 2活塞的工作行程与第 二海水缸 4活塞的工作行程一致, 构成第二工作联合体; 所述第一液压缸 1和第二液压缸 2的进程腔 lc、 2c通过一进程方向控制阀 13连接于一进程液压动力单元 15; 所述第一液 压缸 1和第二液压缸 2的回程腔 ld、 2d通过一回程方向控制阀 12连接于一回程液压动力 单元 14; 所述液压缸的两端缸盖上设置有通用的缓冲装 置, 防止活塞在换向时与缸盖发 生撞击; 所述第一海水缸 3和第二海水缸 4的能量回收腔 3d、 4d通过一能量回收方向控 制阀 11连接于高压浓盐水管路 30或低压浓盐水管路 31 ; 所述第一海水缸 3的加压腔 3c 通过止入单向阀 7连接于高压原海水管路 28, 所述第二海水缸 4的加压腔 4c通过另一止 入单向阀 9也连接于高压原海水管路 28; 同时, 所述第一海水缸 3的加压腔 3c又通过止 出单向阀 8连接于原海水管路 29, 所述第二海水缸 4的加压腔 4c又通过另一止出单向阀 10也连接于原海水管路 29; 在高压原海水管路 28中设有水压蓄能器 25, 吸收高压原海 水管路 28中可能出现的压力冲击与波动, 从而保护反渗透膜组; 所述加压与能量回收一 体化装置 100还包括系统控制单元, 该系统控制单元至少由控制器 16、 设置在液压回路 中的液压压力传感器 14f、 15f 和设置在高压原海水管路 28中的水压压力传感器 26、 以 及设置在活塞杆往返行程中的多个活塞位置传 感器 17、 18、 19、 20、 21、 22、 23、 24组 成; 该控制单元根据系统负荷要求、活塞杆位置传 感器给出的位置信号和各压力传感器信 号来控制进程方向控制阀 13、 回程方向控制阀 12以及能量回收方向控制阀 11的切换与 协调; 进程方向控制阀 13与回程方向控制阀 12联合协调动作, 以控制第一工作联合体和 第二工作联合体处于液压缸活塞杆向外伸出的 进程和液压缸活塞杆向内缩回的回程的交 叉和交替运动状态; 能量回收方向控制阀 11控制处于进程的海水缸能量回收腔与高压浓 盐水管路 30接通, 处于回程的海水缸能量回收腔与低压浓盐水管 路 31接通; 由控制器 16控制进程液压动力单元 15与回程液压动力单元 14输出的压力和流量, 从而实现给定 的淡水制水量。

由上所述, 本发明通过一对海水活塞缸同时完成高压海水 泵、能量回收及增压装置的 三大功能, 采用液压驱动来补充海水淡化所需能量, 采用液-液交换实现压力能的回收。 由此, 降低了系统成本, 提高了系统效率和可靠性。

进一步, 在本实施方式中, 所述海水缸 3、 4的能量回收腔 3d、 4d截面面积与加压腔

3c、 4c的截面面积之比 =l-k ; 所述液压缸 1、 2的进程腔 lc、 2c截面面积与海水缸 3、 4 的加压腔 3c、 4c截面面积之比 =ko X kX Ps/Ph ; 其中, Ps为满足反渗透膜正常工作所需 的压力, 在当前技术水平下约为 5-7Mpa ; Ph为液压动力单元的输出油压, 根据所用液压 泵特性不同而选择, 优选高压轴向柱塞泵, 压力为 25-40Mpa之间; ko为一个略大于 1的 系数, 主要考虑克服管道阻力损失、 摩擦阻力损失和泄漏等因素; k为海水淡化反渗透膜 系统的淡水回收率, 在当前的反渗透膜技术水平下, k约为 30-60%。

在本实施方式中, 如图 1所示, 所述进程方向控制阀 13为一个二位四通方向阀, 或 者为一个三位四通方向阀, 进程方向控制阀 13的控制方式为电磁控制, 或者为电液控制; 该进程方向控制阀 13的进油口 P与进程液压动力单元 15的输出油口连接,进程方向控制 阀 13的回油口 T与进程液压动力单元 15的回油口连接; 进程方向控制阀 13的两个工作 油口 A、 B分别连接第一液压缸的进程腔 lc和第二液压缸的进程腔 2c。 所述进程方向控 制阀 13可为滑阀、 转阀或是由多个插装阀构成的逻辑控制阀组; 所述进程方向控制阀 13 具有换向缓冲调节功能和中位过渡机能; 在中位时高压进油口 P和两个工作油口 A、 B同 时接通, 则可实现恒流量功能, 可降低换向冲击。

如图 1所示, 所述回程方向控制阀 12也为一个二位四通方向阀, 或者为一个三位四 通方向阀, 回程方向控制阀 12的控制方式也为电磁控制, 或者为电液控制; 该回程方向 控制阀 12的进油口 P与回程液压动力单元 14的输出油口连接, 回程方向控制阀 12的回 油口 T与回程液压动力单元 14的回油口连接; 回程方向控制阀 12的两个工作油口 A、 B 分别连接第一液压缸的回程腔 Id和第二液压缸的回程腔 2d。 所述回程方向控制阀 12可 为滑阀、 转阀或是由多个插装阀构成的逻辑控制阀组。 所述回程方向控制阀 12具有换向 缓冲调节功能和中位过渡机能; 在中位时回油口 T和两个工作油口 A、 B同时接通, 可降 低回程速度调节的精度, 降低换向冲击。

如图 1所示, 所述能量回收方向控制阀 11为一个二位四通的海水分配阀, 或者为一 个三位四通的海水分配阀, 能量回收方向控制阀 11的控制方式为电磁控制, 或者为电液 控制;该能量回收方向控制阀 11的进液口 P与反渗透膜组输出的高压浓盐水管路 30连接, 能量回收方向控制阀 11的回液口 T与系统低压浓盐水管路 31连接;能量回收方向控制阀 11的两个工作液口 A、 B分别连接第一海水缸的能量回收腔 3d和第二海水缸的能量回收 腔 4d ; 该能量回收方向控制阀 11控制处于进程的海水缸能量回收腔与高压浓 水管路 30 接通, 控制处于回程的海水缸能量回收腔与系统低压 浓盐水管路 31接通。 所述能量回收 方向控制阀 11可为滑阀、 转阀或是由多个插装阀构成的逻辑控制阀组; 该能量回收方向 控制阀 11可设置中位过渡机能,其在中位时高压进液 P和两个工作液口 A、B同时接通, 以实现恒流量功能。

进一步, 在本实施方式中, 如图 1、 图 2所示, 所述进程液压动力单元 15由原动机 15a,高压液压泵 15b和辅助装置组成; 进程液压动力单元 15给第一液压缸 1和第二液压 缸 2提供高压液压动力油源, 驱动活塞杆作向外伸出的进程运动; 进程液压动力单元 15 的原动机 15a可为电动机、 内燃机或其他常用动力装置; 高压液压泵 15b为定量泵或变量 液压泵, 优选为轴向柱塞泵或者叶片泵。 所述辅助装置包括液压油箱 27、 冷却器 27a、 过 滤器 15c、压力可调的电控溢流阀 15e、 液压蓄能器 15g、 压力传感器或压力表 15f、温度 传感器或温度表、 液位传感器或液位指示表、 连接管路和设置在出油口上的止入单向阀 15d。 由于工作过程中, 液压油流量波动较大, 特设液压蓄能器 15g进行调节。

所述回程液压动力单元 14由原动机 14a、 低压液压泵 14b和辅助装置组成; 回程液 压动力单元 14给第一液压缸 1和第二液压缸 2提供低压液压动力油源, 驱动活塞杆作向 内缩回的回程运动; 回程液压动力单元 14的原动机 14a可为电动机、 内燃机或其他常用 动力装置(也可以考虑和进程液压动力单元 15的原动机 15a共享); 所述原动机 14a的功 率可小于原动机 15a; 低压液压泵 14b的流量可小于高压液压泵 15b ; 所述辅助装置包括 液压油箱 27、 冷却器 27a、 过滤器 14c、 压力可调的电控溢流阀 14e、 液压蓄能器 14g、 压力传感器或压力表 14f、 温度传感器或温度表、 液位传感器或液位指示表、 连接管路和 设置在出油口上的止入单向阀 14d。 由于工作过程中, 液压油流量波动较大, 特设液压蓄 能器 14g进行调节。

在本实施方式中, 所述第一海水缸 3和第二海水缸 4的缸体 3a、 4a、 活塞及活塞杆 3b、 4b是由耐海水腐蚀的材料制成的; 缸体 3a、 4a优选为双相不锈钢或玻璃钢复合材料; 活塞及活塞杆 3b、 4b优选为双向不锈钢或耐腐蚀的铜合金材料。

设置在高压原海水管路 28中的水压蓄能器 25, 可以吸收高压原海水管路 28中可能 出现的压力冲击与波动, 进而保护反渗透膜组; 该水压蓄能器 25采用耐海水腐蚀材料制 作, 优选为皮囊式蓄能器。

进一步,所述系统控制单元是由控制器 16、设置在液压回路中的液压压力传感器 14f、 15f 和设置在高压原海水管路 28中的水压压力传感器 26、 以及设置在活塞杆往返行程中 的多个活塞位置传感器 17、 18、 19、 20、 21、 22、 23、 24组成; 其中, 活塞位置传感器 17、 18、 19、 20设置在第一工作联合体的第一液压缸 1与第一海水缸 3之间的活塞杆往 返行程中, 所述传感器 17、 18位于第一海水缸 3—端呈间隔设置, 传感器 17邻近第一海 水缸 3; 所述传感器 19、 20位于第一液压缸 1一端呈间隔设置, 传感器 20邻近第一液压 缸 1 ; 由此, 在第一工作联合体的活塞杆往复运动过程中, 传感器 18、 19可发出活塞位 置接近终点的预警信号, 传感器 17、 20则发出活塞位置到达终点的交替换位信号。 同理, 活塞位置传感器 21、 22、 23、 24设置在第二工作联合体的第二液压缸 3与第二海水缸 4 之间的活塞杆往返行程中, 所述传感器 21、 22位于第二海水缸 4一端呈间隔设置, 传感 器 21邻近第二海水缸 4; 所述传感器 23、 24位于第二液压缸 2—端呈间隔设置, 传感器 24邻近第二液压缸 2; 由此, 在第二工作联合体的活塞杆往复运动过程中, 传感器 22、 23可发出活塞位置接近终点的预警信号, 传感器 21、 24则发出活塞位置到达终点的交替 换位信号。 控制器 16根据各压力传感器和位置传感器的信号来控 各液压动力单元中液 压泵的输出流量、 压力以及进程方向控制阀 13、 回程方向控制阀 12以及能量回收方向控 制阀 11的电磁铁的动作。

该控制单元实施如下基本过程控制: 由系统控制单元根据系统负荷需求调节进程液 压 动力单元 15的输出压力和流量,输出的高压液压油通过 程方向控制阀 13进入第一液压 缸的进程腔 lc, 驱动第一液压缸 1的活塞杆 lb向第一海水缸 3的活塞及活塞杆 3b施压; 同时, 高压浓盐水管路 30通过能量回收方向控制阀 11进入第一海水缸 3的能量回收腔 3d, 也向第一海水缸 3的活塞施压, 高压液压驱动力和高压浓盐水的压力相叠加后 一同驱 动第一海水缸的活塞向左移动, 将第一海水缸 3加压腔 3c中的原海水升压, 通过止入单 向阀 7挤入高压原海水管路 28, 进入反渗透膜组; 与此同时, 回程液压动力单元 14输出 的低压液压油通过回程方向控制阀 12进入第二液压缸 2, 由系统控制单元调节回程液压 动力单元 14的压力和流量, 驱动第二液压缸 2的活塞快速向右回位, 带动第二海水缸 4 的活塞右移, 第二海水缸 4的加压腔 4c通过止出单向阀 10吸入原海水, 第二海水缸 4的 能量回收腔 4d通过能量回收方向控制阀 11排出已经做功后的浓盐水,同时也通过进程 向控制阀 13排出第二液压缸进程腔 2c内已经做功后的液压油,并且第二液压缸 2的活塞 在第一液压缸 1的活塞尚未到达工作终点前的位置时即已回 第二液压缸 2的起点,在第 一液压缸 1 的工作行程到达终点时, 由系统控制单元发出指令使回程方向控制阀 12、 进 程方向控制阀 13和能量回收方向控制阀 11换位,第二液压缸 2和第二海水缸 4与第一液 压缸 1和第一海水缸 3的工作机制互换, 由此循环往复, 完成海水淡化所需加压及能量回 收的工作。

由于在切换过程中, 系统处于失压状态, 导致进入反渗透膜组的高压原海水的流量及 压力的大幅波动, 容易对管道和模组造成疲劳损坏; 因此, 本发明在高压原海水输出端接 入一个水压蓄能器 25, 可将压力波动控制在一定幅度内, 以来减少流量和压力的波动和 冲击, 保护反渗透膜组; 不仅如此, 本发明还通过设置各阀的中位过渡机能和系统 控制单 元中的恒流量控制模式, 进一步降低高压原海水的流量和压力波动。

在该系统中的进程方向控制阀、回程方向控制 阀及能量回收方向控制阀均设置中位过 渡机能, 并通过调节回程控制动力系统使得液压缸的回 程速度高于进程速度, 这样, 进程 控制阀在切换过程中可将高压液压油同时配送 给第一液压缸和第二液压缸的进程腔,并使 得进入第一液压缸进程腔的流量逐步减少, 进入第二液压缸进程腔的流量逐步增加; 能量 回收方向控制阀使得进入第一工作联合体能量 回收腔的高压浓盐水流量逐步减少,进入第 二工作联合体能量回收腔的高压浓盐水流量则 逐步增加,这样就使得在第一工作联合体海 水加压缸流出的高压原海水流量逐步减少的同 时,第二工作联合体海水加压缸输出的高压 原海水流量则逐步增加,第一工作联合体和第 一工作联合体的加压腔流出的高压原海水流 量之和为常量, 进而实现高压原海水的连续稳定输出给反渗透 膜组。

具有恒流量功能的本系统工作过程是:

由系统控制单元根据系统负荷需求调节进程液 压动力单元 15的输出压力和流量, 输 出的高压液压油通过进程方向控制阀 13进入第一液压缸的进程腔 lc, 驱动第一液压缸 1 的活塞杆 lb向第一海水缸 3的活塞及活塞杆 3b施压; 同时, 高压浓盐水管路 30通过能 量回收方向控制阀 11进入第一海水缸 3的能量回收腔 3d,也向第一海水缸 3的活塞施压, 高压液压驱动力和高压浓盐水的压力相叠加后 一同驱动第一海水缸的活塞向左移动,将第 一海水缸 3加压腔 3c中的原海水升压, 通过止入单向阀 7挤入高压原海水管路 28, 进入 反渗透膜组; 与此同时, 回程液压动力单元 14输出的低压液压油通过回程方向控制阀 12 进入第二液压缸 2, 由系统控制单元调节回程液压动力单元 14的压力和流量, 驱动第二 液压缸 2的活塞快速向右回位, 带动第二海水缸 4的活塞右移, 第二海水缸 4的加压腔 4c通过止出单向阀 10吸入原海水, 第二海水缸 4的能量回收腔 4d通过能量回收方向控 制阀 11排出已经做功后的浓盐水,同时也通过进程 向控制阀 13排出第二液压缸进程腔 2c内已经做功后的液压油, 并且第二液压缸 2的活塞在第一液压缸 1的活塞尚未到达工 作终点前(由位置传感器 18确定) 的位置时即已回到第二液压缸 2的起点 (由位置传感 器 24确定), 由系统控制单元发出指令使回程方向控制阀 12进入中位, 进程方向控制阀 13也逐步向中位切换,将高压液压油同时配送 第一液压缸 1和第二液压缸 2, 并使得进 入第一液压缸 1进程腔 lc的流量逐步减少,进入第二液压缸 2的进程腔 2c的流量则逐步 增加,且进入第一液压缸进程腔 lc的流量与进入第二液压缸进程腔 2c的流量之和为常量; 与之相对应, 能量回收方向控制阀 11也进行相应的切换进入中位, 使得进入第一海水缸 3能量回收腔 3d的高压浓盐水流量逐步减少, 进入第二海水缸 4能量回收腔 4d的高压浓 盐水流量则逐步增加, 保证在第一海水缸 3海水加压腔 3c流出的高压原海水流量逐步减 少的同时, 第二海水缸 4海水加压腔 4c输出的高压原海水流量则逐步增加, 二者流出的 高压原海水流量之和为常量(如图 3所示), 实现高压原海水的连续稳定输出给反渗透膜 组; 在第一液压缸 1的工作行程到达终点 (由位置传感器 17信号确定) 时, 由系统控制 单元发出指令使回程方向控制阀 12、 进程方向控制阀 13和能量回收方向控制阀 11换位, 第二液压缸 2和第二海水缸 4与第一液压缸 1和第一海水缸 3的工作机制互换, 由此循环 往复, 完成海水淡化所需加压及能量回收的工作。

由上所述, 本发明通过一对液压及海水活塞缸同时完成了 高压海水泵、能量回收及增 压装置的三大功能, 采用液压驱动来补充海水淡化所需能量, 采用液 -液交换实现压力能 的回收。本发明与目前最先进的高压海水泵 +压力交换能量回收装置 +增压泵的海水淡化系 统相比,在结构上保留了压力交换能量回收装 置,且让其同时承担全部原海水的加压工作, 用高压液压泵 +液压缸的液压系统替代了高压海水泵 +海水增压泵的系统。

根据本结构的基本原理, 可以进行多方面的扩展或简化, 比如: 由于海水缸的活塞杆 比较粗大, 可以在海水缸的活塞杆端部轴向设置孔洞, 将液压缸的缸体固定嵌入孔洞中, 由此与海水缸的活塞杆连接, 如此结构, 既可以进一步减小结构空间尺寸, 又可以提高同 轴度; 又比如: 由两个联合体增加为多个联合体, 组合体水平摆放或者垂直摆放, 采用多 台液压泵并联以扩大单机容量, 液压泵采用不同结构及变量形式, 联接器为刚性或可补偿 安装误差的弹性连接器, 电液控制阀在小容量情况下简化为电磁控制阀 , 取消各阀的中位 过渡机能仅通过水压蓄能器来稳定流量和压力 的简化系统等等。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式, 并非用以限定本发明的范围。任何本领 域的技术人员, 在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出 的等同变化与修改, 均应属 于本发明保护的范围。




 
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