專(zhuān)利名稱(chēng)：一種兩層雙蝸殼能量傳遞執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能量傳送設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及反滲透海水淡化系統(tǒng)中關(guān)于能量回收設(shè)備的一種兩層雙蝸殼能量傳遞執(zhí)行器。
背景技術(shù)：
能量傳遞在化學(xué)工程領(lǐng)域到處可見(jiàn)，尤其是對(duì)液體進(jìn)行壓力交換。在化工生產(chǎn)中，常有一些廢液在排放前還具備相當(dāng)高壓力，如果不加以利用會(huì)造成很大的浪費(fèi)?？梢詮膹U棄的高壓流體中獲取能量作為工作液體介質(zhì)的預(yù)先增壓，由此可節(jié)省大量的能耗費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。隨著科技進(jìn)步，人口日益增多，人們向海洋開(kāi)發(fā)的愿望也日趨強(qiáng)烈，海水淡化處理日趨普及，海水淡化的能耗成本受到特別關(guān)注。早期海水淡化采用蒸餾法，如多級(jí)閃蒸技術(shù)，能耗在9. 0kffh/m3,通常只建在能量 價(jià)格很低的地區(qū)，如中東石油國(guó)，或有廢熱可利用的地區(qū)。20世紀(jì)70年代反滲透海水淡化技術(shù)投入應(yīng)用，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)。從80年代初以前建成的多數(shù)反滲透海水淡化系統(tǒng)的過(guò)程能耗6. 0kffh/m3,到如今能耗3. 0kWh/m3，其最主要的改進(jìn)是將處理后的高壓濃鹽水的能量有效回收利用，因此，能量回收效率成了降低海水淡化成本的關(guān)鍵。當(dāng)今世界在海水淡化領(lǐng)域液體能量回收利用的能量傳遞執(zhí)行設(shè)備主要有以下三種I、傳統(tǒng)的活塞液壓缸結(jié)構(gòu)類(lèi)似柱塞泵，優(yōu)點(diǎn)是工作液體介質(zhì)與廢棄高壓液體不直接接觸，最高效率可達(dá)95%，缺點(diǎn)液壓缸結(jié)構(gòu)的活塞以及活塞桿自身都有很大的摩擦功耗，特別是活塞桿的往復(fù)密封技術(shù)最難達(dá)到理想效果，實(shí)際效率往往低于90%，特別是摩擦損耗導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)頻繁、維護(hù)費(fèi)用高。專(zhuān)利號(hào)201010122952. 2，于2010年7月21日公布的我國(guó)發(fā)明專(zhuān)利用于海水淡化系統(tǒng)的差動(dòng)式能量回收裝置及方法，就屬于傳統(tǒng)活塞液壓缸結(jié)構(gòu)；2、透平——水泵組合的能量傳遞設(shè)備，突出優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定可靠，工作液體介質(zhì)與廢棄高壓液體不直接接觸，且能適應(yīng)大流量能量傳遞，雖然單機(jī)的最高效率低于75%，組合后的能量傳遞設(shè)備機(jī)組的效率一般只有40%——55%,至今仍然被大容量海水淡化系統(tǒng)所廣泛采用。當(dāng)務(wù)之急是如何減少密封摩擦，提高機(jī)組效率；3,1997年美國(guó)能量回收公司(ERI)推出壓力交換能量回收裝置(PressureExchanger),運(yùn)用正位移的原理轉(zhuǎn)換能量。優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有了機(jī)械運(yùn)動(dòng)件，其小管徑長(zhǎng)管結(jié)構(gòu)的最高回收效率可達(dá)95%。缺點(diǎn)是工作液體介質(zhì)與廢棄高壓液體直接接觸，只能限制于應(yīng)用在工作液體介質(zhì)與廢棄高壓液體相同的場(chǎng)合，且存在大流量小管徑能量傳遞，其管路能耗大；而對(duì)于大管徑結(jié)構(gòu)的能量傳遞，混合面難以控制，其效率較低明顯，傳遞質(zhì)量下降厲害，實(shí)際效率往往低于85%。一般采用多個(gè)小管徑長(zhǎng)管并聯(lián)，顯得系統(tǒng)龐大，工程投資復(fù)雜還難以管理協(xié)調(diào)，因此只能適合小容量海水淡化系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種兩層雙蝸殼能量傳遞執(zhí)行器，能彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，既能做到高效回收反滲透海水淡化系統(tǒng)處理過(guò)程中高壓濃鹽水的余壓能量，又能做到能量傳遞執(zhí)行設(shè)備少維修，甚至免于維修。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案一種兩層雙蝸殼能量傳遞執(zhí)行器，包括兩層雙蝸殼工作室殼體I、雙作用空腔葉輪2以及球形定位滾珠3，所述的兩層雙蝸殼室殼體I分上、下兩個(gè)雙蝸殼工作室，上層雙蝸殼工作室101布置有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的蝸殼室112和進(jìn)口 12對(duì)應(yīng)蝸殼室113和進(jìn)口 13，上層雙蝸殼工作室101中央有一個(gè)出口朝上的液體出口 11，下層雙蝸殼工作室109布置有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的蝸殼室117和出口 17對(duì)應(yīng)蝸殼室118和出口 18，下層雙蝸殼工作室109中央有一個(gè)出口朝下的液體進(jìn)口 19，兩個(gè)雙蝸殼工作室之間有中間連接圈15，中間連接圈15的上端面103與上層雙蝸殼工作室101的下端面102密 封結(jié)合，中間連接圈15的下端面107與下層雙蝸殼工作室109的上端面108密封結(jié)合，中間連接圈15的內(nèi)圓上至少有一環(huán)半圓定位凹槽14。兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的雙蝸殼工作室結(jié)構(gòu)好處是讓雙作用空腔葉輪2的徑向受力得到平衡，采用中間連接圈15的作用是便于與厚度調(diào)節(jié)圈25相適應(yīng)。作為進(jìn)一步優(yōu)化所述的雙作用空腔葉輪2的上板面21朝上外側(cè)對(duì)稱(chēng)布置有至少兩片以上曲面葉片22，下板面26朝下外側(cè)對(duì)稱(chēng)布置有至少兩片以上曲面葉片28，葉輪上板面21與葉輪下板面26之間有一個(gè)可更換的厚度調(diào)節(jié)圈25，厚度調(diào)節(jié)圈25的上端面202與葉輪上板面21的下端面201密封結(jié)合，厚度調(diào)節(jié)圈25的下端面203與葉輪下板面26的上端面209密封結(jié)合,且厚度調(diào)節(jié)圈25外圓上至少有一環(huán)半圓定位凹槽24與半圓定位凹槽14相對(duì)應(yīng)。厚度調(diào)節(jié)圈25的作用是為了實(shí)現(xiàn)雙作用空腔葉輪2整體空間的比重介于工作液體介質(zhì)的比重與廢棄高壓液體的比重之間。該結(jié)構(gòu)的好處是無(wú)需葉輪軸支撐，雙作用空腔葉輪2自身就能懸浮在兩相液體之間，消除任何密封摩擦阻力功耗和維修隱患。作為進(jìn)一步優(yōu)化半圓定位凹槽14與所對(duì)應(yīng)的半圓定位凹槽24環(huán)形空間包容中，至少安放三顆球形定位滾珠3。由于雙作用空腔葉輪2自身就能懸浮在兩相液體之間，球形定位滾珠3幾乎是無(wú)載荷定位工作，確保系統(tǒng)精確運(yùn)行作。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用兩層雙蝸殼工作室殼體I和雙作用空腔葉輪2。兩層雙蝸殼工作室殼體I使得本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊。兩個(gè)蝸殼工作室對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)布置的好處是讓雙作用空腔葉輪2的徑向受力得到平衡。采用厚度調(diào)節(jié)圈25結(jié)構(gòu)的好處是無(wú)需葉輪軸支撐，雙作用空腔葉輪2自身就能懸浮在兩相液體之間，消除任何密封摩擦阻力功耗和維修隱患。半圓定位凹槽14與所對(duì)應(yīng)的半圓定位凹槽24環(huán)形空間包容中，至少安放三顆球形定位滾珠3，確保系統(tǒng)精確運(yùn)行作。


圖I是本發(fā)明一種兩層雙蝸殼能量傳遞執(zhí)行器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明一種兩層雙蝸殼能量傳遞執(zhí)行器應(yīng)用于反滲透海水淡化系統(tǒng)的工作示意圖；圖3是圖I的A-A剖面圖，即上層雙蝸殼工作室剖面圖，圖中所有的曲面葉片22都是以?xún)蓚€(gè)對(duì)稱(chēng)的雙蝸殼工作室軸心4為圓心作順時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)；
圖4是圖I的B-B剖面圖，即下層雙蝸殼工作室剖面圖，圖中所有的曲面葉片28都是以?xún)蓚€(gè)對(duì)稱(chēng)的雙蝸殼工作室軸心4為圓心作順時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)；圖5是兩層雙蝸殼工作室殼體I的單獨(dú)剖面圖；圖6是兩層雙蝸殼工作室殼體I分解后的上層雙蝸殼工作室101的單獨(dú)剖面圖；圖7是兩層雙蝸殼工作室殼體I分解后的兩層雙蝸殼工作室中間連接圈15的單獨(dú)剖面圖；圖8是兩層雙蝸殼工作室殼體I分解后的下層雙蝸殼工作室109的單獨(dú)剖面圖；圖9是雙作用空腔葉輪2的單獨(dú)剖面圖；圖10是雙作用空腔葉輪2分解后的上板面21的單獨(dú)剖面圖； 圖11是雙作用空腔葉輪2分解后的厚度調(diào)節(jié)圈25的單獨(dú)剖面圖；圖12是雙作用空腔葉輪2分解后的下板面26的單獨(dú)剖面圖。
具體實(shí)施例方式圖I至圖12的結(jié)合給出了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理以及在反滲透海水淡化系統(tǒng)中的應(yīng)用。—種兩層雙蝸殼能量傳遞執(zhí)行器，包括兩層雙蝸殼工作室殼體I、雙作用空腔葉輪2以及球形定位滾珠3，所述的兩層雙蝸殼室殼體I分上、下兩個(gè)雙蝸殼工作室，上層雙蝸殼工作室101有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的蝸殼室112和進(jìn)口 12對(duì)應(yīng)蝸殼室113和進(jìn)口 13，上層雙蝸殼工作室101中間有一個(gè)出口朝上的液體出口 11 ;下層雙蝸殼工作室109有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的蝸殼室117和出口 17對(duì)應(yīng)蝸殼室118和出口 18，下層雙蝸殼工作室109中間有一個(gè)出口朝下的液體進(jìn)口 19，兩個(gè)雙蝸殼工作室之間有中間連接圈15，中間連接圈15的上端面103與上層雙蝸殼工作室101的下端面102密封結(jié)合，中間連接圈15的下端面107與下層雙蝸殼工作室109的上端面108密封結(jié)合，中間連接圈15的內(nèi)圓上有一環(huán)半圓定位凹槽14。采用的雙作用空腔葉輪2，其上板面21朝上外側(cè)對(duì)稱(chēng)布置有12片曲面葉片22，下板面26朝下外側(cè)對(duì)稱(chēng)布置有6片曲面葉片28，葉輪上板面21與葉輪下板面26之間有一個(gè)可更換的厚度調(diào)節(jié)圈25，厚度調(diào)節(jié)圈25的上端面202與葉輪上板面21的下端面201密封結(jié)合，厚度調(diào)節(jié)圈25的下端面208與葉輪下板面26的上端面209密封結(jié)合，且厚度調(diào)節(jié)圈25外圓上有一環(huán)半圓定位凹槽24與半圓定位凹槽14相對(duì)應(yīng)。這里的工作液體介質(zhì)為比重I. 02的清凈海水，這里的廢棄高壓液體為比重I. 06的濃鹽水。通過(guò)選擇合適厚度的厚度調(diào)節(jié)圈25，使得雙作用空腔葉輪2整體空間的比重等于I. 04。該結(jié)構(gòu)的好處是無(wú)需葉輪軸支撐，雙作用空腔葉輪2自身就能懸浮在兩相液體之間，消除任何密封摩擦阻力功耗和維修隱患。在尺寸允許的條件下，選擇半徑尺寸略小于定位凹槽半徑的若干顆球形定位滾珠3安放在半圓定位凹槽14與半圓定位凹槽24所對(duì)應(yīng)的空間包容中。工作開(kāi)始，清凈海水進(jìn)入單向閥81后被大功率高壓泵7直接增壓到設(shè)計(jì)壓力，通過(guò)三通91經(jīng)管路63進(jìn)入反滲透裝置5的海水腔51，在設(shè)計(jì)壓力的作用下穿過(guò)反滲透膜55后進(jìn)入反滲透裝置5的淡水產(chǎn)品腔52，淡水產(chǎn)品從管路64流出到應(yīng)用目的地處。被反滲透膜55擋住的濃鹽水從管路65流出參與能量回收傳遞交換，一般仍然具備6. OMPa0在有能量回收傳遞交換的過(guò)程中，具備余壓的濃鹽水從管路65流出，經(jīng)三通92后分兩路。一路經(jīng)管路66流經(jīng)進(jìn)口 13進(jìn)入蝸殼室113 ;另一路經(jīng)管路67流經(jīng)進(jìn)口 12進(jìn)入蝸殼室112。兩路具備余壓的濃鹽水同時(shí)對(duì)12片曲面葉片22做功，使得雙作用空腔葉輪2整體以雙蝸殼工作室軸心4為圓心作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。經(jīng)做功泄壓的濃鹽水從液體出口 11處排放到指定的地方。與此同時(shí)，曲面葉片22同步以雙蝸殼工作室軸心4為圓心作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，甩動(dòng)下層雙蝸殼工作室中的清凈海水分兩路壓出，一路經(jīng)蝸殼室117從出口 17壓出流經(jīng)管路69 ;另一路經(jīng)蝸殼室118從出口 18壓出流經(jīng)管路68。在三通93處回籠一股，流經(jīng)管路61后和單向閥82后，被小功率增壓泵7再增壓到設(shè)計(jì)壓力，通過(guò)三通91經(jīng)管路63進(jìn)入反滲透裝置5的海水腔51，在設(shè)計(jì)壓力的作用下穿過(guò)反滲透膜55后進(jìn)入反滲透裝置5的淡水產(chǎn)品腔52，淡水產(chǎn)品從管路64流出到應(yīng)用目的地處。被反滲透膜55擋住的濃鹽水從管路65流出再次參與能量回收傳遞交換，周而復(fù)始，連續(xù)工作。最后，還需要注意的是，以上案例僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容 直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種兩層雙蝸殼能量傳遞執(zhí)行器，包括兩層雙蝸殼工作室殼體(I)、雙作用空腔葉輪(2)以及球形定位滾珠(3)，其特征是所述的兩層雙蝸殼室殼體(I)分上、下兩個(gè)雙蝸殼工作室，上層雙蝸殼工作室(101)布置有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的蝸殼室(112)和進(jìn)口(12)對(duì)應(yīng)蝸殼室(113)和進(jìn)口(13)，上層雙蝸殼工作室(101)中央有一個(gè)出口朝上的液體出口(11)，下層雙蝸殼工作室(109)布置有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的蝸殼室(117)和出口(17)對(duì)應(yīng)蝸殼室(118)和出口(18)，下層雙蝸殼工作室(109)中央有一個(gè)出口朝下的液體進(jìn)口(19)，兩個(gè)雙蝸殼工作室之間有中間連接圈(15)，中間連接圈(15)的上端面(103)與上層雙蝸殼工作室(101)的下端面(102)密封結(jié)合，中間連接圈(15)的下端面(107)與下層雙蝸殼工作室(109)的上端面(108)密封結(jié)合，中間連接圈(15)的內(nèi)圓上至少有一環(huán)半圓定位凹槽(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種兩層雙蝸殼能量傳遞執(zhí)行器，其特征是雙作用空腔葉輪(2)的上板面(21)朝上外側(cè)對(duì)稱(chēng)布置有至少兩片以上曲面葉片(22)，下板面(26)朝下外 側(cè)對(duì)稱(chēng)布置有至少兩片以上曲面葉片(28)，葉輪上板面(21)與葉輪下板面(26)之間有一個(gè)可更換的厚度調(diào)節(jié)圈(25)，厚度調(diào)節(jié)圈(25)的上端面(202)與葉輪上板面(21)的下端 面(201)密封結(jié)合，厚度調(diào)節(jié)圈(25)的下端面(203)與葉輪下板面(26)的上端面(209)密封結(jié)合，且厚度調(diào)節(jié)圈(25)外圓上至少有一環(huán)半圓定位凹槽(24)與半圓定位凹槽(14)相對(duì)應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種兩層雙蝸殼能量傳遞執(zhí)行器，其特征是半圓定位凹槽(14)與所對(duì)應(yīng)的半圓定位凹槽(24)環(huán)形空間包容中，至少安放三顆球形定位滾珠(3)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種兩層雙蝸殼能量傳遞執(zhí)行器，能彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，既能做到高效回收反滲透海水淡化系統(tǒng)處理過(guò)程中高壓濃鹽水的余壓能量，又能做到能量傳遞執(zhí)行設(shè)備少維修，甚至免于維修。本發(fā)明采用兩層雙蝸殼工作室殼體1和雙作用空腔葉輪2。兩層雙蝸殼工作室殼體1使得本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊。兩個(gè)蝸殼工作室對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)布置的好處是讓雙作用空腔葉輪2的徑向受力得到平衡。采用厚度調(diào)節(jié)圈25結(jié)構(gòu)的好處是無(wú)需葉輪軸支撐，雙作用空腔葉輪2自身就能懸浮在兩相液體之間，消除任何密封摩擦阻力功耗和維修隱患。半圓定位凹槽14與所對(duì)應(yīng)的半圓定位凹槽24環(huán)形空間包容中，至少安放三顆球形定位滾珠3，確保系統(tǒng)精確運(yùn)行作。
文檔編號(hào)F03B3/00GK102734042SQ201110091610
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月5日
發(fā)明者張意立 申請(qǐng)人:張意立