一种压力交换能量回收缸

摘要

本发明公开了一种压力交换能量回收缸，它的左缸筒和右缸筒分别安装在中心块两侧，活塞杆安装在中心块上，活塞杆的两端分别伸至左缸筒和右缸筒中并连接左、右活塞，左活塞和右活塞的外侧端安装有稀土永磁铁；左缸筒和右缸筒的外侧端安装有左端盖和右端盖；安装在支架上的磁性接近开关分别靠近左端盖和右端盖；左端盖和右端盖上开有孔；中心块的顶部和底部分别设有四个孔道，其中顶部的四个孔道与四通整流阀的四个接口一一对应相接，底部的四个孔道与二位四通换向阀的四个接口一一对应相接。本发明压力交换能量回收缸可通过活塞沉孔和活塞杆之间的径向间隙自动适应左右缸筒和中心块的不同轴误差，具有结构紧凑、运行可靠、维护方便等优点。

权利要求

1.一种压力交换能量回收缸，其特征在于：它主要由中心块(10)、活塞杆(14)、左活塞(7)、右活塞(15)及左缸筒(3)、左端盖(1)、右缸筒(13)、右端盖(18)组成，左缸筒(3)和右缸筒(13)分别安装在中心块(10)的左右两侧并形成密封连接，活塞杆(14)安装在中心块(10)上，活塞杆(14)的左右两端分别伸至左缸筒(3)和右缸筒(13)中并连接左活塞(7)和右活塞(15)，左活塞(7)和右活塞(15)的外侧端安装有稀土永磁铁；左缸筒(3)和右缸筒(13)的外侧端安装有左端盖(1)和右端盖(18)；分别安装在左支架(35)和右支架(36)上的左磁性接近开关(34)和右磁性接近开关(19)分别靠近左端盖(1)和右端盖(18)；左端盖(1)和右端盖(18)上开有左端盖孔(1-1)和右端盖孔(18-1)；中心块(10)底部安装有二位四通换向阀，顶部安装有四通整流阀，所述二位四通换向阀的四个接口与中心块底部四个孔道的一端一一对应相接，而中心块底部的右侧孔道(10-1)的另一端接右缸筒(13)的无杆腔(38)，中心块底部的左侧孔道(10-4)的另一端接左缸筒(3)的无杆腔(48)，另外两个孔道的另一端分别经管道接通低压浓盐水和高压浓盐水；所述四通整流阀的四个接口与中心块顶部四个孔道的一端一一对应相接，其中中心块顶部的右侧孔道(10-2)的另一端接右缸筒(13)的有杆腔(37)，中心块顶部的左侧孔道(10-3)的另一端接左缸筒(3)的有杆腔(49)，另外两个孔道的另一端分别经管道接通原料海水和高压海水。

2.根据权利要求1所述压力交换能量回收缸，其特征在于：所述中心块(10)与活塞杆(14)装配的部位以相对称形式安装有两个导向套和两个组合密封圈；所述左活塞(7)与左缸筒(3)装配的部位以及右活塞(15)与右缸筒(13)装配的部位分别设有两个导向环和一个组合密封圈。

3.根据权利要求1所述压力交换能量回收缸，其特征在于：所述活塞杆(14)的中间段为光轴，左右两端各加工出一段螺纹，左端螺纹和光轴之间、右端螺纹和光轴之间分别有一段直径稍小于螺纹段直径的轴颈；左活塞(7)及右活塞(15)上均加工出一段螺纹孔和一段直径稍大于螺纹孔的沉孔，左活塞(7)和右活塞(15)通过螺纹旋进并卡在活塞杆(14)上，使活塞杆(14)的螺纹段位于沉孔中，活塞杆(14)的轴颈段位于螺纹孔内。

4.根据权利要求3所述压力交换能量回收缸，其特征在于：所述左活塞(7)和右活塞(15)的沉孔内分别装有左缓冲塑料(33)和右缓冲塑料(23)，缓冲塑料置于活塞杆(14)的两端凹孔内，形成过渡配合。

5.根据权利要求1所述压力交换能量回收缸，其特征在于：所述稀土永磁铁通过内六角沉头螺钉紧固在左活塞(7)和右活塞(15)的外侧。

6.根据权利要求1所述压力交换能量回收缸，其特征在于：所述左缸筒(3)和右缸筒(13)分别通过半环、法兰盘及螺钉组固定在中心块(10)上，左缸筒(3)和右缸筒(13)分别设有环形槽，半环卡在环形槽内，法兰盘卡着半环并通过螺钉组紧固在中心块(10)上；左缸筒(3)、右缸筒(13)与中心块(10)的连接处分别设有O型圈进行密封。

7.根据权利要求1所述的压力交换能量回收缸，其特征在于：所述左磁性接近开关(34)和左端盖(1)之间的距离以及右磁性接近开关(19)和右端盖(18)之间的距离可调。

说明书

一种压力交换能量回收缸

技术领域

[0001] 本发明涉及一种回收带压流体余压能量的机械装置，尤其是指用于反渗透海水淡化系统的压力交换能量回收缸。

背景技术

[0002] 反渗透海水淡化是目前海水淡化的主流技术之一。反渗透海水淡化过程需消耗大量电能提升进水压力以克服水的渗透压，高能耗是海水淡化高成本的主要因素之一。而在海水淡化过程中从反渗透膜排出的浓盐水余压高达5.5-6.5MPa，将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗，进而降低海水淡化成本。由于活塞式压力交换能量回收装置只需经过“压力能—压力能”一步转化过程，能量回收效率高达90％～95％，且制造工艺简单，易于维修，因而成为国内当前研究的热点。

[0003] 中国专利(公开号CN102040261A)公开了一种水压自动换位能量回收装置。该装置左右活塞运动相互独立，由于低压海水进水的压力流量和高压浓盐水进水的压力流量不同，很难保证两个活塞同步运动，容易导致系统运行不稳定；并且该装置泵出的海水需要经过增压泵增压后才能进入膜组器，增加了设备的投资成本。

[0004] 中国专利(公开号CN201407250Y)公开了一种反渗透海水淡化系统用联合活塞自增压能量回收泵。该装置不能适应左右缸筒和中间连接块不同轴的问题，容易导致活塞卡住和摩擦过大的问题，同时由于活塞杆穿过活塞形成的间隙容易造成高低压容腔之间的泄漏，从而降低传动效率。

[0005] 中国专利(公开号CN2844477Y)公开了一种双缸液压式能量回收装置。该装置由两个差动式液压缸组成，能实现两种介质间的能量交换并增压，但整套装置的轴向尺寸相对较大，使用材料较多，同时两缸之间需要柔性联接装置，降低了传动效率，也容易产生噪音。

[0006] 中国专利(公开号CN101265925A)公开了一种增压器。该装置的浮动机构能够吸收活塞杆施加在活塞上的偏心负载，但是由于浮动机构主要由偏摆螺栓和支承板组成，摆动角度受活塞和缸筒之间的间隙限制，只适用于较短行程且偏心较小的增压装置。

[0007] 中国专利(公开号CN103291671A)公开了一种浮动活塞杆增压缸。浮动活塞杆一端通过固定法兰浮动安装于活塞上，可降低活塞杆和活塞的同轴度要求，但是安装比较麻烦，尤其是对于双向增压缸。

[0008] 中国专利(公开号CN1230637A)公开了一种双向增压机，采用普通低压源经增压机增压作用可变成高压源，但缺少活塞和活塞杆间的浮动机构，不能适应左右缸筒和中间连接块不同轴的问题，同时将换向行程开关装于缸筒内部，不利于维修和调整。

发明内容

[0009] 本发明的目的是提供一种新型的压力交换能量回收缸，使其能自动适应左右缸筒和中间连接块不同轴的误差，并且使得装配容易，维修调整方便，运行可靠。

[0010] 本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

[0011] 本发明一种压力交换能量回收缸，它主要由中心块10、活塞杆14、左活塞7、右活塞15及左缸筒3、左端盖1、右缸筒13、右端盖18组成，左缸筒3和右缸筒13分别安装在中心块10的左右两侧并形成密封连接，活塞杆14安装在中心块10上，活塞杆14的左右两端分别伸至左缸筒3和右缸筒13中并分别连接左活塞7和右活塞15，左活塞7和右活塞15的外侧端安装有稀土永磁铁；左缸筒3和右缸筒13的外侧端安装有左端盖1和右端盖18；分别安装在支架35和支架36上的磁性接近开关34和磁性接近开关19分别靠近左端盖1和右端盖18；左端盖1和右端盖18上分别开有孔1-1、孔18-1；中心块10底部安装有二位四通换向阀(可采用专利号：ZL201120425218.3的技术)，顶部安装有四通整流阀，所述二位四通换向阀的四个接口与中心块底部四个孔道的一端一一对应相接，而中心块底部的右侧孔道10-1的另一端接右缸筒13的无杆腔38，中心块底部的左侧孔道10-4的另一端接左缸筒3的无杆腔48，另外两个孔道的另一端分别经管道接通低压浓盐水和高压浓盐水；所述四通整流阀的四个接口与中心块顶部四个孔道的一端一一对应相接，其中中心块顶部的右侧孔道10-2的另一端接右缸筒13的有杆腔37，中心块顶部的左侧孔道10-3的另一端接左缸筒3的有杆腔49，另外两个孔道的另一端分别经管道接通原料海水和高压海水。

[0012] 所述中心块10与活塞杆14装配的部位以相对称形式安装有两个导向套和两个组合密封圈；所述左活塞7与左缸筒3装配的部位以及右活塞15与右缸筒13装配的部位分别设有两个导向环和和一个组合密封圈。

[0013] 所述活塞杆14的中间段为光轴，左右两端各加工出一段螺纹，左端螺纹和光轴之间、右端螺纹和光轴之间分别有一段直径稍小于螺纹段直径的轴颈；左活塞7及右活塞15上均加工出一段螺纹孔和一段直径稍大于螺纹孔的沉孔，左活塞7和右活塞15通过螺纹旋进并卡在活塞杆14上，使活塞杆14的螺纹段位于沉孔中，活塞杆14的轴颈段位于螺纹孔内。

[0014] 所述左活塞7和右活塞15的沉孔内分别装有缓冲塑料33和缓冲塑料23，缓冲塑料置于活塞杆14的两端凹孔内，形成过渡配合。

[0015] 所述稀土永磁铁通过内六角沉头螺钉紧固在左活塞7和右活塞15的外侧。

[0016] 所述左缸筒3和右缸筒13分别通过半环、法兰盘及螺钉组固定在中心块10上，左缸筒3和右缸筒13分别设有环形槽，半环卡在环形槽内，法兰盘卡着半环并通过螺钉组紧固在中心块10上；左缸筒3、右缸筒13与中心块10的连接处分别设有O型圈进行密封。

[0017] 所述磁性接近开关34和左端盖1之间的距离以及磁性接近开关19和右端盖18之间的距离可调。

[0018] 本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0019] 1.本发明的活塞杆与活塞的连接是采用螺纹旋进并卡住，结构组成简单，无需在活塞上加工用于安装压板的沉孔及螺纹孔，加工费用少、制造成本低。

[0020] 2.本发明的活塞杆与活塞的配合机构能自动适应活塞杆、活塞、中间连接块的不同轴误差，保证了活塞往复运动能量交换装置的可靠运行。

[0021] 3.本发明采用非接触式感应换向，当活塞运动至缸筒端部时，利用安装在支架上的磁性接近开关接收稀土永磁体的磁力感应信号达到换向的目的，并且磁性接近开关可以根据换向的需要适当调节位置，大大增加了换向的可靠性和精确度，保证了活塞的有效行程，既减少了中心块的加工成本又降低了加工难度。

[0022] 4.本发明通过改变活塞杆和活塞面积比压差可以补偿高压浓盐水的压降和克服交换缸内活塞的摩擦，同时也可以省去能量回收系统的增压泵的增压环节。另外工作过程中其中一个有杆腔产生负压能直接将原料海水吸入腔内，因此同时也可以将低压供水泵省掉，即整个系统只需一个高压泵提供高压海水，可以简化能量回收装置的结构，同时可减少增压泵的投资费用，降低系统能耗。

[0023] 5.本发明巧妙地利用法兰、半环及中心块将左右缸筒连接为一个整体，使得器械构造紧凑、简洁、占地面积小，维修方便。

附图说明

[0024] 图1是本发明压力交换能量回收缸的结构示意图。

[0025] 图2是图1中A部放大示意图。

[0026] 图3是本发明压力交换能量回收缸的三维剖切效果图。

[0027] 图4是图3中B向视图。

[0028] 图5是图3中C向视图。

[0029] 图6是本发明压力交换能量回收缸的工作状况一示意图。

[0030] 图7是本发明压力交换能量回收缸的工作状况二示意图。

[0031] 图中：1—左端盖，1-1—左端盖孔，2—O型圈，3—左缸筒，4—内六角沉头螺钉，5—稀土永磁铁，6—组合密封圈，7—左活塞，8—半环，9—法兰盘，10—中心块，10-1—孔道，10-2—孔道，10-3—孔道，10-4—孔道，11—法兰盘，12—半环，13—右缸筒，14—活塞杆，15—右活塞，16—组合密封圈，17—O型圈，18—右端盖，18-1—右端盖孔，19—磁性接近开关，20—内六角沉头螺钉，21—稀土永磁铁，22—导向环，23—右缓冲塑料，24—O型圈，25—螺钉组，26—组合密封圈，27—导向套，28—导向套，29—组合密封圈，30—螺钉组，
31—O型圈，32—导向环，33—左缓冲塑料，34—磁性接近开关，35—支架，36—支架，37—有杆腔，38—无杆腔，39—管道，40—管道，41—管道，42—管道，43—管道，44—管道，45—管道，46—管道，47—管道，48—无杆腔，49—有杆腔。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0033] 如图1所示，本发明一种压力交换能量回收缸主要由中心块10、活塞杆14、左活塞7、右活塞15及左缸筒3、左端盖1、右缸筒13、右端盖18等组成。左缸筒3和右缸筒13分别安装在中心块10的左右两侧并形成密封连接，活塞杆14安装在中心块10上，活塞杆14的左右两端分别伸至左缸筒3和右缸筒13中并分别连接左活塞7和右活塞15，左缸筒3和右缸筒13的外侧端分别安装左端盖1和右端盖18；左端盖1和右端盖18上开有左端盖孔
1-1和右端盖孔18-1；中心块10底部安装有二位四通换向阀，顶部安装有四通整流阀，所述二位四通换向阀的四个接口与中心块底部四个孔道的一端一一对应相接，中心块底部四个孔道呈菱形对称分布如图4所示，而中心块底部的右侧孔道10-1另一端接无杆腔38，中心块底部的左侧孔道10-4的另一端接无杆腔48，另外两个孔道的另一端分别经管道42、管道39接通低压浓盐水和高压浓盐水；所述四通整流阀的四个接口与中心块顶部四个孔道的一端一一对应相接，中心块顶部四个孔道呈菱形对称分布如图5所示，其中中心块顶部的右侧孔道10-2的另一端接有杆腔37，中心块顶部的左侧孔道10-3另一端接有杆腔49，另外两个中心块孔道的另一端分别经管道44、管道47接通原料海水和高压海水。

[0034] 所述的中心块10上加工有活塞杆导向孔，活塞杆14安装在中心块10上的活塞杆导向孔内，中心块10上以对称形式装有组合密封圈26、组合密封圈29及导向套27、导向套28，组合密封圈26、组合密封圈29和导向套27、导向套28为活塞杆14提供密封及导向作用。

[0035] 所述左活塞7与左缸筒3装配的部位安装有一个组合密封圈6及两个导向环32，组合密封圈6和导向环32为左活塞7提供密封及导向作用；右活塞15与右缸筒13装配的部位安装有一个组合密封圈16和两个导向环22，组合密封圈16和导向环22为右活塞15提供密封及导向作用。

[0036] 如图1所示，活塞杆14的中间段为光轴，左右两端各加工出一段螺纹，左端螺纹和光轴之间、右端螺纹和光轴之间分别有一段直径稍小于螺纹段直径的轴颈；左活塞7及右活塞15上均加工出一段螺纹孔和一段直径稍大于螺纹孔的沉孔，左活塞7和右活塞15通过螺纹旋进并卡在活塞杆14上，使活塞杆14的螺纹段位于沉孔中，活塞杆14的轴颈段位于螺纹孔内。以上各配合段之间均有径向间隙Δ如图2所示，从而形成活塞和活塞杆的径向浮动结构，自动适应左右缸筒和中心块的不同轴误差。左缓冲塑料33和右缓冲塑料23紧压在活塞杆14端部的小孔内并置于活塞的沉孔内，形成过渡配合，起到活塞杆14与左右活塞碰撞时缓冲的作用和减少噪声的作用。

[0037] 如图1所示，所述的左活塞7上装有稀土永磁铁5，稀土永磁铁5由内六角沉头螺钉4紧固在左活塞7上，所述的右活塞15上装有稀土永磁铁21，稀土永磁铁21由内六角沉头螺钉20紧固在右活塞15上。

[0038] 如图1所示，所述的中心块10与左缸筒3由半环8、法兰盘9及螺钉组30固定在一起，其中半环8卡在左缸筒3上的环形槽内，法兰盘9套在左缸筒3上卡着半环8并由螺钉组30紧固在中心块10上，从而将左缸筒3固定在中心块10上。所述的中心块10与右缸筒13由半环12、法兰盘11及螺钉组25固定在一起，其中半环12卡在右缸筒13上的环形槽内，法兰盘11套在右缸筒13上卡着半环12并由螺钉组25紧固在中心块10上，从而将右缸筒13固定在中心块10上。中心块10与左缸筒3连接处以及中心块10与右缸筒13连接处分别装有O型圈31及O型圈24进行密封。

[0039] 如图1所示，所述的左端盖1焊接在左缸筒3上，O型圈2装在左端盖1上的环形槽内起到密封作用，右端盖18焊接在右缸筒13上，O型圈17装在右端盖18上的环形槽内起到密封作用。在接近左端盖1处设有磁性接近开关34，在接近右端盖18处设有磁性接近开关19，磁性接近开关34安装在支架35上，磁性接近开关19安装在支架36上，支架35和支架36的位置可任意调节。

[0040] 如图6、7所示，为本发明压力交换能量回收缸应用于一种反渗透海水淡化系统中的工作原理示意图。通常，由电机驱动高压泵，使原料海水经管道43泵入反渗透膜进行处理。使用本发明时，将本发明压力交换能量回收缸的左缸筒3和右缸筒13分别通过管道送入液体，其工作状态分为一、二两个工作状况，两个工况交替进行。

[0041] 如图6所示，在工作状况一时，从反渗透膜中回收的高压浓盐水依次通过管道39、二位四通换向阀(可采用专利号：ZL201120425218.3的技术)、孔道10-1、管道40、右端盖孔18-1进入无杆腔38，并推动右活塞15向左移动，由于右活塞15右端的面积大于右活塞15左端的面积，此时有杆腔37的海水被增压，经过孔道10-2、管道46、四通整流阀、管道47汇入高压海水，同时有杆腔49产生负压将原料海水经由管道43、管道44、四通整流阀、管道
45、孔道10-3吸入腔内，无杆腔48中的低压浓盐水被左活塞7推挤依次经过左端盖孔1-1、管道41、孔道10-4、二位四通换向阀、管道42排出能量回收缸。

[0042] 如图7所示，在工作状况二时，从反渗透膜中回收的高压浓盐水依次通过管道39、二位四通换向阀、孔道10-4、管道41、左端盖孔1-1进入无杆腔48，并推动左活塞7向右移动，由于左活塞7左端的面积大于左活塞7右端的面积，此时有杆腔49的海水被增压，经过孔道10-3、管道45、四通整流阀、管道47汇入高压海水，同时有杆腔37产生负压将原料海水经由管道43、管道44、四通整流阀、管道46、孔道10-2吸入腔内，无杆腔38中的低压浓盐水被右活塞15推挤依次经过右端盖孔18-1、管道40、孔道10-1、二位四通换向阀、管道42排出能量回收缸。

[0043] 两个工作状况的交替是靠安装在左活塞7上的稀土永磁铁5、支架35上的磁性接近开关34、右活塞15上的稀土永磁铁21、支架36上的磁性接近开关19及二位四通换向阀完成的。在本发明压力交换能量回收缸处于工作状况一下，当稀土永磁铁5随着左活塞7向左运动接近磁性接近开关34时，磁性接近开关34接收稀土永磁铁5的磁感应并发出电信号给二位四通换向阀换位，使得本发明压力交换能量回收缸进入工作状况二。当稀土永磁铁21随着右活塞15向右运动接近磁性接近开关19时，磁性接近开关19接收稀土永磁铁21的磁感应并发出电信号给二位四通换向阀换位，使得新型压力交换能量回收缸进入工作状况一。如此活塞在缸筒内往复运动完成高压浓盐水能量传递给原料海水的过程。

[0044] 本发明并不局限于上述实施例，亦可实施于其他回收带压流体余压能量的增压缸。