各方面技术设置成用于通过在密封表面与端口之间设置沟槽来降低诸如脱盐系统的高压流体处理设备的压力交换器内的噪声和振动。沟槽在将高压流体移动到低压端口和将低压流体移动到高压端口时降低捶打作用。捶打作用的降低，除了降低噪声之外，还降低可造成高压流体处理设备损坏的振动。
转子，所述转子包括管道和构造成将所述管道和所述管道内的低压流体移动到第一位置，并将所述管道和所述管道内的高压流体移动到第二位置；
高压输入端口，所述高压输入端口设置在第一端盖内，所述高压输入端口构造成当所述转子处于所述第一位置时允许高压流体压缩低压流体并移置压缩的流体；
高压输出端口，所述高压输出端口设置在第二端盖内，所述高压输出端口构造成在所述转子处于所述第一位置时释放压缩的流体；
低压输出端口，所述低压输出端口设置在所述第一端盖内，所述低压输出端口构造成当所述管道处于所述第二位置时将减压的高压流体从所述管道在低压下释放；
低压输入端口，所述低压输入端口设置在所述第二端盖内，所述低压输入端口构造成当所述管道处于所述第二位置时允许低压流体进入管道来移置减压流体；
第一高压密封表面，所述第一高压密封表面在所述第二端盖内并在所述低压输入端口的第一侧与所述高压输出端口的第二侧之间；以及第一沟槽，所述第一沟槽在所述第一高压密封表面与所述低压输入端口的所述第一侧之间，所述第一沟槽构造成当所述转子运动所述第一沟槽上方的管道并运动到与所述低压输入端口对准时释放压力并对所述管道内的高压流体减压；
第一低压密封表面，所述第一低压密封表面在所述第二端盖内并与所述高压输出端口的与所述高压输出端口的所述第二侧相对的第三侧相邻；以及第二沟槽，所述第二沟槽在所述低压密封表面与所述高压输出端口的所述第三侧之间，所述第二沟槽构造成当所述转子将所述第二沟槽上方的管道移动到与所述高压输出端口对准时高压流体从所述高压输出端口进入所述管道内。
第二高压密封表面，所述第二高压密封表面在所述第一端盖内并设置在所述低压输出端口的第四侧与所述高压输入端口的第五侧之间；以及第三沟槽，所述第三沟槽在所述第二高压密封表面与所述低压输出端口的所述第四侧之间，所述第三沟槽构造成当所述转子运动所述管道并运动到与所述低压输出端口对准时释放压力并对所述管道内的高压流体减压。
第二低压密封表面，所述第二低压密封表面在所述第一端盖内并与所述高压输入端口的与所述高压输入端口的所述第五侧相对的第六侧相邻；以及第四沟槽，所述第四沟槽在所述第二低压密封表面与所述高压输入端口的所述第五侧之间，所述第四沟槽构造成当所述转子移动所述第四沟槽上方的管道并移动到与所述高压输入端口对准时增加压力并压缩所述管道内的低压流体。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：隔膜分离装置，所述隔膜分离装置构造成从高压给水提取浓缩物。
所述高压输入端口构造成接纳来自所述隔膜分离装置的高压浓缩物，
所述低压输入端口构造成接纳来自低压泵的低压下给水，以及
所述高压输出端口构造成释放高压下的给水以与所述隔膜分离装置连通。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一沟槽具有平行侧。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一沟槽具有锥形侧。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一沟槽在其长度的多于一半上具有恒定深度。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一沟槽的深度靠近所述低压输入端口增加，而且，所述第一沟槽朝向所述低压输入端口以小于5度的角度向下倾斜。
转子，所述转子构造成将包含低压流体的管道移动到与高压流体源端口对准以接收高压流体进入所述管道以在所述管道内的所述低压流体与所述高压流体之间交换压力，所述转子还构造成移动所述管道与低压释放端口对准以将所述管道内的流体以低压释放；
高压密封表面，所述高压密封表面在所述低压释放端口的第一侧与所述高压流体源端口的第二侧之间，所述高压密封表面用于在所述管道与所述低压释放端口对准的运动期间维持所述管道内流体上的高压；
第一沟槽，所述第一沟槽形成所述高压密封表面与所述低压释放端口的所述第一侧之间的过渡，所述第一沟槽构造成当所述转子将所述第一沟槽上方的管道移动到与所述低压释放端口对准时从所述管道内的流体放出压力；低压密封表面，所述低压密封表面与所述高压流体源端口的与所述高压流体源端口的所述第二侧相对的第三侧相邻，所述低压密封表面构造成在所述管道移动到与所述高压流体源端口对准期间维持所述管道内流体上的低压；以及第二沟槽，所述第二沟槽形成所述低压密封表面与所述高压流体源端口的所述第三侧之间的过渡，所述第二沟槽构造成当所述转子将所述第二沟槽上方的管道移动到与所述高压流体源端口对准时从所述高压流体源端口将高压流体释放到所述管道内。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，还包括：外壳，所述外壳封围所述转子并包括允许高压流体进入所述外壳与所述转子之间的空间以用于在所述外壳内转动期间悬置所述转子。
12.如权利要求10所述的设备，其特征在于，还包括：叶轮，所述叶轮在所述低压释放端口的所述第一侧与所述第一沟槽之间，所述叶轮构造成赋予所述转子以转动。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述第一沟槽朝向所述低压释放端口以第一角度向下倾斜，所述叶轮朝向所述低压释放端口以第二角度向下倾斜，所述第一角度小于5度，所述第二角度小于10度，且所述第二角度大于所述第一角度。
低压给水源端口，所述低压给水源端口设置在所述给水端盖内；
高压给水释放端口，所述高压给水释放端口设置在所述给水端盖内；
高压浓缩物源端口，所述高压浓缩物源端口设置在所述浓缩物端盖内；
管道，所述管道构造成从所述低压给水源端口接收低压给水并从所述高压浓缩物源端口接收高压浓缩物，而且从所述高压给水释放端口释放高压给水；
转子，所述转子构造成将所述管道定位成与所述低压给水源端口对准，将所述管道定位成与所述高压浓缩物源端口对准，而且将所述管道定位成与所述高压给水释放口对准；
第一高压密封表面，所述第一高压密封表面在所述给水端盖的面内并在所述低压给水源端口的第一侧与所述高压给水释放端口的第二侧之间，所述第一高压密封表面构造成维持浓缩物上的高压；
第一沟槽，所述第一沟槽在所述第一高压密封表面与所述低压给水源端口的所述第一侧之间，所述第一沟槽构造成从所述管道释放加压给水到所述低压给水源端口；
第一低压密封表面，所述第一低压密封表面在所述给水端盖的面内并与所述高压给水释放端口的与所述高压给水释放端口的所述第二侧相对的第三侧相邻，所述第一低压密封表面构造成维持给水上的低压；
第二沟槽，所述第二沟槽在所述第一低压密封表面与所述高压给水释放端口的所述第三侧之间，所述第二沟槽构造成使来自所述高压给水释放端口的给水进入所述管道以增加所述管道内给水上的压力。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，还包括：
第二低压密封表面，所述第二低压密封表面在所述浓缩物端盖内并与所述高压浓缩物源端口的第四侧相邻，所述第二低压密封表面用于维持浓缩物上的低压；以及第三沟槽，所述第三沟槽在所述第二低压密封表面与所述高压浓缩物源端口的所述第四侧之间，所述第三沟槽构造成允许来自所述高压浓缩物源端口的浓缩物进入所述管道以增加所述管道内浓缩物上的压力。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，还包括：
低压浓缩物释放端口，所述低压浓缩物释放端口设置在所述浓缩物端盖内，所述低压浓缩物释放端口构造成从所述管道释放浓缩物；
第二高压密封表面，所述第二高压密封表面在所述浓缩物端盖内并设置在所述高压浓缩物源端口的第五侧与所述低压浓缩物释放端口的第六侧之间，所述高压浓缩物源端口的所述第五侧与所述高压浓缩物源端口的第四侧相对，所述高压密封表面构造成用于维持浓缩物上的高压；以及第四沟槽，所述第四沟槽开始于所述高压浓缩物密封表面并终止于所述低压浓缩物释放端口的所述第六侧，所述第四沟槽构造成将浓缩物释放到所述低压浓缩物释放端口以降低所述管道内浓缩物上的压力。
17.一种用于能量回收设备的端盖，所述设备包括构造成转动容纳流体的管道的转子，所述端盖包括：低压端口,所述低压端口包括第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；
高压端口，所述高压端口包括第三侧和与所述第三侧相对的第四侧；
高压密封表面，所述高压密封表面与所述低压端口的所述第一侧和所述高压端口的所述第三侧相邻，所述高压密封表面构造成在所述管道转动期间维持所述管道内流体上的高压；
第一沟槽，所述第一沟槽在所述高压密封表面与所述低压端口的所述第一侧之间，所述第一沟槽构造成以大致恒定的速率降低所述管道内流体上的压力；
低压密封表面，所述低压密封表面与所述高压端口相邻；以及
第二沟槽，所述第二沟槽在所述低压密封表面与所述高压端口的所述第四侧之间，所述第二沟槽构造成增加所述管道内的流体上的压力。
18.如权利要求17所述的端盖，其特征在于，所述第一沟槽使用有效水力直径的变化来以大致恒定的速率降低所述管道内所述流体上的压力。
19.如权利要求18所述的端盖，其特征在于，所述第一沟槽朝向所述低压端口向下倾斜以改变所述第一沟槽的有效水力直径。
20.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括在所述第二端盖中的第一叶轮表面，所述第一叶轮表面设置在所述高压输出端口的所述第三侧与所述第二沟槽之间，所述第一叶轮表面构造成偏压所述转子的旋转。
21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，所述第一沟槽朝向所述低压输入端口以小于5度的第一角度向下倾斜，所述第一叶轮表面朝向所述高压输出端口以小于10度的第二角度向下倾斜，且所述第二角度大于所述第一角度。
22.如权利要求10所述的设备，其特征在于，还包括：
第三沟槽，所述第三沟槽形成所述高压密封表面与所述低压释放端口的所述第一侧之间的过渡，所述第三沟槽与所述第一沟槽相邻并间隔开，所述第三沟槽构造成当所述转子将所述第三沟槽上方的管道移动到与所述低压释放端口对准时从所述管道内的流体放出压力；以及第四沟槽，所述第四沟槽形成所述低压密封表面与所述高压流体源端口的所述第三侧之间的过渡，所述第四沟槽与所述第二沟槽相邻并间隔开，所述第四沟槽构造成当所述转子将所述第四沟槽上方的管道移动到与所述高压流体源端口对准时从所述高压流体源端口释放高压流体到管道内的。
压力交换降噪
[0001] 发明背景
[0002] 1.技术领域
[0003] 本发明涉及脱盐设备，且更具体涉及压力交换装置。
[0004] 2.背景技术
[0005] 压力交换装置可回收存储在压缩流体内的潜在能量。用于压力交换装置的典型应用是脱盐系统。例如，可将海水压缩到高压，并可使用反渗透来从压缩海水提取淡水，产生高压盐水副产品。如果将高压盐水丢弃，则用于压缩该浓缩体积的能量也被浪费了。压力交换装置可使用高压盐水来压缩海水以进行进一步淡水提取。不幸的是，压力交换期间，当盐水和海水经受突然压力变化时，压力交换装置产生显著噪声。该噪声是会有损提取设备的振动和应力特性，提取设备包括压力交换器、管道、歧管、泵、涡轮机、过滤器和隔膜。
发明内容
[0006] 噪声源自当压力交换器内高压流体突然与低压流体接触时压力的几乎瞬时变化或脉冲。在先前密封管道与端口内的流体连通的情况下，该脉冲发生在端口开口的边缘。例如，密封管道内的高压流体可与端口内的低压流体连通。又例如，密封管道内的低压流体可与端口内的高压流体连通。在高压与低压流体的界面处产生的噪声可通过使用从端口延伸到密封表面的沟槽，从而在所有流体到达边缘之前释放小部分流体来降低。储存在高压流体内的压力能量通过沟槽施加到低压流体以减少由于噪声、湍流、摩擦损失、边界层剪切、气穴、流动侵蚀和/或等浪费的能量的量。宽沟槽可跨越端口的大部分宽度延伸。沟槽可从端口的边缘倾斜到端口内，类似于斜坡以在管道扫过该倾斜面时提供通过沟槽的可变流量。沟槽的宽度和/或深度可沿沟槽的长度变化以在管道沿沟槽的长度扫掠时提供通过沟槽的可变流量。
[0007] 一种能量回收设备的各方面包括：转子，该转子构造成将包含低压流体的管道运动到与高压流体源端口对准以用高压流体取代管道内的低压流体。转子还构造成将包含高压流体的管道移动到与低压释放端口对准以将管道内的高压流体释放到低压。与低压释放端口相邻的高压密封表面可在管道运动到与低压释放端口对准期间维持管道内流体上的高压。形成高压密封表面与低压释放端口之间过渡的斜坡构造成当转子将斜坡上方的管道移动到与释放端口对准时从管道内的流体放出压力。
[0008] 能量回收装置的各实施例包括给水端盖和浓缩物端盖。低压给水源端口可设置在给水端盖内。高压浓缩物源端口可设置在浓缩物端盖内。管道可构造成从低压给水源端口接收低压给水并从高压浓缩物源端口接收高压浓缩物。转子可构造成将管道定位成与低压给水源端口对准，并将所述管道定位成与高压浓缩物源端口对准。高压密封表面可设置在给水端盖的面内并与低压给水源端口相邻。高压密封表面可构造成维持浓缩物上的高压和/或维持端口和管道的高压与低压区域之间的密封。在高压密封表面与低压给水源端口之间的沟槽可构造成释放管道内浓缩物上的压力。
[0009] 在各实施例中，压力回收设备包括转子，该转子包括管道和构造成将管道和管道内的低压流体运动到第一位置，并将管道和管道内的高压流体移动到第二位置。该设备还包括：设置在第一端盖内的高压输入端口，高压输入端口构造成在转子处于第一位置时允许高压流体压缩低压流体并移置压缩流体：设置在第二端盖内的高压输出端口，该高压输出端口构造成在转子处于第一位置时释放压缩流体。该设备还包括：设置在第一端盖内的低压输出端口，该低压输出端口构造成在管道处于第二位置时从管道在低压下释放减压的高压流体；以及设置在第二端盖内的低压输入端口，该低压输入端口构造成在管道在第二位置时允许低压流体进入管道以移置减压流体。第一端盖包括与低压输出端口相邻的第一高压密封表面和在第一高压密封表面与低压输出端口之间的第一沟槽。第一沟槽可构造成当转子移动第一沟槽上方的管道并移动到与低压输出端口对准时释放压力并对管道内的高压流体减压。第二端盖包括与低压输入端口相邻的第二高压密封表面。第二沟槽可设置在第二高压密封表面与低压输入端口之间。第二沟槽可构造成当转子将管道移动到与低压输入端口对准时释放压力并对管道内的高压流体减压。
[0010] 在各实施例中，能量回收设备包括转子和端盖，该转子构造成转动包含流体的管道，端盖包括低压端口和与低压端口相邻的高压密封表面，高压密封表面构造成在管道转动期间维持管道内流体上的高压。端盖还包括在高压密封表面与低压端口之间的释放斜坡。释放斜坡可构造成当转子将管道从释放斜坡上的高压密封表面转动到与低压端口对准时逐渐降低管道内流体上的压力。端盖还可包括高压端口和与高压端口相邻的低压密封表面，低压密封表面构造成在管道转动期间维持管道内流体上的低压。端盖还可包括在低压密封表面与高压端口之间的压力斜坡。压力斜坡可构造成当转子将管道从斜坡上方的低压密封表面转动到与高压端口对准时逐渐增加管道内流体上的压力。
附图说明
[0011] 图1示出包括根据本发明各实施例的压力交换装置的脱盐系统的框图。
[0012] 图2A是示出图1的压力交换设备的端视图的正视图的框图。
[0013] 图2B是示出图1的压力交换设备的端视图的后视图的框图。
[0014] 图2C是沿图2A和2B的线a-a截取的图1的压力交换设备的剖视图的框图。
[0015] 图3A是图2C的压力交换设备的各部件的分解图的正视立体图。
[0016] 图3B是图2C的压力交换设备的各部件的分解图的后视立体图。
[0017] 图3C示出根据本发明各实施例的图3A和3B的转子和套管的端视图。
[0018] 图4A示出根据本发明各实施例的图2的给水端盖的内表面的立体图。
[0019] 图4B示出图4A的给水端盖的内部视图。
[0020] 图5A示出根据本发明各实施例的图2的浓缩物端盖的内表面的立体图。
[0021] 图5B示出图5A的浓缩物端盖的内表面的视图。
[0022] 图6A示出根据本发明各实施例的图2的给水端盖的外表面的视图。
[0023] 图6B示出根据本发明各实施例的图2的浓缩物端盖的外表面的视图。
[0024] 图7A示出根据本发明各实施例的具有恒定水力直径的沟槽。
[0025] 图7B示出根据本发明各实施例具有增加水力直径的沟槽。
[0026] 图8A示出图4B的沟槽的沿线b-b截取的纵向剖视图。
[0027] 图8B是图4B的沟槽的沿线c-c截取的横向剖视图。
[0028] 图8C是图5B的沟槽的沿线d-d截取的纵向剖视图。
[0029] 图8D是图5B的沟槽的沿线e-e截取的横向剖视图。
[0030] 图9A示出根据本发明各实施例的图4A 2的给水端盖的替代实施例的内表面的立体图。
[0031] 图9B示出图9A的给水端盖的内部视图。
[0032] 图10A示出根据本发明各实施例的图5A的浓缩物端盖的替代实施例的内表面的立体图。
[0033] 图10B示出图10A的浓缩物端盖的内表面的视图。
具体实施方式
[0034] 图1示出说明包括根据本发明各实施例的压力交换设备108的脱盐系统100的框图。脱盐系统100还包括向系统100泵送给水的低压泵102。高压泵104向给水分离装置或隔膜分离装置提供高压给水，给水分离装置或隔膜分离装置构造成将穿过诸如反向渗透膜106的隔膜的流体分离。来自隔膜分离装置106的浓缩的给水或浓缩物可提供给压力交换器
108。浓缩物的示例是盐水。浓缩物中的压力可用在压力交换器108中以将低压给水压缩成高压给水。为了简单和说明目的，在详细说明和图1-6中使用术语给水。但，在压力交换器
108中可使用除了水的流体。
[0035] 低压泵102可从储存器或直接从海洋接收给水并将低压下的给水在位置110处泵送到系统100。位置110处的低压给水可经由歧管114提供到高压泵104并经由歧管120提供到压力交换器108。位置116处的高压给水可经由歧管118提供到隔膜分离装置106。隔膜可将淡水分离以在低压下输出到歧管128。
[0036] 来自隔膜分离装置106的浓缩物可经由歧管124提供到压力交换器108。压力交换器108可使用来自歧管124的高压浓缩物来压缩来自歧管120的低压给水(或与之交换压力)。压缩给水可经由歧管122提供到隔膜分离装置106，歧管122联接到歧管118。压力交换器108可经由歧管126输出低压下浓缩物。因此，已经将压力释放到给水的浓缩物可从压力交换器108以低压输出到歧管126。可丢弃歧管126内的低压浓缩物，例如释放返回到海洋。
[0037] 在某些实施例中，高压给水从压力交换器108以比歧管118内的高压给水稍低的压力输出到歧管122。任选的循环泵112可弥补歧管122与歧管118内给水之间的小压差。在某些实施例中，循环泵112是涡轮机。表1提供如图1所示脱盐系统中某些典型压力的示例。
[0038]
[0039] 表1
[0040] 在表1所示示例中，压力交换器108接收在约30磅每平方英寸(PSI)的压力下的低压给水并接收在约980PSI下的高压盐水或浓缩物。压力交换器108将来自高压浓缩物的压力传递到低压给水。压力交换器108输出约965PSI下的高压(压缩)给水和约15PSI下的低压浓缩物。因此，表1的压力交换器108可有约97％的效率，因为输入体积约等于压力交换器108的输出体积，且965PSI约为980PSI的约97％。图2A是示出根据本发明各实施例的图2C的压力交换设备108的端视图的正视图。图2B是示出根据本发明各实施例的图2C的压力交换设备108的端视图的后视图。图2C根据本发明各实施例沿线a-a的图1的压力交换设备108的剖视图。图2A和2B的压力交换器108包括给水增压室206、给水端盖232、壳体或外壳200、套管210、转子202、套管210与转子202之间的润滑空间204、浓缩物端盖230、以及浓缩物增压室208。
[0041] 高压给水可从给水端盖232流过给水增压室206到达高压给水歧管122。图2A的低压给水歧管120可通过给水歧管242联接到给水端盖232。图2A的虚线示出给水歧管242和杆234的内部。给水歧管242构造成将给水歧管242内的低压给水与给水增压室206内的高压给水和杆234分开。
[0042] 类似地，盐水或浓缩物可从高压浓缩物歧管124流过浓缩物增压室208到达浓缩物端盖230。图2B的低压浓缩物歧管126可通过浓缩物歧管240联接到浓缩物端盖230。图2B的虚线示出浓缩物歧管240和杆234的内部。浓缩物歧管240构造成将浓缩物歧管240内的低压浓缩物与浓缩物增压室208内的高压浓缩物分开。图2A和2B示出低压浓缩物歧管240和低压给水歧管242分成两个分支。但是，低压浓缩物歧管240和低压给水歧管242可分成更多或更少分支。
[0043] 转子202可悬置在套管210内并自由转动。套管210和转子202之间的润滑空间204构造成通过润滑端口220接收润滑流体以将转子202悬置在套筒210内。润滑流体可以是高压下的给水或浓缩物。例如，高压浓缩物可从高压浓缩物增压室208放出并联接到润滑端口220。在各实施例中，高压给水可从高压给水增压室206、或其它源放出并联接到润滑端口
220。类似地，低压给水可从低压泵102、位置110、低压给水歧管120、歧管114和/或其它源联接到润滑端口220。杆234构造成施加张紧力以将给水端盖232和浓缩物端盖230夹持到套筒
210。穿过转子202的孔236可提供用于杆234的路径而不会接触转子202或对转子202施加曳拉。
[0044] 转子202包括构造成使高压和低压的给水和浓缩物运动的一个或多个管道218。管道218从给水端盖232到浓缩物端盖230延伸穿过转子的长度。各管道构造成通过给水端盖232接收低压给水，并从高压浓缩物歧管124通过浓缩物端盖230接收高压浓缩物。各管道还构造成向给水端盖232提供高压给水，并向浓缩物端盖230提供低压浓缩物。转子202的转动使管道218沿绕压力交换器108的圆形路径运动或转动。各管道218在端盖230与232之间沿圆形路径的转动构造成将管道对准在各端盖的端口之间以接收低压给水和高压浓缩物并提供高压给水和低压浓缩物。尽管图2C中示出两个管道218，但在各实施例中，在转子202中可使用1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、18、20、24、30或更多管道。
[0045] 图3A是示出根据本发明各实施例的图2的压力交换设备108的各部件的正视分解立体图。图3B是示出根据本发明各实施例的图2的压力交换设备108的各部件的后视分解立体图。图3C示出根据本发明各实施例的图2的转子202和套管210的端视图。为了清楚省略给水增压室206、给水歧管242、壳体200、浓缩物增压室和浓缩物歧管240。给水端盖232包括一个或多个低压给水端口320和一个或多个高压给水端口322。一个或多个给水低压密封表面324和给水高压密封表面326设置在面向转子202的一侧上。给水低压密封表面324构造成在管道218从低压给水端口320转动到高压给水端口322期间保持管道218内的低压。类似地，给水高压密封表面326构造成在管道218从高压给水端口322转动到相邻低压给水端口320期间保持管道218内的高压。各低压给水端口320可以呈圆形以联接到低压给水歧管242。
[0046] 浓缩物端盖230包括一个或多个低压浓缩物端口310和一个或多个高压浓缩物端口312。一个或多个浓缩物低压密封表面314和浓缩物高压密封表面316设置在面向转子202的一侧上。浓缩物低压密封表面314构造成在管道218从低压浓缩物端口310转动到相邻高压浓缩物端口312期间保持管道218内的低压。类似地，浓缩物高压密封表面316构造成在管道218从高压浓缩物端口312转动到相邻低压浓缩物端口310期间保持管道218内的高压。各低压浓缩物端口310可以呈圆形以联接到低压浓缩物歧管240。
[0047] 对准销304和对准孔306提供端盖232和230沿所需定向的对准。绕套管210的周界不对称分布的三个销可提供独特的对准。在某些实施例中，低压给水端口320和高压给水端口322分别与低压浓缩物端口310和高压浓缩物端口312部分异相(即异位)。诸如螺母和垫圈的紧固件可设置在杆234上并可用于将端盖230和232固定到套管210。在某些实施例中，紧固件可将给水增压室206和浓缩物增压室208固定到套管210和端盖230和232。
[0048] 当转子202旋转时，每个管道218的开口端从与一组端口对准移开、通过密封区域并然后与另一组端口对准(例如从高压端口到低压端口或从低压端口到高压端口)。在操作期间，密封区域内的管道218处于与其所暴露的前述端口的(低或高)压力大约相同的压力下。当管道218从密封区域过渡到下一端口时，管道218内的压力被带到下一端口的压力。由于发生该压力变化，有限量的流体沿压力减小方向在管道218与端口之间行进。流体的所需体积是流体可压缩性、管道218与端口之间的压差、以及由于管道218的壁的弹性变形管道容积的任何变化的函数。对于海水反渗透应用中的等压交换，所述流体体积大约是管道容积的0.3％。
[0049] 随着暴露于下一端口的流体被管道218与下一端口之间的压差驱动，流体移入或移出管道218。当压差高于约100psi(磅/平方英寸)(例如海水反渗透以约900psi压差运行)时，可能发生快速压力变化。该压力变化可表征为管道内压力变化率的大小(压力相对于时间的一阶导数-dp/dt)。快速压力变化能够形成装置内的冲击波和气穴射流。冲击波产生不期望的噪声和振动，且气穴射流会造成部件上的磨损和另外的噪声。
[0050] 密封区域与下一端口之间的沟槽提供转子管道内流体的另外密封的体积与下一端口之间部分受限的流动路径。沟槽的实际尺寸可以变化以设置通过沟槽的流动速率，从而使管道内的峰值dp/dt最小。dp/dt可以是可用于对管道218加压或减压的时间、沟槽的实际可用空间、以及穿过沟槽的流体体积的函数，从而以给定dp/dt平衡压力。
[0051] 在某些实施例中，理想的是在管道218的加压/减压期间实现相对恒定的dp/dt。但是，当管道与端口之间的压差减小时，通过具有恒定横截面的沟槽的流量减小。用于相对恒定dp/dt的沟槽的实际尺寸可以在沟槽的长度上变化(或增加)以保持通过沟槽的恒定流量。当管道218最初与沟槽接合时，压差较高。因此，沟槽的小有效水力直径可用来最初限制通过沟槽的流量。随着管道218沿着沟槽行进且压差减小，水力直径的增加可用于保持流量大约恒定，且因此保持大约恒定的dp/dt。在某些实施例中，沟槽的宽度和/或深度可以变化以提供沿沟槽长度的所需dp/dt。
[0052] 在各实施例中，有效水力直径是沟槽宽度、沟槽深度、沟槽横截面的形状、与沟槽接合的管道218的数量和/或等的函数。用于控制dp/dt的其它结构包括改变当管道218从密封区域运动到下一端口时管道218遇到的沟槽的数量，并在沟槽内形成改变尺寸的表面。可沿沟槽以线性或非线性方式改变有效水力直径。
[0053] 通过沟槽朝向低压流体移动的高压流体中的能量最终通过粘性剪切摩擦损失消散到流体内。这种情况发生的两种机理包括高速射流和边界层剪切。例如可通过移动通过较小大致方形的横截面开口进入大开口区域的高压来形成高速射流。压力能量首先转移为高压射流内快速运动流体的动能，并然后转移为开口区域内射流形成的湍流涡旋内的摩擦损失。高压射流的缺点包括形成流动侵蚀、噪声和破坏性气穴的射流内的高速流体。
[0054] 能量的层流消散可通过流动通道内的边界层剪切而发生。在该情况下，高纵横比沟槽可用于使润周(湿润周边)最大，基本上为表面面积。润周的增加可增强剪切流动。边界层内相对低的速度不会形成显著的流动侵蚀、噪声和气穴。在某些实施例中，各沟槽可在转子202的两端处用在端盖上以有效增加总润周。例如，沟槽可在给水端盖232和浓缩物端盖230上设置在密封区域与高压端口之间。可对端盖之一(例如浓缩物端盖230)消除或减少减压沟槽。另一端盖(例如给水端盖232)上稍高的压力可用于降低气穴潜能(cavitation potential)。
[0055] 图4A示出根据本发明各实施例图2和3A的给水端盖232的内表面的立体图。图4B示出图4A的给水端盖232的内部视图。给水端盖232的内表面包括设置在高压密封表面326与低压给水端口320之间的一个或多个高压卸压沟槽414。高压卸压沟槽414构造成随着转子202转动以将高压卸压沟槽414上方的管道218从高压密封表面316运动到低压给水端口320而将高压给水从管道218逐渐放入低压给水端口320。
[0056] 给水端盖232的内表面还包括设置在低压密封表面324与高压给水端口322之间的一个或多个低压卸压沟槽416。低压卸压沟槽416构造成随着转子202转动以将低压卸压沟槽416上方的管道218从低压密封表面324移动到高压给水端口322而将高压给水从高压给水端口322逐渐放入包含低压给水的管道218内。
[0057] 图5A示出根据本发明各实施例图2和3B的浓缩物端盖230的内表面的立体图。图5B示出图5A的浓缩物端盖230的内表面的视图。浓缩物端盖230的内表面包括设置在高压密封表面316与低压浓缩物端口310之间的一个或多个叶轮表面514。叶轮表面514构造成偏压转子202的旋转。
[0058] 浓缩物端盖230的内表面还包括设置在低压密封表面314与高压浓缩物端口312之间的一个或多个低压卸压沟槽516。低压卸压沟槽516构造成随着转子202转动以将低压卸压沟槽516上方的管道218从低压密封表面314移动到高压浓缩物端口312而将高压浓缩物从高压浓缩物端口312逐渐放入管道218内。沿着低压浓缩物端口310边缘的叶轮表面514构造成沿箭头方向赋予转子202以转动。叶轮表面514向转子202提供扭矩，减少或消除诸如马达的外部源转动转子的需求。叶轮表面512可沿与叶轮表面514相同的方向进一步偏压转子旋转。注意，低压浓缩物端口310的流动方向是进入纸面，而高压浓缩物端口312的流动方向是流出纸面，且叶轮表面514和512在其相应端口的相反侧上。因此，叶轮表面512和514都沿相同方向，即顺时针方向转子提供扭矩。
[0059] 图6A示出根据本发明各实施例图2的给水端盖232的外表面的视图。图6A示出用于联接到低压给水歧管242的低压给水端口的圆形配件602。图6B示出根据本发明各实施例图2的浓缩端盖230的外表面的视图。图6B示出用于联接到低压浓缩物歧管240的低压浓缩物端口的圆形配件600。
[0060] 图7A和7B是设置在低压密封表面324与高压端口322之间沟槽416的立体图。图7A示出根据本发明各实施例具有恒定水力直径的沟槽416的立体图。图7B是示出根据本发明各实施例具有增加水力直径的沟槽416的立体图。沟槽416较浅，具有显著小于宽度和/或长度的深度。这用于增加湿润面积。沟槽416的深度可随着其接近高压给水端口322的边缘而增加，即图7A或7B内的沟槽416可朝向高压给水端口322向下倾斜，如本文它处所示。尽管图7A和7B示出沟槽416，但沟槽416的形状也可用于沟槽414、416和516。图7A和7B的沟槽416示出为仅延伸高压给水端口322的宽度的一部分，类似于图9A、9B、10A和10B所示的沟槽(下文更详细描述的)。但，各沟槽416可大部分或完全跨越高压给水端口322宽度延伸，如图4A和
4B所示，或类似于图5A和5B所示的沟槽。在某些实施例中，多个沟槽416沿高压给水端口322的宽度设置。
[0061] 图8A示出沿线b-b截取的图4B的叶轮沟槽416-418的纵向剖视图。图8B是沿线c-c截取的图4B的沟槽416的横向剖视图。尽管图8B示出沟槽416，但该图可类似地示出沟槽414。尽管图8A示出沟槽416和叶轮表面418，但该图可类似地示出沟槽414。沟槽416以朝向高压给水端口322的角度802向下倾斜，因此，增加沟槽的有效水力直径。沟槽416较浅，具有显著小于宽度和/或长度的深度。这用于增加湿润面积。在各实施例中，角度802小于约5、4、
3、2、1、0.5、0.2、0.1度。叶轮表面418以角度804向下倾斜。在各实施例中，角度804小于约
10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0.5、0.2度，但大于角度802。
[0062] 图8C示出沿线d-d截取的图5B的沟槽514的纵向剖视图。图8D是沿线e-e截取的图5B的沟槽514的横向剖视图。叶轮沟槽514以角度806朝向浓缩物端口310向下倾斜，因此增加叶轮沟槽514的有效水力直径。在各实施例中，角度806小于约5、4、3、2、1、0.5、0.2、0.1度。尽管图8C和8D示出叶轮沟槽514，但这些图可类似地示出叶轮表面512和/或沟槽516。
[0063] 图9A示出根据本发明各实施例图4A的给水端盖232的替代实施例的内表面的立体图。图9B示出根据本发明各实施例图9A的给水端盖232的内部视图。图9A和9B与图4A和4B的区别分别在于图9A和9B包括沿低压给水端口320的边缘的小部分包括多个沟槽914而不是沿低压给水端口320的大部分或所有边缘设置沟槽414。类似地，图9A和9B包括沿高压给水端口322的边缘的沟槽916而不是沟槽416。
[0064] 给水端盖232的内表面包括设置在高压密封表面326与低压给水端口320之间的一个或多个高压卸压沟槽914。高压卸压沟槽914构造成随着转子202转动以将高压卸压沟槽914上方的管道218从高压密封表面316运动到低压给水端口320而将高压给水从管道218逐渐放入低压给水端口320。
[0065] 给水端盖232的内表面还包括设置在低压密封表面324与高压给水端口322之间的一个或多个低压卸压沟槽916。低压卸压沟槽916构造成随着转子202转动以将低压卸压沟槽916上方的管道218从低压密封表面324移动到高压给水端口322而将高压给水从高压给水端口322逐渐放入包含低压给水的管道218内。沿着高压给水端口322边缘的叶轮表面418构造成沿箭头方向赋予转子202以转动。叶轮表面418向转子202提供扭矩，减少或消除诸如马达的外部源转动转子的需求。
[0066] 图10A示出根据本发明各实施例图5A的浓缩物端盖的替代实施例的内表面的立体图。图10B示出图10A的浓缩物端盖的内表面的视图。图10A和10B与图5A和5B的区别分别在于图10A和10B包括沿浓缩物端口310的边缘的小部分包括多个沟槽1014而不是沿浓缩物端口310的大部分或所有边缘设置叶轮沟槽514。类似地，图10A和10B包括沿高压浓缩物端口312的边缘的沟槽1016而不是沟槽516。
[0067] 浓缩物端盖230的内表面包括设置在高压密封表面316与低压浓缩物端口310之间的一个或多个高压卸压沟槽1014。高压卸压沟槽1014构造成随着转子202转动以将高压卸压沟槽1014上方的管道218从高压密封表面316运动到低压浓缩物端口310而将高压浓缩物从管道218逐渐放入低压浓缩物端口310。
[0068] 浓缩物端盖230的内表面还包括设置在低压密封表面314与高压浓缩物端口312之间的一个或多个低压卸压沟槽1016。低压卸压沟槽1016构造成随着转子202转动以将低压卸压沟槽1016上方的管道218从低压密封表面314运动到高压浓缩物端口312而将高压浓缩物从高压浓缩物端口312逐渐放入管道218内。沿着低压浓缩物端口310边缘的叶轮表面518构造成沿箭头方向赋予转子202以转动。叶轮表面518向转子202提供扭矩，减少或消除诸如马达的外部源转动转子的需求。表面512可进一步沿正确或所需方向偏压转子旋转。
[0069] 本说明书中所使用的术语“包括”、“包括的”、“例如”、“示例”、“举例来说”和其变型并不意味着限制性术语，而是用于跟随词语“不限于”或其它类似含义的词语。本说明书中的限定以及所有标题、题目和子题目用于以便于理解的目的来描述和说明，但不用于对权利要求书记载的本发明的范围进行限制。每个这种定义用于还包括本领域普通技术人员已知或将已知为等同或以其它方式与相应项、技术或术语可互换的其它等同项、技术或术语。除非上下文中另有要求，动词“可(may)”是指相应动作、步骤或实施方式可执行或实现的可能性，并不表示这种动作、步骤或实施方式必须执行或必须发生的要求，或者以必须以所述具体方式执行或实现相应动作、步骤或实施方式。
[0070] 上述描述是说明而非限制性的。该专利详细描述了本发明的各实施例和实施方式，且本发明涵盖其它实施例和实施方式、进一步更改和替代构造。本专利并不意图将本发明限于所公开的特定实施例和实施方式，相反，本专利用于覆盖落入权利要求书范围的所有更改、等同物或替代实施例和实施方式。此外，可以各种组合使用附图中所示各实施例。因此，本发明的任何限制不应参照以上的说明来确定，而应参照所附权利要求及其等同方案的全部范围确定。
