用於海船的數控海水淡化裝置的製作方法

2023-10-07 17:37:44

專利名稱：用於海船的數控海水淡化裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能夠把高礦化度的海水處理成符合工業或生活應用標準的淡水的裝備，屬於機電一體化過程控制設備技術領域。
利用半透膜在容器裡把海水與純水隔開，再用泵使海水側的壓力升高，可使海水一側的部分純水透過薄膜而獲得純水的方法，稱為逆滲透法或反滲透法。這種方法已經在電子、製藥工業製取其必需的超純水上獲得應用，現在，利用反滲析濾子裝置在嚴格規定的操作條件下把海水的含鹽量處理到規定標準以內的設備，被認為是當代比較理想的水處理裝置，因為它不需要直接或間接使用任何水處理的化學藥品就能實現水處理目的，又不會造成任何環境汙染。因此，該裝置的應用正在逐漸推廣，被廣泛用作海水淡化或其他工業和生活用水的處理裝置。但是，這種技術先進的裝備實際使用的效果差異很大，有的用得比較成功，有的則效果很差；有的剛開始使用時效果很好，但過了一段時間後效果大打折扣。又如滲析濾子的理論壽命可以高達十年以上，實際使用時，有的多年完好無損，有的就很快報廢。這種裝置，國外大都在大型水處理工廠使用，那裡控制設備先進、操作人員素質高，規章制度嚴格執行，使用效果相當好。但至今尚未見到有成功的小型裝置的問世和使用報導。此外，由於在處理過程中，裝置要排出大約佔純水量2～4倍的高壓水，能耗相當大；一套技術先進的水處理裝置的電費開銷要佔生產成本的80％，這也限制了該裝置應用場合的拓寬。
本實用新型的目的是提供一種採用當代數控技術而解決上述缺陷的數控海水淡化裝置，由於其設備高度緊湊，系統簡化成小型裝置，可以適用於海船航行使用。
本實用新型是採用美國杜邦(DUPONT)公司研製成功的定型產品反滲析離子篩水處理濾子裝置，再輔以申請人的專利技術數控增壓屏蔽泵(專利號CN91217569.0)、全數控電力／動力裝置(專利申請號CN93100001.4)和數控電源加以組合而構成的機電一體化工業過程數字控制裝置。
本實用新型匯集了當代高科技的最新成果，並和申請人的多項數控單元設備一起構成的新型海水淡化處理裝置。因採用計算機的智能控制軟體代替人工控制管理，全部處理過程的工藝參數和控制策略都由軟體工程師編成軟體存入計算機中，使整個裝置能夠納入嚴密的工藝過程控制下，按照最優工況的條件進行操作，且毋需人工值守。這樣，既可保證反滲析離子篩水處理濾子能夠始終處於最佳條件下平穩工作，確保達到產品性能規定的指標和濾子的額定使用壽命，避免人為的操作失誤(因對操作人員技術素質要求甚高，這種失誤是難以避免，又難以察覺而被人發現的)而損壞機器，縮短使用壽命。還可把從電網輸入的能量在整個裝置中得到充分利用，使裝置可以處在能耗近乎平衡的條件下長期工作，而大大降低其電能消耗。再者，本實用新型的配置高度緊湊和簡化，主要設備互為兼容，可靠性高，為製成小型水處理裝置用於船載提供了重要的基本條件。
以下結合附圖，具體介紹本實用新型。



圖1是本實用新型的結構組成示意圖。圖中1是反滲析離子篩濾子裝置。可以採用美國杜邦化學公司的定型產品，共有兩種類型15種規格的單元體，可以根據使用場合的具體要求選擇不同類型的相應規格的單元體，再根據水處理的需要量，選擇其數量既可少至一個單元體，也可多至幾十個構成大型水處理工廠。對於船(艦)載設備，通常配用一個單元體就可以夠用了。2是申請人研製成功的數控注水增壓屏蔽泵(專利號CN91217569.9)該泵的高壓水出口與反滲析濾子裝置的進水口相連通。其進水口則埋入海水中，這是一種採用稀土轉子的屏蔽式永磁全速同步電機驅動的、其電機轉軸與泵軸同軸的離心式水泵，可以採用數控變頻電源(例如PWM型逆變電源)對驅動電機的工況進行實時控制，進而隨機控制泵的運行工況。在本裝置中，可以隨時接受計算機5的指令而實時調整其輸出水壓和流量，滿足裝置的供水需求，並做到節約能耗。3是與注水屏蔽泵2相同的設備，只是其出水口與反滲析過濾裝置的高壓水排出口相連通。其水泵的進水口則被當作排水口。因為水泵3被當作水輪機，由過濾裝置排出的高壓水驅動水泵葉輪旋轉而使與泵軸同軸的稀土電機轉子也隨之轉動而產生電能，這樣該注水屏蔽泵的作用┈把過濾裝置的高壓水能量轉化為電能而在本設備中重新使用┈的目的就能實現了。4是數控電源，它是由可變頻逆變電源4A電力電子開關組4B和計算機5構成的。在反滲析裝置的進水口、高壓水排出口和淡水排出口以及屏蔽泵2的海水吸入口處分別裝有壓力傳感器6、7、8和9，在濾子裝置的淡水排出口處還裝有測定水質的電導傳感器10，這些傳感器檢測各自的水壓和水質，並通過其適配轉換模塊，將敏感數據送至中央控制計算機5。這些適配模塊和控制屏蔽泵驅動電機的可變頻電源變換器的控制適配模塊都插在標準工業控制介面5A中，標準工業控制介面5A則通過標準串行通信接口與可和其他設備共有的中央計算機5相連。
本實用新型選用了申請人研製的數控稀土全速同步電機驅動的增壓注水屏蔽泵作為反滲析濾子裝置的高壓水注入源及該裝置排出的高壓水能量回收設備。由於稀土轉子同步電機的特性，它既能處在電動機狀態下驅動水泵葉輪旋轉，例如本實用新型中水泵2的運轉方式；也可以在水泵作為水輪機被高壓水高速驅動後作為發電機而運轉，例如本實用新型中作為高壓透平方式工作的水泵3。此兩項裝置是可以互換使用的，一旦注水泵2發生故障時，作為應急措施可以把水泵3替換下來，頂替在水泵2的位置上工作，只是此時裝置不能回收高壓水能量而處於全負荷運行，能耗要大了。
本實用新型的控制關鍵是由軟體人員把全部工藝控制參數和控制策略編成程序裝入中央計算機，整個裝置就可納入計算機的過程控制，嚴格按照工藝條件實現最優化工況控制，基本上不需人工值守。這樣既可使反滲透濾子裝置在優化工況下進行，確保達到性能規定指標和濾子的額定使用壽命。又能最大限度充分利用電能，使裝置的能耗大幅度下降，還可降低地操作運行人員的素質要求，避免因工作人員的操作失誤而使濾子裝置遭受損害。
本實用新型是匯集當代高新科技成果(包括美國在杜邦公司的反滲析濾子裝置和申請人的多項數控單元設備)而構成的，不僅適合於作為大中型水處理工廠的關鍵設備，更可適宜於各種無人管理的小型水處理裝置。據測算，設計一套日產淡水25噸艦船使用的海水淡化裝置，把含鹽量為38000PPM海水降低到含鹽量為400PPM的軟用淡水，需要佔用的空間為400×400×1500mm3(反滲析裝置單元)、Φ150×2000×2mm3(泵及能量回收裝置)和400×400×1500mm3(電子控制裝置)的總和。這樣一套裝置的造價，船用的在人民幣20萬元以內。進行水處理，得到1噸淡水的耗電量約為4千瓦小時。雖然一次性投資較高，但運行成本相對較低。而且，在艦船採用就地處理獲得淡水技術後，就不再需要定期到港口加載淡水，船上的淡水艙，也可因此而取消，也不需專人管理之。本實用新型裝置所佔用的空間又很有限，省下的淡水艙容積可以增加為油艙容積，這樣，艦船的續航能力就可以得到增強。此外，本實用新型可以適用各種有條件的海上作業對象，把海水就地淡化處理，除航海的艦船外，海上石油平臺，海島駐守部隊等都可受益於本實用新型。
本實用新型由於採用數控電力／動力裝置來驅動水泵電機，並把反滲析裝置的高壓水蘊含的能量加以回收轉換為電能重新應用於整個設備的驅動中，使能耗大大降低。與西方先進的工業水處理裝置比較，電能消耗可降低45％(有能量回收設施的裝置)或25％(未裝有能量回收設施的裝置)。具有很好的應用前景。
權利要求1.一種用於海船的數控海水淡化裝置，包括有海水反滲析過濾裝置、數控增壓屏蔽泵和數控電源，其特徵是在反滲析過濾裝置的進水口接有一臺數控增壓屏蔽泵的高壓出水管，該泵的吸水口置於海水中，在反滲析過濾裝置的高壓水排出口則與另一臺用作水輪機以驅動其電機發電的數控增壓屏蔽泵的出水口相連通，該泵的進水口被作為排水口，在反滲析裝置的進水口、高壓水排出口、淡水排出口和屏蔽泵的海水吸入口處分別裝有壓力傳感器，淡水排出口處還裝有測定水質的電導傳感器，這些傳感器的適配轉換模塊和控制屏蔽泵驅動電機的可變頻電源變換器的控制適配模塊都插在標準工業控制介面中，標準工業控制介面通過標準串行通信接口與可和其他設備共有的中央控制計算機相連。
專利摘要一種用於海船的數控海水淡化裝置，是由反滲析過濾裝置，兩臺數控增壓注水屏蔽泵，數控電源等單元裝置構成的。用一臺稀土永磁全速同步電機驅動注水屏蔽泵向反滲析裝置輸入高壓海水，利用離子篩濾子過濾裝置在排出淡水的同時排出的高壓水驅動另一臺作為水輪機工作的屏蔽泵運轉，以使其稀土電機作為發電機旋轉發電，回收能量，可以大大節約能耗，整個裝置緊湊簡化，由計算機進行過程控制，工作可靠，使用壽命長。
文檔編號B63J1/00GK2149349SQ9320453
公開日1993年12月15日 申請日期1993年3月5日 優先權日1993年3月5日
發明者石行 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠