配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器的製作方法

2023-10-05 12:22:59 1

專利名稱：配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器，屬於反滲透海水淡化能量回收技術領域。
背景技術：
反滲透海水淡化作為一種淡水資源增量技術已在世界範圍內得到普遍採用，並已佔據了大部分市場份額。反滲透海水淡化屬於壓力驅動的膜分離過程，原料海水需首先通過高壓泵加壓到5. 5-8. OMPa之間並進入反滲透膜組件，其中約45%的原料海水通過反滲透膜被分離成為淡化產品水，而剩餘的約55%濃縮海水則以與原料海水壓力相當的高壓鹽水(壓力>5. OMPa)的形式被排放，造成能量的巨大浪費。因此，採用能量回收裝置高效回收利用高壓鹽水中的餘壓能量，對大幅降低反滲透海水淡化系統運行能耗具有重要意義。流體切換器是海水淡化能量回收裝置的核心部件之一。專利201110268610. 6公布了一種往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器，其是通過同軸連接的四個密封閥板在外驅動力的作用下有規律的打開和關閉，實現與其配套的兩隻壓力交換缸中增壓過程和洩壓過程的周期性切換。該專利在使用過程中存在如下不足其一，閥板開閉過程需克服閥板內外側全面積上的壓差阻力，驅動過程消耗功率大；其二，固定密封塊與高壓腔擋環有直接接觸的相對滑動，配合材質要求較高；其三，一個切換器與兩個壓力交換缸配套連接，裝置加工製造成本和安裝精度要求都較高。

發明內容
本發明的目的在於提供一種配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器，該流體切換器具有驅動功率小，加工和安裝簡單，噪音低，可靠性高等特點。本發明是通過以下技術方案加以實現的一種配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器，該流體切換器包括兩端的連接法蘭2和高壓端法蘭13，兩個法蘭通過拉杆和密封件夾緊密封其中間部件，中間部件包括閥體8、與該閥體的低壓室8-2連接的低壓腔殼體3、與閥體高壓室8-3連接的高壓腔殼體10 ;在低壓腔殼體內、閥體內及高壓腔殼體內的中心位置設置的三段式不等徑的往復運動杆I ;其特徵在於，在閥體低壓室壁上和高壓腔殼體壁上的同一圓周角度分別設置低壓流體出口管8-1和高壓流體進口管10-1，在低壓腔殼體壁上和閥體高壓室壁上的同一圓周角度上，且該圓周角度與低壓流體出口管的開口方位成180°位置，分別設置壓力交換缸連接管3-2和帶90°彎頭的高壓流體出口管8-4，在壓力交換缸連接管側面與高壓流體出口管的彎頭之間設置連接管3-1 ;三段式往復運動杆的中間粗杆段的長度短於閥體的低壓室和高壓室的軸向長度之和，在中間粗杆段的兩段肩處分別設置低壓室限位塊7和高壓室限位塊9，在處於閥體低壓室一側的細杆段上，設置能在該杆段滑動密封的低壓室閥芯組件，在處於閥體高壓室一側的細杆段上，設置能在該杆段滑動密封的高壓室閥芯組件，往復運動杆穿過連接法蘭伸到外側與驅動裝置相連。上述的低壓室閥芯組件，其特徵在於，是由一側能與低壓室限位塊貼合的低壓室閥板6，和位於該閥板另一側的低壓室預洩壓閥片4，以及固定在該閥片上且穿過低壓室閥板的兩根低壓室預洩壓閥片限位杆5組成；其中低壓室閥板的直徑大於低壓室埠直徑，該閥板平面上開設關於直徑對稱的兩個扇形通孔和兩個低壓室預洩壓閥片限位杆孔，其限位杆孔的中心距小於低壓室限位塊外圓直徑；低壓室預洩壓閥片限位杆的長度大於低壓室閥板的厚度；低壓室預洩壓閥片的外徑大於低壓室閥板上的兩個通孔的最大外徑。上述的高壓室閥芯組件，其特徵在於，是由一側能與高壓室限位塊貼合的高壓室閥板11，和位於該閥板另一側的高壓室預增壓閥片12，以及固定在該閥片上且穿過高壓室閥板的兩根高壓室預增壓閥片限位杆15組成。其中高壓室閥板的直徑大於高壓室埠直徑，該閥板平面上開設關於直徑對稱的兩個扇形通孔和兩個高壓室預增壓閥片限位杆孔，其限位杆孔的中心距小於高壓室限位塊外圓直徑；高壓室預增壓閥片限位杆的長度大於高壓室閥板的厚度；高壓室預增壓閥片的外徑大於高壓室閥板上的兩個通孔的最大外徑。本發明的優點其一，採用新型筒體內分腔結構，實現了所有閥板都為滑動自密封結構，提高了切換過程的密封效果，減緩了密封閥板與閥體間的撞擊；其二，通過在高壓室閥板和低壓室閥板外側增設預增壓閥片和預洩壓閥片，大幅度降低閥芯組件的驅動功率和能耗；其三，該流體切換器與壓力交換缸的連接方式採用的是單缸連接，降低了設備製造成本和安裝精度要求。


圖1為本發明配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器處於增壓工作位狀態時結構示意圖。圖2為本發明配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器處於洩壓工作位狀態時結構示意圖。圖3為圖1和圖2中的低壓室閥板和高壓室閥板結構示意圖。圖中1_往復運動杆；2_連接法蘭；3—低壓腔殼體；3_1—連接管；3_2—壓力交換缸連接管；4一低壓室預洩壓閥片；5—低壓室預洩壓閥片限位杆；6—低壓室閥板；7—低壓室限位塊；8—閥體；8-1—低壓流體出口管；8-2—低壓室；8-3—高壓室；8-4 —高壓流體出口管；9一高壓室限位塊；10—高壓腔殼體；10-1—高壓流體進口管；11 一高壓室閥板；12—高壓室預增壓閥片；13—高壓端法蘭；14一限位螺母；15—高壓室預增壓閥片限位杆。圖4為包括由本發明流體切換器構成的能量回收裝置增壓工作過程示意圖。圖5為包括由本發明流體切換器構成的能量回收裝置洩壓工作過程示意圖。圖4和圖5中A-流體切換器；B_壓力交換缸；C_活塞；D_止回閥組。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明加以進一步說明。圖中閥體8外徑O 168mm,長250mm ;其內設置圓柱形低壓室8-2和高壓室8-3，內徑都為①100mm，長度分別是115mm和105mm;其閥體低壓室壁上設置內徑為OSOmm低壓流體出口管8-1，在高壓室壁上設置帶90°彎頭的、內徑為O65mm高壓流體出口管8_4 ；閥體低壓室端連接低壓腔殼體3，該殼體內徑0140mm，壁厚14mm，長130mm ;低壓腔殼體上設置有內徑為①80mm壓力交換缸連接管3_2，該壓力交換缸連接管的側面設置內徑065mm的連接管3-1，該連接管與高壓流體出口管貫通；低壓腔殼體的另一端安裝有連接法蘭2，連接法蘭外徑為0262mm，中心孔直徑為O 20mm ;閥體高壓室端連接有高壓腔殼體10，該殼體內徑為O 140mm，壁厚14mm，長165mm，其上設置高壓流體進口管10-1，其內徑為065mm;高壓腔殼體的另一側安裝有高壓端法蘭13，其外徑為0262mm;往復運動杆I是三段式不等徑杆，中間粗杆段直徑為028mm，長為173mm，粗杆段兩側為細杆段，其直徑為O 20mm，左側細杆長度為210mm，右側細杆長度IOOmm ;高壓室閥芯組件包括高壓室閥板11、高壓室預增壓閥片12和兩個高壓室預增壓閥片限位杆15，高壓室閥板結構如圖3所示，其外徑為O IlOmm，中心孔為020_，厚度為25mm,在閥板平面上加工有兩個對稱的扇形通孔,每個扇形通孔圓心角為120° ,外徑為065mm,內徑為0 30mm,在閥板平面上兩個扇形通孔的對稱軸上對稱的開設兩個高壓室預增壓閥片限位杆孔，兩孔的孔間距40mm，孔徑為Ollmm ;高壓室預增壓閥片限位杆的直徑O 10_，長度51_，其穿過兩個高壓室預增壓閥片限位杆孔後通過螺紋緊固在高壓室預增壓閥片上；高壓室預增壓閥片為圓盤狀，外徑為低壓室閥芯組件包括低壓室閥板6、低壓室預洩壓閥片4和兩個低壓室預洩壓閥片限位杆5，其結構和尺寸與高壓室閥芯組件一致。往復運動杆與驅動裝置相連，高壓流體進口管與高壓鹽水管路相連，低壓流體出口管與洩壓鹽水管路相連，其壓力交換缸連接管與壓力交換缸相連，流體切換器、壓力交換缸和止回閥組構成能量回收裝置單元。本發明配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器的工作過程如下如圖1所示，流體切換器處於增壓工作位，高壓室閥板11和高壓室預增壓閥片12處於打開狀態，而低壓室閥板6和低壓室預洩壓閥片4處於關閉狀態，對應的壓力交換缸內進行的是增壓過程，如圖4所示，高壓鹽水從高壓流體進口管10-1進入高壓腔殼體10，穿過高壓室8-3、高壓流體出口管8-4、連接管3-1和壓力交換缸連接管3-2進入壓力交換缸，推動活塞，將壓力能傳遞給原料海水；當活塞到達壓力交換缸的止回閥組側端部時，在外驅動力的作用下流體切換器往復運動杆自右向左運動，高壓室閥板和高壓室預增壓閥片在高壓鹽水和往復運動杆的共同作用下先後關閉。與此同時，低壓室限位塊推動低壓室預洩壓閥片和低壓室閥板依次打開，轉換至洩壓工作位。圖5所示的能量回收裝置處於洩壓過程，對應的流體切換器如圖2所示。此時流體切換器低壓室閥板和低壓室預洩壓閥片均處於打開狀態，而高壓室閥板和高壓室預增壓閥片處於關閉狀態，原料海水由止回閥組端進入壓力交換缸，推動活塞使洩壓鹽水通過壓力交換缸連接管流入低壓腔殼體3，穿過低壓室8-2和低壓流體出口管8-1排出裝置，當活塞到達壓力交換缸的流體切換器側端部時，洩壓過程結束；如此，一個增洩壓周期結束，接著進入下一個增洩壓周期，這樣交替實現能量回收過程的連續進行。
權利要求
1.一種配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器，該流體切換器包括兩端的連接法蘭(2)和高壓端法蘭(13)，兩個法蘭通過拉杆和密封件夾緊密封其中間部件，中間部件包括閥體(8)、與該閥體的低壓室(8-2)連接的低壓腔殼體(3)、與閥體高壓室(8-3)連接的高壓腔殼體(10);在低壓腔殼體內、閥體內及高壓腔殼體內的中心位置設置的三段式不等徑的往復運動杆(I);其特徵在於，在閥體低壓室壁上和高壓腔殼體壁上的同一圓周角度分別設置低壓流體出口管(8-1)和高壓流體進口管(10-1 )，在低壓腔殼體壁上和閥體高壓室壁上的同一圓周角度上，且該圓周角度與低壓流體出口管的開口方位成180°位置，分別設置壓力交換缸連接管(3-2)和帶90°彎頭的高壓流體出口管(8-4)，在壓力交換缸連接管側面與高壓流體出口管的彎頭之間設置連接管(3-1);三段式往復運動杆的中間粗杆段的長度短於閥體的低壓室和高壓室的軸向長度之和，在中間粗杆段的兩段肩處分別設置低壓室限位塊(7)和高壓室限位塊(9)，在處於閥體低壓室一側的細杆段上，設置能在該杆段滑動密封的低壓室閥芯組件，在處於閥體高壓室一側的細杆段上，設置能在該杆段滑動密封的高壓室閥芯組件，往復運動杆穿過連接法蘭伸到外側與驅動裝置相連。
2.按權利要求1所述的配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器，其特徵在於，低壓室閥芯組件是由一側能與低壓室限位塊貼合的低壓室閥板(6)，和位於該閥板另一側的低壓室預洩壓閥片(4)，以及固定在該閥片上且穿過低壓室閥板的兩根低壓室預洩壓閥片限位杆(5)組成；其中低壓室閥板的直徑大於低壓室埠直徑，該閥板平面上開設關於直徑對稱的兩個扇形通孔和兩個低壓室預洩壓閥片限位杆孔，其限位杆孔的中心距小於低壓室限位塊外圓直徑；低壓室預洩壓閥片限位杆的長度大於低壓室閥板的厚度；低壓室預洩壓閥片的外徑大於低壓室閥板上的兩個通孔的最大外徑。
3.按權利要求1所述的配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器，其特徵在於，高壓室閥芯組件是由一側能與高壓室限位塊貼合的高壓室閥板(11)，和位於該閥板另一側的高壓室預增壓閥片(12)，以及固定在該閥片上且穿過高壓室閥板的兩根高壓室預增壓閥片限位杆(15)組成；其中高壓室閥板的直徑大於高壓室埠直徑，該閥板平面上開設關於直徑對稱的兩個扇形通孔和兩個高壓室預增壓閥片限位杆孔，其限位杆孔的中心距小於高壓室限位塊外圓直徑；高壓室預增壓閥片限位杆的長度大於高壓室閥板的厚度；高壓室預增壓閥片的外徑大於高壓室閥板上的兩個通孔的最大外徑。
全文摘要
本發明公開了一種配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器。該流體切換器包括閥體、低壓腔殼體和高壓腔殼體，其上設置低壓流體出口管、高壓流體出口管、壓力交換缸連接管和高壓流體進口管，其端部設置連接法蘭和高壓端法蘭，在低壓腔殼體內、閥體內及高壓腔殼體內的中心位置設置往復運動杆，在處於閥體低壓室和高壓室側分別設置低壓室閥芯組件和高壓室閥芯組件。本發明的優點採用閥體腔室分體結構，閥體腔室開關採用組合件，密封效果好，開關靈活，驅動功率小，加工和安裝簡單，噪音低，可靠性高。
文檔編號F16K27/02GK103032603SQ20131000535
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月8日 優先權日2013年1月8日
發明者王越, 宋代旺, 徐世昌, 路乃元, 劉輝, 王世昌 申請人:天津大學