旋轉壓力交換裝置的製作方法

2023-08-22 17:32:06 1

專利名稱：旋轉壓力交換裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1的前述部分所述的壓力交換裝置。
US-A-3431747公開了旋轉壓力交換裝置的一般工作原理，其轉子設有設計為圓柱孔形式的通道並且在每一個通道中布置有一個球體。這個作為密封元件的球體造成能量損耗並機械加工費事。此外，由於球體在球座上的衝擊作用會引起不利的穴蝕損傷。一種通過DE-A-3781148公開的、在轉子的通道內沒有球閥功能的壓力交換裝置試圖避免這種問題。
DE69512089T2對旋轉的轉子採用流體靜力支承原理。這種方案儘管避免了設置承載轉子的軸以及軸在殼體內的支承，但是這種無軸的轉子設計需要非常高的製造成本。而且用於這種陶瓷轉子和所屬的陶瓷軸瓦的精確加工的製造費用也非常高。
對於此類的壓力交換裝置，US6 540 487嘗試解決避由於交替地開啟和關閉通道而引起的噪聲載荷和隨之產生的穴蝕的問題。在外殼端面上，位於轉子端面的對面和在外殼側的進入口和排出口之間各有兩個密封區域。在每個在轉子的通道中進行的壓力交換過程中，這些密封區域用於確保通道的外部阻斷。此外該密封區域還用於防止外殼的進入口和排出口之間的短路流。在通道的開口經過密封區域時，通道交替的開啟和關閉通道產生巨大的噪音並形成破壞性的穴蝕現象。以上文獻為避免上述問題，嘗試在密封區域設置連接通道，藉助這個連接通道實現兩個不同壓力區域之間的壓力平衡。但是這種措施降低了這種壓力交換裝置的效率並只能起有限的作用。
本發明的任務是，對於此類具有布置在外殼內的並設置有多個通道的轉子的壓力交換裝置，實現一種轉子的力載荷顯著降低的運轉，這種運轉在改善的穴蝕特性情況下也具有較小的噪聲級。
這種問題的解決規定方案在外殼側的進入口和外殼側的密封區域之間的過渡內和/或在轉子中的通道的端面開口和在這些開口之間布置的轉子的密封板之間的過渡內設置減緩壓力衝擊的溢流區。
轉子的衝擊式負載主要由突然切斷湧入通道內的流體柱引起的。突然切斷湧入通道內的流體柱會引起巨大的壓力衝擊。由此造成通常由陶瓷材料製成的轉子的材料過載，直至造成轉子壁面的斷裂。同樣這也會在湧入的流體柱時引起穴蝕作用，並造成不利後果。這種方案不取決於使用那種方式和方法來驅動轉子，它既可以用於通過湧入的流體的脈衝實現旋轉運動的轉子，也可以用於藉助外部驅動裝置通過軸實現旋轉的轉子。
本發明的一個方案這樣設計，即在一個通道開口通過密封區域阻斷時和在密封區域及後面的密封板進行初始遮蓋時，溢流區域將流入通道的體積流暫時地延緩地阻斷。由此避免體積流的突然阻斷和由此引起的不利之處。
在旋轉方向進行觀察，如果通道開口的第一個或者在前面的密封板到達密封區域的邊緣，那麼就引入通道的封閉過程。從此刻開始，開口通過起遮蓋作用的密封區域實現開口的橫截面的減小。隨著轉子連續的旋轉運動，第二個或者隨後的開口的密封板靠近密封區域的邊緣。每個在前或者隨後的、通常徑向延伸的密封板之間都包含一段通道的端面的開口。如果隨後的密封板到達密封區域的邊緣，那麼考慮到轉子圓周速度會產生流動的流體柱的衝擊式的阻斷並造成不利的影響。設置溢流區域可以避免這個問題，這個溢流區域設置在隨後的密封板和密封區域的開頭或者邊緣相重疊的區域內。通過溢流區域，隨著時間的進行出現流動的流體柱的逐步減弱。
根據另一種方案，在外殼上的在進入口和密封區域之間的過渡內布置的溢流區在轉子旋轉方向具有一個朝向密封區域減小的橫截面。而在轉子上的在通道的相鄰開口和密封板之間的過渡內布置的溢流區在轉子旋轉方向具有一個增大的橫截面。在這種方案中，在轉子的密封板上布置的溢流區也將流入通道中的體積流各自暫時地延緩地阻斷。由此可以避免以流動的液體柱形式的體積流的突然阻斷和由此引起的不利之處。
取決於壓力交換裝置的製造尺寸、在外殼端面上的密封區域的寬度、在轉子端面上的在轉子上的通道的相鄰的開口之間的密封板的寬度和通道的截面形狀，溢流區既可以靜止地設置在外殼上也可以旋轉地在轉子上和/或設置在兩個部件上。在組合這種迴轉布置的溢流區時，可以使用一個在外殼上固定設置的溢流區。在外殼上，根據進入口的數目，也布置相應數目的溢流區。
重要的是，在轉子的旋轉方向觀察，在壓力交換裝置的一位置布置有溢流區，即該位置在流入轉子內的流體柱的流入過程和填充過程的儘可能晚時刻被通道的相應開口邊緣阻斷。
這種溢流區的構型的優點是可以由此平緩地阻斷流入轉子通道內的流體柱。由此可以簡單地避免由於壓力衝擊和壓力脈動引起的轉子通道中的材料過載。由於這種轉子通常由陶瓷部件製成，由此顯著改善了其使用強度。
並且根據另外一種方案，在溢流區一端和排出口的開始處之間的可測定的密封區域寬度至少相當於通道端面開口的寬度和密封板的寬度。通過這種方案可以確保，在任何情況下在密封區域至少以一半的密封板寬度實現可靠的通道密封並由此可以避免在進入口和排出口之間持續的短路通路。
本發明的實施例在附圖中示出並隨後詳細描述。附圖示出

圖1進入口和轉子的通道之間的在過渡區域內的一個透視圖；圖2和3通道的填充過程中的壓力曲線圖；圖4a-c定子的溢流區的不同橫截面形狀；圖5a-c不同形式的密封板。
圖1示出一個壓力交換裝置的沒有通道的轉子端面的的透視圖，並示出位於通道對面的、外殼側的進入口和排出口。在轉子的一個端面上並在一個圍繞旋轉軸線的環形面上均勻分布地、布置在通道開口之間的表面，由於它的形狀被稱為密封板。然而事實上它只是整個轉子端面的密封面的一個組成部分，該部分在形成微小的密封縫隙時貼緊在位於對面的外殼端面上。
在附圖中用點示出的縫隙大小不對應於實際大小，而是由於計算機技術原因選擇為示出的形式。
外殼表面各自具有一個進入口和排出口。通過進入口高壓力的液體以流體柱的形式流入通道。在通道內液體發生壓力傳遞並接著由通道排出到外殼的排出口。這交替地在壓力交換裝置的兩個端面發生。
這種轉子以及位於對面的外殼面由陶瓷形成，即一種對應交變壓力載荷敏感的材料。這裡示出的在外殼側面的溢流區避免流入通道內的流體流的突然阻斷。根據本發明可知，流動的流體柱的突然阻斷是產生壓力峰值和材料破壞的應力峰值的原因。溢流區提供一種結束將要密封的通道進行阻塞過程的方案，並在此期間逐漸實現通道內流入的體積流量的減小。考慮在阻塞位置的平均流動速度，得出這樣的特性，即其隨著時間趨近零。
在圖2中，在時間軸t上以虛線示出壓力走勢p並以實線示出根據現有技術的壓力交換裝置在轉子中的通道阻塞時刻的流動速度v。兩線示出液體柱怎樣以恆定的速度v和恆定的壓力p流入轉子的通道中的。在tz時刻，通道的開口通過密封區域突然地被阻斷並且流動速度v衝擊式地下降至零。由於這種不利的阻斷過程或者封閉過程，會產生壓力衝擊，由此在轉子的阻斷的通道內產生壓力波陣面。這種壓力波陣面以非常高的壓力水平在阻斷的通道內波動並由此使轉子材料不可靠地加載。在不利的情況下，這會導致轉子損毀。
圖3在相同形式的圖中示出溢流區的作用。在tN1時刻到達溢流區時，流動速度v逐漸減小並通過時間段tNz在時刻tN2結束。在達到tN2前一時刻，實線示出的流動速度v的曲線的走向具有一個拐點。這使得流入通道內的液體柱柔和地被阻斷。其結果是儘管在通道完全阻斷時其中還有一定的壓力波動，但這種壓力波動相比前面提到的壓力衝擊已經非常小了。由此在通道內只有顯著削弱的壓力波陣面，如藉助虛線表明的那樣。結果轉子的持續負載顯著減小並且它的工作可靠性成倍上升。
在圖4a到c中示出不同的在流動方向延伸的通過溢流區的縱剖面。這裡靜止形成的溢流區NZ是一個特徵，即它在進入口1和垂直於繪圖平面的外殼的密封區域2之間具有橫截面改變，由此達到流動的液體柱的逐漸的延緩的阻斷。這個改變可以是楔形的、截去的、倒圓的或者類似成形的。重要的是通道由此形成的在時間段tNZ內進行的、逐漸的阻斷。
圖5a到c示出不同的在流動方向上延伸的通過溢流區NZ的縱剖面，溢流區在這個示例中位於轉子5的單個的通道4之間的密封板3上。箭頭標明轉子的旋轉方向，轉子通過它的端面同外殼密封並貼緊在外殼和其密封區域2上。這個旋轉設置的溢流區NZ具有這樣的特徵，即它在進入口1和垂直於繪圖平面的密封區域2之間引起截面改變，由此流動的液體柱的逐漸的延緩阻斷得以實現。這個改變可以是楔形的、截去的、倒圓的或者類似成形的。重要的是由此形成的在時間段tNZ內進行的、要填充的通道的逐漸阻斷。
根據要處理的流量和壓力交換裝置的結構大小，溢流區可以只在外殼上、只在轉子上或者兩者上組合的設置。
權利要求
1.用於將壓力能從一個液體系統傳液流送到另一個液體系統的液流的壓力交換裝置，其具有帶有用於不同壓力狀態的液流的進入口和排出口的外殼，設置在殼體內的並圍繞縱軸旋轉的圓柱形的轉子，其中轉子設置有大量的通道，這些通道布置在圍繞著轉子的縱軸線的環形面上並在每個轉子端面有開口，在外殼上位於各自轉子端面的對面在外殼側設置有用於液流導入和導出的進入口和排出口，在外殼內的進入口和排出口之間設置有密封區域，在通道的開口之間設置有徑向延伸的密封板並且轉子的通道適配地連接外殼的進入口和排出口，使通道在轉子旋轉時，可以交替地輸送來自相應管路系統的高壓流體和低壓流體，其特徵在於，在外殼側的進入口(1)和外殼側的密封區域(2)之間的過渡內和/或在轉子(5)上的通道(4)的端面開口和轉子側的密封板(3)之間的過渡內設置有減小壓力衝擊的溢流區(NZ)。
2.按照權利要求1所述的壓力交換裝置，其特徵在於，在通道開口通過密封區域(2)阻斷時和在密封區域(2)及隨後的密封板(3)進行初始遮蓋時，溢流區域(NZ)將流入要阻斷的通道(4)內的體積流量暫時地延緩阻斷。
3.按照權利要求1或2所述的壓力交換裝置，其特徵在於，設置在外殼上在進入口(1)和密封區域(2)之間的過渡內的溢流區(NZ)在轉子旋轉方向具有朝向密封區域(2)的方向減小的橫截面。
4.按照權利要求3所述的壓力交換裝置，其特徵在於，在轉子(5)的旋轉方向觀察，在進入口(1)一位置設置有溢流區(NZ)，這個位置在流入轉子(5)內的流體柱的流入過程或填充過程的儘可能晚時刻被通道(4)的相應開口邊緣阻斷。
5.按照權利要求1到4中任一項所述的壓力交換裝置，其特徵在於，設置在轉子(5)上在通道(4)的相鄰開口和密封板(3)之間的過渡內的溢流區(NZ)在轉子的旋轉方向具有增大的橫截面。
6.按照權利要求5所述的壓力交換裝置，其特徵在於，在轉子(5)的旋轉方向觀察，在密封板(3)一位置設置有溢流區(NZ)，這個位置在流入轉子(5)內的流入過程或填充過程的儘可能晚的時刻通過進入口(1)的相應開口邊緣將流體柱阻斷。
7.按照權利要求1到6中任一項所述的壓力交換裝置，其特徵在於，外殼側的溢流區(NZ)具有朝向密封區域(2)減小的體積變化。
8.按照權利要求1到7中任一項所述的壓力交換裝置，其特徵在於，由轉子端面開始旋轉的溢流區(NZ)具有朝向通道(4)的增大的體積變化。
9.按照權利要求1到7中任一項或多項所述的壓力交換裝置，其特徵在於，在溢流區(NZ)的一端和排出口的開頭之間的密封區域(2)的可測量的寬度至少相當於通道(4)的端面開口的寬度和密封板(3)的寬度。
10.按照前述權利要求中任一項所述的壓力交換裝置，其特徵在於，在外殼的進入口和排出口和轉子(5)中的通道(4)的開口之間的過渡內設置有一個縫隙形狀的區域，該區域在轉軸(5)的旋轉方向設置在進入口或者排出口的排出邊緣後面並在轉子(5)的通道開口和外殼的進入口以及排出口之間產生衝擊小的阻斷。
全文摘要
本發明涉及一種用於將壓力能從一個液體系統液流傳送到另一個液體系統的液流的壓力交換裝置，其具有一個帶有用於不同壓力狀態液流的進入口和排出開頭的外殼。外殼內設置有用於圍繞縱軸旋轉的圓柱形的轉子，其中轉子設置有大量的通道，這些通道布置在一個圍繞著轉子的一個軸線的環形面上並在每個轉子端面有一個開口。在外殼上位於各自轉子端面的對面在外殼側設置有用於液流導入和導出的進入口和排出口，並在外殼上在進入口和排出口之間設置有密封區域，此外在通道的開口之間在轉子端面上設置有徑向延伸的密封板並且轉子的通道適配地連接外殼的進入口和排出口的連接，使通道在轉子旋轉時，可以交替地輸送來自相應管路系統的高壓流體和低壓流體。在外殼側的進入口和外殼側的密封區域之間的過渡內和/或在轉子上的通道的端面開口和轉子側的密封板之間的過渡內設置有緩衝壓力衝擊的溢流區。
文檔編號F04F13/00GK1954153SQ200580015860
公開日2007年4月25日 申請日期2005年4月29日 優先權日2004年5月19日
發明者S·布羅斯, W·科查諾維斯基, C·舒勒 申請人:Ksb股份公司