本發(fā)明涉及一種液壓助力液體壓力交換裝置及其液體壓力交換方法。

背景技術(shù)：

在化工生產(chǎn)等行業(yè)的高壓洗滌和吸收工藝中，主要使用大功率柱塞泵和大功率多級(jí)離心泵進(jìn)行高壓液體輸送，而從洗滌裝置中回流的高壓液體卻被簡單地排放掉了，為了使洗滌裝置回流的高壓液體的勢(shì)能得以再利用，目前采用的方法是為多級(jí)離心泵并配備水力透平裝置，水利透平裝置是一種可部分回收液體壓力勢(shì)能并轉(zhuǎn)化成動(dòng)能的節(jié)能裝置，其原理是，除完成高壓液體輸送外，同時(shí)使帶有較高壓力的回流液體回收進(jìn)入水力透平裝置后，與電機(jī)的動(dòng)力共同驅(qū)動(dòng)多級(jí)離心泵旋轉(zhuǎn)作功，從而減小電機(jī)的功率輸出，達(dá)到節(jié)能目的，這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但不足之處是，因水利透平裝置是先將液體壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再加以利用，能量的回收利用方式不合理，這也決定了其能量的回收效率太低，實(shí)際應(yīng)用中回收率最高只有30％，節(jié)能效果并不明顯，目前還未見有更為合理和適應(yīng)廣泛的液體壓力回收利用裝置，以及更為直接有效的液體壓力交換方法。為克服上述不足，本發(fā)明人此前公開了一種專利公開號(hào)為CN203098431U的“壓力交換泵”和專利公開號(hào)為CN104019065A的“壓力交換泵的壓力交換方法”，可實(shí)現(xiàn)高壓液體能量的直接轉(zhuǎn)換和得以高效回收利用，但是，這一技術(shù)方案因需使用小功率電機(jī)作配套動(dòng)力來帶動(dòng)曲軸連桿，再通過曲軸連桿與活塞桿連接，從而驅(qū)動(dòng)交換泵中的活塞運(yùn)動(dòng)，故成本投入較高；曲軸連桿結(jié)構(gòu)從體積到制造成本都很難實(shí)現(xiàn)活塞的大行程運(yùn)動(dòng)，限制了高壓液體能量的單位回收量；交換泵的臥式設(shè)計(jì)會(huì)加速相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械磨損；有些工序中可回收的多級(jí)液壓能(如二級(jí)液的閃蒸液壓力能)尚沒有得到充分回收利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)的不足，提供一種更為優(yōu)化的液壓助力液體壓力交換裝置和液體壓力交換方法，使回流的高壓液體能量得到更為充分、高效、合理的回收利用。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，通過液壓助力液體壓力交換裝置完成高壓液體與被加壓液體的壓力交換，所述液壓助力液體壓力交換裝置包括單缸體和復(fù)式缸體兩種：

單缸體液壓助力液體壓力交換裝置包括液壓油缸、活塞、缸體、下進(jìn)液閥、下排液閥、上進(jìn)液閥、上排液閥，活塞置于缸體內(nèi)，缸體的上端固定有上進(jìn)液閥、上排液閥和液壓油缸，液壓油缸的油缸軸連接活塞，缸體的下端接有下進(jìn)液閥和下排液閥；

復(fù)式缸體液壓助力液體壓力交換裝置包括液壓油缸、一級(jí)活塞、二級(jí)活塞、缸體、隔板、下進(jìn)液閥、下排液閥、上進(jìn)液閥、上排液閥、二級(jí)液進(jìn)液閥和二級(jí)液排液閥，隔板橫置于缸體中部將缸體分為上、下兩個(gè)缸室，一級(jí)活塞置于下缸室，二級(jí)活塞置于上缸室，缸體的上端固定有液壓油缸和放氣閥，液壓油缸的油缸軸連接一級(jí)活塞和二級(jí)活塞，一級(jí)活塞和二級(jí)活塞在油缸軸的帶動(dòng)下同步運(yùn)動(dòng)，下缸室的外側(cè)分別接有上進(jìn)液閥、上排液閥、下進(jìn)液閥和下排液閥，上缸室的外側(cè)下部接有二級(jí)液進(jìn)液閥和二級(jí)液排液閥；

所述下進(jìn)液閥和下排液閥是分別用于被加壓液體進(jìn)、排的單向閥，所述上進(jìn)液閥和上排液閥分別用于回收高壓液體勢(shì)能和泄壓排液。

所述單缸體液壓助力液體壓力交換裝置，缸體內(nèi)以活塞為界可視為A、B兩室，兩室的容積會(huì)隨著活塞的前后移動(dòng)而改變。A室中是需要加壓輸送的液體，它從下進(jìn)液閥吸入，從下排閥排出，B室是帶有較高壓力的需要回收能量的回流液體，它從上進(jìn)液閥進(jìn)入，從上排液閥排出，根據(jù)液體壓力的特性，知道B室中有較高壓力的液體會(huì)通過活塞施壓在A室的液體上，從而可實(shí)現(xiàn)壓力的高效轉(zhuǎn)移即壓力交換，由于活塞兩端的A、B室壓力基本平衡，所以用較小的動(dòng)能就可以使活塞向前運(yùn)動(dòng)，達(dá)到了能量的高效回收并節(jié)能的目的。因此，活塞的動(dòng)力既有液壓缸的直接驅(qū)動(dòng)，又有回流高壓液體壓力的推動(dòng)。

本裝置可根據(jù)回收利用多級(jí)液壓能的實(shí)際需要而采用復(fù)式缸體，以實(shí)現(xiàn)多級(jí)液壓能(如二級(jí)液的閃蒸壓力能)全部高效回收利用，尤其適用于需采用兩次或多次壓力交換才能徹底回收能量的工況，所述復(fù)式缸體以隔板為界分為上、下兩個(gè)缸室，以兩個(gè)活塞為界下缸室可視為A、B兩室、上缸室可視為C、D兩室，A、B兩室的工況與單缸體工況相同，所不同的是，在某一工況下二級(jí)液進(jìn)液閥開啟，二級(jí)液也同時(shí)進(jìn)入C室對(duì)二級(jí)活塞產(chǎn)生推力，又在某一工況下二級(jí)液排液閥打開，C室的二級(jí)液排出，同時(shí)放氣閥開啟，D室內(nèi)的壓縮氣體排出。

本裝置無論是單缸體或復(fù)式缸體的運(yùn)行，均采用多組(三缸以上)順序并聯(lián)的方式按時(shí)序運(yùn)行，缸體的大小和個(gè)數(shù)不限，所以能科學(xué)合理的滿足回收能力從大到小的各種行業(yè)工況。

由于本發(fā)明不同于背景技術(shù)中將勢(shì)能先轉(zhuǎn)化成機(jī)械能再加以利用，不需另配加壓泵加壓輸送，而是借助液壓缸的輔助推力助推活塞，使攜帶能量的液體直接將能量轉(zhuǎn)移到需要升壓的液體上，也能滿足攜帶能量的液體進(jìn)行壓力交換并加壓排出的要求，理論上能量回收率為99％，實(shí)踐中去除其它能耗，回收率可達(dá)到95％左右，可廣泛應(yīng)用于化工工藝中的高壓洗滌或吸收等工藝的能量回收領(lǐng)域，以及有帶壓液體排出又有需要加壓的液體的工況。

本發(fā)明若應(yīng)用于高壓洗滌吸收裝置的富液與貧液間的壓力交換時(shí)，其配套的液壓缸功耗很小，液壓缸徑和工作行程可根據(jù)回收量及活塞行程的大小來選擇。由此可見，本發(fā)明不僅可實(shí)現(xiàn)高效的能量回收和能量轉(zhuǎn)移，能量轉(zhuǎn)換方式更為合理，而且使多級(jí)液壓能(如二級(jí)液的閃蒸液壓力能)也得以充分回收利用；又由于采用液壓缸做配套動(dòng)力，一則可進(jìn)一步減小動(dòng)力損耗，節(jié)能效果更為明顯；二則可根據(jù)工況要求設(shè)置大行程缸體，以滿足大回收量的需要；缸體的立式設(shè)計(jì)可減輕相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械磨損，延長設(shè)備使用壽命。

附圖說明

圖1是單缸體液壓助力液體壓力交換裝置與相關(guān)設(shè)備連接示意圖；

圖2是單缸體液壓助力液體壓力交換裝置工作過程示意圖；

圖3是復(fù)式缸體液壓助力液體壓力交換裝置與相關(guān)設(shè)備連接示意圖；

圖4是復(fù)式缸體液壓助力液體壓力交換裝置工作過程示意圖。

圖中：一級(jí)活塞1、缸體2、下進(jìn)液閥3、下排液閥4、上進(jìn)液閥5、上排液閥6、洗滌塔7、進(jìn)液總管8、排液總管9、進(jìn)液口10、出液管11、出液口12、液壓油缸13、隔板14、二級(jí)活塞15、二級(jí)液進(jìn)液閥16、二級(jí)液出液閥17、放氣閥18

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

實(shí)施例一：如圖1所示，所述單缸體液壓助力液體壓力交換裝置，缸體2通過閥門與生產(chǎn)線上的相應(yīng)管線相連接，以連接高壓洗滌塔7的管線為例，前進(jìn)液閥3接進(jìn)液總管8，前排液閥4接排液總管9，排液總管9的另一端與洗滌塔7的進(jìn)液口10相連；后進(jìn)液閥5接出液管11，出液管11與洗滌塔7的出液口12相連；后排液閥5與排液管線相連，為泄壓排液通道。

壓力交換方法包括下列步驟：

1、如圖2(a)所示，當(dāng)活塞1在液壓油缸13的驅(qū)動(dòng)下，從下端開始向上端運(yùn)行時(shí)，待輸送的液體(貧液)從進(jìn)液總管8通過下進(jìn)液閥3被吸入A室，隨著活塞1上移，液體被不斷地吸入A室；

2、如圖2(b)所示，當(dāng)活塞1運(yùn)行至上端時(shí)A室容積最大，此時(shí)B室的上排液閥6處于關(guān)閉狀態(tài)，上進(jìn)液閥5按時(shí)開啟，回流的高壓液體通過洗滌塔7的出液口12和出液管11進(jìn)入B室；

3、如圖2(c)所示，回流的高壓液體進(jìn)入B室推動(dòng)活塞1向下端運(yùn)行的同時(shí)將A室中的液體加壓，直到下排液閥4開啟，被加壓的液體通過下排液閥4排出，并通過排液總管9從進(jìn)液口10進(jìn)入洗滌塔7；

4、如圖2(d)所示，當(dāng)活塞1運(yùn)行至下端時(shí)，B室的上進(jìn)液閥5按時(shí)關(guān)閉、上排液閥6按時(shí)開啟并瞬間泄壓開始排液，到此完成一個(gè)壓力交換工作循環(huán)。

實(shí)施例二：如圖4(a)所示，所述復(fù)式缸體液壓助力液體壓力交換裝置，包括液壓油缸13、一級(jí)活塞1、二級(jí)活塞15、缸體2、隔板14、下進(jìn)液閥3、下排液閥4、上進(jìn)液閥5、上排液閥6，隔板14橫置于缸體2中部將缸體2分為上、下兩個(gè)缸室，一級(jí)活塞1置于下缸室，二級(jí)活塞15置于上缸室，缸體2的上端固定有液壓油缸13和放氣閥18，液壓油缸13的油缸軸連接一級(jí)活塞1和二級(jí)活塞15，一級(jí)活塞1和二級(jí)活塞15在油缸軸的帶動(dòng)下同步運(yùn)動(dòng)，下缸室的外側(cè)分別接有上進(jìn)液閥5、上排液閥6、下進(jìn)液閥3和下排液閥4，上缸室的外側(cè)下部接有二級(jí)液進(jìn)液閥16和二級(jí)液排液閥17。

如圖3所示，缸體2通過閥門與生產(chǎn)線上的相應(yīng)管線相連接，仍以連接高壓洗滌塔7的管線為例，下進(jìn)液閥3接進(jìn)液總管8，下排液閥4接排液總管9，排液總管9的另一端與洗滌塔7的進(jìn)液口10相連；上進(jìn)液閥5接出液管11，出液管11與洗滌塔7的出液口12相連；上排液閥6與排液管線相連，為泄壓排液通道；二級(jí)液進(jìn)液閥16接閃蒸來液管，二級(jí)液排液閥17接閃蒸出液管。

所述復(fù)式缸體液壓助力液體壓力交換裝置，尤其適用于需采用兩次或多次壓力交換才能徹底回收能量的工況，如碳酸丙烯脂脫碳工序和合成氨變換氣脫硫工序均設(shè)閃蒸器，富液不能一次全部減壓，而是減壓到閃蒸壓力經(jīng)閃蒸流出再次減壓的二級(jí)液。以在碳酸丙烯脂工藝中為例，圖4給出了復(fù)式缸體液壓助力液體壓力交換裝置工作過程示意圖，具體壓力交換方法包括下列步驟：

1、如圖4(a)所示，當(dāng)一級(jí)活塞1和二級(jí)活塞15在液壓油缸13的驅(qū)動(dòng)下，從各自缸室的下端開始同步向上運(yùn)行時(shí)，待輸送的液體(貧液)從進(jìn)液總管8通過前進(jìn)液閥3被吸入A室，上缸室的二級(jí)液進(jìn)液閥16開啟，閃蒸后的二級(jí)液進(jìn)入C室，對(duì)二級(jí)活塞15產(chǎn)生向上的推力，隨著活塞1和活塞15上移，液體被不斷地吸入A室和沖入C室；

2、如圖4(b)所示，當(dāng)活塞1和活塞15運(yùn)行至上端時(shí)A室和C室容積最大，此時(shí)B室的上排液閥6處于關(guān)閉狀態(tài)，上進(jìn)液閥5按時(shí)開啟，C室的二級(jí)液進(jìn)液閥16關(guān)閉、二級(jí)液出液閥17同步開啟，同時(shí)上缸室上的放氣閥18開啟，放掉D室內(nèi)的壓縮氣體，回流的高壓液體通過洗滌塔7的出液口12和出液管11進(jìn)入B室，C室的二級(jí)液開始從二級(jí)液出液閥17減壓排出；

3、如圖4(c)所示，回流的高壓液體進(jìn)入B室推動(dòng)一級(jí)活塞1向下端運(yùn)行的同時(shí)將A室中的液體加壓，直到下排液閥4開啟，被加壓的液體通過下排液閥4排出，并通過排液總管9從進(jìn)液口10進(jìn)入洗滌塔7，C室中減壓后的二級(jí)液在二級(jí)活塞15的推動(dòng)下排出到下個(gè)設(shè)備；

4、如圖4(d)所示，當(dāng)一級(jí)活塞1和二級(jí)活塞15同時(shí)運(yùn)行至下端時(shí)，B室的上進(jìn)液閥5按時(shí)關(guān)閉、上排液閥6按時(shí)開啟并瞬間泄壓排液，C室的二級(jí)液出液閥17關(guān)閉，二級(jí)液進(jìn)液閥16開啟，二級(jí)液進(jìn)入C室加壓，到此完成一個(gè)壓力交換工作循環(huán)。

為提高能量回收率，油缸軸的截面積應(yīng)小于活塞截面積的5％。

在本發(fā)明中，因活塞在靜止時(shí)兩端等壓，此時(shí)勢(shì)能利用率最大，回收率最高，當(dāng)活塞運(yùn)行速度超過一定值時(shí)回收率會(huì)相應(yīng)有所下降，故不宜盲目提高活塞的運(yùn)行速度。同時(shí)，確定活塞的運(yùn)行速度還應(yīng)考慮到缸體2上所有閥門及各管線口徑與缸體2直徑的比例。

所述上進(jìn)液閥5和上排液閥6、復(fù)式缸體上的二級(jí)液進(jìn)液閥16和二級(jí)液出液閥17采用電磁閥或液壓程控閥，可根據(jù)缸體2組合數(shù)量及不同工況來設(shè)置動(dòng)作控制點(diǎn)，比如可在閥端安裝相應(yīng)的傳感器件來達(dá)到控制閥門同步開、關(guān)的目的，根據(jù)回收量和實(shí)際工況來設(shè)計(jì)缸體個(gè)數(shù)和缸體大小以及是否采用復(fù)式缸體。

本發(fā)明根據(jù)工藝要求和場(chǎng)地要求設(shè)置缸體直徑和缸體長度、缸體個(gè)數(shù)及擺放位置。從經(jīng)濟(jì)性考慮，本發(fā)明特別適應(yīng)于大裝置的能量回收。對(duì)輸送液體均量要求過高的工況可設(shè)壓力緩沖槽和調(diào)節(jié)閥來滿足需要。考慮到液體的清潔度，可在總管處設(shè)過濾器以延長設(shè)備使用周期。

本發(fā)明未考慮兩種液體的完全不可互混性，可能造成微量混合，但在一般類似的工況下并不存在此問題，如兩種液體會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)則不適用本發(fā)明。