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制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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，屬于反滲透海水淡化能量回收技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
反滲透海水淡化作為一種淡水資源增量技術(shù)已在世界范圍內(nèi)得到普遍采用，并已占據(jù)了大部分市場份額。反滲透海水淡化屬于壓力驅(qū)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之間并進入反滲透膜組件，其中約45%的原料海水通過反滲透膜被分離成為淡化產(chǎn)品水，而剩余的約55%濃縮海水則以與原料海水壓力相當?shù)母邏蝴}水(壓力>5. OMPa)的形式被排放，造成能量的巨大浪費。因此，采用能量回收裝置高效回收利用高壓鹽水中的余壓能量，對大幅降低反滲透海水淡化系統(tǒng)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(qū)動力的作用下有規(guī)律的打開和關(guān)閉，實現(xiàn)與其配套的兩只壓力交換缸中增壓過程和泄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(nèi)外側(cè)全面積上的壓差阻力，驅(qū)動過程消耗功率大；其二，固定密封塊與高壓腔擋環(huán)有直接接觸的相對滑動，配合材質(zhì)要求較高；其三，一個切換器與兩個壓力交換缸配套連接，裝置加工制造成本和安裝精度要求都較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于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(qū)動功率小，加工和安裝簡單，噪音低，可靠性高等特點。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)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13，兩個法蘭通過拉桿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(nèi)、閥體內(nèi)及高壓腔殼體內(nèi)的中心位置設(shè)置的三段式不等徑的往復運動桿I ;其特征在于，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(shè)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(shè)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(cè)面與高壓流體出口管的彎頭之間設(shè)置連接管3-1 ;三段式往復運動桿的中間粗桿段的長度短于閥體的低壓室和高壓室的軸向長度之和，在中間粗桿段的兩段肩處分別設(shè)置低壓室限位塊7和高壓室限位塊9，在處于閥體低壓室一側(cè)的細桿段上，設(shè)置能在該桿段滑動密封的低壓室閥芯組件，在處于閥體高壓室一側(cè)的細桿段上，設(shè)置能在該桿段滑動密封的高壓室閥芯組件，往復運動桿穿過連接法蘭伸到外側(cè)與驅(qū)動裝置相連。上述的低壓室閥芯組件，其特征在于，是由一側(cè)能與低壓室限位塊貼合的低壓室閥板6，和位于該閥板另一側(cè)的低壓室預(yù)泄壓閥片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(yù)泄壓閥片限位桿5組成；其中低壓室閥板的直徑大于低壓室端口直徑，該閥板平面上開設(shè)關(guān)于直徑對稱的兩個扇形通孔和兩個低壓室預(yù)泄壓閥片限位桿孔，其限位桿孔的中心距小于低壓室限位塊外圓直徑；低壓室預(yù)泄壓閥片限位桿的長度大于低壓室閥板的厚度；低壓室預(yù)泄壓閥片的外徑大于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，其特征在于，是由一側(cè)能與高壓室限位塊貼合的高壓室閥板11，和位于該閥板另一側(cè)的高壓室預(yù)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(yù)增壓閥片限位桿15組成。其中高壓室閥板的直徑大于高壓室端口直徑，該閥板平面上開設(shè)關(guān)于直徑對稱的兩個扇形通孔和兩個高壓室預(yù)增壓閥片限位桿孔，其限位桿孔的中心距小于高壓室限位塊外圓直徑；高壓室預(yù)增壓閥片限位桿的長度大于高壓室閥板的厚度；高壓室預(yù)增壓閥片的外徑大于高壓室閥板上的兩個通孔的最大外徑。本發(fā)明的優(yōu)點其一，采用新型筒體內(nèi)分腔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了所有閥板都為滑動自密封結(jié)構(gòu)，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(cè)增設(shè)預(yù)增壓閥片和預(yù)泄壓閥片，大幅度降低閥芯組件的驅(qū)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采用的是單缸連接，降低了設(shè)備制造成本和安裝精度要求。


圖1為本發(fā)明配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器處于增壓工作位狀態(tài)時結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明配置單壓力交換缸的往復運動自密封流體切換器處于泄壓工作位狀態(tài)時結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖。圖中1_往復運動桿；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(yù)泄壓閥片；5—低壓室預(yù)泄壓閥片限位桿；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(yù)增壓閥片；13—高壓端法蘭；14一限位螺母；15—高壓室預(yù)增壓閥片限位桿。圖4為包括由本發(fā)明流體切換器構(gòu)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(fā)明流體切換器構(gòu)成的能量回收裝置泄壓工作過程示意圖。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(jié)合附圖對本發(fā)明加以進一步說明。圖中閥體8外徑O 168mm,長250mm ;其內(nèi)設(shè)置圓柱形低壓室8-2和高壓室8-3，內(nèi)徑都為①100mm，長度分別是115mm和105mm;其閥體低壓室壁上設(shè)置內(nèi)徑為OSOmm低壓流體出口管8-1，在高壓室壁上設(shè)置帶90°彎頭的、內(nèi)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(nèi)徑0140mm，壁厚14mm，長130mm ;低壓腔殼體上設(shè)置有內(nèi)徑為①80mm壓力交換缸連接管3_2，該壓力交換缸連接管的側(cè)面設(shè)置內(nèi)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(nèi)徑為O 140mm，壁厚14mm，長165mm，其上設(shè)置高壓流體進口管10-1，其內(nèi)徑為065mm;高壓腔殼體的另一側(cè)安裝有高壓端法蘭13，其外徑為0262mm;往復運動桿I是三段式不等徑桿，中間粗桿段直徑為028mm，長為173mm，粗桿段兩側(cè)為細桿段，其直徑為O 20mm，左側(cè)細桿長度為210mm，右側(cè)細桿長度IOOmm ;高壓室閥芯組件包括高壓室閥板11、高壓室預(yù)增壓閥片12和兩個高壓室預(yù)增壓閥片限位桿15，高壓室閥板結(jié)構(gòu)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(nèi)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(shè)兩個高壓室預(yù)增壓閥片限位桿孔，兩孔的孔間距40mm，孔徑為Ollmm ;高壓室預(yù)增壓閥片限位桿的直徑O 10_，長度51_，其穿過兩個高壓室預(yù)增壓閥片限位桿孔后通過螺紋緊固在高壓室預(yù)增壓閥片上；高壓室預(yù)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(yù)泄壓閥片4和兩個低壓室預(yù)泄壓閥片限位桿5，其結(jié)構(gòu)和尺寸與高壓室閥芯組件一致。往復運動桿與驅(qū)動裝置相連，高壓流體進口管與高壓鹽水管路相連，低壓流體出口管與泄壓鹽水管路相連，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(gòu)成能量回收裝置單元。本發(fā)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，流體切換器處于增壓工作位，高壓室閥板11和高壓室預(yù)增壓閥片12處于打開狀態(tài)，而低壓室閥板6和低壓室預(yù)泄壓閥片4處于關(guān)閉狀態(tài)，對應(yīng)的壓力交換缸內(nèi)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(cè)端部時，在外驅(qū)動力的作用下流體切換器往復運動桿自右向左運動，高壓室閥板和高壓室預(yù)增壓閥片在高壓鹽水和往復運動桿的共同作用下先后關(guān)閉。與此同時，低壓室限位塊推動低壓室預(yù)泄壓閥片和低壓室閥板依次打開，轉(zhuǎn)換至泄壓工作位。圖5所示的能量回收裝置處于泄壓過程，對應(yīng)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(yù)泄壓閥片均處于打開狀態(tài)，而高壓室閥板和高壓室預(yù)增壓閥片處于關(guān)閉狀態(tài)，原料海水由止回閥組端進入壓力交換缸，推動活塞使泄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(cè)端部時，泄壓過程結(jié)束；如此，一個增泄壓周期結(jié)束，接著進入下一個增泄壓周期，這樣交替實現(xiàn)能量回收過程的連續(xù)進行。
權(quán)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)，兩個法蘭通過拉桿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(nèi)、閥體內(nèi)及高壓腔殼體內(nèi)的中心位置設(shè)置的三段式不等徑的往復運動桿(I);其特征在于，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(shè)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(shè)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(cè)面與高壓流體出口管的彎頭之間設(shè)置連接管(3-1);三段式往復運動桿的中間粗桿段的長度短于閥體的低壓室和高壓室的軸向長度之和，在中間粗桿段的兩段肩處分別設(shè)置低壓室限位塊(7)和高壓室限位塊(9)，在處于閥體低壓室一側(cè)的細桿段上，設(shè)置能在該桿段滑動密封的低壓室閥芯組件，在處于閥體高壓室一側(cè)的細桿段上，設(shè)置能在該桿段滑動密封的高壓室閥芯組件，往復運動桿穿過連接法蘭伸到外側(cè)與驅(qū)動裝置相連。
2.按權(quán)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，其特征在于，低壓室閥芯組件是由一側(cè)能與低壓室限位塊貼合的低壓室閥板(6)，和位于該閥板另一側(cè)的低壓室預(yù)泄壓閥片(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(yù)泄壓閥片限位桿(5)組成；其中低壓室閥板的直徑大于低壓室端口直徑，該閥板平面上開設(shè)關(guān)于直徑對稱的兩個扇形通孔和兩個低壓室預(yù)泄壓閥片限位桿孔，其限位桿孔的中心距小于低壓室限位塊外圓直徑；低壓室預(yù)泄壓閥片限位桿的長度大于低壓室閥板的厚度；低壓室預(yù)泄壓閥片的外徑大于低壓室閥板上的兩個通孔的最大外徑。
3.按權(quán)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，其特征在于，高壓室閥芯組件是由一側(cè)能與高壓室限位塊貼合的高壓室閥板(11)，和位于該閥板另一側(cè)的高壓室預(yù)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(yù)增壓閥片限位桿(15)組成；其中高壓室閥板的直徑大于高壓室端口直徑，該閥板平面上開設(shè)關(guān)于直徑對稱的兩個扇形通孔和兩個高壓室預(yù)增壓閥片限位桿孔，其限位桿孔的中心距小于高壓室限位塊外圓直徑；高壓室預(yù)增壓閥片限位桿的長度大于高壓室閥板的厚度；高壓室預(yù)增壓閥片的外徑大于高壓室閥板上的兩個通孔的最大外徑。
全文摘要
本發(fā)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(shè)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(shè)置連接法蘭和高壓端法蘭，在低壓腔殼體內(nèi)、閥體內(nèi)及高壓腔殼體內(nèi)的中心位置設(shè)置往復運動桿，在處于閥體低壓室和高壓室側(cè)分別設(shè)置低壓室閥芯組件和高壓室閥芯組件。本發(fā)明的優(yōu)點采用閥體腔室分體結(jié)構(gòu)，閥體腔室開關(guān)采用組合件，密封效果好，開關(guān)靈活，驅(qū)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(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)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