利用第二流体输送第一流体的泵系统的制作方法
【专利说明】利用第二流体输送第一流体的泵系统
[0001]本申请是申请号为200880116638.4，申请日为2008年10月15日，发明名称为‘利用第二流体输送第一流体的泵系统’的中国专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明公开了用于泵送流体的系统和设备。所述系统和设备特别应用于泵送颗粒泥浆。然而，应当认识到，所述方法和设备可以应用于如水力提升、集成冷却和脱水系统、以及反渗透脱盐的领域。
【背景技术】
[0003]现有技术中存在使用流体压力泵送其它流体的大量可用技术。这些装置本质上为压力交换装置，并且还可用于从流体中提取压力。
[0004]Seimag三腔室管，DWEER和ERI系统(在下文更详细讨论)是流体压力交换系统，其中，流体可以在一定程度上相互作用(即，混合)。
[0005]存在大量的其它流体压力交换装置，其具有位于刚性管内的隔膜(柔性软管)以限定环状空间(位于软管和管之间)和容积(位于软管内)。环状空间和容积可用于在两个流体之间交换或回收能量，同时保持流体分离以防止混合，以及提高能量传递效率。这些泵中的能量传递典型地通过容积式作用进行。
[0006]这种泵的实例在下列专利申请和专利中进行了描述:PCT/AU2003/000953 (West和 Morriss)，GB2, 195，149A (SB Services)，W082/01738(Riha)，US6, 345，962 (Sutter)，JPl 1-1 17872 (Iwaki)，US4, 543, 044 (Simmons) , US4，257，75 I(kofahI)，US4,886，432(Kimberlin)，GB992, 326(Esso)，US5,897，530(Jackson)。
[0007]在这些文献中，PCT/AU2003/000953 (West和Morriss)中描述的泵在采矿业实现了商业应用。在它的典型应用中，肮脏或腐蚀性流体在低压下在柔性软管内泵送，例如液压油的另一流体在高压下泵入环状空间内，导致肮脏或腐蚀性流体在高压下流出软管。使用液压油作为能量源允许能量在清洁、长寿环境下有效获得。
[0008]使用能量交换装置的一些其他典型应用如下。
[0009]⑴水力提升
[0010]水力提升是将泥浆矿物矿石(或类似物质)从矿场地下泵送至地面或矿藏中的较高层面。矿藏可以为露天或地下。从矿藏中去除矿石的典型可选方法是通过翻斗提升机中的提升、通过传送机或通过自卸卡车。水力提升在原理上应当提供比这些可选方案更低的使用周期成本，但是在市场上仍然占有重要位置。
[0011]水力提升的现有形式通常由下列组成:
[0012]1.使用活塞隔膜或其他高压泵以将均质泥浆矿石泵送到矿藏地面。在这种情况下，泥浆泵送到地面，没有物质返回或再循环到原始泵送点，因此不可能有压力回收；或
[0013]2.利用三腔室管路系统(例如，Siemag型系统)将泥浆矿石泵送至矿藏地面，但是利用来自地面的循环水辅助泵送泥浆。三腔室系统依赖于利用泥浆和水顺序填充和排空三个腔室。
[0014]在该系统中，在用水在高压下排出泥浆之前，一个腔室首先被填充泥浆。在排出行程期间，另一个腔室被填充泥浆，随后通过高压水排出，同时第三腔室被填充。然后，步骤继续进行，按照正在进行的顺序，第三腔室被排出，第一腔室被填充。
[0015]尽管这个系统从循环水回收能量，但是在两个介质之间可以产生混合，也会导致能量损耗和泥浆稀释或污染。同样，通常有必要给所述系统施加附加能量，从而由于水和泥浆之间的密度差以及系统中的摩擦损失将矿藏中的泥浆提升。
[0016]已经提出了一些水力提升系统，其中，高密度泥浆介质作为用于泵送要从矿藏(以颗粒形式)中去除的矿石的载流，压力在高密度介质循环回流至矿藏时从所述高密度介质回收(例如，通过三腔室管路系统)(参见:Hydraulic Hoisting for Platinum Mines，2004，Robert Cooke et al)。
[0017]应当注意，在许多压力回收回路中，必须给回路施加补偿流动和/或压力以保持压力和流动平衡。
[0018](ii)集成冷却和脱水系统
[0019]在这些集成系统中，水典型地在矿藏地面上冷却，随后在地下泵送。因此，它产生了相当大的(势能)能量。该能量在三腔室管路系统或佩尔顿水轮机系统中回收并且用于辅助泵送来自矿藏的污水。
[0020](iii)反渗透
[0021]在海水反渗透系统中，咸海水通常通过多级离心泵达到大约7，OOOkPa(100psi)。加压水随后注入反渗透膜腔室中，清水在膜的一侧流出，高盐度水从另一侧流出。高盐度水仍然处于高压，但是大约为流入海水流量的一半。
[0022]存在多种压力回收系统以便从高盐度水中回收能量(例如，DWEER(管内的实心浮动活塞)和ERI (旋转液体活塞系统))。这些允许在两个介质之间发生一定程度的混合或者具有摩擦势能(在实心活塞和壁之间)，其共同导致能量和效率损失。同样，使用多级泵作为主泵送机构在这些压力下不是最有效的技术。
【发明内容】
[0023]在本发明的第一方面，提供了利用第二流体输送第一流体的泵系统，所述系统至少包括第一泵，所述第一泵至少由以下部件组成:
[0024]限定第一内部空间的第一刚性外壳，
[0025]容纳在所述第一内部空间内的第一柔性管结构，
[0026]其中，所述第一柔性管结构的内部布置为接收所述第一流体或第二流体之一，
[0027]其中，所述第一内部空间围绕所述第一柔性管结构的区域布置成接收所述第一流体和第二流体中的另一个，其中，所述第一柔性管结构能够在横向膨胀和收缩状态之间移动以改变所述第一柔性管结构的内部容积，从而对所述第一流体施加连续的排出和吸入行程，其特征在于，所述泵系统包括第二泵，所述第二泵至少由以下部件组成:
[0028]限定第二内部空间的第二刚性外壳，
[0029]容纳在所述第二内部空间内的第二柔性管结构，其中，所述第二柔性管结构的内部布置成接收通过所述第一泵的所述连续排出和吸入行程排出的所述第二流体或第三流体之一，
[0030]其中，所述第二内部空间围绕所述第二柔性管结构的区域布置成接收通过所述第一泵的被施加的所述连续排放和吸入行程排出的所述第二流体和第三流体中的另一个，和
[0031]其中，所述第二柔性管结构能够在横向膨胀和收缩状态之间移动以改变所述第二柔性管结构的内部容积，从而对所述第三流体施加连续的排放和吸入行程。
[0032]能量回收装置和压力泵送装置集成在一起提供了一种系统，该系统能够从第一流体回收能量并且将能量传递给第二流体，随后利用第二流体中的能量连同施加给第二流体的附加外部能量和/或流动在比第一流体高的压力和/或流量下泵送第三流体。第三流体可以是与第一流体相同的流体类型。
[0033]该类型集成系统用于例如下列的应用:
[0034]水力提升，
[0035]集成冷却和脱水系统，和
[0036]反渗透脱盐。
[0037]在每一种应用中，需要在高压和高流量下通过一步骤或者从一个位置向另一个位置泵送流体。当泵送流体到达其目的地或者已经被处理时，它仍可能包含相当大的能量或者能够返回其初始位置并且回收相当大(势能)能量。如果能量能够有效提取的话，这种能量可用于帮助泵送更多的原始流体。这类系统可看作闭环或半闭环再循环系统。<