专利名称：用于海船的数控海水淡化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能够把高矿化度的海水处理成符合工业或生活应用标准的淡水的装备，属于机电一体化过程控制设备技术领域。
利用半透膜在容器里把海水与纯水隔开，再用泵使海水侧的压力升高，可使海水一侧的部分纯水透过薄膜而获得纯水的方法，称为逆渗透法或反渗透法。这种方法已经在电子、制药工业制取其必需的超纯水上获得应用，现在，利用反渗析滤子装置在严格规定的操作条件下把海水的含盐量处理到规定标准以内的设备，被认为是当代比较理想的水处理装置，因为它不需要直接或间接使用任何水处理的化学药品就能实现水处理目的，又不会造成任何环境污染。因此，该装置的应用正在逐渐推广，被广泛用作海水淡化或其他工业和生活用水的处理装置。但是，这种技术先进的装备实际使用的效果差异很大，有的用得比较成功，有的则效果很差；有的刚开始使用时效果很好，但过了一段时间后效果大打折扣。又如渗析滤子的理论寿命可以高达十年以上，实际使用时，有的多年完好无损，有的就很快报废。这种装置，国外大都在大型水处理工厂使用，那里控制设备先进、操作人员素质高，规章制度严格执行，使用效果相当好。但至今尚未见到有成功的小型装置的问世和使用报道。此外，由于在处理过程中，装置要排出大约占纯水量2～4倍的高压水，能耗相当大；一套技术先进的水处理装置的电费开销要占生产成本的80％，这也限制了该装置应用场合的拓宽。
本实用新型的目的是提供一种采用当代数控技术而解决上述缺陷的数控海水淡化装置，由于其设备高度紧凑，系统简化成小型装置，可以适用于海船航行使用。
本实用新型是采用美国杜邦(DUPONT)公司研制成功的定型产品反渗析离子筛水处理滤子装置，再辅以申请人的专利技术数控增压屏蔽泵(专利号CN91217569.0)、全数控电力／动力装置(专利申请号CN93100001.4)和数控电源加以组合而构成的机电一体化工业过程数字控制装置。
本实用新型汇集了当代高科技的最新成果，并和申请人的多项数控单元设备一起构成的新型海水淡化处理装置。因采用计算机的智能控制软件代替人工控制管理，全部处理过程的工艺参数和控制策略都由软件工程师编成软件存入计算机中，使整个装置能够纳入严密的工艺过程控制下，按照最优工况的条件进行操作，且毋需人工值守。这样，既可保证反渗析离子筛水处理滤子能够始终处于最佳条件下平稳工作，确保达到产品性能规定的指标和滤子的额定使用寿命，避免人为的操作失误(因对操作人员技术素质要求甚高，这种失误是难以避免，又难以察觉而被人发现的)而损坏机器，缩短使用寿命。还可把从电网输入的能量在整个装置中得到充分利用，使装置可以处在能耗近乎平衡的条件下长期工作，而大大降低其电能消耗。再者，本实用新型的配置高度紧凑和简化，主要设备互为兼容，可靠性高，为制成小型水处理装置用于船载提供了重要的基本条件。
以下结合附图，具体介绍本实用新型。
图1是本实用新型的结构组成示意图。图中1是反渗析离子筛滤子装置。可以采用美国杜邦化学公司的定型产品，共有两种类型15种规格的单元体，可以根据使用场合的具体要求选择不同类型的相应规格的单元体，再根据水处理的需要量，选择其数量既可少至一个单元体，也可多至几十个构成大型水处理工厂。对于船(舰)载设备，通常配用一个单元体就可以够用了。2是申请人研制成功的数控注水增压屏蔽泵(专利号CN91217569.9)该泵的高压水出口与反渗析滤子装置的进水口相连通。其进水口则埋入海水中，这是一种采用稀土转子的屏蔽式永磁全速同步电机驱动的、其电机转轴与泵轴同轴的离心式水泵，可以采用数控变频电源(例如PWM型逆变电源)对驱动电机的工况进行实时控制，进而随机控制泵的运行工况。在本装置中，可以随时接受计算机5的指令而实时调整其输出水压和流量，满足装置的供水需求，并做到节约能耗。3是与注水屏蔽泵2相同的设备，只是其出水口与反渗析过滤装置的高压水排出口相连通。其水泵的进水口则被当作排水口。因为水泵3被当作水轮机，由过滤装置排出的高压水驱动水泵叶轮旋转而使与泵轴同轴的稀土电机转子也随之转动而产生电能，这样该注水屏蔽泵的作用┈把过滤装置的高压水能量转化为电能而在本设备中重新使用┈的目的就能实现了。4是数控电源，它是由可变频逆变电源4A电力电子开关组4B和计算机5构成的。在反渗析装置的进水口、高压水排出口和淡水排出口以及屏蔽泵2的海水吸入口处分别装有压力传感器6、7、8和9，在滤子装置的淡水排出口处还装有测定水质的电导传感器10，这些传感器检测各自的水压和水质，并通过其适配转换模块，将敏感数据送至中央控制计算机5。这些适配模块和控制屏蔽泵驱动电机的可变频电源变换器的控制适配模块都插在标准工业控制介面5A中，标准工业控制介面5A则通过标准串行通信接口与可和其他设备共有的中央计算机5相连。
本实用新型选用了申请人研制的数控稀土全速同步电机驱动的增压注水屏蔽泵作为反渗析滤子装置的高压水注入源及该装置排出的高压水能量回收设备。由于稀土转子同步电机的特性，它既能处在电动机状态下驱动水泵叶轮旋转，例如本实用新型中水泵2的运转方式；也可以在水泵作为水轮机被高压水高速驱动后作为发电机而运转，例如本实用新型中作为高压透平方式工作的水泵3。此两项装置是可以互换使用的，一旦注水泵2发生故障时，作为应急措施可以把水泵3替换下来，顶替在水泵2的位置上工作，只是此时装置不能回收高压水能量而处于全负荷运行，能耗要大了。
本实用新型的控制关键是由软件人员把全部工艺控制参数和控制策略编成程序装入中央计算机，整个装置就可纳入计算机的过程控制，严格按照工艺条件实现最优化工况控制，基本上不需人工值守。这样既可使反渗透滤子装置在优化工况下进行，确保达到性能规定指标和滤子的额定使用寿命。又能最大限度充分利用电能，使装置的能耗大幅度下降，还可降低地操作运行人员的素质要求，避免因工作人员的操作失误而使滤子装置遭受损害。
本实用新型是汇集当代高新科技成果(包括美国在杜邦公司的反渗析滤子装置和申请人的多项数控单元设备)而构成的，不仅适合于作为大中型水处理工厂的关键设备，更可适宜于各种无人管理的小型水处理装置。据测算，设计一套日产淡水25吨舰船使用的海水淡化装置，把含盐量为38000PPM海水降低到含盐量为400PPM的软用淡水，需要占用的空间为400×400×1500mm3(反渗析装置单元)、Φ150×2000×2mm3(泵及能量回收装置)和400×400×1500mm3(电子控制装置)的总和。这样一套装置的造价，船用的在人民币20万元以内。进行水处理，得到1吨淡水的耗电量约为4千瓦小时。虽然一次性投资较高，但运行成本相对较低。而且，在舰船采用就地处理获得淡水技术后，就不再需要定期到港口加载淡水，船上的淡水舱，也可因此而取消，也不需专人管理之。本实用新型装置所占用的空间又很有限，省下的淡水舱容积可以增加为油舱容积，这样，舰船的续航能力就可以得到增强。此外，本实用新型可以适用各种有条件的海上作业对象，把海水就地淡化处理，除航海的舰船外，海上石油平台，海岛驻守部队等都可受益于本实用新型。
本实用新型由于采用数控电力／动力装置来驱动水泵电机，并把反渗析装置的高压水蕴含的能量加以回收转换为电能重新应用于整个设备的驱动中，使能耗大大降低。与西方先进的工业水处理装置比较，电能消耗可降低45％(有能量回收设施的装置)或25％(未装有能量回收设施的装置)。具有很好的应用前景。
权利要求1.一种用于海船的数控海水淡化装置，包括有海水反渗析过滤装置、数控增压屏蔽泵和数控电源，其特征是在反渗析过滤装置的进水口接有一台数控增压屏蔽泵的高压出水管，该泵的吸水口置于海水中，在反渗析过滤装置的高压水排出口则与另一台用作水轮机以驱动其电机发电的数控增压屏蔽泵的出水口相连通，该泵的进水口被作为排水口，在反渗析装置的进水口、高压水排出口、淡水排出口和屏蔽泵的海水吸入口处分别装有压力传感器，淡水排出口处还装有测定水质的电导传感器，这些传感器的适配转换模块和控制屏蔽泵驱动电机的可变频电源变换器的控制适配模块都插在标准工业控制介面中，标准工业控制介面通过标准串行通信接口与可和其他设备共有的中央控制计算机相连。
专利摘要一种用于海船的数控海水淡化装置，是由反渗析过滤装置，两台数控增压注水屏蔽泵，数控电源等单元装置构成的。用一台稀土永磁全速同步电机驱动注水屏蔽泵向反渗析装置输入高压海水，利用离子筛滤子过滤装置在排出淡水的同时排出的高压水驱动另一台作为水轮机工作的屏蔽泵运转，以使其稀土电机作为发电机旋转发电，回收能量，可以大大节约能耗，整个装置紧凑简化，由计算机进行过程控制，工作可靠，使用寿命长。
文档编号B63J1/00GK2149349SQ9320453
公开日1993年12月15日 申请日期1993年3月5日 优先权日1993年3月5日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂