专利名称：一种两层双蜗壳能量传递执行器的制作方法
技术领域：
本发明属于能量传送设备领域，具体涉及反渗透海水淡化系统中关于能量回收设备的一种两层双蜗壳能量传递执行器。
背景技术：
能量传递在化学工程领域到处可见，尤其是对液体进行压力交换。在化工生产中，常有一些废液在排放前还具备相当高压力，如果不加以利用会造成很大的浪费。可以从废弃的高压流体中获取能量作为工作液体介质的预先增压，由此可节省大量的能耗费用，实现节能减排的目的。随着科技进步，人口日益增多，人们向海洋开发的愿望也日趋强烈，海水淡化处理日趋普及，海水淡化的能耗成本受到特别关注。早期海水淡化采用蒸馏法，如多级闪蒸技术，能耗在9. 0kffh/m3,通常只建在能量 价格很低的地区，如中东石油国，或有废热可利用的地区。20世纪70年代反渗透海水淡化技术投入应用，经过不断改进。从80年代初以前建成的多数反渗透海水淡化系统的过程能耗6. 0kffh/m3,到如今能耗3. 0kWh/m3，其最主要的改进是将处理后的高压浓盐水的能量有效回收利用，因此，能量回收效率成了降低海水淡化成本的关键。当今世界在海水淡化领域液体能量回收利用的能量传递执行设备主要有以下三种I、传统的活塞液压缸结构类似柱塞泵，优点是工作液体介质与废弃高压液体不直接接触，最高效率可达95%，缺点液压缸结构的活塞以及活塞杆自身都有很大的摩擦功耗，特别是活塞杆的往复密封技术最难达到理想效果，实际效率往往低于90%，特别是摩擦损耗导致设备停机频繁、维护费用高。专利号201010122952. 2，于2010年7月21日公布的我国发明专利用于海水淡化系统的差动式能量回收装置及方法，就属于传统活塞液压缸结构；2、透平——水泵组合的能量传递设备，突出优点是运行稳定可靠，工作液体介质与废弃高压液体不直接接触，且能适应大流量能量传递，虽然单机的最高效率低于75%，组合后的能量传递设备机组的效率一般只有40%——55%,至今仍然被大容量海水淡化系统所广泛采用。当务之急是如何减少密封摩擦，提高机组效率；3,1997年美国能量回收公司(ERI)推出压力交换能量回收装置(PressureExchanger),运用正位移的原理转换能量。优点没有了机械运动件，其小管径长管结构的最高回收效率可达95%。缺点是工作液体介质与废弃高压液体直接接触，只能限制于应用在工作液体介质与废弃高压液体相同的场合，且存在大流量小管径能量传递，其管路能耗大；而对于大管径结构的能量传递，混合面难以控制，其效率较低明显，传递质量下降厉害，实际效率往往低于85%。一般采用多个小管径长管并联，显得系统庞大，工程投资复杂还难以管理协调，因此只能适合小容量海水淡化系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种两层双蜗壳能量传递执行器，能弥补现有技术的缺陷，既能做到高效回收反渗透海水淡化系统处理过程中高压浓盐水的余压能量，又能做到能量传递执行设备少维修，甚至免于维修。为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案一种两层双蜗壳能量传递执行器，包括两层双蜗壳工作室壳体I、双作用空腔叶轮2以及球形定位滚珠3，所述的两层双蜗壳室壳体I分上、下两个双蜗壳工作室，上层双蜗壳工作室101布置有两个对称的蜗壳室112和进口 12对应蜗壳室113和进口 13，上层双蜗壳工作室101中央有一个出口朝上的液体出口 11，下层双蜗壳工作室109布置有两个对称的蜗壳室117和出口 17对应蜗壳室118和出口 18，下层双蜗壳工作室109中央有一个出口朝下的液体进口 19，两个双蜗壳工作室之间有中间连接圈15，中间连接圈15的上端面103与上层双蜗壳工作室101的下端面102密 封结合，中间连接圈15的下端面107与下层双蜗壳工作室109的上端面108密封结合，中间连接圈15的内圆上至少有一环半圆定位凹槽14。两个对称的双蜗壳工作室结构好处是让双作用空腔叶轮2的径向受力得到平衡，采用中间连接圈15的作用是便于与厚度调节圈25相适应。作为进一步优化所述的双作用空腔叶轮2的上板面21朝上外侧对称布置有至少两片以上曲面叶片22，下板面26朝下外侧对称布置有至少两片以上曲面叶片28，叶轮上板面21与叶轮下板面26之间有一个可更换的厚度调节圈25，厚度调节圈25的上端面202与叶轮上板面21的下端面201密封结合，厚度调节圈25的下端面203与叶轮下板面26的上端面209密封结合,且厚度调节圈25外圆上至少有一环半圆定位凹槽24与半圆定位凹槽14相对应。厚度调节圈25的作用是为了实现双作用空腔叶轮2整体空间的比重介于工作液体介质的比重与废弃高压液体的比重之间。该结构的好处是无需叶轮轴支撑，双作用空腔叶轮2自身就能悬浮在两相液体之间，消除任何密封摩擦阻力功耗和维修隐患。作为进一步优化半圆定位凹槽14与所对应的半圆定位凹槽24环形空间包容中，至少安放三颗球形定位滚珠3。由于双作用空腔叶轮2自身就能悬浮在两相液体之间，球形定位滚珠3几乎是无载荷定位工作，确保系统精确运行作。本发明的有益效果是本发明采用两层双蜗壳工作室壳体I和双作用空腔叶轮2。两层双蜗壳工作室壳体I使得本发明结构紧凑。两个蜗壳工作室对称结构布置的好处是让双作用空腔叶轮2的径向受力得到平衡。采用厚度调节圈25结构的好处是无需叶轮轴支撑，双作用空腔叶轮2自身就能悬浮在两相液体之间，消除任何密封摩擦阻力功耗和维修隐患。半圆定位凹槽14与所对应的半圆定位凹槽24环形空间包容中，至少安放三颗球形定位滚珠3，确保系统精确运行作。
图I是本发明一种两层双蜗壳能量传递执行器的剖面结构示意图。图2是本发明一种两层双蜗壳能量传递执行器应用于反渗透海水淡化系统的工作示意图；图3是图I的A-A剖面图，即上层双蜗壳工作室剖面图，图中所有的曲面叶片22都是以两个对称的双蜗壳工作室轴心4为圆心作顺时针运转；
图4是图I的B-B剖面图，即下层双蜗壳工作室剖面图，图中所有的曲面叶片28都是以两个对称的双蜗壳工作室轴心4为圆心作顺时针运转；图5是两层双蜗壳工作室壳体I的单独剖面图；图6是两层双蜗壳工作室壳体I分解后的上层双蜗壳工作室101的单独剖面图；图7是两层双蜗壳工作室壳体I分解后的两层双蜗壳工作室中间连接圈15的单独剖面图；图8是两层双蜗壳工作室壳体I分解后的下层双蜗壳工作室109的单独剖面图；图9是双作用空腔叶轮2的单独剖面图；图10是双作用空腔叶轮2分解后的上板面21的单独剖面图； 图11是双作用空腔叶轮2分解后的厚度调节圈25的单独剖面图；图12是双作用空腔叶轮2分解后的下板面26的单独剖面图。
具体实施例方式图I至图12的结合给出了本发明的结构和工作原理以及在反渗透海水淡化系统中的应用。—种两层双蜗壳能量传递执行器，包括两层双蜗壳工作室壳体I、双作用空腔叶轮2以及球形定位滚珠3，所述的两层双蜗壳室壳体I分上、下两个双蜗壳工作室，上层双蜗壳工作室101有两个对称的蜗壳室112和进口 12对应蜗壳室113和进口 13，上层双蜗壳工作室101中间有一个出口朝上的液体出口 11 ;下层双蜗壳工作室109有两个对称的蜗壳室117和出口 17对应蜗壳室118和出口 18，下层双蜗壳工作室109中间有一个出口朝下的液体进口 19，两个双蜗壳工作室之间有中间连接圈15，中间连接圈15的上端面103与上层双蜗壳工作室101的下端面102密封结合，中间连接圈15的下端面107与下层双蜗壳工作室109的上端面108密封结合，中间连接圈15的内圆上有一环半圆定位凹槽14。采用的双作用空腔叶轮2，其上板面21朝上外侧对称布置有12片曲面叶片22，下板面26朝下外侧对称布置有6片曲面叶片28，叶轮上板面21与叶轮下板面26之间有一个可更换的厚度调节圈25，厚度调节圈25的上端面202与叶轮上板面21的下端面201密封结合，厚度调节圈25的下端面208与叶轮下板面26的上端面209密封结合，且厚度调节圈25外圆上有一环半圆定位凹槽24与半圆定位凹槽14相对应。这里的工作液体介质为比重I. 02的清净海水，这里的废弃高压液体为比重I. 06的浓盐水。通过选择合适厚度的厚度调节圈25，使得双作用空腔叶轮2整体空间的比重等于I. 04。该结构的好处是无需叶轮轴支撑，双作用空腔叶轮2自身就能悬浮在两相液体之间，消除任何密封摩擦阻力功耗和维修隐患。在尺寸允许的条件下，选择半径尺寸略小于定位凹槽半径的若干颗球形定位滚珠3安放在半圆定位凹槽14与半圆定位凹槽24所对应的空间包容中。工作开始，清净海水进入单向阀81后被大功率高压泵7直接增压到设计压力，通过三通91经管路63进入反渗透装置5的海水腔51，在设计压力的作用下穿过反渗透膜55后进入反渗透装置5的淡水产品腔52，淡水产品从管路64流出到应用目的地处。被反渗透膜55挡住的浓盐水从管路65流出参与能量回收传递交换，一般仍然具备6. OMPa0在有能量回收传递交换的过程中，具备余压的浓盐水从管路65流出，经三通92后分两路。一路经管路66流经进口 13进入蜗壳室113 ;另一路经管路67流经进口 12进入蜗壳室112。两路具备余压的浓盐水同时对12片曲面叶片22做功，使得双作用空腔叶轮2整体以双蜗壳工作室轴心4为圆心作顺时针旋转。经做功泄压的浓盐水从液体出口 11处排放到指定的地方。与此同时，曲面叶片22同步以双蜗壳工作室轴心4为圆心作顺时针旋转，甩动下层双蜗壳工作室中的清净海水分两路压出，一路经蜗壳室117从出口 17压出流经管路69 ;另一路经蜗壳室118从出口 18压出流经管路68。在三通93处回笼一股，流经管路61后和单向阀82后，被小功率增压泵7再增压到设计压力，通过三通91经管路63进入反渗透装置5的海水腔51，在设计压力的作用下穿过反渗透膜55后进入反渗透装置5的淡水产品腔52，淡水产品从管路64流出到应用目的地处。被反渗透膜55挡住的浓盐水从管路65流出再次参与能量回收传递交换，周而复始，连续工作。最后，还需要注意的是，以上案例仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容 直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.一种两层双蜗壳能量传递执行器，包括两层双蜗壳工作室壳体(I)、双作用空腔叶轮(2)以及球形定位滚珠(3)，其特征是所述的两层双蜗壳室壳体(I)分上、下两个双蜗壳工作室，上层双蜗壳工作室(101)布置有两个对称的蜗壳室(112)和进口(12)对应蜗壳室(113)和进口(13)，上层双蜗壳工作室(101)中央有一个出口朝上的液体出口(11)，下层双蜗壳工作室(109)布置有两个对称的蜗壳室(117)和出口(17)对应蜗壳室(118)和出口(18)，下层双蜗壳工作室(109)中央有一个出口朝下的液体进口(19)，两个双蜗壳工作室之间有中间连接圈(15)，中间连接圈(15)的上端面(103)与上层双蜗壳工作室(101)的下端面(102)密封结合，中间连接圈(15)的下端面(107)与下层双蜗壳工作室(109)的上端面(108)密封结合，中间连接圈(15)的内圆上至少有一环半圆定位凹槽(14)。
2.根据权利要求I所述的一种两层双蜗壳能量传递执行器，其特征是双作用空腔叶轮(2)的上板面(21)朝上外侧对称布置有至少两片以上曲面叶片(22)，下板面(26)朝下外 侧对称布置有至少两片以上曲面叶片(28)，叶轮上板面(21)与叶轮下板面(26)之间有一个可更换的厚度调节圈(25)，厚度调节圈(25)的上端面(202)与叶轮上板面(21)的下端 面(201)密封结合，厚度调节圈(25)的下端面(203)与叶轮下板面(26)的上端面(209)密封结合，且厚度调节圈(25)外圆上至少有一环半圆定位凹槽(24)与半圆定位凹槽(14)相对应。
3.根据权利要求I所述的一种两层双蜗壳能量传递执行器，其特征是半圆定位凹槽(14)与所对应的半圆定位凹槽(24)环形空间包容中，至少安放三颗球形定位滚珠(3)。
全文摘要
本发明的目的是提供一种两层双蜗壳能量传递执行器，能弥补现有技术的缺陷，既能做到高效回收反渗透海水淡化系统处理过程中高压浓盐水的余压能量，又能做到能量传递执行设备少维修，甚至免于维修。本发明采用两层双蜗壳工作室壳体1和双作用空腔叶轮2。两层双蜗壳工作室壳体1使得本发明结构紧凑。两个蜗壳工作室对称结构布置的好处是让双作用空腔叶轮2的径向受力得到平衡。采用厚度调节圈25结构的好处是无需叶轮轴支撑，双作用空腔叶轮2自身就能悬浮在两相液体之间，消除任何密封摩擦阻力功耗和维修隐患。半圆定位凹槽14与所对应的半圆定位凹槽24环形空间包容中，至少安放三颗球形定位滚珠3，确保系统精确运行作。
文档编号F03B3/00GK102734042SQ201110091610
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月5日 优先权日2011年4月5日
发明者张意立 申请人:张意立