可调压调量的液体压力交换装置的制作方法

本实用新型涉及一种液体压力交换装置，尤其是可调压调量的液体压力交换装置。

背景技术：

在化工生产等行业的高压洗涤和吸收工艺中，主要使用大功率柱塞泵和大功率多级离心泵进行高压液体输送，而从洗涤装置中回流的高压液体的势能却被简单地减压了，为了使洗涤装置回流的高压液体的势能得以再利用，目前采用的方法是为多级离心泵配备水力透平装置或者涡轮发电装置，水利透平装置是一种可部分回收液体压力势能并转化成动能的节能装置，其原理是，除完成高压液体输送外，同时使带有较高压力的回流液体回收进入水力透平装置后，与电机的动力共同驱动多级离心泵旋转作功，从而减小电机的功率输出，达到节能目的，这种装置的优点是结构简单，但不足之处是，因水利透平装置是先将液体压力势能转化为机械能再加以利用，能量的回收利用方式不合理，这也决定了其能量的回收效率太低，实际应用中回收率最高只有30％，节能效果并不明显，涡轮发电装置比水利透平装置复杂且能量回收率低，一般应用较少。为克服上述不足，本发明人此前公开了一种专利公开号为CN203098431U的“压力交换泵”和专利公开号为CN104019065A的“压力交换泵的压力交换方法”，可实现高压液体能量的直接转换和得以高效回收利用，但是，这一技术方案因需使用小功率电机作配套动力来带动曲轴连杆与活塞，从而驱动交换泵中的活塞运动，故成本投入较高，而且曲轴连杆结构从体积到制造成本都很难实现活塞的大行程运动，限制了高压液体能量的单位回收量；有些工序中可回收的多级液压能尚没有得到充分回收利用，一是需要减压的液体量大于需要升压的液体量，而剩余的液体能量不能回收利用，二是因缺乏液体势能一并回收利用和一个液体的势能分别分配(作用)在几个液体上的合理利用的有效方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对背景技术的不足，提供一种更为优化的可调压调量的液体压力交换装置，使回流的高压液体能量得到更为充分、高效、合理的回收利用。

本实用新型的技术方案是，可调压调量的液体压力交换装置包括单泵和复式泵两种结构形式：

单泵可调压调量的液体压力交换装置包括：单泵、液压油缸、上进液阀和上排液阀、升压阀、泄压阀、安全阀、单泵活塞、泵座或大直径三通、下进液阀和下排液阀，单泵的上端设置有液压油缸和与单泵相连通的上进液阀、上排液阀、升压阀、泄压阀，上进液阀与升压阀有管路相连通，上排液阀与泄压阀有管路相连通，液压油缸的顶部设置有安全阀，液压油缸的活塞杆连接着单泵活塞，单泵活塞置于单泵内，泵座或大直径三通固定在单泵的下端，若固定在单泵下端的是泵座，则下进液阀和下排液阀置于泵座中与单泵相连通；若固定在单泵下端的是大直径三通，则单泵与大直径三通的上端口相连通，下进液阀和下排液阀分别设置在大直径三通的两个水平端口上。

所述单泵内以单泵活塞为界可视为A、B两室，两室的容积会随着单泵活塞的前后移动而改变。A室中是需要加压输送的液体，它从下进液阀吸入，从下排阀排出，B室是带有较高压力的需要回收能量的回流液体，它从上进液阀进入，从上排液阀排出，根据液体压力的特性，知道B室中有较高压力的液体会通过活塞施压在A室的液体上，从而可实现压力的高效转移即压力交换，由于活塞两端的A、B室压力基本平衡，所以用较小的动能就可以使活塞向前运动，从而达到能量的高效回收并节能的目的，因此，活塞的动力既有液压缸的直接驱动，又主要有回流高压液体压力的推动。单泵可调压调量的液体压力交换装置主要实现两种液体的压力交换。

所述复式泵可调压调量的液体压力交换装置包括：液压油缸、一级活塞、二级活塞、复式泵、隔板、泵座、下进液阀、下排液阀、上进液阀、上排液阀、放气阀、二级液进液阀、二级液排液阀。复式泵的上端设置有液压油缸和与复式泵相连通的放气阀，复式泵的下端固定在泵座上，隔板设置于复式泵的中部将复式泵分为上、下两个泵室，一级活塞置于下泵室，二级活塞置于上泵室，液压油缸的活塞杆连接一级活塞和二级活塞，一级活塞和二级活塞在活塞杆的带动下同步运动，上泵室的上端或下端分别设置有二级液进液阀、二级液排液阀，在下泵室的上端分别设置有上进液阀、上排液阀，下进液阀和下排液阀置于泵座中与复式泵相连通。

所述复式泵的下泵室以一级活塞为界可视为A、B两室，上泵室以二级活塞为界可视为C、D两室，下泵室的工况与单泵的工况相同，上泵室与单泵的区别是，当二级液进液阀、二级液排液阀设置在上泵室上端时，放气阀则设置在上泵室下端，二级液进液阀与下泵室的上进液阀同步，二级液排液阀与下泵室的上排液阀同步，带压的二级液体通过活塞共同对需升压的A室的液体升压；当二级液进液阀、二级液排液阀设置在上泵室下端时，放气阀则设置在上泵室上端，二级液进液阀与下泵室的下进液阀同步，二级液排液阀与下泵室的下排液阀同步，通过活塞使作用在A室的液体上的力得到分解。

复式泵的上泵室和下泵室可以根据需要分别设计成不同的泵径和与之相匹配的活塞，也可以根据需要设置两个以上的泵室，已更好地满足使用条件，使其能够同时给多个液体升、降压，达到调压调量的目的。

由于采用复式泵的可调压调量的液体压力交换装置可以实现多种液体压力的综合交换利用，既可以将多种液体的势能转移到一个液体上，又可以将一个液体的势能转移到多个液体上，使各个液体都能达到各自所需要的工作条件，从而实现各个液体间能量的高效转移，因为复式泵具有调压(变压)调量(变量)的特点，它可以实现势能的叠加满足一些工况的需要，起到升压作用，如同一个变压器，可以分解回收液的压力能，使较低压力的单输出液体的量按比例变大，重叠升高被加压液体的压力，也可以分别输出不同压力的液体，给被加压液体分解成符合使用的压力，更好的回收能量，升压时泵出的液体量会较需减压的液体量少，所以，复式泵可调压调量的液体压力交换装置尤其适用于需采用两次或多次压力交换才能彻底回收能量的工况，以及压力差别较大、液体量差别较大的工况，具有更广泛的适应性。

所述下进液阀和下排液阀是分别用于被加压液体进、排的单向阀或组合单向阀，所述上讲液阀和上排液阀分别用于回收高压液体势能的进液和泄压排液。为保证最有效地提高液体势能的交换效率，在单泵上端设置的上进液阀和上排液阀应选用大口径阀门，相应的，设置在泵座中的或大直径三通上的下进液阀和下排液阀的口径也要与之相匹配。

设置升压阀和泄压阀的目的，是为在液体的势能差较大时减轻上进液阀和上排液阀的能耗。

液压油缸的驱动力可根据输送液体所必需的条件进行合理设计，如果是单泵可调压调量的液体压力交换装置，而且需要回收压力的液体量大于被加压的液体量，则液压油缸既可以用液压油驱动活塞，也可以用本装置中携带的高压液体代替液压油驱动活塞，既能解决需要回收压力的液体能量的全部回收利用的问题，又可节省设备成本。

本实用新型无论是单泵或复式泵的结构形式，均采用多组(三泵以上)顺序并联的方式按时序运行，泵体的大小的设计和个数的选择，以能够满足不同行业的不同工况而定。

由于本实用新型不同于背景技术中将势能先转化成机械能再加以利用，不需另配加压泵加压输送，而是借助液压油缸的辅助推力助推活塞，使携带能量的液体直接将能量转移到需要升压的液体上，也能满足携带能量的液体进行压力交换并加压排出的要求，本实用新型是压力交换泵和与其相配套机构的结合体，除可以把两种液体的势能进行交换外，还可以对需要升压的液体提供动能而达到输送条件，也可以将多个液体的势能一并回收利用，或将一个液体的势能同时分配在几个液体上，使之达到各自所需要的工作条件。理论上能量回收率为99％，实践中去除其它能耗，回收率可达到95％左右，因此，可广泛应用于化工工艺中的高压洗涤或吸收等工艺的能量回收领域，以及有带压液体排出又有需要加压的液体的工况。本实用新型若应用于高压洗涤吸收装置的富液与贫液间的压力交换时，其配套的液压油缸功耗很小，液压油缸的直径可根据回收量及活塞行程的大小来选择。

综上可见，本实用新型不仅可实现高效的能量回收和能量转移，能量转换方式更为合理，而且使多级液压能得以充分回收利用；又由于采用液压油缸做配套动力，一则可进一步减小动力损耗，节能效果更为明显，二则可根据工况要求设置大行程或不同泵径的泵体，以满足大回收量的需要，复式泵还能够多次回收剩余能量或叠加和分解势能，以满足特殊工况需求。

附图说明

图1是所述单泵可调压调量的液体压力交换装置与相关设备连接示意图；

图2是可调压调量的液体压力交换装置中的单泵下端连接大直径三通示意图；

图3是单泵可调压调量的液体压力交换装置工作过程示意图；

图4是复式泵可调压调量的液体压力交换装置与相关设备连接示意图；

图5是复式泵可调压调量的液体压力交换装置工作过程示意图：

图6是本实用新型的复式泵的上泵室上端设置二级液进液阀、二级液排液阀时转换液体势能示意图；

图7是本实用新型的复式泵的上泵室下端设置二级液进液阀、二级液排液阀时转换液体势能示意图。

图中：一级活塞1、单泵2、下进液阀3、下排液阀4、上进液阀5、上排液阀6、高压洗涤塔7、进液总管8、排液总管9、进液口10、出液管11、出液口12、液压油缸13、隔板14、二级活塞15、二级液进液阀16、二级液排液阀17、放气阀18、升压阀19、泄压阀20、安全阀21、单泵活塞22、泵座23、大直径三通24、复式泵25

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作详细说明。

如图1-5所示，可调压调量的液体压力交换装置包括单泵和复式泵两种结构形式：

单泵可调压调量的液体压力交换装置包括：单泵2、液压油缸13、上进液阀5和上排液阀6、升压阀19、泄压阀20、安全阀21、单泵活塞22、泵座23或大直径三通24、下进液阀3和下排液阀4，单泵2的上端设置有液压油缸13和与单泵2相连通的上进液阀5、上排液阀6、升压阀19、泄压阀20，上进液阀5与升压阀19有管路相连通，上排液阀6与泄压阀20有管路相连通，液压油缸13的顶部设置有安全阀21，液压油缸13的活塞杆连接着单泵活塞22，单泵活塞22置于单泵2内，泵座23或大直径三通24固定在单泵2的下端，若固定在单泵2下端的是泵座23，则下进液阀3和下排液阀4置于泵座23中与单泵2相连通；若固定在单泵2下端的是大直径三通24，则单泵2与大直径三通24的上端口相连通，下进液阀3和下排液阀4分别设置在大直径三通24的两个水平端口上。

所述单泵2内以单泵活塞22为界可视为A、B两室，两室的容积会随着单泵活塞2的前后移动而改变。A室中是需要加压输送的液体，它从下进液阀3吸入，从下排阀4排出，B室是带有较高压力的需要回收能量的回流液体，它从上进液阀5进入，从上排液阀6排出；

复式泵可调压调量的液体压力交换装置包括：液压油缸13、一级活塞1、二级活塞15、复式泵25、隔板14、泵座23、下进液阀3、下排液阀4、上进液阀5、上排液阀6、放气阀18、二级液进液阀16、二级液排液阀17，复式泵25的上端设置有液压油缸13和与复式泵25相连通的放气阀18，复式泵25的下端固定在泵座23上，隔板14设置于复式泵25的中部将复式泵25分为上、下两个泵室，一级活塞1置于下泵室，二级活塞15置于上泵室，液压油缸13的活塞杆连接一级活塞1和二级活塞15，一级活塞1和二级活塞15在活塞杆的带动下同步运动，上泵室的上端或下端分别设置有二级液进液阀16、二级液排液阀17，在下泵室的上端分别设置有上进液阀5、上排液阀6，下进液阀3和下排液阀4置于泵座23中与复式泵25相连通。

所述复式泵25的下泵室以一级活塞1为界可视为A、B两室，上泵室以二级活塞15为界可视为C、D两室，下泵室的工况与单泵2的工况相同，上泵室与单泵2的区别是，当二级液进液阀16、二级液排液阀17设置在上泵室上端时，放气阀18则设置在上泵室下端，二级液进液阀16与下泵室的上进液阀5同步，二级液排液阀17与下泵室的上排液阀6同步，带压的二级液体通过活塞共同对需升压的A室的液体升压；当二级液进液阀16、二级液排液阀17设置在上泵室下端时，放气阀18则设置在上泵室上端，二级液进液阀16与下泵室的下进液阀3同步，二级液排液阀17与下泵室的下排液阀4同步，通过活塞使作用在A室的液体上的力得到分解。

实施例一：如图1所示，所述单泵可调压调量的液体压力交换装置，单泵2通过阀门与生产线上的相应管线相连接，以连接高压洗涤塔7的管线为例，下进液阀3接进液总管8，下排液阀4接排液总管9，排液总管9的另一端与高压洗涤塔7的进液口10相连；上进液阀5接出液管11，出液管11与高压洗涤塔7的出液口12相连；上排液阀6与排液管线相连，为泄压排液通道。

压力交换过程包括下列步骤：

1、如图3(a)所示，当单泵活塞22在液压油缸13的驱动下，从下端开始向上端运行时，待输送的液体从进液总管8通过下进液阀3被吸入A室，随着单泵活塞22上移，液体被不断地吸入A室；

2、如图3(b)所示，当单泵活塞22运行至上端时A室容积最大，此时B室的上排液阀6处于关闭状态，上进液阀5按时开启，回流的高压液体通过高压洗涤塔7的出液口12和出液管11进入B室；

3、如图3(c)所示，回流的高压液体进入B室推动单泵活塞22向下端运行的同时将A室中的液体加压，直到下排液阀4开启，被加压的液体通过下排液阀4排出，并通过排液总管9从进液口10进入高压洗涤塔7；

4、如图3(d)所示，当单泵活塞22运行至下端时，B室的上进液阀5按时关闭、上排液阀6按时开启并瞬间泄压开始排液，到此完成一个压力交换工作循环。

实施例二：如图4所示，复式泵25通过阀门与生产线上的相应管线相连接，以连接高压洗涤塔7的管线为例，下进液阀3接进液总管8，下排液阀4接排液总管9，排液总管9的另一端与高压洗涤塔7的进液口10相连；上进液阀5接出液管11，出液管11与高压洗涤塔7的出液口12相连；上排液阀6与排液管线相连，为泄压排液通道；二级液进液阀16接二级液来液管，二级液排液阀17接二级液出液管。

因复式泵可调压调量的液体压力交换装置适用于需采用两次或多次压力交换才能彻底回收能量的工况，以及压力差别较大、液体量差别较大的工况，如碳酸丙烯脂脱碳工艺和合成氨变换气脱硫工艺均设闪蒸器，富液不能一次全部减压，而是减压到闪蒸压力经闪蒸流出再次减压后成为二级液，以碳酸丙烯脂脱碳工艺为例，图5给出了复式泵可调压调量的液体压力交换装置工作过程示意图，具体压力交换过程包括下列步骤：

1、如图5(a)所示，当一级活塞1和二级活塞15在液压油缸13的驱动下，从各自泵室的下端开始同步向上运行时，待输送的液体(贫液)从进液总管8通过下进液阀3被吸入A室，上泵室的二级液进液阀16开启，闪蒸后的二级液进入C室，对二级活塞15产生向上的推力，随着活塞1和活塞15上移，液体被不断地吸入A室和冲入C室；

2、如图5(b)所示，当一级活塞1和二级活塞15运行至上端时A室和C室容积最大，此时B室的上排液阀6处于关闭状态，上进液阀5按时开启，C室的二级液进液阀16关闭，二级液排液阀17同步开启，同时上泵室上的放气阀18开启，放掉D室内的压缩气体，回流的高压液体通过高压洗涤塔7的出液口12和出液管11进入B室，C室的二级液开始从二级液排液阀17减压排出；

3、如图5(c)所示，回流的高压液体进入B室推动一级活塞1向下端运行的同时将A室中的液体加压，直到下排液阀4开启，被加压的液体通过下排液阀4排出，并通过排液总管9从进液口10进入高压洗涤塔7，C室中减压后的二级液在二级活塞15的推动下排出到下个设备；

4、如图5(d)所示，当一级活塞1和二级活塞15运行至下端时，B室的上进液阀5按时关闭、上排液阀6按时开启并瞬间泄压排液，C室的二级液排液阀17关闭，二级液进液阀16开启，二级液进入C室加压，到此完成一个压力交换工作循环。

设置升压阀19和泄压阀20的目的是保证上进液阀5和下排液阀4的灵活开关。

实施例三：复式泵25具有调压(变压)调量(变量)的特点，可以更好的灵活的回收利用液体势能，可以重叠升高被加压液体的压力，实现势能的叠加，起到升压作用，满足一些工况的需要，还可以把被加压液体分解成符合使用的压力：

如图6所示，当需要减压的液体量大于需要被加压的液体量，并且被加压的液体需要比减压的液体更高的压力时，或者由两种或两种以上的带压液体共同升压一种液体时，此时，压力Pa＝Pb+Pd，，D室与B室的进、排液同步，D室与B室的压力同步叠加，一级活塞1和二级活塞15共同对A室的液体加压；

如图7所示，当需要减压的回收能量的液体压力大于需要加压的液体压力时，可以将需要减压的回收能量的液体的压能，分别施加在两种或两种以上的需要加压的液体上，达到既满足工况需求又可实现全部能量的回收，此时，压力Pb＝Pa+Pc，C室与A室的进、排液同步，C室与A室的压力同步，B室的液体压能通过一级活塞1和二级活塞15对A室、C室的液体同时加压，使作用在A室的液体上的力得到分解。

为提高能量回收率，活塞杆的截面积应小于活塞截面积的5％。

在本实用新型中，因活塞在静止时两端等压，此时势能利用率最大，回收率最高，当活塞运行速度超过一定值时回收率会相应有所下降，故不宜盲目增加活塞的运行速度，同时，确定活塞的运行速度还应考虑到单泵2或复式泵25上的所有阀门及各管线口径与泵的直径的比例。泵内的顶端要预留有活塞运行至上端时的空间，以安装合适的上进液阀5和上排液阀6，充分满足本实用新型的高效运行，所有阀门的选型根据实际需要而定。

本实用新型根据工艺和场地的要求来确定单泵2或复式泵25的泵体大小、多组顺序并联的数量以及摆放位置。

本实用新型根据单泵2或复式泵25的组合数量及不同工况来设置相应的传感器件形成动作控制点，以达到控制阀门同步开、关的目的。

从经济性考虑，本实用新型特别适应于大装置的能量的回收，对输送液体均量要求过高的工况可设压力缓冲槽和调节阀来满足需要。考虑到液体的清洁度，可在总管处设过滤器以延长设备使用周期。