專利名稱：膜法海水淡化加壓與能量回收一體化方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反滲透膜法海水淡化所需要的高壓泵、能量回收裝置與增壓泵，特別是一種將高壓泵、增壓泵與能量回收系統(tǒng)一體化集成的裝置。
背景技術(shù)：
海水淡化是解決全球淡水資源匱乏的一種方法，常用的有熱法和膜法兩種。其中，采用反滲透膜的膜法海水淡化技術(shù)，因其成本低、耗能少而得到廣泛應(yīng)用，并逐步成為主
流。 在海水淡化系統(tǒng)中，經(jīng)過預(yù)處理的含鹽量較低的進(jìn)入淡化系統(tǒng)的海水為原海水，經(jīng)過加壓后形成高壓原海水，一部分經(jīng)過反滲透膜組后成為低壓淡水，余下的則成為高壓濃鹽水，經(jīng)過能量回收釋放壓力能后成為低壓濃鹽水被排出。該技術(shù)包含三大核心部件反滲透膜、高壓泵和能量回收裝置。高壓泵將原海水壓力提升到57Mpa，使其中40%左右的淡水透過反滲透膜，而余下的60%左右的濃鹽水仍然具有6Mpa左右的壓力勢能，需要通過能量回收系統(tǒng)將其傳遞到原海水中，以減少總的能量消耗。如何降低高壓泵與能量回收裝置的投資成本、運(yùn)營成本與能耗，是該技術(shù)的關(guān)鍵。二者的成本之和約占總投資成本的1/3左右，電耗則占總電耗的2/3以上，電耗成本占營運(yùn)成本1/3以上，目前該法所產(chǎn)淡水的噸耗電量在35kwh，而在現(xiàn)有膜技術(shù)水平下，極限耗電量應(yīng)當(dāng)在2. 5kwh左右，尚有1/3的節(jié)能空間。目前海水淡化用的高壓泵有兩種，一種是活塞式，采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為活塞在圓柱形缸體內(nèi)的直線運(yùn)動(dòng)，給海水加壓；該結(jié)構(gòu)效率較高，泵效可達(dá)80%以上，但流量不夠穩(wěn)定，壓力波動(dòng)明顯，采用閥控，受限于曲柄連桿的長度，導(dǎo)致?lián)Q向頻率高，振動(dòng)、噪聲大，控制閥與密封件的故障率較高。另一種是離心式水泵，通過多級轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力來提升水壓，流量大而穩(wěn)定，無需閥控，但效率較低，泵效通常低于80%，平均在75%左右。由于海水的強(qiáng)腐蝕性和低粘度特征，兩種泵的支撐及過流部件均需要高品質(zhì)的耐腐蝕耐磨材料，如銅合金、雙相鋼甚至陶瓷材料，造價(jià)都非常高。目前海水淡化用的能量回收裝置也有兩種，一種是基于水力透平機(jī)原理，高壓濃鹽水推動(dòng)透平機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而將原海水加壓，無需配流控制，無需增壓泵，流量穩(wěn)定連續(xù)；但需要進(jìn)行濃海水壓力勢能一軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能一原海水壓力勢能的兩次轉(zhuǎn)換，回收效率偏低，一般只能達(dá)到60%，已逐步被淘汰。另一種是基于壓力交換原理，即在圓柱形缸體中，通過配流機(jī)構(gòu)，高壓濃鹽水直接將壓力勢能傳遞給原海水中，其傳遞效率很高，能量回收效率可達(dá)90%以上；根據(jù)其配流方式不同，又可細(xì)分為旋轉(zhuǎn)缸體端面配流無活塞結(jié)構(gòu)和固定缸體有活塞的閥配流結(jié)構(gòu)；旋轉(zhuǎn)缸體端面配流無活塞結(jié)構(gòu)(例如美國某公司的PX系列產(chǎn)品)，其結(jié)構(gòu)簡單但會有25%的摻混，需要獨(dú)立的增壓泵，會降低總體效率；而固定缸體有活塞的閥配流結(jié)構(gòu)，無需再設(shè)置增壓泵，效率可更高，但是，其控制機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。國內(nèi)外的相關(guān)專利都基于以上幾種技術(shù)解決方案。
由此，本發(fā)明人憑借多年的相關(guān)設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)，提出一種膜法海水淡化加壓與能量回收一體化方法及裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、高效和高可靠性的反滲透膜法海水淡化加壓與能量回收一體化方法及裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種膜法海水淡化加壓與能量回收一體化方法，由單出桿活塞式海水缸的活塞桿與單出桿活塞式液壓缸相連接，組成兩個(gè)或兩個(gè)以上交替運(yùn)行的工作聯(lián)合體；液壓缸活塞桿相對缸體伸出時(shí)為進(jìn)程，縮回時(shí)為回程；在液壓缸驅(qū)動(dòng)海水缸往返運(yùn)動(dòng)的過程中，海水缸的一活塞腔在進(jìn)程時(shí)接入從反滲透膜組輸出的高壓濃鹽水，在回程時(shí)排出；海水缸的另一活塞腔在回程時(shí)吸入原海水，在進(jìn)程時(shí)對原海水加壓輸出；由此，通過液壓缸高壓液壓驅(qū)動(dòng)力和高壓濃鹽水的壓力相互疊加對原海水進(jìn)行加壓，并將加壓后的高壓原海水通過水壓蓄能器和/或恒流量控制連續(xù)穩(wěn)定地輸出給反滲透膜組?！ぴ诒景l(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述海水缸與液壓缸的連接方式為，海水缸的活塞桿與液壓缸的活塞桿相連接；或?yàn)楹Ｋ椎幕钊麠U與液壓缸的缸體相連接。根據(jù)上述方法，本發(fā)明還提出一種膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，所述加壓與能量回收一體化裝置包括有第一液壓缸、第二液壓缸和第一海水缸、第二海水缸，所述第一液壓缸、第二液壓缸、第一海水缸、第二海水缸均為單出桿活塞缸；所述第一液壓缸與第一海水缸的活塞桿相連接，構(gòu)成第一工作聯(lián)合體；所述第二液壓缸與第二海水缸的活塞桿相連接，構(gòu)成第二工作聯(lián)合體；所述第一液壓缸和第二液壓缸的無桿腔通過一進(jìn)程方向控制閥連接于一進(jìn)程液壓動(dòng)力單元；所述第一液壓缸和第二液壓缸的有桿腔通過一回程方向控制閥連接于一回程液壓動(dòng)力單元；所述第一海水缸和第二海水缸的有桿腔通過一能量回收方向控制閥連接于高壓濃鹽水管路或低壓濃鹽水管路；所述第一海水缸和第二海水缸的無桿腔分別通過止入單向閥連接于高壓原海水管路，又分別通過一止出單向閥連接于原海水管路；在高壓原海水管路中設(shè)有水壓蓄能器；所述加壓與能量回收一體化裝置還包括系統(tǒng)控制單元，該系統(tǒng)控制單元至少由控制器、設(shè)置在液壓回路中的液壓壓力傳感器和設(shè)置在高壓原海水管路中的水壓壓力傳感器、以及設(shè)置在活塞桿往返行程中的多個(gè)活塞位置傳感器組成；該控制單元根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷要求、活塞桿位置傳感器給出的位置信號和各壓力傳感器信號來控制進(jìn)程方向控制閥、回程方向控制閥以及能量回收方向控制閥的切換與協(xié)調(diào)；進(jìn)程方向控制閥與回程方向控制閥聯(lián)合協(xié)調(diào)動(dòng)作，以控制第一工作聯(lián)合體和第二工作聯(lián)合體處于液壓缸活塞桿相對缸體向外伸出的進(jìn)程和液壓缸活塞桿相對缸體向內(nèi)縮回的回程的交叉和交替運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；能量回收方向控制閥控制處于進(jìn)程的海水缸能量回收腔與高壓濃鹽水管路接通，處于回程的海水缸能量回收腔與低壓濃鹽水管路接通；由控制器控制進(jìn)程液壓動(dòng)力單元與回程液壓動(dòng)力單元輸出的壓力和流量，從而實(shí)現(xiàn)給定的淡水制水量。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述第一液壓缸的活塞桿與第一海水缸的活塞桿相連接，構(gòu)成第一工作聯(lián)合體；所述第二液壓缸的活塞桿與第二海水缸的活塞桿相連接，構(gòu)成第二工作聯(lián)合體。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述兩個(gè)液壓缸的無桿腔分別為第一進(jìn)程腔和第二進(jìn)程腔，兩個(gè)液壓缸的有桿腔分別為第一回程腔和第二回程腔；所述兩個(gè)海水缸的無桿腔分別為第一加壓腔和第二加壓腔，兩個(gè)海水缸的有桿腔分別為第一能量回收腔和第二能量回收腔；所述海水缸的能量回收腔截面面積與加壓腔的截面面積之比=Ι-k ;所述液壓缸的進(jìn)程腔截面面積與海水缸的加壓腔截面面積之比=koXkXPs/Ph ;其中，Ps為滿足反滲透膜正常工作所需的壓力，Ph為液壓動(dòng)力單元的輸出油壓，ko為大于I的系數(shù)，k為海水淡化反滲透膜系統(tǒng)的淡水回收率。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述進(jìn)程方向控制閥為一個(gè)二位四通或三位四通方向閥，其控制方式為電磁或電液控制；該進(jìn)程方向控制閥的進(jìn)油口、回油口分別與進(jìn)程液壓動(dòng)力單元輸出油口和回油口連接；進(jìn)程方向控制閥的兩個(gè)工作油口分別連接第一液壓缸和第二液壓缸的進(jìn)程腔。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述回程方向控制閥為一個(gè)二位四通或三位四通 方向閥，其控制方式為電磁或電液控制；該回程方向控制閥的進(jìn)油口、回油口分別與回程液壓動(dòng)力單元輸出油口和回油口連接；回程方向控制閥的兩個(gè)工作油口分別連接第一液壓缸 和第二液壓缸的回程腔。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述能量回收方向控制閥為一個(gè)二位四通或三位四通的海水分配閥，其控制方式為電磁或電液控制；該能量回收方向控制閥的進(jìn)液口與反滲透膜組輸出的高壓濃鹽水管路連接，能量回收方向控制閥的回液口與系統(tǒng)低壓濃鹽水管路連接；能量回收方向控制閥的兩個(gè)工作液口分別連接第一海水缸和第二海水缸的能量回收腔；該能量回收方向控制閥控制處于進(jìn)程的海水缸能量回收腔與高壓濃鹽水管路接通，控制處于回程的海水缸能量回收腔與系統(tǒng)低壓濃鹽水排放管路接通。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述進(jìn)程方向控制閥、回程方向控制閥和能量回收方向控制閥為滑閥、轉(zhuǎn)閥或是由多個(gè)插裝閥構(gòu)成的邏輯控制閥組。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述進(jìn)程方向控制閥、回程方向控制閥和能量回收方向控制閥具有換向緩沖調(diào)節(jié)功能、中位過渡機(jī)能。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述進(jìn)程液壓動(dòng)力單元由原動(dòng)機(jī)、高壓液壓泵和輔助裝置組成；進(jìn)程液壓動(dòng)力單元給第一液壓缸和第二液壓缸提供高壓液壓動(dòng)力油源，驅(qū)動(dòng)活塞桿作向外伸出的進(jìn)程運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，進(jìn)程液壓動(dòng)力單元的原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或其他常用動(dòng)力裝置；高壓液壓泵為定量泵或變量液壓泵，優(yōu)選為軸向柱塞泵或者葉片泵。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述回程液壓動(dòng)力單元由原動(dòng)機(jī)、低壓液壓泵和輔助裝置組成；回程液壓動(dòng)力單元給第一液壓缸和第二液壓缸提供低壓液壓動(dòng)力油源，驅(qū)動(dòng)活塞桿作向內(nèi)縮回的回程運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，回程液壓動(dòng)力單元的原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或其他常用動(dòng)力裝置，也可以和進(jìn)程液壓動(dòng)力單元共享原動(dòng)機(jī)。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述液壓動(dòng)力單元中的輔助裝置包括液壓油箱、冷卻器、過濾器、壓力可調(diào)的電控溢流閥、液壓蓄能器、壓力傳感器或壓力表、溫度傳感器或溫度表、液位傳感器或液位指示表、連接管路和閥門。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述第一液壓缸和第二液壓缸帶有機(jī)械或電控緩沖裝置。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述第一海水缸和第二海水缸的缸體、活塞及活塞桿是由耐海水腐蝕的材料制成；缸體為雙相不銹鋼或玻璃鋼復(fù)合材料；活塞及活塞桿為雙向不銹鋼或耐腐蝕的銅合金材料。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述水壓蓄能器是一個(gè)采用耐海水腐蝕材料制作的蓄能器，優(yōu)選為皮囊式蓄能器。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，該控制單元實(shí)施如下基本過程控制由系統(tǒng)控制單元根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷需求調(diào)節(jié)進(jìn)程液壓動(dòng)力單元的輸出壓力和流量，輸出的高壓液壓油通過進(jìn)程方向控制閥進(jìn)入第一液壓缸的進(jìn)程腔，驅(qū)動(dòng)第一液壓缸的活塞桿向第一海水缸的活塞及活塞桿施壓；同時(shí)，高壓濃鹽水管路通過能量回收方向控制閥進(jìn)入第一海水缸的能量回收腔，也向第一海水缸的活塞施壓，高壓液壓驅(qū)動(dòng)力和高壓濃鹽水的壓力相疊加后一同驅(qū)動(dòng)第一海水缸的活塞移動(dòng)，將第一海水缸加壓腔中的原海水升壓，通過止入單向閥擠入高壓原海水管路，進(jìn)入反滲透膜組；與此同時(shí)，回程液壓動(dòng)力單元輸出的低壓液壓油通過回程 方向控制閥進(jìn)入第二液壓缸，由系統(tǒng)控制單元調(diào)節(jié)回程液壓動(dòng)力單元的壓力和流量，驅(qū)動(dòng)第二液壓缸的活塞快速回位，帶動(dòng)第二海水缸的活塞移動(dòng)，第二海水缸的加壓腔通過止出單向閥吸入原海水，第二海水缸的能量回收腔通過能量回收方向控制閥排出已經(jīng)做功后的濃鹽水，同時(shí)也通過進(jìn)程方向控制閥排出第二液壓缸進(jìn)程腔內(nèi)已經(jīng)做功后的液壓油，并且第二液壓缸的活塞在第一液壓缸的活塞尚未到達(dá)工作終點(diǎn)前的位置時(shí)即已回到第二液壓缸的起點(diǎn)，在第一液壓缸的工作行程到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，由系統(tǒng)控制單元發(fā)出指令使回程方向控制閥、進(jìn)程方向控制閥和能量回收方向控制閥換位，第二液壓缸和第二海水缸與第一液壓缸和第一海水缸的工作機(jī)制互換，由此循環(huán)往復(fù)，完成海水淡化所需加壓及能量回收的工作。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，該控制單元實(shí)施如下恒流量過程控制由系統(tǒng)控制單元根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷需求調(diào)節(jié)進(jìn)程液壓動(dòng)力單元的輸出壓力和流量，輸出的高壓液壓油通過進(jìn)程方向控制閥進(jìn)入第一液壓缸的進(jìn)程腔，驅(qū)動(dòng)第一液壓缸的活塞桿向第一海水缸的活塞及活塞桿施壓；同時(shí)，高壓濃鹽水管路通過能量回收方向控制閥進(jìn)入第一海水缸的能量回收腔，也向第一海水缸的活塞施壓，高壓液壓驅(qū)動(dòng)力和高壓濃鹽水的壓力相疊加后一同驅(qū)動(dòng)第一海水缸的活塞移動(dòng)，將第一海水缸加壓腔中的原海水升壓，通過止入單向閥擠入高壓原海水管路，進(jìn)入反滲透膜組；與此同時(shí)，回程液壓動(dòng)力單元輸出的低壓液壓油通過回程方向控制閥進(jìn)入第二液壓缸，由系統(tǒng)控制單元調(diào)節(jié)回程液壓動(dòng)力單元的壓力和流量，驅(qū)動(dòng)第二液壓缸的活塞快速回位，帶動(dòng)第二海水缸的活塞移動(dòng)，第二海水缸的加壓腔通過止出單向閥吸入原海水，第二海水缸的能量回收腔通過能量回收方向控制閥排出已經(jīng)做功后的濃鹽水，同時(shí)也通過進(jìn)程方向控制閥排出第二液壓缸進(jìn)程腔內(nèi)已經(jīng)做功后的液壓油，并且第二液壓缸的活塞在第一液壓缸的活塞尚未到達(dá)工作終點(diǎn)前的位置時(shí)即已回到第二液壓缸的起點(diǎn)，由系統(tǒng)控制單元發(fā)出指令使回程方向控制閥進(jìn)入中位，進(jìn)程方向控制閥也同步向中位切換，將高壓液壓油同時(shí)配送給第一液壓缸和第二液壓缸，并使得進(jìn)入第一液壓缸進(jìn)程腔的流量逐步減少，進(jìn)入第二液壓缸的進(jìn)程腔的流量則逐步增加，且進(jìn)入第一液壓缸進(jìn)程腔的流量與進(jìn)入第二液壓缸進(jìn)程腔的流量之和為常量；與之相對應(yīng)，能量回收方向控制閥也進(jìn)行相應(yīng)的切換進(jìn)入中位，使得進(jìn)入第一海水缸能量回收腔的高壓濃鹽水流量逐步減少，進(jìn)入第二海水缸能量回收腔的高壓濃鹽水流量則逐步增加，這樣，兩個(gè)工作聯(lián)合體在液壓壓力和回收高壓濃鹽水壓力的共同作用下，保證在第一海水缸海水加壓腔流出的高壓原海水流量逐步減少的同時(shí)，第二海水缸海水加壓腔輸出的高壓原海水流量則逐步增力口，二者流出的高壓原海水流量之和為常量，實(shí)現(xiàn)高壓原海水的連續(xù)穩(wěn)定輸出給反滲透膜組；在第一液壓缸的工作行程到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，由系統(tǒng)控制單元發(fā)出指令使回程方向控制閥、進(jìn)程方向控制閥和能量回收方向控制閥換位，第二液壓缸和第二海水缸與第一液壓缸和第一海水缸的工作機(jī)制互換，由此循環(huán)往復(fù)，完成海水淡化所需加壓及能量回收的工作。由上所述，本發(fā)明通過一對液壓及海水活塞缸同時(shí)完成高壓海水泵、能量回收及增壓裝置的三大功能，采用液壓驅(qū)動(dòng)來補(bǔ)充海水淡化所需能量，采用液液交換實(shí)現(xiàn)壓力能的回收。本發(fā)明與目前最先進(jìn)的高壓海水泵+壓力交換能量回收裝置+增壓泵的海水淡化系統(tǒng)相比，在結(jié)構(gòu)上保留了壓力交換能量回收裝置，且讓其同時(shí)承擔(dān)全部原海水的加壓工作，用高壓液壓泵+液壓缸的液壓系統(tǒng)替代了高壓海水泵+海水增壓泵的系統(tǒng)，由此產(chǎn)生如下有益效果I.系統(tǒng)初始投資成本大幅度降低·液壓系統(tǒng)所用的高壓泵、油缸、控制閥等，均是由鋼或鑄鐵制成，且已經(jīng)是大批量工業(yè)化生產(chǎn)的成熟產(chǎn)品，價(jià)格低廉。而高壓海水泵則需要使用既耐腐蝕又耐磨的貴重金屬，如雙相不銹鋼、鋁青銅、陶瓷材料等，加工難度大，材料價(jià)格高。同等功率的傳統(tǒng)高壓海水泵系統(tǒng)是本液壓加壓系統(tǒng)成本的數(shù)倍；同時(shí)，由于加壓與能量回收功能的高度集成，節(jié)省了傳統(tǒng)系統(tǒng)中大量的連接管道和閥門，管道工程和材料成本也大為降低；同時(shí)也節(jié)省了占地面積，減少包括廠房在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本。2.系統(tǒng)效率得到提升本發(fā)明的系統(tǒng)中，能量回收系統(tǒng)與先進(jìn)的壓力交換系統(tǒng)原理是一樣的，效率也相同；但在高壓泵部分，目前柱塞式高壓海水泵的泵效在80%左右，多級離心式高壓海水泵的泵效則在78%左右；在本發(fā)明的系統(tǒng)中，由于海水缸兩腔內(nèi)的壓力基本平衡，海水加壓過程的容積效率和機(jī)械效率都很高，高壓液壓泵(如高壓軸向柱塞泵)的泵效則在90%以上，即便考慮到閥控、液壓缸效率及液壓油路系統(tǒng)的壓力損失(1-2% )，系統(tǒng)總效率可達(dá)85%,至少能提高510%，相應(yīng)可降低電耗，即降低運(yùn)營成本。3.系統(tǒng)可靠性提高本發(fā)明中省去了故障率較高、壽命較短的高壓海水泵，而液壓系統(tǒng)則相對比較成熟，故障率低，在負(fù)荷相對平穩(wěn)的海水淡化系統(tǒng)中，壽命也會比較長。如本系統(tǒng)和效率相對較高的柱塞式高壓海水泵系統(tǒng)相比，由于機(jī)械式柱塞泵流量波動(dòng)明顯，且活塞的行程有限，為了獲得較大的海水流量，就必須使活塞高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，300500rpm，導(dǎo)致水壓沖擊、振動(dòng)和噪聲都比較大，運(yùn)動(dòng)部件磨損快，閥組及密封部件容易失效等。相比之下，本系統(tǒng)的高壓海水缸行程長，往復(fù)頻率可降低到柱塞泵的幾分之一，加上水壓蓄能器的穩(wěn)壓和特殊的過渡過程控制，使高壓海水的流量接近常量，沖擊振動(dòng)要小得多，自然其故障率減少，系統(tǒng)本身的使用壽命增加，模組的壽命也相應(yīng)增加。更為重要的是，由于液壓系統(tǒng)所特有的安全保護(hù)和緩沖機(jī)制，可以保護(hù)包括膜組在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)免受誤操作等意外事件造成高壓沖擊引起的破壞。4.維修成本低高壓海水泵的泵體泵芯在海水的腐蝕沖刷磨損之后，只能更換，而液壓泵的泵芯則可以修復(fù)，使維修成本大大降低。5.系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活如進(jìn)程液壓泵采用變量泵，其排量變量范圍可以從10%到100%，由此可以在很寬的負(fù)荷范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，且效率變化不大，這是其他海水淡化系統(tǒng)所難以達(dá)到的，因?yàn)闊o論離心泵還是柱塞泵，其輸出流量是基本不變的，只能用關(guān)停部分機(jī)組來進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，每天要完成一次起?？刂?，工作量太大。由此可帶來兩大優(yōu)勢，一是該系統(tǒng)能和風(fēng)能、太陽能等不穩(wěn)定的能源供應(yīng)相結(jié)合，促進(jìn)新能源的應(yīng)用；二是可大量使用夜間低谷電，降低白天負(fù)荷，即用海水淡化中淡水儲存來調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷，淡水儲存的成本很低；就目前工業(yè)用電的價(jià)格而言，白天電價(jià)各地有所不同，平均在I元左右，而晚上的低谷電價(jià)則在O. 35元左右，是白天的1/3，這樣，不但能大幅度降低海水淡化的用電成本，同時(shí)也能提高整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的 能源使用效率。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中圖I :為本發(fā)明膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置的系統(tǒng)原理圖。圖2 :為本發(fā)明中進(jìn)程液壓動(dòng)力單元和回程液壓動(dòng)力單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 :為本發(fā)明中具有恒流量功能的兩個(gè)海水缸的高壓海水流量-時(shí)間示意圖。
具體實(shí)施例方式為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明提出一種膜法海水淡化加壓與能量回收一體化方法，由單出桿活塞式海水缸的活塞桿與單出桿活塞式油缸的活塞桿相對固定連接，組成兩個(gè)或兩個(gè)以上交替運(yùn)行的工作聯(lián)合體；在油缸驅(qū)動(dòng)海水缸往返運(yùn)動(dòng)的過程中，海水缸的一活塞腔在進(jìn)程時(shí)吸入滲透膜過濾后的高壓濃鹽水，回程時(shí)排出；海水缸的另一活塞腔在回程時(shí)吸入原海水，在進(jìn)程時(shí)對原海水加壓；由此，通過油缸高壓液壓驅(qū)動(dòng)力和高壓濃鹽水的壓力相互疊加對原海水進(jìn)行加壓，并將加壓后的高壓原海水連續(xù)穩(wěn)定地輸出給反滲透膜組。如圖I、圖2所示，根據(jù)上述方法，本發(fā)明還提出一種膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置100，所述加壓與能量回收一體化裝置100包括有第一液壓缸I、第二液壓缸2和第一海水缸3、第二海水缸4,所述第一液壓缸I、第二液壓缸2、第一海水缸3、第二海水缸4均為單出桿活塞缸；所述第一液壓缸I和第二液壓缸2分別由缸體(含左右缸蓋)la、2a，活塞及活塞桿lb、2b所組成，活塞將液壓缸的容積分隔為左右兩腔體，所述兩個(gè)液壓缸的無桿腔分別為第一進(jìn)程腔Ic和第二進(jìn)程腔2c，兩個(gè)液壓缸的有桿腔分別為第一回程腔Id和第二回程腔2d ;所述第一海水缸3和第二海水缸4分別由缸體(含左右缸蓋)3a、4a，活塞及活塞桿3b、4b所組成，活塞將海水缸的容積分隔為左右兩腔體，所述兩個(gè)海水缸的無桿腔分別為第一加壓腔3c和第二加壓腔4c，兩個(gè)海水缸的有桿腔分別為第一能量回收腔3d和第二能量回收腔4d ;所述第一液壓缸I的活塞桿Ib與第一海水缸3的活塞桿3b通過連接器5相對固定連接，第一液壓缸I活塞的工作行程與第一海水缸3活塞的工作行程一致，構(gòu)成第一工作聯(lián)合體；所述第二液壓缸2的活塞桿2b與第二海水缸4的活塞桿4b通過連接器6相對固定連接，第二液壓缸2活塞的工作行程與第二海水缸4活塞的工作行程一致，構(gòu)成第二工作聯(lián)合體；所述第一液壓缸I和第二液壓缸2的進(jìn)程腔lc、2c通過一進(jìn)程方向控制閥13連接于一進(jìn)程液壓動(dòng)力單元15 ;所述第一液壓缸I和第二液壓缸2的回程腔ld、2d通過一回程方向控制閥12連接于一回程液壓動(dòng)力單元14 ;所述液壓缸的兩端缸蓋上設(shè)置有通用的緩沖裝置，防止活塞在換向時(shí)與缸蓋發(fā)生撞擊；所述第一海水缸3和第二海水缸4的能量回收腔3d、4d通過一能量回收方向控制閥11連接于高壓濃鹽水管路30或低壓濃鹽水管路31 ;所述第一海水缸3的加壓腔3c通過止入單向閥7連接于高壓原海水管路28，所述第二海水缸4的加壓腔4c通過另一止入單向閥9也連接于高壓原海水管路28 ;同時(shí)，所述第一海水缸3的加壓腔3c又通過止出單向閥8連接于原海水管路29，所述第二海水缸4的加壓腔4c又通過另一止出單向閥10也連接于原海水管路29 ;在高壓原海水管路28中設(shè)有水壓蓄能器25，吸收高壓原海水管路28中可能出現(xiàn)的壓力沖擊與波 動(dòng)，從而保護(hù)反滲透膜組；所述加壓與能量回收一體化裝置100還包括系統(tǒng)控制單元，該系統(tǒng)控制單元至少由控制器16、設(shè)置在液壓回路中的液壓壓力傳感器14f、15f和設(shè)置在高壓原海水管路28中的水壓壓力傳感器26、以及設(shè)置在活塞桿往返行程中的多個(gè)活塞位置傳感器17、18、19、20、21、22、23、24組成；該控制單元根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷要求、活塞桿位置傳感器給出的位置信號和各壓力傳感器信號來控制進(jìn)程方向控制閥13、回程方向控制閥12以及能量回收方向控制閥11的切換與協(xié)調(diào)；進(jìn)程方向控制閥13與回程方向控制閥12聯(lián)合協(xié)調(diào)動(dòng)作，以控制第一工作聯(lián)合體和第二工作聯(lián)合體處于液壓缸活塞桿向外伸出的進(jìn)程和液壓缸活塞桿向內(nèi)縮回的回程的交叉和交替運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；能量回收方向控制閥11控制處于進(jìn)程的海水缸能量回收腔與高壓濃鹽水管路30接通，處于回程的海水缸能量回收腔與低壓濃鹽水管路31接通；由控制器16控制進(jìn)程液壓動(dòng)力單元15與回程液壓動(dòng)力單元14輸出的壓力和流量，從而實(shí)現(xiàn)給定的淡水制水量。由上所述，本發(fā)明通過一對海水活塞缸同時(shí)完成高壓海水泵、能量回收及增壓裝置的三大功能，采用液壓驅(qū)動(dòng)來補(bǔ)充海水淡化所需能量，采用液液交換實(shí)現(xiàn)壓力能的回收。由此，降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)效率和可靠性。進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，所述海水缸3、4的能量回收腔3d、4d截面面積與加壓腔3c,4c的截面面積之比=Ι-k ;所述液壓缸1、2的進(jìn)程腔lc、2c截面面積與海水缸3、4的加壓腔3c、4c截面面積之比=koXkXPs/Ph ;其中，Ps為滿足反滲透膜正常工作所需的壓力，在當(dāng)前技術(shù)水平下約為57Mpa ；Ph為液壓動(dòng)力單元的輸出油壓，根據(jù)所用液壓泵特性不同而選擇，優(yōu)選高壓軸向柱塞泵，壓力為2540Mpa之間；ko為一個(gè)略大于I的系數(shù)，主要考慮克服管道阻力損失、摩擦阻力損失和泄漏等因素；k為海水淡化反滲透膜系統(tǒng)的淡水回收率，在當(dāng)前的反滲透膜技術(shù)水平下，k約為3060%。在本實(shí)施方式中，如圖I所示，所述進(jìn)程方向控制閥13為一個(gè)二位四通方向閥，或者為一個(gè)三位四通方向閥，進(jìn)程方向控制閥13的控制方式為電磁控制，或者為電液控制；該進(jìn)程方向控制閥13的進(jìn)油口 P與進(jìn)程液壓動(dòng)力單元15的輸出油口連接，進(jìn)程方向控制閥13的回油口 T與進(jìn)程液壓動(dòng)力單元15的回油口連接；進(jìn)程方向控制閥13的兩個(gè)工作油口 A、B分別連接第一液壓缸的進(jìn)程腔Ic和第二液壓缸的進(jìn)程腔2c。所述進(jìn)程方向控制閥13可為滑閥、轉(zhuǎn)閥或是由多個(gè)插裝閥構(gòu)成的邏輯控制閥組；所述進(jìn)程方向控制閥13具有換向緩沖調(diào)節(jié)功能和中位過渡機(jī)能；在中位時(shí)高壓進(jìn)油口 P和兩個(gè)工作油口 A、B同時(shí)接通，則可實(shí)現(xiàn)恒流量功能，可降低換向沖擊。如圖I所示，所述回程方向控制閥12也為一個(gè)二位四通方向閥，或者為一個(gè)三位四通方向閥，回程方向控制閥12的控制方式也為電磁控制，或者為電液控制；該回程方向控制閥12的進(jìn)油口 P與回程液壓動(dòng)力單元14的輸出油口連接，回程方向控制閥12的回油口 T與回程液壓動(dòng)力單元14的回油口連接；回程方向控制閥12的兩個(gè)工作油口 A、B分別連接第一液壓缸的回程腔Id和第二液壓缸的回程腔2d。所述回程方向控制閥12可為滑閥、轉(zhuǎn)閥或是由多個(gè)插裝閥構(gòu)成的邏輯控制閥組。所述回程方向控制閥12具有換向緩沖調(diào)節(jié)功能和中位過渡機(jī)能；在中位時(shí)回油口 T和兩個(gè)工作油口 A、B同時(shí)接通，可降低回程速度調(diào)節(jié)的精度，降低換向沖擊。如圖I所示，所述能量回收方向控制閥11為一個(gè)二位四通的海水分配閥，或者為一個(gè)三位四通的海水分配閥，能量回收方向控制閥11的控制方式為電磁控制，或者為電液 控制；該能量回收方向控制閥11的進(jìn)液口 P與反滲透膜組輸出的高壓濃鹽水管路30連接，能量回收方向控制閥11的回液口 T與系統(tǒng)低壓濃鹽水管路31連接；能量回收方向控制閥11的兩個(gè)工作液口 A、B分別連接第一海水缸的能量回收腔3d和第二海水缸的能量回收腔4d ;該能量回收方向控制閥11控制處于進(jìn)程的海水缸能量回收腔與高壓濃鹽水管路30接通，控制處于回程的海水缸能量回收腔與系統(tǒng)低壓濃鹽水管路31接通。所述能量回收方向控制閥11可為滑閥、轉(zhuǎn)閥或是由多個(gè)插裝閥構(gòu)成的邏輯控制閥組；該能量回收方向控制閥11可設(shè)置中位過渡機(jī)能，其在中位時(shí)高壓進(jìn)液口 P和兩個(gè)工作液口 A、B同時(shí)接通，以實(shí)現(xiàn)恒流量功能。進(jìn)一步,在本實(shí)施方式中，如圖I、圖2所示,所述進(jìn)程液壓動(dòng)力單元15由原動(dòng)機(jī)15a、高壓液壓泵15b和輔助裝置組成；進(jìn)程液壓動(dòng)力單元15給第一液壓缸I和第二液壓缸2提供高壓液壓動(dòng)力油源，驅(qū)動(dòng)活塞桿作向外伸出的進(jìn)程運(yùn)動(dòng)；進(jìn)程液壓動(dòng)力單元15的原動(dòng)機(jī)15a可為電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或其他常用動(dòng)力裝置；高壓液壓泵15b為定量泵或變量液壓泵，優(yōu)選為軸向柱塞泵或者葉片泵。所述輔助裝置包括液壓油箱27、冷卻器27a、過濾器15c、壓力可調(diào)的電控溢流閥15e、液壓蓄能器15g、壓力傳感器或壓力表15f、溫度傳感器或溫度表、液位傳感器或液位指示表、連接管路和設(shè)置在出油口上的止入單向閥15d。由于工作過程中，液壓油流量波動(dòng)較大，特設(shè)液壓蓄能器15g進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述回程液壓動(dòng)力單元14由原動(dòng)機(jī)14a、低壓液壓泵14b和輔助裝置組成；回程液壓動(dòng)力單元14給第一液壓缸I和第二液壓缸2提供低壓液壓動(dòng)力油源，驅(qū)動(dòng)活塞桿作向內(nèi)縮回的回程運(yùn)動(dòng)；回程液壓動(dòng)力單元14的原動(dòng)機(jī)14a可為電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或其他常用動(dòng)力裝置(也可以考慮和進(jìn)程液壓動(dòng)力單元15的原動(dòng)機(jī)15a共享)；所述原動(dòng)機(jī)14a的功率可小于原動(dòng)機(jī)15a ;低壓液壓泵14b的流量可小于高壓液壓泵15b ;所述輔助裝置包括液壓油箱27、冷卻器27a、過濾器14c、壓力可調(diào)的電控溢流閥He、液壓蓄能器Hg、壓力傳感器或壓力表Hf、溫度傳感器或溫度表、液位傳感器或液位指示表、連接管路和設(shè)置在出油口上的止入單向閥14d。由于工作過程中，液壓油流量波動(dòng)較大，特設(shè)液壓蓄能器14g進(jìn)行調(diào)節(jié)。在本實(shí)施方式中，所述第一海水缸3和第二海水缸4的缸體3a、4a、活塞及活塞桿3b、4b是由耐海水腐蝕的材料制成的；缸體3a、4a優(yōu)選為雙相不銹鋼或玻璃鋼復(fù)合材料；活塞及活塞桿3b、4b優(yōu)選為雙向不銹鋼或耐腐蝕的銅合金材料。設(shè)置在高壓原海水管路28中的水壓蓄能器25，可以吸收高壓原海水管路28中可能出現(xiàn)的壓力沖擊與波動(dòng)，進(jìn)而保護(hù)反滲透膜組；該水壓蓄能器25采用耐海水腐蝕材料制作，優(yōu)選為皮囊式蓄能器。進(jìn)一步，所述系統(tǒng)控制單元是由控制器16、設(shè)置在液壓回路中的液壓壓力傳感器14f、15f和設(shè)置在高壓原海水管路28中的水壓壓力傳感器26、以及設(shè)置在活塞桿往返行程中的多個(gè)活塞位置傳感器17、18、19、20、21、22、23、24組成；其中，活塞位置傳感器17、18、19,20設(shè)置在第一工作聯(lián)合體的第一液壓缸I與第一海水缸3之間的活塞桿往返行程中，所述傳感器17、18位于第一海水缸3 —端呈間隔設(shè)置，傳感器17鄰近第一海水缸3 ;所述傳感器19、20位于第一液壓缸I 一端呈間隔設(shè)置，傳感器20鄰近第一液壓缸I ;由此，在第一工作聯(lián)合體的活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，傳感器18、19可發(fā)出活塞位置接近終點(diǎn)的預(yù)警信號，傳感器17、20則發(fā)出活塞位置到達(dá)終點(diǎn)的交替換位信號。同理，活塞位置傳感器21、22、 23,24設(shè)置在第二工作聯(lián)合體的第二液壓缸3與第二海水缸4之間的活塞桿往返行程中，所述傳感器21、22位于第二海水缸4 一端呈間隔設(shè)置，傳感器21鄰近第二海水缸4 ;所述傳感器23、24位于第二液壓缸2 —端呈間隔設(shè)置，傳感器24鄰近第二液壓缸2 ；由此，在第二工作聯(lián)合體的活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，傳感器22、23可發(fā)出活塞位置接近終點(diǎn)的預(yù)警信號，傳感器21、24則發(fā)出活塞位置到達(dá)終點(diǎn)的交替換位信號?？刂破?6根據(jù)各壓力傳感器和位置傳感器的信號來控制各液壓動(dòng)力單元中液壓泵的輸出流量、壓力以及進(jìn)程方向控制閥13、回程方向控制閥12以及能量回收方向控制閥11的電磁鐵的動(dòng)作。該控制單元實(shí)施如下基本過程控制由系統(tǒng)控制單元根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷需求調(diào)節(jié)進(jìn)程液壓動(dòng)力單元15的輸出壓力和流量，輸出的高壓液壓油通過進(jìn)程方向控制閥13進(jìn)入第一液壓缸的進(jìn)程腔lc，驅(qū)動(dòng)第一液壓缸I的活塞桿Ib向第一海水缸3的活塞及活塞桿3b施壓；同時(shí)，高壓濃鹽水管路30通過能量回收方向控制閥11進(jìn)入第一海水缸3的能量回收腔3d，也向第一海水缸3的活塞施壓，高壓液壓驅(qū)動(dòng)力和高壓濃鹽水的壓力相疊加后一同驅(qū)動(dòng)第一海水缸的活塞向左移動(dòng)，將第一海水缸3加壓腔3c中的原海水升壓，通過止入單向閥7擠入高壓原海水管路28，進(jìn)入反滲透膜組；與此同時(shí)，回程液壓動(dòng)力單元14輸出的低壓液壓油通過回程方向控制閥12進(jìn)入第二液壓缸2，由系統(tǒng)控制單元調(diào)節(jié)回程液壓動(dòng)力單元14的壓力和流量，驅(qū)動(dòng)第二液壓缸2的活塞快速向右回位，帶動(dòng)第二海水缸4的活塞右移，第二海水缸4的加壓腔4c通過止出單向閥10吸入原海水，第二海水缸4的能量回收腔4d通過能量回收方向控制閥11排出已經(jīng)做功后的濃鹽水，同時(shí)也通過進(jìn)程方向控制閥13排出第二液壓缸進(jìn)程腔2c內(nèi)已經(jīng)做功后的液壓油，并且第二液壓缸2的活塞在第一液壓缸I的活塞尚未到達(dá)工作終點(diǎn)前的位置時(shí)即已回到第二液壓缸2的起點(diǎn)，在第一液壓缸I的工作行程到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，由系統(tǒng)控制單元發(fā)出指令使回程方向控制閥12、進(jìn)程方向控制閥13和能量回收方向控制閥11換位，第二液壓缸2和第二海水缸4與第一液壓缸I和第一海水缸3的工作機(jī)制互換，由此循環(huán)往復(fù)，完成海水淡化所需加壓及能量回收的工作。由于在切換過程中，系統(tǒng)處于失壓狀態(tài)，導(dǎo)致進(jìn)入反滲透膜組的高壓原海水的流量及壓力的大幅波動(dòng)，容易對管道和模組造成疲勞損壞；因此，本發(fā)明在高壓原海水輸出端接入一個(gè)水壓蓄能器25，可將壓力波動(dòng)控制在一定幅度內(nèi)，以來減少流量和壓力的波動(dòng)和沖擊，保護(hù)反滲透膜組；不僅如此，本發(fā)明還通過設(shè)置各閥的中位過渡機(jī)能和系統(tǒng)控制單元中的恒流量控制模式，進(jìn)一步降低高壓原海水的流量和壓力波動(dòng)。在該系統(tǒng)中的進(jìn)程方向控制閥、回程方向控制閥及能量回收方向控制閥均設(shè)置中位過渡機(jī)能，并通過調(diào)節(jié)回程控制動(dòng)力系統(tǒng)使得液壓缸的回程速度高于進(jìn)程速度，這樣，進(jìn)程控制閥在切換過程中可將高壓液壓油同時(shí)配送給第一液壓缸和第二液壓缸的進(jìn)程腔，并使得進(jìn)入第一液壓缸進(jìn)程腔的流量逐步減少，進(jìn)入第二液壓缸進(jìn)程腔的流量逐步增加；能量回收方向控制閥使得進(jìn)入第一工作聯(lián)合體能量回收腔的高壓濃鹽水流量逐步減少，進(jìn)入第二工作聯(lián)合體能量回收腔的高壓濃鹽水流量則逐步增加，這樣就使得在第一工作聯(lián)合體海水加壓缸流出的高壓原海水流量逐步減少的同時(shí)，第二工作聯(lián)合體海水加壓缸輸出的高壓原海水流量則逐步增加，第一工作聯(lián)合體和第一工作聯(lián)合體的加壓腔流出的高壓原海水流量之和為常量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高壓原海水的連續(xù)穩(wěn)定輸出給反滲透膜組。具有恒流量功能的本系統(tǒng)工作過程是·由系統(tǒng)控制單元根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷需求調(diào)節(jié)進(jìn)程液壓動(dòng)力單元15的輸出壓力和流·量，輸出的高壓液壓油通過進(jìn)程方向控制閥13進(jìn)入第一液壓缸的進(jìn)程腔lc，驅(qū)動(dòng)第一液壓缸I的活塞桿Ib向第一海水缸3的活塞及活塞桿3b施壓；同時(shí)，高壓濃鹽水管路30通過能量回收方向控制閥11進(jìn)入第一海水缸3的能量回收腔3d，也向第一海水缸3的活塞施壓，高壓液壓驅(qū)動(dòng)力和高壓濃鹽水的壓力相疊加后一同驅(qū)動(dòng)第一海水缸的活塞向左移動(dòng)，將第一海水缸3加壓腔3c中的原海水升壓，通過止入單向閥7擠入高壓原海水管路28，進(jìn)入反滲透膜組；與此同時(shí)，回程液壓動(dòng)力單元14輸出的低壓液壓油通過回程方向控制閥12進(jìn)入第二液壓缸2，由系統(tǒng)控制單元調(diào)節(jié)回程液壓動(dòng)力單元14的壓力和流量，驅(qū)動(dòng)第二液壓缸2的活塞快速向右回位，帶動(dòng)第二海水缸4的活塞右移，第二海水缸4的加壓腔4c通過止出單向閥10吸入原海水，第二海水缸4的能量回收腔4d通過能量回收方向控制閥11排出已經(jīng)做功后的濃鹽水，同時(shí)也通過進(jìn)程方向控制閥13排出第二液壓缸進(jìn)程腔2c內(nèi)已經(jīng)做功后的液壓油，并且第二液壓缸2的活塞在第一液壓缸I的活塞尚未到達(dá)工作終點(diǎn)前(由位置傳感器18確定)的位置時(shí)即已回到第二液壓缸2的起點(diǎn)(由位置傳感器24確定)，由系統(tǒng)控制單元發(fā)出指令使回程方向控制閥12進(jìn)入中位，進(jìn)程方向控制閥13也逐步向中位切換，將高壓液壓油同時(shí)配送給第一液壓缸I和第二液壓缸2，并使得進(jìn)入第一液壓缸I進(jìn)程腔Ic的流量逐步減少，進(jìn)入第二液壓缸2的進(jìn)程腔2c的流量則逐步增加，且進(jìn)入第一液壓缸進(jìn)程腔Ic的流量與進(jìn)入第二液壓缸進(jìn)程腔2c的流量之和為常量；與之相對應(yīng)，能量回收方向控制閥11也進(jìn)行相應(yīng)的切換進(jìn)入中位，使得進(jìn)入第一海水缸3能量回收腔3d的高壓濃鹽水流量逐步減少，進(jìn)入第二海水缸4能量回收腔4d的高壓濃鹽水流量則逐步增加，保證在第一海水缸3海水加壓腔3c流出的高壓原海水流量逐步減少的同時(shí)，第二海水缸4海水加壓腔4c輸出的高壓原海水流量則逐步增加，二者流出的高壓原海水流量之和為常量(如圖3所示)，實(shí)現(xiàn)高壓原海水的連續(xù)穩(wěn)定輸出給反滲透膜組；在第一液壓缸I的工作行程到達(dá)終點(diǎn)(由位置傳感器17信號確定)時(shí)，由系統(tǒng)控制單元發(fā)出指令使回程方向控制閥
12、進(jìn)程方向控制閥13和能量回收方向控制閥11換位，第二液壓缸2和第二海水缸4與第一液壓缸I和第一海水缸3的工作機(jī)制互換，由此循環(huán)往復(fù)，完成海水淡化所需加壓及能量回收的工作。由上所述，本發(fā)明通過一對液壓及海水活塞缸同時(shí)完成了高壓海水泵、能量回收及增壓裝置的三大功能，采用液壓驅(qū)動(dòng)來補(bǔ)充海水淡化所需能量，采用液液交換實(shí)現(xiàn)壓力能的回收。本發(fā)明與目前最先進(jìn)的高壓海水泵+壓力交換能量回收裝置+增壓泵的海水淡化系統(tǒng)相比，在結(jié)構(gòu)上保留了壓力交換能量回收裝置，且讓其同時(shí)承擔(dān)全部原海水的加壓工作，用高壓液壓泵+液壓缸的液壓系統(tǒng)替代了高壓海水泵+海水增壓泵的系統(tǒng)。根據(jù)本結(jié)構(gòu)的基本原理，可以進(jìn)行多方面的擴(kuò)展或簡化，比如由于海水缸的活塞桿比較粗大，可以在海水缸的活塞桿端部軸向設(shè)置孔洞，將液壓缸的缸體固定嵌入孔洞中，由此與海水缸的活塞桿連接，如此結(jié)構(gòu)，既可以進(jìn)一步減小結(jié)構(gòu)空間尺寸，又可以提高同軸度；又比如由兩個(gè)聯(lián)合體增加為多個(gè)聯(lián)合體，組合體水平擺放或者垂直擺放，采用多臺液壓泵并聯(lián)以擴(kuò)大單機(jī)容量，液壓泵采用不同結(jié)構(gòu)及變量形式，聯(lián)接器為剛性或可補(bǔ)償安裝誤差的彈性連接器，電液控制閥在小容量情況下簡化為電磁控制閥，取消各閥的中位過渡機(jī)能僅通過水壓蓄能器來穩(wěn)定流量和壓力的簡化系統(tǒng)等等。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均 應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種膜法海水淡化加壓與能量回收一體化方法，由單出桿活塞式海水缸的活塞桿與單出桿活塞式液壓缸相連接，組成兩個(gè)或兩個(gè)以上交替運(yùn)行的工作聯(lián)合體；液壓缸活塞桿相對缸體伸出時(shí)為進(jìn)程，縮回時(shí)為回程；在液壓缸驅(qū)動(dòng)海水缸往返運(yùn)動(dòng)的過程中，海水缸的一活塞腔在進(jìn)程時(shí)接入從反滲透膜組輸出的高壓濃鹽水，在回程時(shí)排出；海水缸的另一活塞腔在回程時(shí)吸入原海水，在進(jìn)程時(shí)對原海水加壓輸出；由此，通過液壓缸高壓液壓驅(qū)動(dòng)力和高壓濃鹽水的壓力相互疊加對原海水進(jìn)行加壓，并將加壓后的高壓原海水通過水壓蓄能器和/或恒流量控制連續(xù)穩(wěn)定地輸出給反滲透膜組。
2.如權(quán)利要求I所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化方法，其特征在于所述海水缸與液壓缸的連接方式為，海水缸的活塞桿與液壓缸的活塞桿相連接；或?yàn)楹Ｋ椎幕钊麠U與液壓缸的缸體相連接。
3.一種膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述加壓與能量回收一體化裝置包括有第一液壓缸、第二液壓缸和第一海水缸、第二海水缸，所述第一液壓缸、第二液壓缸、第一海水缸、第二海水缸均為單出桿活塞缸；所述第一液壓缸與第一海水缸的活塞桿相連接，構(gòu)成第一工作聯(lián)合體；所述第二液壓缸與第二海水缸的活塞桿相連接，構(gòu)成第二工作聯(lián)合體；所述第一液壓缸和第二液壓缸的無桿腔通過一進(jìn)程方向控制閥連接于一進(jìn)程液壓動(dòng)力單元；所述第一液壓缸和第二液壓缸的有桿腔通過一回程方向控制閥連接于一回程液壓動(dòng)力單元；所述第一海水缸和第二海水缸的有桿腔通過一能量回收方向控制閥連接于高壓濃鹽水管路或低壓濃鹽水管路；所述第一海水缸和第二海水缸的無桿腔分別通過止入單向閥連接于高壓原海水管路，又分別通過止出單向閥連接于原海水管路；在高壓原海水管路中設(shè)有水壓蓄能器；所述加壓與能量回收一體化裝置還包括系統(tǒng)控制單元，該系統(tǒng)控制單元至少由控制器、設(shè)置在液壓回路中的液壓壓力傳感器和設(shè)置在高壓原海水管路中的水壓壓力傳感器、以及設(shè)置在活塞桿往返行程中的多個(gè)活塞位置傳感器組成；該控制單元根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷要求、活塞桿位置傳感器給出的位置信號和各壓力傳感器信號來控制進(jìn)程方向控制閥、回程方向控制閥以及能量回收方向控制閥的切換與協(xié)調(diào)；進(jìn)程方向控制閥與回程方向控制閥聯(lián)合協(xié)調(diào)動(dòng)作，以控制第一工作聯(lián)合體和第二工作聯(lián)合體處于液壓缸活塞桿相對缸體向外伸出的進(jìn)程和液壓缸活塞桿相對缸體向內(nèi)縮回的回程的交叉和交替運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；能量回收方向控制閥控制處于進(jìn)程的海水缸能量回收腔與高壓濃鹽水管路接通，處于回程的海水缸能量回收腔與低壓濃鹽水管路接通；由控制器控制進(jìn)程液壓動(dòng)力單元與回程液壓動(dòng)力單元輸出的壓力和流量，從而實(shí)現(xiàn)給定的淡水制水量。
4.如權(quán)利要求3所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述第一液壓缸的活塞桿與第一海水缸的活塞桿相連接，構(gòu)成第一工作聯(lián)合體；所述第二液壓缸的活塞桿與第二海水缸的活塞桿相連接，構(gòu)成第二工作聯(lián)合體。
5.如權(quán)利要求3所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述兩個(gè)液壓缸的無桿腔分別為第一進(jìn)程腔和第二進(jìn)程腔，兩個(gè)液壓缸的有桿腔分別為第一回程腔和第二回程腔；所述兩個(gè)海水缸的無桿腔分別為第一加壓腔和第二加壓腔，兩個(gè)海水缸的有桿腔分別為第一能量回收腔和第二能量回收腔；所述海水缸的能量回收腔截面面積與加壓腔的截面面積之比=Ι-k ;所述液壓缸的進(jìn)程腔截面面積與海水缸的加壓腔截面面積之比=koXkXPs/Ph ;其中，Ps為滿足反滲透膜正常工作所需的壓力，Ph為液壓動(dòng)力單元的輸出油壓，ko為大于I的系數(shù)，k為海水淡化反滲透膜系統(tǒng)的淡水回收率。
6.如權(quán)利要求3所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述進(jìn)程方向控制閥為一個(gè)二位四通或三位四通方向閥，其控制方式為電磁或電液控制；該進(jìn)程方向控制閥的進(jìn)油口與進(jìn)程液壓動(dòng)力單元輸出油口連接，進(jìn)程方向控制閥的回油口與進(jìn)程液壓動(dòng)力單元回油口連接；進(jìn)程方向控制閥的兩個(gè)工作油口分別連接第一液壓缸和第二液壓缸的進(jìn)程腔。
7.如權(quán)利要求3所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述回程方向控制閥為一個(gè)二位四通或三位四通方向閥，其控制方式為電磁或電液控制；該回程方向控制閥的進(jìn)油口與回程液壓動(dòng)力單元輸出油口連接，回程方向控制閥的回油口與回程液壓動(dòng)力單元回油口連接；回程方向控制閥的兩個(gè)工作油口分別連接第一液壓缸和第二液壓缸的回程腔。
8.如權(quán)利要求3所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述能量回收方向控制閥為一個(gè)二位四通或三位四通的海水分配閥，其控制方式為電磁或電液控制；該能量回收方向控制閥的進(jìn)液口與反滲透膜組輸出的高壓濃鹽水管路連接，能量回收方向控制閥的回液口與系統(tǒng)低壓濃鹽水管路連接；能量回收方向控制閥的兩個(gè)工作液口分別連接第一海水缸和第二海水缸的能量回收腔；該能量回收方向控制閥控制處于進(jìn)程的海水缸能量回收腔與高壓濃鹽水管路接通，控制處于回程的海水缸能量回收腔與系統(tǒng)低壓濃鹽水管路接通。
9.如權(quán)利要求6、7或8所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述進(jìn)程方向控制閥、回程方向控制閥和能量回收方向控制閥為滑閥、轉(zhuǎn)閥或是由多個(gè)插裝閥構(gòu)成的邏輯控制閥組。
10.如權(quán)利要求6、7或8所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述進(jìn)程方向控制閥、回程方向控制閥和能量回收方向控制閥具有換向緩沖調(diào)節(jié)功能、中位過渡機(jī)能。
11.如權(quán)利要求3所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述進(jìn)程液壓動(dòng)力單元由原動(dòng)機(jī)、高壓液壓泵和輔助裝置組成；進(jìn)程液壓動(dòng)力單元給第一液壓缸和第二液壓缸提供高壓液壓動(dòng)力油源，驅(qū)動(dòng)活塞桿作向外伸出的進(jìn)程運(yùn)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求3所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述回程液壓動(dòng)力單元由原動(dòng)機(jī)、低壓液壓泵和輔助裝置組成；回程液壓動(dòng)力單元給第一液壓缸和第二液壓缸提供低壓液壓動(dòng)力油源，驅(qū)動(dòng)活塞桿作向內(nèi)縮回的回程運(yùn)動(dòng)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述液壓動(dòng)力單元中的輔助裝置包括液壓油箱、冷卻器、過濾器、壓力可調(diào)的電控溢流閥、液壓蓄能器、壓力傳感器或壓力表、溫度傳感器或溫度表、液位傳感器或液位指示表、連接管路和閥門。
14.如權(quán)利要求3所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述第一液壓缸和第二液壓缸帶有機(jī)械或電控緩沖裝置。
15.如權(quán)利要求3所述的膜法海水淡化加壓與能量回收一體化裝置，其特征在于所述第一海水缸和第二海水缸的缸體、活塞及活塞桿是由耐海水腐蝕的材料制成；缸體為雙相不銹鋼或玻璃鋼復(fù)合材料；活塞及活塞桿為雙向不銹鋼或耐腐蝕的銅合金材料。
全文摘要
本發(fā)明為一種膜法海水淡化加壓與能量回收一體化方法及裝置，單出桿海水缸活塞桿與單出桿油缸連接，組成兩個(gè)或兩個(gè)以上交替運(yùn)行的工作聯(lián)合體；油缸驅(qū)動(dòng)海水缸往返運(yùn)動(dòng)，海水缸一活塞腔進(jìn)程時(shí)吸入高壓濃鹽水，在回程時(shí)排出；海水缸另一活塞腔回程時(shí)吸入原海水，在進(jìn)程時(shí)對原海水加壓，并將加壓后的高壓原海水連續(xù)穩(wěn)定地輸出給反滲透膜組。
文檔編號F15B21/14GK102838186SQ201210324608
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者朱榮輝 申請人:朱榮輝