[发明专利]具有能量回收功能的旋转活塞式高压泵

说明书

本发明涉及一种具有能量回收功能的旋转活塞式高压泵，包括壳体、驱动机构、若干活塞组件、缸体转子组件和配流机构；驱动机构、活塞组件、缸体转子组件和配流机构依次安装在壳体内；活塞组件一端与驱动机构连接，另一端位于缸体转子组件的缸体内，将缸体分为有杆的能量回收腔和无杆的泵腔，随着缸体转子组件的转动，活塞组件在驱动机构的作用下在缸体转子组件中的缸体内往复运动；配流机构包括配流窗口和设置在缸体转子组件和壳体上的加压流体以及能量回收流体的进、出流道，将缸体转子组件上各缸体的泵腔流道与壳体上加压流体的低压进口和高压出口流道交替对接，能量回收腔与相应的能量回收流道接通，提高高压加压与能量回收的效率。

技术领域

本发明属于反渗透技术中所需要的高压泵、能量回收器等设备领域，特别是一种具有能量回收功能的旋转活塞式高压泵。

背景技术

反渗透技术是一种利用膜法反渗透原理，将液体加压后使溶剂穿过半透膜或者说分子筛，将液体溶质和溶剂进行分离的技术。被广泛应用于液体浓缩，溶质分离、污水处理、苦咸水淡化、海水淡化等领域。

在该项技术中，对液体实施高压力的加压需要消耗很多的能量，同时，要将浓缩液中的高压势能进行有效的回收，以节约反渗透过程所消耗的能量。因此，反渗透技术涉及两项关键的设备：高压泵(HP-HighPressurePump)和能量回收器(ERD-EnergyRecoveryDevice)。在采用反渗透原理的膜法海水淡化厂中，即便采用了高效的能量回收器，总的能耗成本，依然占据到运行成本的50％以上。如何进一步提高这两个设备的效率，降低其成本，是反渗透技术设备的发展方向。

1.高压泵：

已经得以广泛应用的高压泵技术包括柱塞泵和离心泵两类。

柱塞泵是容积泵，通过柱塞在缸体中往复运动引起的容积变化来施压，效率可高达90％以上。柱塞泵根据配流方式的不同又分为阀配流和旋转配流。根据缸体和主轴的位置关系又分为缸体轴线和主轴轴线垂直的径向柱塞泵以及缸体轴线和主轴轴线平行的轴向柱塞泵。由于柱塞泵毕竟是往复运动机构，机械和流体的往复运动惯性力必然会引起振动和噪声，无论阀配流还是旋转配流，其流体PV值都将受到制约，比较适合小流量高压反渗透装置。

离心泵是利用旋转叶片驱动流体高速旋转所产生的离心力来加压，在需要高压的情况下，就会需要串联多级离心叶轮来加压，总体效率较低，一般在80％左右，且高效区比较窄，适应于固定产能大流量中高压的反渗透装置。

2.能量回收器：

早期的能量回收器采用水轮机原理，能量回收效率在70％以下。在一些小型应用中，逐步发展出将油液压马达技术转移到直接的流体能量回收器中，如基于轴向柱塞式马达，叶片式马达和齿轮马达的能量回收器面世。随着技术的进步，回收效率高达90％以上的等压交换技术得到应用，其中最为成功的有无活塞旋转配流转动缸体结构的能量回收器，以及阀配流固定缸体的能量回收器。在无活塞的能量回收器中，在浓缩液和原液间没有物理分割的活塞，必然会产生参混现象，导致系统效率降低。在以阀配流的能量回收器中，需要降低冲击振动以提高使用寿命，以及如何减少阀控导致的系统复杂化。

在目前的大中型反渗透系统中，高压泵和能量回收器是两个独立的设备，即便在一些小型的应用中，为了简化系统，也只是将两个设备同轴安装，比如，将轴向高压柱塞泵和叶片式马达，或者与另一个轴向柱塞式马达联轴组成高压泵与能量回收装置，以便节省安装空间，简化设备连接，但这种结构的能量回收效率仍然比较低。最近十几年间，也曾出现过一些试图将等压交换能量回收结合到高压泵中来的设想，都因结构设计上的缺陷而未能进入工业应用。