单缸式能量回收装置的性能优化及并联实验的设计

报告人：高建朋导师：王越 副教授

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课题相关国内外研究现状

本课题研究内容

论文工作计划

课题来源• 随着地区经济的迅猛发展，淡水资源更加

短缺， 利用海水淡化来解决淡水资源匮乏的问题，前景十分广阔。

课题来源

74.12%

23.80%

0.77% 0.01%1.30%

电渗析 反渗透膜 低温多效 多级闪蒸 压汽蒸馏

课题来源• 反渗透海水淡化技术的迅猛发展得益于能量回

收装置的不断改进与应用。通过在海水淡化流程中安装能量回收装置，海水淡化能耗由原来的 5-6kWh/m3, 已降至现在的 1.8-2.2kWh/m3 。

课题相关国内外研究现状

能量回收装置

离心式

正位移式

第二代

第一代 佩尔顿型透平机

PEI公司的HTC、 HPB、

KSB、 DWEER、 PX

第三代

• 第一代和第二代能量回收装置的能量交换过程要经过“压力能 机械能 压力能”两步转换，能量回收效率较低。

• 第三代能量回收装置的能量交换过程要经过“压力能 压力能”一步转换，能量回收效率较高。

• 因此目前对于能量回收装置的研究主要集中于正位移式

阀控式能量装置的发展

正位移式

阀控式

转子式

目前双缸阀控式能量装置采用两个压力容器交互操作，可以降低进流高压流体压力和流量的波动，因此其对于压力和处理量有较好的适应性，广泛的应用于大规模反渗透海水淡化系统。

双缸阀控式能量回收装置采用液压驱动和电驱动两种方式

KSB 提出了单缸阀的理念

单缸阀一般为三缸或多缸并联

单缸切换器并联优势： 1 、同等处理量，单缸切换器并联所需压

力交换缸数量小于双缸切换器，装置费用低于双缸切换器。

2 、灵活性好，操作范围大。 3 、效率高（ 98 ％左右）且保持长期稳定。 4 、负荷没达到全负荷时，效率比双缸切

换器更大。 5 、三缸或多缸并联压力波动小。

单缸切换器并联优势： 6 、滑动密封阀板代替固定密封阀板提高

了装置运行的稳定性和安全性。 7 、预增压阀板和预泄压阀版的设计避免

了流体压力的瞬间增大和减小，提高了装置运行的稳定性。

控制模式位置控制（有活塞）

时间控制（无活塞）

位置控制模式优势： 1 、目前中试基地采用位置控制模式，技术成熟 2 、位置控制模式可以精确地控制各活塞的相对

位置，准确性高 3 、无混合

时间控制模式优势： 1 、活塞的移除可以有效避免水锤现象，提高操

作的安全性和可靠性。 2 、控制模式简单，不需要外部信号和监控。 3 、混合率低。

课题组已完成的工作

1 、中试单缸往复式切换器的设计、加工、验收和实验

2 、单缸往复式切换器两缸并联实验数据的采集与分析：分别采用水压、油压和水压油压混合驱动，在工业压力 6.5MP ，流量分别为 20 、 25 、 30t下，装置运行规律特性及研究

单缸切换器存在的问题

• 两缸并联时同步操作较难实现• 驱动方式的改变• 尚未进行单缸阀三缸或多缸并联的研究与

实施

论文工作计划• 南开大学 4t/h项目的验收、安装、调试；并入整

个纳滤系统后的试运行和稳定运行，以及数据的采集以及中试单缸阀横放方案的确定及安装。（ 2013.10-2013.12 ）

• 影响两缸同步精度的因素： 切换过程受力不均： 两缸所受负载力的波动，两缸内密封件

与其他部件的摩擦力不同

单缸阀两缸并联同步操作的实现（ 2013.10-2013.12 ）

• 解决方案：油缸进口处安装水压比例阀或电磁阀，通过调节两油缸进油量来调节单缸阀的切换速度

单缸阀三缸并联实验方案的设计• 位置控制模式（ 2014.01-2014.05 ） 调节三个压力交换缸内活塞的相对位置，使得一个单缸阀切换时，另外两个压力交换缸处于增压过程，这样可以有效降低高压流体的波动。

• 解决方案：确定并联时的运行规律，先确定活塞起始位置，再控制各活塞的运动速度和时间间隔，查阅相关项目资料，确定并联管路各分流的控制

• 时间控制模式（ 2014.06-2014.12 ） 1 、安装调试时间控制系统，设置三个单缸

阀切换时间间隔。 2 、时间控制模式下三个单缸阀并联实验 重点在于： （ 1 ）压力交换缸内高低压流体的混合控制。 （ 2 ）控制混合界面和缓冲区在压力交换缸

内 的同时，实现压力交换缸容积的最大利用。• 解决方案：对于高低压流体的混合程度及

混合界面的控制可预先进行计算模拟，指导并联实验的实施

• 整理分析实验数据，撰写、修改小论文，并在老师的指导下不断补充实验数据，完成毕业论文

论文撰写（ 2014.09-2015.03 ）

单缸阀的持续改进：单缸阀驱动方式的改进研究

请各位老师同学批评指正