專利名稱：往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器，屬于反滲透海水淡化能量回收裝置的零部件裝置。
背景技術：
反滲透海水淡化技術作為一種主要的淡水資源增量技術已在我國得到普遍采用。反滲透海水淡化屬于壓力驅動的膜分離過程，原料海水需首先通過高壓泵加壓到 5. 5-8. OMPa之間并進入反滲透膜組件，其中約45%的原料海水通過反滲透膜被分離成為淡化產品水，而剩余的約55%濃縮海水則以與原料海水壓力相當的高壓鹽水(壓力>5. OMPa) 的形式被排放，造成能量的巨大浪費。因此，采用能量回收裝置高效回收利用高壓鹽水中的余壓能量，對降低反滲透海水淡化系統能耗和產水成本具有重要意義。能量回收裝置已成為反滲透海水淡化技術的關鍵裝備之一，其按工作原理主要分為水力透平式和正位移式兩類。前者能量回收效率相對較低(約85%)，并且能量回收效率在偏離額定流量時會急劇下降。后者能量回收效率高達95%，并且基本不受操作流量影響，成為國內外研究開發和市場推廣的重點產品。閥控能量回收裝置即屬于正位移式產品類型，流體壓力切換器是其最核心的部件裝置之一。專利US005797429A公布了一種往復活塞式流體壓力切換器，其工作原理是通過兩個同軸連接的活塞在帶有夾層的切換器殼體內往復運動，實現高壓鹽水和泄壓鹽水的流動切換。該專利設計不足之處在于其一，切換器內流體的密封面是活塞圓柱面與殼體內表面的周向密封，裝置加工精度要求高，活塞密封效果不易保證；其二，切換器殼體為夾層結構，殼體內筒體上設置柵格型流通槽，加工工藝復雜，裝置制造成本較高。

發明內容
本發明的目的在于提供一種結構緊湊，操作簡單，換位迅速，性能可靠的往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器，該流體壓力切換器同時還具有消除換位時流體壓力和流量波動的功能。本發明是通過以下技術方案加以實現的一種往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器，該流體壓力切換器包括高壓段殼體4，它的一端通過其上的法蘭連接泄壓口擋環9， 其另一端設置連接擋環3，該連接擋環連接泄壓段筒體13，在泄壓段筒體上設置泄壓管2， 在高壓段殼體上于殼體軸向中心處設置流體(高壓鹽水)進入管6，與流體進入管相對180° 的高壓段殼體上并以流體進入管延長中心線為對稱中心設置水壓缸連接管I 12、水壓缸連接管II 11，其特征在于，在高壓段殼體內于流體進入管口的兩側設置高壓腔擋環I 5-1、 高壓腔擋環II 5-2，其中高壓腔擋環I由該高壓腔擋環至連接擋環3之間所設置的定距環
I8-2加以限位固定，高壓腔擋環II由該高壓腔擋環至泄壓口擋環9之間所設置的定距環
II8-1加以限位固定，于是由泄壓口擋環、兩塊高壓腔擋環以及連接擋環將高壓段殼體和泄壓段筒體構成的同心整體腔分隔成四個腔室，在四個腔室徑向中心設置同心連接的四個拉桿，分別為拉桿I 1-1、拉桿II 1-2、拉桿III1-3和拉桿IV 1-4，其中拉桿III為中間粗兩頭細的階梯段桿，且拉桿兩端制有外螺紋，在該拉桿的兩段的細桿段上分別裝配與高壓腔擋環 I 5-1配合的固定密封塊I 7-3、與高壓腔擋環II 5-2配合的固定密封塊II 7-1 ；在拉桿III 伸向泄壓口擋環方向，以該拉桿端螺紋連接拉桿IV，在拉桿IV的細桿段上設置泄壓口擋環滑動密封塊7-2，在拉桿IV的桿端螺紋連接鎖緊螺母10，在拉桿III的另一端以該拉桿的端螺紋連接拉桿II，在該拉桿II細桿段上設置連接擋環滑動密封塊7-4，在拉桿II的桿端與拉桿I以單耳環銷連接，拉桿I的另一端伸出泄壓段筒體端板外。上述的高壓腔擋環I 5-1和高壓腔擋環II 5-2的軸向端面密封面為平面，或者軸向密封面為錐平面。上述的固定密封塊I 7-3和固定密封塊II 7-1由不等直徑的圓柱段和圓環柱段構成，其中小直徑圓環柱段與高壓腔擋環內腔以動配合連接，其上開設徑向流通孔；或者是固定密封塊I 7-3和固定密封塊II 7-1由錐面體段和圓環柱段構成，其中，錐面體段的錐平面與高壓腔擋環I 5-1和高壓腔擋環II 5-2的錐平面密封配合，圓環柱段與高壓腔擋環內腔以動配合連接，其上開設徑向流通孔。本發明的優點以簡單的結構實現復雜的流體切換，內部結構由多個小元件組裝而成，易于加工，且無需特殊材料和加工工藝，便于安裝，可替換性好，由于采用密封效果好的端面密封形式，可以較容易的控制高壓鹽水向泄壓管路的泄漏量，控制精確，工作可靠， 進出流體壓力切換器的壓力和流量無波動。


圖1為配置本發明往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器的能量回收裝置結構示意圖。圖2為本發明往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器結構示意圖。圖3為本發明往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器另一種工作狀態結構示意圖。圖4為圖2中固定密封塊I或固定密封塊II的結構示意圖。圖5是圖4的A-A截面剖面圖。圖6為軸向密封面為錐平面的高壓腔擋環I或高壓腔擋環II的結構示意圖。圖7為與圖6密封配合的錐面固定密封塊I或錐面固定密封塊II的結構示意圖。圖中1-1一拉桿 I ；1-2—拉桿 II ；1-3—拉桿III ；1-4一拉桿IV ；2—泄壓管；3— 連接擋環；4一高壓段殼體；5-1—高壓腔擋環I ；5-2—高壓腔擋環II ；6—高壓鹽水進入管；7-1—固定密封塊II ；7-2—泄壓口擋環滑動密封塊；7-3—固定密封塊I ；7-4—連接擋環滑動密封塊；8-1—定距環II ；8-2—定距環I ；9一泄壓口擋環；10—鎖緊螺母；11一水壓缸連接管II ；12—水壓缸連接管I ；13—泄壓段筒體。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明加以進一步說明。圖2為本發明流體壓力切換器的結構示意圖，圖中高壓段殼體4，該殼體外徑Φ 190mm，壁厚15mm，長530mm ；殼體上連接流體進入管6，內徑為Φ80mm，水壓缸連接管I 12和水壓缸連接管II 11的內徑均為Φ80mm ；殼體一端通過其上的法蘭及螺栓連接泄壓口擋環9，該泄壓口擋環為法蘭盤狀，中間開孔，內徑為 Φ IOOmm ；高壓段殼體另一端通過法蘭與連接擋環3連接，該連接擋環中間孔徑為Φ IOOmm ； 該連接擋環連接泄壓段筒體13，該筒體的內徑為Φ 120mm，長為220mm，其上連接的泄壓管 2的內徑為Φ80πιπι;在高壓段腔體內設置定距環I 8-2和定距環II 8-1，該定距環外徑為 Φ 160mm，壁厚7. 5mm，其上開設的接管配裝孔直徑為Φ85πιπι ；在高壓鹽水進入口的兩側設置由定距環加以限位固定的高壓腔擋環I 5-1和高壓腔擋環II 5-2，該高壓腔擋環為凸臺狀，內孔徑為Φ 100mm,該高壓腔擋環的凸臺最大外邊緣直徑為Φ 160mm ；拉桿III 1_3中間段直徑為Φ40mm，兩端細桿段的直徑為Φ24mm;在該細桿段上安裝固定密封塊I 7_3和固定密封塊II 7-1，該固定密封塊上的大凸臺外徑為Φ123πιπι，其上與高壓腔擋環內孔動配合的圓環柱段外圓直徑為Φ 100mm;拉桿III的桿端螺紋連接拉桿IV 1_4，拉桿IV的粗桿段的直徑為Φ40mm，桿端外螺紋上配有鎖緊螺母10，在細桿段上裝配有泄壓口擋環滑動密封塊7-2， 該滑動密封塊盤體外徑為Φ 123mm ；拉桿III的另一端的外螺紋連接拉桿II，該拉桿II的粗桿段直徑為Φ 40mm，細桿段直徑為Φ 24mm，其中包括尺寸為30x20mm的單耳環段，在細桿段上裝配有帶有小凸臺的連接擋環滑動密封塊7-4，該滑動密封塊盤體外徑為Φ123πιπι ；拉桿 II通過單耳環銷連接拉桿I，拉桿I直徑為Φ 40mm。上述結構的往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器的工作過程如下該切換器配置于海水淡化能量回收系統，如圖1所示，該能量回收系統包括兩個水壓缸，水壓缸的一端連接本發明的流體壓力切換器，另一端連接止回閥組。本發明拉桿往復運動的動力由油缸提供，當拉桿運動至如圖2所示狀態時，此時，本發明的流體壓力切換器的工作狀態為高壓鹽水從高壓流體進入管6流入高壓段殼體內，流經高壓腔擋環I 5-1的內孔和固定密封塊I 7-3上的徑向流通孔，通過水壓缸連接管I 12流入水壓缸2，推動活塞進行增壓過程； 水壓缸1內的泄壓鹽水則通過水壓缸連接管II 11流向泄壓口擋環9的中心孔，進行泄壓過程；此過程中連接擋環滑動密封塊7-4和固定密封塊II 7-1 一直處于關閉狀態；此增泄壓過程結束后，拉桿向圖3所示工作狀態進行切換，在此切換過程中，首先泄壓口擋環滑動密封塊7-2與泄壓口擋環9關閉密封，然后固定密封塊II 7-1再打開，固定密封塊I與高壓腔擋環I進行密封和固定密封塊II與高壓腔擋環II進行打開的同時，有一段時間兩個密封塊同時處于打開狀態，此時，高壓鹽水會一直與一個或兩個水壓缸處于貫通狀態，沒有憋壓過程，可消除切換過程的流量和壓力波動；當固定密封塊I與高壓腔擋環I完全密封和固定密封塊II與高壓腔擋環II完全打開時，本發明的流體壓力切換器的工作狀態如圖3所示 此時，高壓鹽水從流體進入口 6流入水壓缸1，水壓缸1處于增壓過程，水壓缸2的泄壓鹽水則流向泄壓段筒體13，從泄壓管2流出切換器。如此，一個切換周期結束，接著進入下一個切換周期，這樣交替實現壓力交換過程的連續進行。在上述拉桿往復運動的過程中，連接擋環滑動密封塊7-4和泄壓口擋環滑動密封塊7-2則由高壓鹽水提供壓緊力，兩滑動密封塊的滑動過程由高壓鹽水的壓力和拉桿的移動量共同決定，具有自動調節功能。上述拉桿的往復運動由油缸提供動力加以實現，也可以由高壓鹽水提供動力加以實現。
權利要求
1.一種往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器，該流體壓力切換器包括高壓段殼體 (4)，它的一端通過其上的法蘭連接泄壓口擋環(9)，其另一端設置連接擋環(3)，該連接擋環連接泄壓段筒體(13)，在泄壓段筒體上設置泄壓管(2)，在高壓段殼體上于殼體軸向中心處設置高壓鹽水進入管(6)，與流體進入管相對180°的高壓段殼體上并以流體進入管延長中心線為對稱中心設置水壓缸連接管I (12)、水壓缸連接管II (11)，其特征在于，在高壓段殼體內于流體進入管口的兩側設置高壓腔擋環I (5-1)、高壓腔擋環II (5-2)，其中高壓腔擋環I由該高壓腔擋環至連接擋環(3)之間所設置的定距環I (8-2)加以限位固定， 高壓腔擋環II由該高壓腔擋環至泄壓口擋環(9)之間所設置的定距環II (8-1)加以限位固定，于是由泄壓口擋環、兩塊高壓腔擋環以及連接擋環將高壓段殼體和泄壓段筒體構成的同心整體腔分隔成四個腔室，在四個腔室徑向中心設置同心連接的四個拉桿，分別為拉桿 I (1-1)、拉桿II (1-2)、拉桿IIK1-3)和拉桿IV (1-4)，其中拉桿III為中間粗兩頭細的階梯段桿，且拉桿兩端制有外螺紋，在該拉桿的兩段的細桿段上分別裝配與高壓腔擋環I (5-1) 配合的固定密封塊I (7-3)、與高壓腔擋環II (5-2)配合的固定密封塊II (7-1)；在拉桿III 伸向泄壓口擋環方向，以該拉桿端螺紋連接拉桿IV，在拉桿IV的細桿段上設置泄壓口擋環滑動密封塊(7-2)，在拉桿IV的桿端螺紋連接鎖緊螺母(10)，在拉桿III的另一端以該拉桿的端螺紋連接拉桿II，在該拉桿II細桿段上設置連接擋環滑動密封塊(7-4)，在拉桿II的桿端與拉桿I以單耳環銷連接，拉桿I的另一端伸出泄壓段筒體端板外。
2.按權利要求1所述的往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器，其特征在于，高壓腔擋環I (5-1)和高壓腔擋環II (5-2)的軸向端面密封面為平面，或者軸向密封面為錐平面。
3.按權利要求1所述的往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器，其特征在于，固定密封塊I (7-3)和固定密封塊II (7-1)由不等直徑的圓柱段和圓環柱段構成，其中小直徑圓環柱段與高壓腔擋環內腔以動配合連接，其上開設徑向流通孔；或者是固定密封塊I (7-3)和固定密封塊II (7-1)由錐面體段和圓環柱段構成，其中，錐面體段的錐平面與高壓腔擋環I (5-1)和高壓腔擋環II (5-2)的錐平面密封配合，圓環柱段與高壓腔擋環內腔以動配合連接，其上開設徑向流通孔 。
全文摘要
本發明公開了一種往復運動滑塊軸向密封流體壓力切換器。該流體壓力切換器包括連接高壓段殼體和泄壓段筒體，其上設置流體(高壓鹽水)進入管、水壓缸連接管和泄壓接管，其端部設置泄壓口擋環，其內設置高壓腔擋環、限位固定高壓腔擋環的定距環和連接擋環，在高壓段殼體和泄壓段筒體徑向中心設置連接的四拉桿，拉桿上設置包括與高壓腔擋環密封配合的固定密封塊、連接擋環滑動密封塊和泄壓口擋環滑動密封塊。本發明的優點以簡單的結構實現復雜的流體切換，內部結構由多個小元件組裝而成，易于加工和安裝，可替換性好，工作可靠，進出流體壓力切換器的壓力和流量無波動。
文檔編號C02F1/44GK102351277SQ201110268610
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者宋代旺, 徐世昌, 王世昌, 王越, 路乃元 申請人:天津大學