專利名稱：回收能量的自由活塞循環泵的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及化工領域中工藝液體在反復進行加壓、減壓過程中的能量回收利用裝置，具體地指一種回收能量的自由活塞循環泵。
在化學工程的氣體加壓吸收如濕法脫除CO2、CO、H2S、氨吸收制冷等操作中，常采用在加壓條件下使用某種液體對工藝氣進行洗滌，又在減壓條件下使該液體進行再生，然后重新加壓使用的工藝方法。在此過程中，液體在減壓再生前仍具有相當大的殘存勢能，其在減壓消能過程中所釋放出的功率為Ne＝(P1－P2)×Q。式中Ne－消能過程的理論功率(KW)；P1、P2－減壓前后液體的壓力(kpa)；Q－液體的體積流量m3／s。為了利用這部分能量，人們根據帕斯卡液體靜壓傳遞原理，設計了多種活塞液壓缸結構的能量回收裝置，利用各種機械閥門及換向器來控制活塞的運動方向。但都忽略了液缸中回收能量的載體不是純液體，而是在吸收塔中加壓溶解了大量氣體的富液這個事實。該富液進入液缸推動活塞作功時，溶解在其中的氣體將立即釋放出來，并聚集在液缸中形成殘留氣相空間，造成工作機組效率大大降低，嚴重時還會產生氣阻現象迫使主機停止運轉。而被輸送的貧液中亦經常夾帶一定量的氣體，并可在液缸中積累形成類似氣體壓縮機的余隙，當缸內減壓進液時，余隙中的氣體膨脹，將造成進液自動閥開啟遲緩從而影響機組效率，氣體累積到一定程度時，將使被輸貧液達不到必要的排出壓力而無法壓入吸收塔。而機械控制的活塞換向系統也存在工作沖擊大，平衡性差，使用不穩定和壽命短的缺點。
本實用新型的目的是克服上述不足，提供一種液缸臥式布置的，由自身液壓系統控制的，回收能量的自由活塞循環泵。
為實現此目的，本實用新型基于帕斯卡液體靜壓傳遞原理，以加壓吸收塔不斷排出的具有殘存勢能的液體為動力，通過自由活塞循環泵的自由活塞進行靜壓傳遞，將送往吸收塔的液體進行加壓，從而降低加壓輸送這些液體的能耗。該液體在吸收塔內完成吸收過程后，復又進入自由活塞循環泵進行殘存勢能的回收，如此往復循環，構成連續的能量回收過程。
本實用新型所設計的回收能量的自由活塞循環泵，由自由活塞泵主機11和控制其循環工作的液壓控制系統組成。自由活塞泵主機11的液缸體19臥置，其兩端裝有液缸蓋16a、16b，液缸蓋上設有被輸液進口15a、15b、被輸液出口18a、18b，液缸體19由一縱向隔板24分成左右兩個空間，兩自由活塞20a、20b分別置于左右兩空間中，由穿過隔板24的活塞桿22將兩活塞連為一體，從而將液缸體19分為四個容積可變的腔室Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，在靠著隔板24的兩個腔室Ⅱ、Ⅲ上分別開有工作液進出口23a、23b，工作液進出口23a、23b和被輸液出口18a、18b的開口位置均設在液缸體19的最高處，這樣可從根本上避免液缸體19中的氣體殘留現象，自由活塞與液缸體之間以及活塞桿與縱向隔板之間分別用密封圈21、25密封，整個自由活塞泵主機11通過支架14定位在混凝土基礎26上。其液壓控制系統由輔助液缸8a、8b，換向閥2及其切換電氣觸點9a、9b，工作液進、排液強制閥6a、6b；4a、4b，被輸液進、排液自動閥10a、10b；7a、7b，能量補充泵12以及各連接管路組成；再生后的被輸液由能量補充泵12經被輸液進液自動閥10a、10b進入被輸液進口15a、15b，分別在腔室Ⅰ、Ⅳ中被做功，再由被輸液出口18a、18b經被輸液排液自動閥7a、7b送入吸收塔1；從吸收塔1排出的工作液經工作液進液強制閥6a、6b進入工作液進出口23a、23b，當自由活塞換向時再由同樣的進出口23a、23b經工作液排液強制閥4a、4b排入再生塔13；輔助液缸8a、8b安裝在液缸蓋16a、16b上，其柱塞17a、17b貫穿于液缸體19與輔助液缸之間，通過自由活塞20a、20b頂撞柱塞17a、17b使聯接于柱塞的切換電氣觸點9a、9b斷合來帶動換向閥2動作，從而控制工作液進、排液強制閥6a、6b；4a、4b的開閉。
本實用新型所采用的工作液進、排液強制閥6a、6b；4a、4b是由閥體44、閥芯28、液壓缸40及活塞41、柱塞33組成。閥體44具有工作液進口27和工作液出口30，還設有套筒31，閥芯28可在套筒31內移動，其頂部開有若干平衡孔32；液壓缸40與閥體上部直接相連，兩者間由隔板42隔開，活塞41置于液壓缸40內，通過柱塞33與閥芯28頂部連為一體；活塞41的下空間設有呼吸口34，上部設有穿出液壓缸缸蓋39的閥位指示桿37，缸蓋39上開有液壓工作液進出口36，密封圈29、35、38、43用于各相對運動件之間的密封。閥體44可制成角式或直通式，閥芯28設計為罩筒形，其上的平衡孔32保證閥門關閉阻力降至最低。
本實用新型中兩個自由活塞20a、20b與活塞桿22之間的聯接可采用無機械強度要求的松動聯接，因為在本裝置中活塞桿只承受壓應力，松動聯接工藝要求低，方便易行。
本實用新型也可在工作液流量≤50M3／h時，省略工作液進、排液強制閥6a、6b；4a、4b，由換向閥2直接控制工作液進出自由活塞泵主機11的工作液進出口23a、23b，以適應小流量能量回收時簡化設備的需要。
本實用新型的工作液進液強制閥6a與排液強制閥4a的各閥位指示桿37上分別設計有聯鎖電氣觸點5a、3a；同樣進液強制閥6b與排液強制閥4b的各閥位指示桿37上分別設計有聯鎖電氣觸點5b、3b，使得每個工作液腔室Ⅱ、Ⅲ的進、排液強制閥無開啟重疊時間。
本實用新型的液壓控制系統所用的液體可直接取自被輸液管路，取出的被輸液經換向閥2送入輔助液缸8a、8b以及各個工作液進、排液強制閥的液壓工作液進出口36，從而省略獨立的液壓控制供液系統。
由于本實用新型將所有的排液口設在液缸體的最高處，可隨時排出液缸中的氣體，從而有效地防止了運行中的氣阻現象；又因為本實用新型采用上述獨特的液壓控制系統以及罩筒平衡式的進排液強制閥，使得本裝置結構緊奏，工作平衡可靠，工作壽命和工作效率都大大提高了。
以下結合附圖對本實用新型的工作過程作進一步說明


圖1為本實用新型的工作原理圖。
圖2為自由活塞泵主機的結構示意圖。
圖3為工作液進、排液強制閥的結構示意圖。
在
圖1中所示粗實線表示此階段液體正在通過的管道，粗虛線表示此階段液體未通過的管道；細實線和細虛線則表示液壓控制系統管道。圖中示出自由活塞左行時的狀態，此時從吸收塔1排出的具有殘存勢能的工作液，經進液強制閥6a進入主機11的腔室Ⅱ，來自能量補充泵12的被輸液則經被輸液進液自動閥10b進入腔室Ⅳ，在腔室Ⅱ中工作液和腔室Ⅳ中被輸液兩者靜壓的共同作用下，推動兩個自由活塞20a、20b同時向左移動。此過程中，腔室Ⅰ和腔室Ⅲ的體積逐漸變小，迫使腔室Ⅰ中的被輸液以略大于出口系統的壓力經排液自動閥7a送入吸收塔1。與此同時，腔室Ⅲ中的工作液則以化工工藝過程所要求的最低壓力，經排液強制閥4b，排入再生塔13。當自由活塞移動到左止點時，在液壓控制系統的控制下，對工作液進、排液強制閥進行切換使自由活塞換向右行。此時工作液經進液強制閥6b進入主機11的腔室Ⅲ，來自能量補充泵12的被輸液經被輸液進液自動閥10a進入腔室Ⅰ，在腔室Ⅲ中工作液和腔室Ⅰ中被輸液兩者靜壓的共同作用下，推動兩個自由活塞同時向右移動。此過程中，腔室Ⅱ與腔室Ⅳ的體積逐漸變小，迫使腔室Ⅳ中的被輸液以略大于出口系統的壓力，經被輸液自動閥7b送往吸收塔1，腔室Ⅱ中的工作液則經排液強制閥4a排入再生塔13。當自由活塞移動到右止點時，在液壓控制系統的控制下又對工作液進排液強制閥進行切換，使自由活塞換向左行。在自由活塞左行或右行的換向過程中，被輸液進排液自動閥均隨著換向時液缸內液體壓力的改變自動切換，從而保持被輸液進液與排液的連續性。整個機組即按上述過程連續不斷地進行工作。
控制自由活塞換向是通過換向閥2改變工作液進、排液強制閥6a、6b；4a、4b閥體上部液壓缸40內的液體壓力，從而啟閉強制閥而實現的。當取自現場適當部位被輸液管路中的高壓液充入液壓缸40內時，活塞41受力下行，通過柱塞33推動閥芯28下行，使閥門關閉，反之液壓缸內液體卸壓時，活塞41在主機11內液體壓力作用下上行，閥門開啟。液壓控制系統的換向過程仍參見
圖1。當自由活塞20a移動到接近左止點時，自由活塞頂撞到輔助液缸8a的柱塞17a并推動它同時左移，此時聯接于柱塞上的電氣觸點9a斷開，致使電磁閥D1斷電，其閥芯移至左位，插裝閥L1關，L2開，于是工作液排液強制閥4b和進液強制閥6a的液壓缸內均充入高壓液而被強行關閉。與此同時，輔助液缸8b內也被充入高壓液，此缸內的柱塞17b被迫左移，使聯接于柱塞17b上電氣觸點9b接通，電磁閥D2得電，其閥芯移至右位，插裝閥L3關L4開，致使工作液排液強制閥4a和進液強制閥6b上部液壓缸內液體被卸壓，在主機11內液體壓力的作用下，使兩閥同時開啟。腔室Ⅲ開始進液，腔室Ⅱ開始排液，自由活塞因之換向右行。待自由活塞20b移動到接近右止點時，它又頂接到輔助液缸8b的柱塞17b并推動柱塞同時右移，此時聯接于柱塞17b上的電氣觸點9b斷開，致使電磁閥D2斷電，其閥芯移至左位，插裝閥L3開L4關，工作液排液強制閥4a和進液強制閥6b的液壓缸內均充入高壓液而被強行關閉。與此同時，輔助液缸8a內也被充入高壓液，迫使缸內柱塞右移并接通電氣觸點9a，電磁閥D1得電，其閥芯移至右位，插裝閥L1開L2關，致使工作液排液強制閥4b和進液強制閥6a的液壓缸內的液體被卸壓，在主機11內液體壓力的作用下，使兩閥同時開啟。腔室Ⅱ開始進液，腔室Ⅲ開始排液，自由活塞因之換向左行，如此循環不已。
在工作液排液強制閥4a、4b和進液強制閥6a、6b的閥位指示標上均設有聯鎖電氣觸點3a、3b；5a、5b，當某一工作液腔室的進(排)液強制閥末關閉到位時，與該閥閥位指示桿37相聯的電氣觸點則不閉合，換向時該腔室工作液排(進)液強制閥即不能開啟。只有當這些強制閥關閉到位后，相應的電氣觸點才能閉合形成回路，換向閥也才可能進行切換，使另一組工作液進排液強制閥打開。從而可有效避免兩組強制閥即使是短暫的處于同時開啟狀態而引起效率的下降。
被輸液在吸收塔內和工作液在再生塔內均為以自由落體的形式下降至塔底，這兩部分消耗的能量是無法回收的。加之實際運行中，工作液和被輸液通過閥門及管路時均要產生阻力損失，各部份機械摩擦也都要造成一定的能量損耗，因此自由活塞泵主機所能回收的能量將不足以提供被輸液所需的全部能量，為此被輸液在進入自由活塞泵主機11前須先經能量補充泵12予以增壓，以使上述的能量損失得到必要的補償。
權利要求1.一種用于化工領域工藝液體需反復進行加壓、減壓過程中回收能量的自由活塞循環泵，包括自由活塞泵主機(11)和控制其循環工作的液壓控制系統，其特征在于1)自由活塞泵主機(11)的液缸體(19)臥置，其兩端裝有液缸蓋(16a、16b)，液缸蓋上設有被輸液進口(15a、15b)，被輸液出口(18a、18b)，液缸體(19)由一縱向隔板(24)分成左右兩個空間，兩自由活塞(20a、20b)分別置于左右兩空間中，由穿過隔板(24)的活塞桿(22)將兩活塞連為一體，從而將液缸體(19)分為四個容積可變的腔室(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，在靠著隔板(24)的兩個腔室(Ⅱ、Ⅲ)上分別開有工作液進出口(23a、23b)，工作液進出口(23a、23b)和被輸液出口(18a、18b)的開口位置均設在液缸體(19)的最高處；2)液壓控制系統由輔助液缸(8a、8b)，換向閥(2)及其切換電氣觸點(9a、9b)，工作液進、排液強制閥(6a、6b；4a、4b)，被輸液進、排液自動閥(10a、10b；7a、7b)，能量補充泵(12)以及各連接管路組成；再生后的被輸液由能量補充泵(12)經被輸液進液自動閥(10a、10b)進入被輸液進口(15a、15b)，再由被輸液出口(18a、18b)經被輸液排液自動閥(7a、7b)送入吸收塔(1)；從吸收塔(1)排出的工作液經工作液進液強制閥(6a、6b)進入工作液進出口(23a、23b)，當自由活塞換向時再由同樣的進出口(23a、23b)經工作液排液強制閥(4a、4b)排入再生塔(13)；輔助液缸(8a、8b)安裝在液缸蓋(16a、16b)上，其柱塞(17a、17b)貫穿于液缸體(19)與輔助液缸之間，通過自由活塞(20a、20b)頂撞柱塞(17a、17b)使聯接于柱塞的切換電氣觸點(9a、9b)斷合來帶動換向閥(2)動作，從而控制工作液進、排液強制閥(6a、6b；4a、4b)的開閉。
2.根據權利要求1所述的回收能量的自由活塞循環泵，其特征在于所采用的工作液進、排液強制閥(6a、6b；4a、4b)是由閥體(44)、閥芯(28)、液壓缸(40)及活塞(41)、柱塞(33)組成，閥體(44)具有工作液進口(27)和工作液出口(30)，還設有套筒(31)，閥芯(28)可在套筒(31)內移動，其頂部開有若干平衡孔(32)；液壓缸(40)與閥體(44)上部直接相連，兩者間由隔板(42)隔開，活塞(41)置于液壓缸(40)內，通過柱塞(33)與閥芯(28)頂部連為一體；活塞(41)的下空間設有呼吸口(34)，上部設有穿出液壓缸缸蓋(39)的閥位指示桿(37)，缸蓋(39)上開有液壓工作液進出口(36)。
3.根據權利要求1所述的回收能量的自由活塞循環泵，其特征在于兩個自由活塞(20a、20b)與活塞桿(22)之間的聯接為無機械強度要求的松動聯接。
4.根據權利要求2所述的回收能量的自由活塞循環泵，其特征在于工作液進液強制閥(6a)與排液強制閥(4a)的各閥位指示桿(37)上分別設有聯鎖的電氣觸點(5a、3a)；工作液進液強制閥(6b)與排液強制閥(4b)的各閥位指示桿(37)上分別設有聯鎖電氣觸點(5b、3b)；使之能保證每個工作液腔室(Ⅱ、Ⅲ)的進、排液強制閥無開啟重疊時間。
專利摘要一種用于化學工程領域中，工藝液體需反復進行加壓、減壓過程中的回收能量的自由活塞循環泵。其主要解決現有循環泵液缸體中殘留氣相空間，造成工作機組效率低，機械控制活塞換向系統工作不穩定等問題。本裝置由自由活塞泵主機及其自身液壓控制系統組成，它的液缸體臥式布置，所有的排液口均設在液缸體最高處以防氣阻現象，并且采用獨特的液壓控制系統以及罩筒平衡式的進排液強制閥使得其工作平衡可靠。
文檔編號F04B31/00GK2214543SQ9423070
公開日1995年12月6日 申請日期1994年10月31日 優先權日1994年10月31日
發明者戎興漢, 穆中 申請人:戎興漢, 穆中