压力交换器的制作方法

1.本发明涉及一种具有阀系统的压力交换器，该阀系统包括缸筒、 两个阀板和两个端口板，其中，缸筒包括至少一个容纳活塞的缸。


背景技术：

2.缸沿缸筒的纵向方向布置，从而实现缸筒的两个纵向面之间的流 体连接。阀板的第一侧被布置在缸筒的每个面上，而端口板被布置在 每个阀板的第二侧。缸筒相对于端口板旋转。
3.一个端口板是第一端口板，而另一个端口板是第二端口板。第一 端口板和第二端口板中的每一个都包括两个开口。向第一端口板的第 一开口施加压力，使得至少一个缸中的活塞从靠近第一端口板的第一 端部位置移动到靠近第二端口板的第二端部位置。因此，缸中的流体 通过第二端口板的第一开口被压出。
4.缸筒旋转，使得缸与第一端口板的第二开口和第二端口板的第二 开口相互作用。由于第二端口板的第二开口向缸施加流体压力，因此 活塞从第二端部位置被推动到第一端部位置，从而推动缸中的流体通 过第一端口板的第二开口。
5.缸筒进一步旋转，直到缸与第一端口板的第一开口和第二端口板 的第一开口相互作用。这个过程重新开始。
6.根据缸筒的压力比和转速，活塞每次从一个端部位置转移到另一 个端部位置时可能会撞击阀板，从而导致磨损和因维护而停机。此外， 活塞的突然停止会导致能量损失，因为它的动能应该用于移动流体， 从而导致能量效率低。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的问题是提供一种磨损少、能量效率好的压力交 换器。
8.该问题由权利要求1的特征来解决。
9.压力交换器包括活塞制动系统并且活塞包括卸压装置。活塞制动 系统允许将靠近端部位置中的一个端部位置的活塞的速度降低，以防 活塞速度超过限制并有撞击阀板造成损坏的风险。然而，这会导致缸 内的压力(甚至是压力峰值)增加，使得活塞或缸筒可能会受到损坏。 为了补偿压力峰值，活塞设有卸压装置。这种装置允许减少过压，从 而防止了对压力交换器的损害。
10.压力交换器的主要任务是在两种流体之间交换压力，一种流体具 有高压水平而另一种流体具有低压水平，其中，流体可以彼此不同。 压力交换器将压力能从高压流体传递到低压流体。压力交换器用于例 如在升高的压力水平下操作并且具有高压废物流的过程中，使得废物 流的高压水平被转移到用于升高的压力水平的输入流中。这种压力交 换器用于例如反渗透系统中，其中，压力交换器可以放置在离开反渗 透膜的输出侧的连接部处，其中，压力水平相对较高，使得该压力中 的一些可以用于到反渗透膜的输入流。
11.替代地，对于压力交换器，可以使用泵或马达。
12.活塞例如由诸如塑料等的轻质材料形成。轻质材料允许在端部位 置产生柔和的冲击，从而减少磨损。
13.在一个实施例中，活塞被布置为在缸中浮动。浮动活塞允许在被 活塞分开的缸的每一侧之间进行预定的流体连接。此外，浮动布置允 许活塞的润滑，使得活塞和缸的磨损较低，从而实现低维护工作。
14.在一个实施例中，活塞制动系统包括至少一个止推垫，该止推垫 在缸筒和阀板之间形成腔室。优选地，止推垫固定在阀板中，并且提 供液压柔性密封件以利用柔性密封件密封止推垫和缸筒中的缸。至少 一个缸中的每一个缸都设置有一个止推垫。这允许活塞的轻柔冲击， 而腔室为活塞提供润滑。
15.止推垫可以由例如超级双相钢等形成。此外，止推垫可以例如涂 覆有与活塞的材料良好相互作用的某种耐磨材料，例如dlc、pee等。 替代地，止推垫的材料可以调整为活塞的材料或其他材料，使得活塞 和止推垫的相互作用引起低磨损，从而实现低维护工作。
16.在一个实施例中，止推垫相对于缸的内表面部分地径向向内突出。 因此，可以通过以朝向移动方向的一侧撞击止推垫来使活塞减速。这 允许活塞在预定位置停止。
17.在一个实施例中，活塞包括至少一个锥形部分。锥形部分沿移动 方向布置在活塞的一端处。锥形部分与止推垫和形成的腔室相互作用， 从而在腔室内形成流体垫。该流体垫在活塞到达其端部位置时被加压， 从而使活塞减速。此外，锥形部分迫使流体围绕活塞，从而在活塞和 缸之间产生良好的润滑。此外，锥形部分允许将活塞轻松组装到缸中， 因为它们是自动定心的。
18.在一个实施例中，在缸内的活塞的端部位置，腔室至少部分地被 锥形部分封闭。优选地，止推垫与阀板采用压配合密封，止推垫与缸 采用o型圈密封。因此，腔室中的流体只能通过止推垫、缸筒和活塞 之间形成的间隙溢出。根据腔室中压力的增加，确定减速。这实现了 活塞的良好停止作用。
19.在一个实施例中，活塞的中心部分形成为具有面向缸的纵向方向 的两侧的圆柱形，其中，卸压装置包括在活塞的两侧之间的至少暂时 的流体连接。这种布置允许将活塞一侧的过压释放到活塞的另一侧。 结果，峰值压力迅速降低，而不会损坏压力交换器的任何部件。
20.在一个实施例中，卸压装置包括布置在活塞内部的至少一个空腔， 其中，该空腔流体地连接到活塞的两侧。空腔本身就是一种缓冲器， 它从过压侧捕获流体，从而减少来自活塞两侧的流体的混合。
21.在没有活塞的压力交换器起作用时，两种流体具有物理接触，使 得两种流体混合。由于活塞的卸压系统，流体的混合较低，从而提高 了压力交换器的效率。
22.在一个实施例中，至少一个空腔填充有海绵状材料。包含海绵状 材料的空腔也是一种缓冲器。海绵状材料描述了任何能够吸收流体的 材料，优选多孔材料，例如陶瓷。流体的交换很少，因为海绵状材料 缓慢地吸收液体。
23.在一个实施例中，卸压装置包括至少一个卸压通道。至少一个卸 压通道是一种将过压从活塞的高压侧释放到低压侧的简单且成本有效 的措施。
24.在一个实施例中，卸压装置包括至少一个阀。该阀可以是例如过 压阀，其中，可以根据压力比和压力交换器的其他特性来选择设定压 力。
25.在一个实施例中，卸压装置包括：至少一个卸压通道、至少一个 阀、至少一个空腔和至少一个填充有海绵状材料的空腔或它们的组合。 这允许很好地调节卸压装置，使得压力损失很小。
26.在一个实施例中，锥形部分是从活塞的中心部分突出的环形突起 部。这允许调整活塞的内部设计。可以调整卸压通道、阀和/或空腔的 任何尺寸，而不改变活塞的外部尺寸。因此，活塞可以很容易地适应 任何期望的配置。
27.此外，环形突起部使得重量减轻，使得压力交换器的效率良好。
附图说明
28.现在将参照附图更详细地描述本发明，其中：
29.图1示出了压力交换器的内部部件；
30.图2示出了活塞的第一实施例；
31.图3示出了活塞的第二实施例；
32.图4示出了活塞的第三实施例；
33.图5示出了活塞的第四实施例；
34.图6示出了其中活塞靠近其端部位置的活塞制动系统。
35.图7示出了其中活塞处于其端部位置的活塞制动系统。
具体实施方式
36.图1描绘了缸筒1、阀板2、第一端口板3和第二端口板4。阀板 2夹设在缸筒1与第一端口板3或第二端口板4之间。缸筒1和阀板2 被布置成可相对于第一端口板3和第二端口板4旋转。
37.第一端口板3包括第一开口5和第二开口6。第二端口板4也包 括第一开口和第二开口，两者均未示出。
38.缸筒1包括多个缸7，每个缸7容纳可移动并且浮动的活塞8。活 塞8包括朝向第一端口板3的方向的第一侧和朝向第二端口板4的方 向的第二侧。活塞8可以根据第一端口板3的第一开口5和第二端口 板4的第一开口之间的压力差从靠近第一端口板3的第一端部位置移 动到靠近第二端口板4的第二端部位置。
39.随着缸筒1旋转，从活塞8的第一端部位置开始，第一加压流体 通过第一端口板3的第一开口5被施加到活塞8的第一侧，使得活塞 8移动到第二端部位置。结果，在缸7中的活塞8的第二侧的第二流 体通过第二端口板4的第一开口转移。
40.当活塞8到达第二端部位置时，缸7与第一端口板3的第二开口 6和第二端口板4的第二开口相互作用。第二流体被转移到缸7中与 活塞8的第二侧相互作用，并将活塞8从第二端部位置移动到第一端 部位置，使得缸7中的第一流体通过第一端口板3的第二开口6转移。
41.这允许将压力从第一流体传递到第二流体。
42.在活塞8快速或突然停止的情况下，如果压力峰值太高或未在预 定时间段内释放，则所施加的压力可能使活塞8变形或损坏。为了避 免损坏活塞8，活塞8包括卸压装置，该卸压装置允许从活塞8的第 一侧到活塞8的第二侧或以相反的方式降低峰值压力或过
压。
43.在图2至图5中描绘了包括卸压装置的活塞8。卸压装置允许在 活塞8的两侧之间的至少暂时的流体连通。过压可以从活塞8的高压 侧排放到低压侧。
44.在图2中，活塞8包括多个卸压通道9，卸压通道9允许活塞8 的两侧之间的流体连通。可以根据活塞8的两侧之间的压力比、第一 流体和第二流体的粘度、压力交换器的最大峰值压力和/或其他特性设 计卸压通道9。例如，可以调整卸压通道9的数量、它们的直径和/或 长度。
45.图3描绘了具有阀10的活塞8，阀10允许活塞的两侧之间的暂 时的流体连接。阀10例如可以是过压阀等。一旦超过预定的设定值， 阀10就打开，从而避免活塞8的损坏。
46.图4描绘了活塞8，该活塞8具有空腔11和在活塞8的每一侧的 流体连通部12，流体连通部12允许腔体11与活塞8任一侧的流体的 流体连通。腔体11基本上是缓冲器，第一流体和第二流体可以在腔体 11中混合。由于其缓冲作用，所以只有少量的第一流体和第二流体的 混合物被带入到活塞8外部的流体中。
47.在图5中，空腔11填充有允许经由流体连通部12与活塞8的任 一侧进行流体连通的海绵状材料13。海绵状材料减慢了两种流体之间 的混合，使得缸7中的流体混合较低。海绵状材料13可以由多孔材料 (例如陶瓷)组成。
48.图6和图7示出了具有活塞制动系统和卸压装置的压力交换器。 活塞8容纳在缸7中，该缸7具有形成卸压装置的多个卸压通道9。 另外，在活塞8的两侧均布置有锥形部分14。锥形部分14从活塞8 的中心部分15沿纵向方向呈环状突出。
49.关于活塞制动系统，止推垫16设置在缸筒1和每个阀板2之间。 止推垫16相对于缸8的内表面部分地径向向内突出。因此，一旦活塞 8接近其任一端部位置，活塞8的锥形部分14就与止推垫16相互作 用。在缸8的内表面、止推垫16和锥形部分14之间形成腔室17。腔 室17中提供的流体可以通过止推垫16、活塞8、缸筒1和/或阀板2 之间的间隙溢出。
50.减速由腔室17中的压力增加确定。随着活塞8接近端部位置，腔 室17的容积减小，同时间隙也减小。因此，腔室17的流体需要通过 变窄的间隙18溢出，而这需要增加压力。这允许活塞8的移动的缓和 停止。通过调节锥形部分14的角度、长度和/或直径，可以调节压力 增加以适应需求。
51.替代地，对于包括卸压通道9的活塞8，图7中描绘的卸压装置 可以包括图3至图5的实施例中的至少一个。
52.另一种替代方案是：卸压装置是图2至图5中所描绘的实施例的 组合。
53.活塞制动系统和卸压装置的组合允许活塞8的缓和停止，同时释 放过压。因此，活塞8、缸筒1和阀板2的负载减小，使得磨损更少， 从而具有良好的维护性和效率。
54.附图标记列表
[0055]1ꢀꢀꢀ
缸筒
[0056]2ꢀꢀꢀ
阀板
[0057]3ꢀꢀꢀ
第一端口板
[0058]4ꢀꢀꢀ
第二端口板
[0059]5ꢀꢀꢀ
第一端口板的第一开口
[0060]6ꢀꢀꢀ
第一端口板的第二开口
[0061]7ꢀꢀꢀ
缸
[0062]8ꢀꢀꢀ
活塞
[0063]9ꢀꢀꢀ
卸压通道
[0064]
10
ꢀꢀ
阀
[0065]
11
ꢀꢀ
空腔
[0066]
12
ꢀꢀ
流体连通部
[0067]
13
ꢀꢀ
海绵状材料
[0068]
14
ꢀꢀ
锥形部分
[0069]
15
ꢀꢀ
中心部分
[0070]
16
ꢀꢀ
止推垫
[0071]
17
ꢀꢀ
腔室。