带压力交换器设备的附件的制作方法

专利名称：带压力交换器设备的附件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种附件，尤其是带有交替流过的管腔的压力交换器设备的附件，其中在外壳内布置有一个带有多个流动通道的可回转的控制部件，外壳具有多个连接管路的接口，外壳与一个第一管路系统，并且与至少一个管腔各自的一个端面相连接，其中管腔各自的另一个端面在其它附件的转接下与一个第二管路系统相连接，控制部件装有一个电机驱动的传动轴，并且控制部件的流动通道交替与在外壳中布置的开口相连接。
这种压力交换器由两个或者多个管腔组成，它的端部装有附件。通过附件相应的打开和关闭，管腔交替地用含有不同能量的液体加载。因此在管腔内，在设备内或者在设备工序过程中，一种液体的高压可以传递给另外一种只具有微小压力的液体。因此借助于这种压力交换器可以节省设备内的能量成本，并且增压泵可以做的更小。
反渗透方法经常用于水的处理。其中待纯化的液体流用高压挤压通过一个膜系统，在液体流量大时，膜系统要由大量的膜组件组成。因为总是只有待纯化液体的一部分能流过膜片，所以在这种膜组件中，通过膜片可实现纯水和积聚的浓缩物的分离。流过的部分作为纯水，或者也可以作为在膜片另一侧的渗透物，作为可利用部分流出。未流过的部分作为盐液，一种由盐和矿物质积聚的液体浓缩物，作为不能利用的并且处在高压下的部分离开膜组件。在大约65巴的膜组件入口压力下，这个压力大概在2巴。
通过US5306428一种反渗透设备已是众所周知的，其中为了能量回收使用了在管腔形式下的压力交换器。借助于它的帮助，由膜组件中流出的、富含能量的盐液的还较高的压力传递到尚准备纯化的液体上。因此为了产生对于反渗透方法必需的高压，随着压力提高的程度，对于供给的液体只需要一个微小的泵驱动功率。
除了其它的附件以外，一个带有一个回转的控制部件的附件用于控制和/或者转换进入和来自压力交换器的盐液的液体通道。借助于它的帮助，实现用由膜组件排出的盐液，对压力交换器管腔的交替加载。回转的控制部件是滚筒，其中按照一个三通旋塞的形式布置连接通道。在转换过程中实现所有流体通道的彻底关闭。为了避免在这类转换过程中的压力冲击，在滚筒内布置有压力平衡通道。
取决于膜片的使用寿命，它的分离能力下降，因此待纯化的液体必须相应地在膜组件内逗留更长的时间。由于这一原因，在现有技术下借助于一个伺服马达来影响滚筒的转换时间。然而这种附件只适合于小的反渗透设备，因为在附件内的流经横截面几乎与待注入管道的流经横截面一样大。在大型设备中，并且在其中移动的液体柱，以及由此产生的力，产生很大的附件的几何尺寸问题。
本发明的任务是，尤其是对于大型的反渗透设备开发一种转换装置，借助于它的帮助，以简单的方式大量的液体流可以无干扰地在压力交换器不同的管腔之间分配。在这一类的附件中，这一问题的解决是在外壳内实现由轴向和/或者径向方向到控制部件的流入，并且实现由控制部件沿着轴向方向的流出。在轴向流入和流出时可得到附件的最小结构长度。反之在径向流入时附件虽然长一点，然而所产生的轴向位移更容易控制。
一个方案是，控制部件做成一个空心圆柱形的控制部件，并且一个隔板把空心圆柱形的控制部件分成两个不同压力区的腔。以此在附件内可以形成附加的、产生待交换液体的流动转向的腔。因此对于附件本来的控制和密封功能使用一个简单的、在转换过程中更容易控制的薄壁部件。在这里另一个方案是，在不同压力区的腔内布置附加的加强筋。这种加强筋可做成加强筋板，或者对于流过的压力区做成沿着流动方向分布的薄壁件。同样附加的加强筋也可以做成环形件。它可以是扇形件或者环形件。它改善空心圆柱形控制部件的刚度，当处在不同的压力情况下时，由此抵抗部件的变形。
用于空心圆柱形控制部件操作的不同方案是，传动轴与隔板采用可传递扭矩的连接，隔板布置在空心固柱形控制部件的中间区，可传递扭矩的部件布置在空心圆柱形控制部件的一个端面上，隔板与控制部件固定连接或者隔板与外壳固定连接。因此传动轴可以直接的或者间接的固定在控制部件上，它取决于最有利的加工方式。当隔板布置在空心圆柱形控制部件的中间区域时，保证了在两个压力腔中的分配。与此同时将控制部件分成两个压力区的隔板可直接固定在控制部件上，或者与外壳相连接。
为此该方案是在高压侧流入开口区，将隔板用支撑杆固定在外壳上。与此同时密封件可以布置在静止的隔板和回转的空心圆柱形控制部件内壁表面之间。隔板和/或者带有与外壳相连的支撑杆的隔板也可以做成一个可替换的部件，它使得安装和维护工作更容易，并且在外壳上固定的隔板使得控制部件的轴向自由移动布置成为可能。
根据另一种方案，控制部件是一个实心圆柱，并且在它的圆周表面上多个槽形流动通道构成不同压力区。这种制造类型改善了强度特性。为此另一种方案是，在圆周表面上，同样压力区的流动通道互相在径向相对的布置，由此取得压力的平衡。
此外一个与流动开口相连的槽形流动通道的截面形成了控制部件的控制开口，并且在一个径向高压侧流入开口区域，在外壳上和/或者在控制部件的圆周表面上布置了一个环形槽。由此获得了较好的、附加的径向的连接可能性。另外在控制部件上，在不同压力区的槽形流动通道的端部之间布置有封闭的环形密封区，并且在密封区的区域，在控制部件上和/或者在外壳上布置有密封件。并且通过一个布置在控制部件上的减压通道实现在它的端面之间的轴向位移卸载。因此附加的推力轴承是多余的了。
外壳的压力载荷通过在控制部件的外圆周面上构成叉形和/或者阶梯形的，并且与控制开口相连接的控制槽而被优化。为了抵抗外部外壳上的载荷，因此在控制槽的区域实现一个有目的的、带有高压的外壳内部压力载荷。附带的通过控制槽获得了一个另外的流动通道，借助于它的帮助使得在连接的管腔之间的瞬时连接成为可能。因此溢流通道的一个截面只是瞬时转移到控制部件上。
在控制槽采用叉形结构时，在转换期间在附件内保持了几乎连续的体积流量和压力状况。处于本来的叉形件中的弧形件布置在径向加强筋板的平面内。这一措施同样改善了在附件内的力的传递。类似的在外壳内壁的内圆周面上也可以布置构成叉形的和/或者阶梯形的，并且与流动开口相连接的流动槽。
根据本发明的另一种方案在外壳的外壁上和/或内布置有多个连接流动开口的溢流通道。借助于它的帮助在压力交换器的工作循环期间实现液体从管腔到管腔的交换，其中附件保障了每个连接的管腔总是从流入液体区域加注，并且从流出液体区域排出。对于压力交换器控制时间的匹配，在外壳内布置的流动开口构成一个可调节的空心圆柱形外壳内壁的组成部分。这种附加的空心圆柱形外壳内壁做成单独的部件，并且可以用在里面布置的流动开口相对于外壳扭转布置。因此在需要的情况下，与在控制部件上布置的控制开口的重叠时间可以匹配。根据设计结构它可能在运行期间或者在附件装入设备时进行。
此外在外壳的外壁中布置有多个入口。在铸造外壳时它使得制造和加工更容易。它通过熟知的方法以锁紧件的形式如栓塞、螺纹件或者类似的部件来封闭。为了提高外壳的刚度在外壳的外壁内布置有多个外部的加强筋。它可以布置成环绕形或者只是在外部的外壳槽。由于重量和加工的原因，外壳槽布置在溢流通道之间。
此外压力交换器的管腔在控制部件移动期间可瞬时通过溢流通道相互连接。特别是当在高压侧控制开口通过另一个角度区扩展作为附属的流动开口时，实现以最小压力冲击的转换。在开口之间的角度这样测量，以使当管腔1的开口正好关闭时，并且高压流体的流动结束，管腔2的开口正好打开，并且由此接纳高压流体。由此保证了尚等待纯化、并且处于管腔另一侧的液体总是处在高压下。
溢流通道也可以是外部管件，其中为了容易安装，在外壳的外圆周面上分布布置多个管件接口。按照另一种方案，溢流通道是集成在外壳壁中的流动通道。它减少了密封位置的数量。
另一种方案是，通过各自最少两个互相径向相对的流动开口，并且与此相应的控制开口实现在控制部件和溢流通道之间的液体交换。开口和流动通道的对称布置在外壳内取得了控制部件的自由径向移动的支承。
对于柔和的换向，空心圆柱形控制部件的控制开口例如可以是长方形孔、多边形或者其它的形式。在控制部件上的位置和控制开口的尺寸使得无压力冲击流动转换成为可能。一个连接的管腔控制开口的关闭同时与前面关闭的其它管腔的另一个控制开口的打开相连系，并且反过来也是一样。由于扩大的控制开口，或者确切地说通过它在控制部件上的位置，实现了与固定布置在外壳上的溢流通道的流动开口的重叠。与此同时这种重叠对换向和由此所影响的流动液体柱的状态产生有利地作用。
在附件的运行期间，在控制部件的圆周上，在交替区域内存在着不同的压力状态。为了使控制部件的转换移动更容易，控制部件可以在外圆周上设有多个减压通道。以此滑动表面的确定的区域可以用确定的反压加载。这类减压通道也可以布置在控制部件的外壁表面上，和/或者布置在处于面对面位置的附件外壳表面上。根据它的形状和结构，在减压通道中可实现连续的或者交替的流过。
当控制部件可回转地支承在一个回形走向的外壳表面上时，或者当作为单独部件的外壳内壁支承在一个回形走向的外壳表面上时，可取得一种有利的加工可能性。那么在支流之间回形槽构成了一种支流通道，它同时作为溢流通道在外壳内起作用。因此这种外壳可以用非常低的费用制造，因为由此避免了不利的咬边。同样控制部件可以在外壳的多个单独表面上回转支承。
只在使用一个带有固定隔板的控制部件时，在外壳内设有支承控制部件的推力轴承。对于一个高压侧在两个固定隔板之间形成的控制部件，原则上不需要推力轴承。在后一种变型中表明，在外壳上布置与高压侧相连接的环形腔是有利的。它允许在接口区进行较简单的密封。
另一种方案是，外壳设有用于连接每个管腔的接口，并且各自设有高压侧流入开口的接口和低压侧流出开口的接口。因此在附件上的密封位置数量可以降到最少。其中外壳可以设有一个轴向和/或者径向布置的高压侧流入开口。一个轴向布置的流入口开布置在外壳的一个端面上，其中第一管路系统布置在一个这种高压侧的流入开口上。这一结构以简单的方式使附件的密封变的容易，因为这里只需要一个静态的密封。
为此另一种方案是，高压侧流入开口辅助布置一个具有支撑件的流动转向装置，并且流动转向装置就包围着控制部件的一个轴承。这一措施同样有利于部件长度的缩短和刚度的改善。并且由于带有流动换向装置和支承的高压侧流入开口布置在外罩上，在简化加工的可能性的同时改善了控制部件的支承。
同样外壳可以设有带有轴向和/或者径向布置的低压侧流出开口。
本发明的实施例在附图中作了描述，并将在下面进一步说明。如图所示图1根据现有技术的设备，图2带有图3a到图7剖面表示的附件的横剖面，图3a和3b在第一种工作状态下，附件的两个交错90°的剖面图，图4a和4b在第二种工作状态下，附件的两个交错90°的剖面图，其中相对于图3a和3b控制部件各自旋转90°绘出，图5a和5b在部分剖面下附件的两个三维视图，图6驱动装置在隔板上的结构，图7带附加控制气缸的附件，图8带两个隔板的附件，图9在实心圆柱形式下带一个控制部件的附件，图10a和10b在第一种工作状态下，较短的附件的两个交错90°的剖面图，图11图10a和10b控制部件的透视图，图12较短的附件的透视外部视图。
在图1中根据现有技术在反渗透设备的例子上描述了附件的工作原理。一个高压泵1输送待纯化的液体到一个或多个反渗透膜组件2，通常是湖水、海水、河湾水或者也可以是废水。由于在膜组件2中高的渗透压力，在其中布置的膜中产生分离效果。在膜的后面流出带有低压的净化水，即所谓的渗透物，被收集后供给其它的应用。
由反渗透膜组件2中流出的未纯化的液体，即所谓的盐液，在分离过程之后，具有较高的有害物质的浓度，有害物质通常是盐，并且被排回原处。由于它以压力能量形式的高的能量含量，为了能量回收，盐液通过一个附件7导入一个两腔的压力交换器。在管腔3.1、3.2中，布置有在压力影响下可移动的隔离活塞4.1、4.2，它形成了在两个各自以不同的压力加载的空腔的隔离。带有无隔离活塞管腔的设备也是众所周知的，然而当系统由平衡装置或者控制时间不再匹配时，在里面会导致不同液体之间不希望的混合。
与此同时盐液的高压压紧在图1中所示的处在上部的第一管腔3.1中的活塞4.1到处在远离附件7的一侧，并且传递压力到处在里面的和处在活塞另一侧的液体上。与此同时高压被传递到处在活塞左侧还等待纯化的压力低的液体上。然后这个液体以高压流到上部管腔3.1的左侧，并且流过布置在第二管路系统中的升压泵6的单向阀5。然后借助于升压泵6只还需要补偿在渗透净化过程中在膜组件2中产生的微小的压力降。由于能量回收升压泵6只还需要提供在反渗透膜组件失去的压力差。因此高压泵1可以非常小，并因此变得比在没有能量回收时的设备费用更低廉。
当在第一管腔3.1中，活塞4.1到达管腔端部时，然后附件7切换，因此从现在起第一管腔与大气接通。在引到主泵1的吸入管道中的入口压力足够，用待纯化的液体，把处在第一上部管腔3.1中现在减压的盐液，重新由上部管腔3.1中向右压出，并且让其一直排到大气中。在盐液由第一管腔3.1中排出的过程期间，同时通过附件7，下部第二管腔3.2用高压盐液加载。减压盐液的排出过程在下部第二管腔3.2中做了描述。
通过相应的附件7的周期性的转换实现两个管腔3.1、3.2的交替压力加载，并因此实现有效的能量回收。由于在附件内的三通功能，在转换过程中可能产生压力冲击，它会损坏反渗透膜组件2中的膜片。为使这一危险降到最小，为这一目的在附件7的控制部件中设有附加的特别压力补偿开口。通过在转换移动期间调整的、未补偿的径向位移会带来其它的不利情况。
在图2中，通过根据本发明的附件的一个横剖面示出了两个相互交错90°布置的剖面A-A和B-B。借助于它的帮助，在接下来的


中，对附件的工作原理进行了解释。双向箭头Z这里表明了由(未图示的)压力交换器管腔中来和到压力交换器管腔中去的流动方向；单箭头Y表明了由附件中流出的减压盐液的排出方向。
在图3a和3b中根据本发明的附件在两个各自相互交错90°布置的剖面中表示。剖面A-A和B-B的位置取自图2，并且在剖面描述中空心圆柱形控制部件10的位置始终保持不变。
空心圆柱形控制部件10可回转地布置在附件的外壳11中。由反渗透膜组件2流出，处在高压下的盐液，在下面称为高压盐液(HPB)，并借助于一个(未图示的)前置的收集器，通过一个唯一的高压侧流入开口12，进入附件的一个高压腔14。这个例子表示了一个附件与一个类似于图1所示的双管压力交换器的连接。由于这一原因放弃了对连接到附件上的管腔的描绘。
附件的外壳11在外壁15上具有两个接口16、17，用于连接同样未图示的管腔3.1、3.2的(未图示的)管路就接在上边。外壳11的实施例在这里设有整体式的流动通道18-21和两个环行腔26、27，借助于它们的帮助实现在接口16、17和布置在外壳内壁28上流动开口29-36之间的连接。外壳内壁28这里由于结构的原因是一个空心圆柱形薄壁部件，它密闭地布置在外壳11中。当它例如做成一个铸造结构时，它同样可以是外壳11的一个固定的组成部件。外壳内壁28同时作为空心圆柱形控制部件10的径向支承。控制部件10的壁被多个控制开口37-44穿过。
如图3a所示，通过一个箭头HPB所表示的高压盐液通过流入开口12进入外壳11的高压腔14。高压腔14布置在控制部件10之内，并且沿着轴向方向通过外壳的一个固定端面13和一个隔板47围起来。在本实施例中隔板47借助于密封件49相对于控制部件10密封。并且隔板47通过支撑杆48与外壳11，这里特别是与端面13抗扭转连接。通过这种设计结构，可回转的控制部件10在它的转换运动期间减轻轴向压力。对于密封件49可以找到熟知的应用方案。
在控制部件10中，在高压腔14的区域布置的控制开口37-40在这里相比在外壳内壁28上与此相一致的流动开口30、31、34、35具有另外的开口角度。通过合适的开口角度的选择可以实现，在控制部件10的转换期间内，与附件通过接口16、17处于有效连接的(这里未图示)管腔，可瞬时同时处于流入开口12的高压下。因此危害反渗透设备膜的压力波动被避免了。
控制部件10在外壳11中可回转布置。在外壳11上与支撑杆48抗扭转固定的隔板47大约处在外壳的中间区域。隔板47将控制部件10内部分配成了带有不同压力区的两个腔14、45。腔14在这里持续的与膜组件的高压区HPB相连接。相反在图3a中处于隔板47左侧的另一个腔45，与通过箭头LPB表示的、减压的、由管腔中流回的盐液的低压区的一个接口46相连接。因为控制部件10对于隔板47是相对移动的，所以设有一个对于密封的压力状况适合的密封件49。
控制部件10通过一个传动轴50来驱动，它的一端通过在低压侧的外壳上的通孔52向外伸出。回转运动可以是连续的或者是步进的，速度将取决于其余的系统部件来确定。
在控制部件10的位置不改变时，在图3a和3b中所示的根据本发明的转换附件的工作原理如下通过这里轴向布置的唯一的流入开口12，高压盐液HPB流入高压腔14。这个结构减少了接口的数量和附件的总体积。当然高压盐液HPB的供给流入开口12也可以径向布置，然而附件的结构就必须更长，并且供给必须在无法实现控制部件10重叠的外壳区进行。来自附件的低压盐液LPB由接口46排出。附件基本上保证了，从与接口16和17相连接的管腔中始终有一个管腔用高压盐液加注，然后从另外一个管腔，减压的低压盐液被排空。只在转换期间的瞬时两个管腔同时获得高压。
第一种工作状态(图3a和3b)高压盐液HPB由高压腔14，通过在控制部件10中相互处于面对面位置的控制开口38和39，和在外壳内壁28中同样相互处于面对面位置的控制开口30和31流入集成在外壳11中的环形腔27，比较图3b。两个沿着轴向方向部分围住环形腔27的隔板24、25同时形成了外壳内壁28的支承。高压盐液HPB从环形腔27流向一个第一管腔接口17。其余的到在附件内，形成了到环形腔26和接口16的流动通道的、通道20和21的流动开口34、35，通过控制部件10被封闭了。以此处于接口17的第一管腔被注满。
同时通过接口16附件与另外两个管腔处于有效连接。从这里在第二管腔中减压的低压盐液LPB回流到附件，并且通过接口16进入环形腔26，并且通过相互处于面对面位置的流动开口33和36，以及通过在控制部件10中同样相互处于面对面位置的控制开口41和44，进入低压腔45。从那出来低压盐液LPB流入一个接口46，由此实现管腔向大气一侧的排空。所有其它的在外壳内壁28上布置的，导向通道18和19的流动开口29、32，通过控制部件10被关闭。两个沿轴向方向部分围住环形腔26的隔板22、23同时构成了控制部件10的另一个轴承，比较图3a。
通过接口17流入第一管腔的高压盐液将它的压力能量传递给位于里面尚等待纯化的、紧接着用更高的压力压入反渗透膜组件的液体。驱动装置在传动轴50(未图示)上的回转速度和控制开口37-40的开口横断面的选择保证了，在接口17处的管腔在完全被高压盐液注满前的瞬间，注入过程结束。同时在接口16处的第二管腔的排出过程同样结束。
在高压侧各自成对共同起作用的、并且相互处于面对面位置的开口38/30和39/31，然而要比在低压侧成对的开口41/33和44/36打开的时间要保持长一点。由此当成对的开口38/30和39/31正好关闭时，这时处于接口16处的管腔通过成对的开口37/34和40/35、通道20和21以及环形腔26已经获得高压。因此保证了随着到管腔的流动方向的改变，第二种工作状态在无压力冲击下开始。
第二种工作状态(图4a/4b)与在图3a和3b中所示的相反，在该附图中所示控制部件10在外壳11内旋转90°表示，并且在接口16、17处到管腔的流动情况完全相反。为了更好的看清楚，放弃了在旋转运动期间对中间位置的图示。
当成对的开口38/30和39/31处在关闭位置时，那么这时正在加注的管腔在接口16处继续加注。相反在接口17处的管腔，通过环形腔27，相互处于面对面位置的通道18和19以及相互处于面对面位置的成对开口29/42和32/43，通过低压腔45和接口46排空。当在接口17处的管腔被排空时，在第二种工作状态下高压盐液HPB的压力能量传递到在接口16处的管腔中。在过程接近结束时，类似于第一种工作状态，成对的开口37/34和40/35以及38/30和39/31瞬时同时打开，重新进行到第一种工作状态的无压力冲击的过渡。
控制部件10在它的内部和/或者外部圆周表面上，这里是在隔板47的区域设有密封件49。它防止了在高压侧和低压侧之间的过流，并且因此保持整个系统的效率。根据这类设备的几何尺寸，在控制部件10上也可以使用多个这样的密封件49。
借助于它的帮助将控制部件10置于回转运动的传动轴50，通过常用的支承件支撑，并且借助于熟知的密封件防止液体溢出。在传动轴50和控制部件10之间的传动通过熟知的传动件51来实现。它可以是支撑杆、盘形件或者其它的另外的装置，它使得从低压腔45到接口46的流体通过成为可能。力的引入在图3a到4b所示的例子中在控制部件10的端面实现。
图5a是在附件一个部分打开的外壳11上的一个三维视图。它所表示的只是外壳11，没有示出在实施例中使用的分离的外壳内壁28。由此清楚地示出了，由环形腔26、27出发的总共4个通道18到21表示了这一类支通道，它在中间形成的薄壁件具有回形的变化。因此同样获得了回形变化的表面53，它作为支承表面用于外壳内壁28的支承。其中隔板22到25的端面或者狭窄的侧面同时具有支承表面的功能。外壳内壁28也可构成外壳11的集成部件。通过这样的流动导引结构，在外壳11内可获得各自相互处于面对面位置的流动通道或者流动开口，基于此可实现控制部件10在无径向作用力下的运动。
图5b表示了在相应于图5a的布置下，一个通过已经装配完、可以投入使用的附件的一个剖面。它的接管16、17直接与两个管腔3.2、3.1相连接。备有控制开口37-44的空心圆柱形控制部件10在备有流动开口29-36的外壳内壁28内回转。控制部件10的驱动通过在它的端面上密封的、作用于星形传动件51的传动轴50进行。在这里通过剖面表示，看得更清楚的流动导引装置相应于图3a和3b的表示。
图6表示了一个简化的根据本发明的附件的结构形式。在这里隔板47是控制部件10的一个固定的部件。隔板47的固定可以通过常用的方法来进行。在本例中隔板47是控制部件10的一个集成部件，它可以通过铸造、焊接或者其它熟知的工程连接形式实现。而且由此取消了在图3a-4b中所表示的，借助于在外壳11上的支撑杆对隔板47的固定。控制部件10的驱动通过传动轴50直接在隔板47上进行，由此另外的否则在传动轴50和控制部件10之间需要的连接件51被取消了。因为隔板47将附件的内部分成了两个不同的压力区，因此从现在起就要考虑所引起的控制部件10的轴向力。这种轴向分力沿着流入高压腔14的高压盐液HPB的方向起作用。它作用到隔板47上，并在控制部件中产生一个分力。该分力可用一个简单的附加的推力轴承件54来截获，并导入外壳11。
在图7中表示了在运行期间，具有对变化的打开和关闭时间附加控制可能性的附件的另一种可选择的结构。一个附加的控制气缸55同心地处在外壳内壁28和控制部件10之间。控制气缸55具有一个附加的空心圆柱形外壳内壁的功能，构成一个单独的部件，并且可以用它在里面布置的流动开口相对于外壳旋转。它具有另外的与控制部件10处于面对面位置的控制开口56-63，它在圆周上的扩展或者确切地说它的横剖面小于或者与对应的外壳内壁28的流动开口29-36同样大小。通过对应的流动开口56-63在圆周上扩展的适当的选择，可以通过控制气缸55的旋转影响附件的打开或者关闭的时间。控制气缸55的调节可以借助于空心轴64进行，它与传动轴50同心运转，并且可通过法兰65调节。这样的结构可在运行期间实现对不同的工作状态下的匹配。同样也可以使用其它的调节形式。所示的实施例子并不限制在这种类型的调节上。
在图8中表示了一个在控制部件10和隔板47之间的固定连接。由此控制部件10在高压侧和低压侧的区域达到了较高的刚度。此外为了应付所出现的、在图8中作用在附图左侧的轴向位移，布置了另一个隔板66，它在控制部件10的内部向右封闭了高压腔14。这一措施附加地提高了刚度。驱动通过传动轴50直接作用到隔板47上进行。高压侧流入开口12布置在径向，为此控制部件10和外壳内壁28相应被延长。高压盐液HPB通过径向流入开口12流入环形腔67，通过两个或者多个流动开口68、69流入外壳内壁28，并且通过两个或者多个在控制部件10中的开口70、71流入高压腔14。在控制部件10中的开口70、71在本例中并没有控制功能，而是类似于一个流入开口12，只用于高压腔14的加注。
在图9中表示了一个控制部件10.1，它是一个实心圆柱。由此它的刚度获得了进一步的提高。在控制部件10.1的圆周表面上各自加工出了相互径向相对的流动通道72-73和74-75。因此在槽形流动通道72-75的底部区域之间剩下了足够的壁厚，它的厚度以简单的方式与所经受的压力情况相匹配。为了防止在控制部件10.1中的缺口应力，槽形流动通道72-75的形状将与使用的材料相匹配。类似于空心圆柱形的封闭件10，流动通道72、73执行高压腔的功能，流动通道74、75执行低压腔的功能。高压盐液HPB通过一个径向布置的高压侧流入开口12流入，并且进入一个环形通道76，它不仅可以布置在外壳内，或者如图所示也可以布置在控制部件10.1内。在两种情况下环形通道76都构成完整的环形。借助于控制部件10.1沿着轴向方向穿过的一个减压通道78，实现在轴向端面表面间的压力交换。与此同时在控制部件10.1的高压侧的端面上布置了一个自由腔，在附图中通过右侧绘成粗体的线条来表示，由此获得了用于轴向位移卸载压力平衡的相应表面。
在图示的布置中，高压盐液HPB通过在外壳内壁28中的一个流动开口69流入控制部件10.1的环形通道76，从那出发各自进入沿轴向方向延伸的槽形流动通道72、73。液体从这个高压流动通道72、73流入在前面的附图中提到的流动开口30、31、34和35。在控制部件10.1中的低压流动通道74、75接纳来自在前面的附图中提到的流动开口29、32、33和36的低压盐液LPB，并且将其输送到接口46。在这里低压盐液LPB也总是沿着轴向方向由控制部件10.1排出。流动通道72-75的各自互相交错的端部相互间隔布置，并且在它们之间形成了一个封闭的环形密封区77。它防止了在两个压力区域之间的过流。
图10a和10b表示了一个带有较短结构长度的附件，并且同样在两个各自相互交错90°布置的剖面上表示。剖面A-A和B-B的位置类似于图2的表示，并且在这里控制部件10的位置也保持不变。
根据图10a和10b所示的附件，通过流动开口的另一种布置具有了更短的结构长度。在外壳11中和在控制部件10中，流动开口29-36和控制开口37、40、42、43的位置，各自与垂直于控制部件10的传动轴50.2布置的开口平面79、80相关。在这个实施例中相对于其它的实施例节省了两个开口平面。这个实施形式总共只拥有三个开口平面，其中一个开口平面81只用于高压腔14的流入。当到控制部件的流入由轴向进行时，开口平面81可以取消。
为了节省两个开口平面，在外壳中，在开口平面79、80上各自在圆周上分布布置了4个流动开口，其中在图10a中开口29、32、34、35是可以看见的。在这个带有两个可连接管腔的实施例中，在外壳内壁28上，在开口平面79、80中，每4个流动开口30、31、34、35或者29、32、33、36各自互相交错90°布置。借助于在控制部件10中装有的控制槽82，高压盐液HPB从其中一个开口平面80沿着轴向方向，通过控制部件10流人外壳11的第二开口平面79。控制槽82的功能由在图11中控制部件10的透视图看得很清楚。
在空心圆柱形控制部件10的内腔中布置有附加的加强筋，它们是筋板83、89，并且作为一种径向延伸的分流器，沿着轴向穿过腔14、45。在图10a中，在剖面中表示的加强筋板83、89延伸到了空心圆柱形控制部件10的整个直径上，并且面对作用于外部和内部以及持续交替的压力载荷改善了它的刚度。沿着传动轴50.2的方向走向的加强筋板的平面相互旋转90°布置，并且附加地直接连接到隔板47上。
在控制部件10的内腔中布置有加强筋，在这里是以环形件84的形式。它从控制部件10的内壁径向向内延伸，并以环状的形式伸入内腔14、45。这一加强环形件84也整体改善了控制部件10的刚度。
流入开口12在这个实施例中是外罩85的组成部分，外罩密封地和传力地与外壳11相连接。外罩结构具有这种优点，外壳11本身主要构成圆柱形，因此更容易加工。在外罩85内布置有一个流动转向件86。在流动转向件86中布置有多个支撑件87，其在外罩85内围住多个流动通道88。借助于流动转向件86，轴向进入外罩85的高压盐液HPB由弧形走向的流动通道88转向，并且由此轴向或者半轴向的从外部流入控制部件10，通过它的开口70、71流入腔14。
与控制开口37、40相连接的、在这里形成叉形的控制槽82布置在控制部件10的外圆周上，并且相互处于径向相对的位置。它在这个实施例中，在低压腔45的加强筋板83的两侧延伸，并且在图示中只能看到一部分。此外在外罩85中布置有控制部件10的一个轴承件90和密封件91。
在外壳10的外壁15内布置有多个通道开口92，它通过锁紧件93气密的和液体密封的封住。通道开口92由于加工技术的原因而设置，并且显著地使外壳的加工变得容易。它使得可以容易地进入在环形腔26、27形式下的处在外壳内的空腔。
图10b表示了一个相对于图10a旋转90°布置的纵向剖面。由此在控制部件10中可以看出，加强筋板83现在垂直处于图示平面，并且根据通流部分的类型布置在低压腔45内。相反在隔板47的右侧，处在高压腔14中的加强筋板89现在处于图示平面内。在这里所表示的实施例中，加强筋板83、89是隔板47的集成部件，其中加强筋板83同时也是处在控制部件10内的传动轴部件50.2的组成部分。这一结构简化了它的加工。同样好地是，加强件在与隔板47没有直接有效连接的情况下，也可以布置在腔14、45中。
由两图10a、10b结合起来可以看出，在腔45的区域内，在开口平面79中联合了所有控制和流动开口41-44以及29、32、33、36。在腔14的区域内，在开口平面80中类似的联合了控制和流动开口37-40以及30、31、34、35。开口平面81仅仅用于HPB径向流入到腔14中，并且不参加转换过程。因此整个实施例得到了明显缩短，整个附件的刚度显著改善。
图11表示了根据图10a、10b所示的空心圆柱形控制部件10的一个透视图。这是带有从腔45中伸出的传动轴件50.2，在控制部件10的低压侧的视图。布置在腔45内的筋板83清晰可见，并且其走向是沿着流动方向或者是沿着传动轴50.2的方向。此外还可以看到一个加强环形件84，它环绕布置在低压腔45中，在它的流出侧区域。在控制部件10的圆周壁表面上分布布置着多个沿着轴向走向的减压通道78。借助于它们的帮助平衡了轴向位移载荷，由此支承被明显简化。
在控制部件10的外圆周面上布置有构成叉形的和处于径向相对位置的控制槽82，它与用高压盐液HPB加载的腔14的控制开口37、40相连接。通过控制槽在控制部件10的外圆周面上实现连接在附件上的压力交换器的两个管腔之间的流动转向。借助于这一措施，在低压盐液LPB的一侧，所有控制和流动开口只能移位到开口平面79中。
叉形形式下的控制槽82的结构具有这种优点，在由此形成的叉形流动通道之间留下了一个弧形件96。它以有利的方式布置在加强筋板83的平面内，由此优化了在回转的控制部件和外壳之间的传力和表面压力。在阶梯形的控制槽82中放弃了弧形件96的布置。它虽然扩大了用于转向的腔，然而导致了在控制部件10转换运动期间有点不利的流动情况。
在这里不再进行对控制槽运动转向这一类型的描述。在与随着控制部件10回转的控制槽类似的结构中，那么控制槽就以静止流动槽的形式也可以布置在外壳中。盐液进入到开口平面79的流动转向那么就在外壳壁中，而且是在静止的流动槽中进行。
在用高压盐液HPB加载的腔14的区域，在控制部件10上可看见在圆周上分布布置的开口70、71。由此高压盐液HPB通过流过在外罩中的(在这里未图示)流动转向之后，由径向或者半轴向方向从外向内流入控制部件的腔14。
在图12中表示了一个根据图10-11所示的一个附件的透视图。在外壳外壁15中，通道开口92清晰可见，它沿着处在外壳内的溢流通道的轴向走向平面的方向布置。作为锁紧件93在实施例中使用了简单的锁紧栓塞，然而其中也可采用其它的结构形式。处在外壳壁15内的溢流通道18-21之间，在外壳11中布置有附加的外部加固件94。
在外壳11的外壁15上布置有附加的积聚模膛95，它对于附件具有底座件和/或者悬挂件的功能。它简化了附件的安装以及使搬运更容易。在这个实施例中，起低压盐液排出口作用的接口46是单独外罩件的组成部分。由此可以最简单的方式，并且通过外罩件的相应的旋转布置，低压盐液LPB的流出方向通过接口46可简单的与不同的局部情况相匹配。
附图标记1高压泵50-50.2传动轴2反渗透膜组件 51传动件3.1、3.2管腔 52外壳通道4.1、4.2隔离活塞 53表面、支承表面5单向阀54推力轴承6升压泵55控制气缸7附件 56-63流动开口8 64空心轴9 65法兰10、10.1控制部件 66隔板11外壳 67环形腔12流入开口 68-69流动开口13端面壁 70-71开口14腔、高压腔 72-75流动通道15外壁 76环形通道16管腔接口 77密封区17管腔接口 78减压通道18-21流动通道 79-81开口平面22-25隔板 82控制槽26-27环形腔83强筋板28外壳内壁 84环形件、加强筋29-36.1流动开口85外罩37-44控制开口 86流动转向45腔、低压腔 87导向筋板46接口 88流动通道47隔板 89加强筋板48支撑杆 90支承49密封件 91密封92通道开口 93锁紧件94加固件 95积聚模膛96弧形件 LPB低压盐液HPB高压盐液
权利要求
1.用于液体通道转换的附件，尤其是带有设有交替流过的管腔(3)的压力交换器设备的附件，其中在一个外壳(11)内布置有一个带有多个流动通道的可回转的控制部件(10、10.1)，外壳(11)具有多个连接管路的接口(12、16、17、46)，外壳(11)与第一管路系统，并且与至少一个压力交换器各自的一个端面相连接，其中一个压力交换器各自的另一个端面在其它附件的转接下与第二管路系统相连接，控制部件(10、10.1)装有一个电机驱动的传动轴(50)，并且控制部件(10、10.1)的流动通道交替与在外壳(11)中布置的开口相连接，其特征在于，在外壳(11)内实现由轴向和/或者径向方向到控制部件(10、10.1)的流入，并且实现从控制部件(10、10.1)沿轴向方向的流出。
2.根据权利要求1所述的附件，其特征在于，所述控制部件是一个空心圆柱形的控制部件(10)，并且一个隔板(47)把空心圆柱形的控制部件(10)分成两个不同压力区(HPB、LPB)的腔(14、45)。
3.根据权利要求2所述的附件，其特征在于，在所述不同压力区(HPB、LPB)的腔(14、45)内布置附加的加强筋。
4.根据权利要求2或者3所述的附件，其特征在于，所述这种加强筋可以是径向走向的筋板(83、89)和/或者环形件(84)。
5.根据权利要求1、2、3或者4所述的附件，其特征在于，所述传动轴(50)与隔板(47)采用可传递扭矩连接。
6.根据权利要求5所述的附件，其特征在于，所述隔板(47)布置在空心圆柱形控制部件(10)的中间区。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的附件，其特征在于，一个可传递扭矩的部件(51)布置在空心圆柱形控制部件(10)的一个端面上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的附件，其特征在于，所述隔板(47)与控制部件(10)固定连接。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的附件，其特征在于，所述隔板(47)与外壳(11)固定连接。
10.根据权利要求9所述的附件，其特征在于，在高压侧流入开口(12)区，所述隔板(47)用支撑杆(48)固定在外壳(11)上。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的附件，其特征在于，在隔板(47)和空心圆柱形控制部件(10)内壁表面之间的密封件(49)布置在一个密封区。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的附件，其特征在于，所述隔板(47)和/或者支撑杆(48)是可替换的部件。
13.根据权利要求1所述的附件，其特征在于，所述控制部件(10.1)是一个实心圆柱，并且在它的圆周表面上构成多个不同压力区(HPB、LPB)的槽形流动通道(72-74)。
14.根据权利要求13所述的附件，其特征在于，在所述圆周表面上，同样压力区的流动通道(72、73；74、75)互相径向相对的面对面布置。
15.根据权利要求13或者14所述的附件，其特征在于，与一个流动开口(29-31、33-35)相连的槽形流动通道(72-75)的一个截面形成了控制部件(10.1)的控制开口。
16.根据权利要求13、14或者15所述的附件，其特征在于，在一个径向高压侧流入开口(69)的区域，在外壳(11)中和/或者在控制部件(10.1)的圆周表面上布置了一个环形槽(76)。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的附件，其特征在于，在所述控制部件(10.1)上，在不同压力区(HPB、LPB)的槽形流动通道(72-75)的端部之间布置有一个封闭的环形密封区(77)。
18.根据权利要求17所述的附件，其特征在于，在所述密封区(77)的区域，在控制部件(10.1)上和/或者在外壳(11)上布置有密封件。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的附件，其特征在于，用一个布置在控制部件(10.1)中的减压通道(78)实现轴向位移卸载。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的附件，其特征在于，在所述控制部件(10、10.1)的外圆周面上布置有构成叉形和/或者阶梯形、并且与控制开口(37、40)相连接的控制槽(82)。
21.根据权利要求20所述的附件，其特征在于，所述叉形控制槽(82)的弧形件(96)布置在径向筋板(83)的平面内。
22.根据权利要求1至19中任一项所述的附件，其特征在于，在所述外壳内壁(28、55)的内圆周面上布置有构成叉形的和/或者阶梯形的、并且与流动开口(30、31、34、35)相连接的流动槽。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的附件，其特征在于，在所述外壳(11)的外壁(15)上和/或内布置有多个连接流动开口(29-31、33-36)的溢流通道(18-21)。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的附件，其特征在于，所述流动开口(29-31、33-36)是一个可调节的空心圆柱形外壳内壁(55)的组成部分。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的附件，其特征在于，在所述外壳(11)的外壁(15)内布置有多个通道开口(92)。
26.根据权利要求1至25中一项或多项所述的附件，其特征在于，在所述外壳(11)的外壁(15)中布置有多个外部的加固件(94)。
27.根据权利要求1至26中任一项所述的附件，其特征在于，所述压力交换器的管腔(3.1、3.2)在控制部件(10、10.1)移动期间瞬时通过溢流通道(18-21)相互连接。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的附件，其特征在于，所述溢流通道(18-21)是外部管件。
29.根据权利要求28所述的附件，其特征在于，在所述外壳(11)的外圆周面上分布布置着管件接口(17、17)。
30.根据权利要求1至27中任一项所述的附件，其特征在于，所述溢流通道(18-21)是集成在外壳壁中的流动通道。
31.根据权利要求1至30中任一项所述的附件，其特征在于，通过各自最少两个互相径向相对处于面对面位置的流动开口(29、32；30、31；33、36；34、35)，并且以此相一致的控制开口(37-44)实现在控制部件(10、10.1)和溢流通道(18-21)之间的液体交换。
32.根据权利要求1至31中任一项所述的附件，其特征在于，所述控制开口(37-44)的位置和尺寸使得无压力冲击流动转换成为可能。
33.根据权利要求32所述的附件，其特征在于，所述空心圆柱形控制部件的控制开口(37-44)可以是长方形孔、多边形或者其它的形式。
34.根据权利要求32或33所述的附件，其特征在于，一个管腔控制开口的关闭同时与前面关闭的另一个管腔的控制开口的打开相连系，并且反过来也是一样。
35.根据权利要求1至34中任一项所述的附件，其特征在于，在所述控制部件(10、10.1)的外壁表面上和/或者在处于面对面位置的外壳表面上，或者在外壳内壁(28、55)中布置有多个减压通道。
36.根据权利要求1至35中任一项所述的附件，其特征在于，在所述控制部件(10、10.1)中布置有一个或多个减压通道(78)。
37.根据权利要求35或36所述的附件，其特征在于，在所述减压通道中实现连续地或者交替地流过。
38.根据权利要求1至37中任一项所述的附件，其特征在于，所述控制部件(10、10.1)回转地支承在一个回形走向的外壳(11)表面(53)上。
39.根据权利要求1至38中任一项所述的附件，其特征在于，所述控制部件(10、10.1)回转支承在外壳(11)的多个表面(53)上。
40.根据权利要求1至39中任一项所述的附件，其特征在于，一个作为单独部件构成的外壳内壁(28)支承在一个回形走向的外壳(11)表面(53)上。
41.根据权利要求1至40中任一项所述的附件，其特征在于，所述控制部件(10、10.1)用至少一个轴颈布置在轴承(90)中。
42.根据权利要求1至41中任一项所述的附件，其特征在于，所述控制部件(10、10.1)的布置不承受径向力和轴向力。
43.根据权利要求1至42中任一项所述的附件，其特征在于，一个带有固定隔板(47)的控制部件(10、10.1)紧贴在一个推力轴承(54)上。
44.根据权利要求1至43中任一项所述的附件，其特征在于，在所述控制部件(10、10.1)上，在两个固定隔板(47、66)之间形成高压侧(HPB)。
45.根据权利要求42、43或者44所述的附件，其特征在于，在所述外壳中布置的一个环形腔(67)与高压侧(HPB)相连接。
46.根据权利要求1至45中任一项所述的附件，其特征在于，所述外壳(11)设有用于连接管腔(3)的各自接口(16、17)，并且各自设有高压侧流入开口(12)的接口和低压侧流出开口(46)的接口。
47.根据权利要求46所述的附件，其特征在于，所述外壳(11)设有一个轴向和/或者径向布置的高压侧流入开口(12)。48.根据权利要求46或者47所述的附件，其特征在于，所述流入开口(12)辅助布置一个具有支撑件(87)的流动转向(86)，并且流动转向(86)就包围着控制部件(10、10.1)的一个轴承(90)。
49.根据权利要求46、47或者48所述的附件，其特征在于，带有所述流动换向(86)和轴承(90)的流入开口(12)布置在一个外罩(85)中。
50.根据权利要求46至49中任一项所述的附件，其特征在于，所述外壳设有一个轴向和/或者径向布置的低压侧流出开口(46)。
51.根据权利要求1至50中任一项所述的附件，其特征在于，所述空心圆柱形控制部件的控制开口(37-44)例如可以是长方形孔、多边形或者其它的形式。
全文摘要
用于液体通道转换的附件，尤其是带有交替流过的管腔(3)的压力交换器设备的附件，其中在外壳(11)内布置有一个带有多个流动通道的可回转的控制部件(10、10.1)。外壳(11)具有多个连接管路的接口(12、16、17、46)，外壳(11)与第一管路系统，并且与至少一个压力交换器各自的一个端面相连接，其中压力交换器各自的另一个端面在其它附件的转接下与第二管路系统相连接。控制部件(10、10.1)装有一个电机驱动的传动轴(50)，并且控制部件(10、10.1)的流动通道交替与在外壳(11)中布置的开口相连接。在外壳(11)内实现由轴向和/或者径向方向到控制部件(10、10.1)的流入，并且实现从控制部件(10、10.1)沿轴向方向的流出。
文档编号B01D61/10GK1758951SQ200480006441
公开日2006年4月12日 申请日期2004年2月18日 优先权日2003年3月12日
发明者S·鲍姆加滕, S·布罗斯, B·布雷赫特, U·布鲁恩斯, S·弗拉克, C·耶格, W·科哈诺夫斯基, W·克内布尔, M·埃勒加德 申请人:Ksb股份公司