专利名称：装有能量回收装置的海水和苦咸水淡化设备的人力－电力驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明创造涉及一种以反渗透技术为基础，装有能量回收装置，可人力、电力或人力-电力驱动的海水和苦咸水淡化设备。
以海水或苦咸水为原水，经高压泵加压并透过反渗透膜组件后即可产生淡化水和含盐量高于原水的废盐水，并分别自各自的排水口排出。由于高压泵需使原水产生高压(使海水压力达56个大气压，使苦咸水压力达28个大气压)，才能生产出淡水以供饮用或其他用途用。在一般情况下是难以以人力驱动海水和苦咸水淡化设备的。但小型和以人力驱动的海水和苦咸水淡化设备在许多情况下是人们所需要的，如救灾、救生以及在无电力或不宜于使用电力的环境下作为水源用。
本发明创造的一个目的是对使用往复式泵作为高压泵的海水和苦咸水淡化设备而言，根据人力有限以及海水和苦咸水淡化设备在工作中排出的废盐水具有一定能量的特点，设计出一种能量回收装置，可以较小的人力驱动设备时仍能对原水产生足够高的压力，从而能产生出淡化水。
本发明创造的另一个目的是根据往复式泵常使用偏心轮和连杆作为驱动机构的特点，为避免这种机构工作时易产生”死点”的情况，采用了能克服死点状态的惯性轮结构。除此之外，惯性轮还具有蓄能和使往复式泵工作较为平稳的作用。惯性轮的蓄能作用适合人力驱动的特点人的体力是有限的，难于产生较机构正常运转时的驱动力大很多的启动驱动力。本发明创造的驱动机构可使惯性轮逐步转动起来，即惯性轮的蓄能过程是渐进的，不需要操作者短时付出大的启动力。
本发明创造的另一个目的是考虑到最大限度地利用人力，本发明创造的驱动系统采用有多个棘轮的轮系，从而能在驱动机构正转和反转时都能驱动高压泵工作，并能按要求将轮系设计成在正转和反转时具有不同的传动比。
本发明创造的另一个目的是可以人力手动或脚踏，可一人，二人或多人协同操作本发明创造的驱动系统。操作方式不同将会有对应的设计出水率。
本发明创造的另一个目的是本发明创造的驱动系统除可以人力驱动外，还可以电力驱动或人力与电力同时驱动。
现结合附图和最佳实施例对本发明创造作一详细说明。
图1为本发明创造驱动系统的工作原理及结构示意图。如图1所示，本发明创造驱动系统是由位于彼此平行的6个设计平面上的，穿过这些设计平面的传动轴上的组成件构成的位于设计平面(1)上的组或件有传动杆(1-02)固定于传动轮(1-01)上，传动轮(1-01)固定于传动轴(C)上。传动轮(1-01)通过链条(或皮带)(1-03)驱动棘轮(1-04)及棘轮(1-05)和惰轮(1-06)。各棘轮的结构如图2所示，主要是由外圈、棘爪、弹簧和固定棘爪的内轮圈组成。棘轮(1-04)和棘轮(1-05)的内轮圈分别固定于传动轴(A)和传动轴(B)上。
本发明创造驱动系统的组成件中还有位于设计平面(2)上并分别固定于传动轴(A)和传动轴(B)上的轮(2-03)和棘轮(2-01)。轮(2-03)和棘轮(2-01)通过链条(或皮带)连动。棘轮(2-01)与棘轮(1-04)和棘轮(1-05)的结构相同。棘轮(2-01)固定在传动轴(B)上，其安装方向与棘轮(1-04)和棘轮(1-05)在轴上的安装方向相反，如图3所示。
本发明创造驱动系统中还有与往复式泵(4-01)的活塞杆(或柱塞杆)(4-07)，通过连杆(4-08)相连接的偏心轮(4-09)。偏心轮(4-09)固定于传动轴(A)的一端并与连杆(4-08)和活塞杆(或柱塞杆)(4-07)位于设计平面(4)上。
往复式泵(4-01)的活塞杆(或柱塞杆)(4-07)藉助于外加驱动力产生沿往复式泵(4-01)泵体轴向的往复运动，从而使原水从进水单向阀(4-02)被抽汲进泵体中并被施加以高压，再从排水单向阀(4-03)被排出泵体并进入反渗透膜组件(4-04)中。透过反渗透膜后，原水中的一部分变为淡化水自淡化水排水口(4-05)排出，另一部分成为含盐量高于原水的废盐水自废盐水排水口(4-06)排出。刚排出的废盐水仍具有很高的压力。为回收这部分能量，本发明创造的驱动系统中采用了能量回收装置，即固定于传动轴(B)上的叶轮(3-01)。叶轮(3-01)由轮毂(3-01-02)和固定于轮毂(3-01-02)上的多个叶片(3-01-01)组成。往复式泵(4-01)的废盐水排水口(4-06)与叶轮(3-01)位于同一个设计平面(3)上。
惯性轮(5-01)固定于传动轴(A)上并位于设计平面(5)上。设计平面(1)，(2)，(3)，(4)和(5)互相平行。
在平行于上述设计平面(1)，(2)，(3)，(4)，(5)的设计平面(6)及传动轴(A)上安装有棘轮(6-01)，该棘轮通过链条(或皮带)(6-03)与电动机(6-02)连动。棘轮(6-01)的安装方向与棘轮(1-04)相同。这样，由设计平面(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，垂直于这些设计平面的传动轴(A)，(B)，(C)，(D)和各组成件构成的驱动系统即成为可人力，也可电力和人力-电力可同时驱动的驱动系统。对仅需要以人力驱动的海水和苦咸水淡化设备而言，在设计中可去掉设计平面(6)及相关组成件的设计。
本发明创造驱动系统的操作步骤及运作过程如下如图1所示，以人力启动时，以人力使传动杆(1-02)连同传动轮(1-01)沿逆时针方向转动，通过链条(或皮带)(1-03)带动棘轮(1-04)，棘轮(1-05)和安装于传动轴(D)上的惰轮(1-06)转动。这时，棘轮(1-04)的外圈将随同链条(或皮带)(1-03)沿逆时针方向转动，棘轮(1-05)的外圈将随同链条(或皮条)(1-03)沿顺时针方向转动。棘轮(1-04)的外圈将在其内轮圈上滑动，而不会带动传动轴(A)转动。棘轮(1-05)的外圈将带动其内轮圈及固定于其上的传动轴(B)沿顺时针方向转动。传动轴(B)将带动棘轮(2-01)的内轮圈、外圈及链条(或皮带)(2-02)同时转动，从而带动轮(2-03)、传动轴(A)和偏心轮(4-09)转动。这样，偏心轮(4-09)即可通过连杆(4-08)驱动往复式泵(4-01)工作。
当惯性轮(5-01)的转速逐步加快之后，操作者即可驱动传动杆(1-02)连同传动轮(1-01)沿顺时针方向转动。传动轮(1-01)通过链条(或皮带)(1-03)带动棘轮(1-04)，棘轮(1-05)各自的外圈沿顺时针和逆时针方向转动。棘轮(1-04)的外圈带动其内轮圈和传动轴(A)、轮(2-03)、偏心轮(4-09)沿顺时针方向转动。偏心轮(4-09)将带动连杆(4-08)运动，从而驱动往复式泵(4-01)工作。棘轮(1-05)的外圈在此刻是沿逆时针方向转动的，不会带动传动轴(B)转动。轮(2-03)此时将通过链条(或皮带)(2-02)带动棘轮(2-01)外圈沿顺时针方向转动。由于棘轮(2-01)的安装方向与棘轮(1-04)的安装方同相反，所以棘轮(2-01)也不会带动传动轴(B)转动。叶轮(3-01)的叶片(3-01-01)由于受到废盐水的冲击而不停地转动。叶轮(3-01)将带动传动轴(B)转动。这部分转动能量将通过棘轮(2-01)、链条(2-02)带动轮(2-03)沿顺时针方向转动，即此时传动轴(A)的转动能量来自人的驱动力和来自废盐水对叶轮(3-01)的冲击力。
综上所述可知，操作者可根据自己的体力情况和出水情况确定驱动传动杆(1-02)的方向，但对偏心轮(4-09)的驱动力始终来自人的驱动力和废盐水的能量。
当以电力驱动时，电动机(6-02)将通过链条(或皮带)(6-03)驱动棘轮(6-01)、传动轴(A)和偏心轮(4-09)转动。电动机(6-02)的驱动力同时还使惯性轮(5-01)、棘轮(1-04)的内轮圈、轮(2-03)和链条(或皮带)(2-02)以及棘轮(2-01)的外圈转动。这些部件的转动将起到一种惯性转动的作用，对往复式泵(4-01)的工作稳定性是有益的。
当以人力和电力同时驱动本发明创造的驱动系统时，通过电动机(6-02)驱动棘轮(6-01)的转速应与通过人力驱动传动轴(A)转速接近或略低，这样才能使人力和电力彼此起到助力的作用。
本发明创造的驱动系统的优点是1.操作者无论沿顺时针或逆时针方向驱动传动杆(1-02)时，都能驱动本发明创造的驱动系统并利用废盐水能量驱动本发明创造的驱动系统，这样便充分地利用了人力，从而可实现以人力驱动海水和苦咸水淡化设备的目的。2.由于本发明创造的驱动系统中装置有惯性轮以及在不同的操作方式下可实现不同的传动比，因而在以人力启动时，可以渐进的方式进行启动，无需大的启动力，这符合人体工学的特点。3.在无电力或不适于使用电力的环境下，为达到有较大出水量的目的，可根容易地将本发明创造的驱动系统设计成可多人操作的驱动系统。4.本发明创造的驱动系统可以人力或电力单独驱动，也可以人力和电力同时驱动。
权利要求
1.一种用于驱动海水和苦咸水淡化设备中高压泵的驱动系统，其特征在于，该驱动系统由至少5个互相平行的设计平面上的多个传动件和轮系组成，至少有4个传动轴垂直穿过所述的设计平面，并按设计要求将各设计平面上的传动件和轮系固定于所述的传动轴上，轮系的驱动方向不同，其传动比也不同，结合轮系中的惯性轮的蓄能作用，从而可实现单独以人力驱动海水和苦咸水淡化设备的目的，轮系中的电力驱动部分可以电力单独驱动海水和苦咸水淡化设备，本发明创造的驱动系统可以人力和电力同时驱动。
2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，轮系中有多个棘轮，棘轮由外圈、棘爪和弹簧、内轮圈组成，外圈与相应的传动件链条或皮带连接，内轮圈以螺纹或键或花键与相应的传动轴固定连接，也可焊接连接。
3.根据权利要求2所述的驱动系统，其特征在于，利用棘轮在传动轴上安装的方向不同时，棘轮的外圈与固定于棘轮内轮圈上的传动轴之间的主动与被动转动关系不同的特点，可实现在以人力驱动本发明创造的驱动系统时，使传动杆无论沿顺时针或逆时针方向转动，都可使驱动高压泵工作的偏心轮的传动轴沿固定方向转动，但驱动传动杆的方向不同，驱动系统的传动比不同。
4.根据权利要求3所述的驱动系统，其特征在于，以人力启动本发明创造的驱动系统时，先使传动杆沿逆时针方向转动，这时整个驱动系统的传动比可使操作者以较小的力即能启动系统，启动过程是渐进的，驱动系统中的惯性轮的转速是逐步加大的，这是符合人体工学特点的，待惯性轮的转动速度达到一定程度后，操作者即可以顺时针方向驱动传动杆，这时整个驱动系统的传动比可使海水或苦咸水淡化设备的产水量达到设计要求。
5.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，轮系中有惯性轮，其作用是蓄能以超越轮系中偏心轮的死点状态，并使海水和苦咸水淡化设备的高压泵的工作状态较为平稳；
6.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，在传动轴上装有可实现废盐水能量回收的能量回收装置一个叶轮，叶轮的叶片当受到来自反渗透膜组件的废盐水排水口的废盐水冲击后，叶轮转动，这部分能量通过本发明创造的驱动系统的轮系成为偏心轮的驱动力，从而在更大的程度上利用了操作者的人力，使以人力驱动海水和苦咸水淡化设备成为可能。
7.对有时需用人力驱动，有时需用电力驱动，有时又需用人力和电力驱动的海水和苦成水淡化设备而言，可在第6个设计平面上，在相应的传动轴上，按照高压泵的驱动要求设计出相应的传动轮系，即可实现以电力和以入力-电力驱动的目的。
8.根据权利要求7所述的驱动系统，其特征在于，对系统中的电力驱动轮系中，在驱动偏心轮所在的传动轴上，需装有棘轮结构的传动轮，这样即可实现，无论在单独以人力或单独以电力或以人力-电力同时驱动本发明创造的驱动系统时驱动力之间，驱动力与驱动系统之间是协调的，是兼容的。
全文摘要
一个可以单独以人力或电力,或同时以人力和电力驱动的,装有废盐水能量回收装置的小型海水和苦咸水淡化设备的驱动系统,主要由5个以上相互平行的设计平面,垂直穿过这些设计平面的至少4个传动轴,安装于这些传动轴上并位于这些设计平面上的传动杆、传动轮、链条或皮带、棘轮、叶轮、惯性轮、偏心轮和连杆组成。由于装有废盐水能量回收装置,惯性轮以及在以不同的方式操作时,驱动系统便具有不同的传动比的特点,因而可实现以人力单独驱动海水和苦咸水淡化设备的目的。
文档编号F04B17/00GK1184206SQ9612078
公开日1998年6月10日 申请日期1996年11月28日 优先权日1996年11月28日
发明者马登杰 申请人:马登杰