專利名稱：尿素溶液高壓能量回收系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓能量回收系統，特別涉及一種尿素溶液高壓能量回收系統。
背景技術：
“能量回收”是指將已經使用過的能量通過特定的裝置轉變成可繼續使用的能量的過程。石化行業的許多生產工藝流程中具有大量的含有余壓的流體，對于這些高壓介質，目前很大一部分是通過減壓閥將其先減壓到所需的低壓值，將能量釋放后或重新進入工藝流程，或直接排空。在減壓和排放的過程中，大量的余壓能轉化為熱能散失在環境中， 造成成百上千千瓦的潛在能量被白白浪費，對于本來就是高能耗的石油、化工行業，非常可
I曰°在能源日益緊張的今天，能量回收對于提高現有能源利用率、減少碳排放，對于我國建設資源節約型、環境友好型社會，對于社會可持續發展等具有重要的意義。能量回收在各行業具有很好的應用前景，正在成為世界各國重點研究的熱點課題。對于高壓余能液體，目前最常見的能量回收方法有兩類，即流體非直接接觸式和流體直接接觸式。前者的能量轉換過程是壓力能-機械能(軸功)_壓力能；常見的典型裝置有逆轉泵型、佩爾頓型葉輪以及液力透平等三種。后者的能量轉換過程是壓力能-壓力能；常見的典型裝置有活塞式交換器、旋轉式壓力交換器兩種。對于化肥生產，由于介質大多處于小流量、高壓力的狀況，如果也用液力透平機組來進行能量回收的話，由于比轉速很低，機械損失往往相當大，回收效率一般很難超過 45% ；而且目前國內的液力透平系統被國外幾個大品牌一統天下，價格很高，回收意義不是特別大。對于這部分余能，目前最好的方法是用直接接觸式的方法；而旋轉式壓力交換器加工難度極大，目前成功運用案例極少；活塞式交換器作為液力透平的補充形式，很適合用來回收中小型化肥廠的高壓小流量液體介質中的余能。
發明內容
本發明提供一種尿素溶液高壓能量回收系統，目的是解決現有技術問題，提供一種結構簡單，能有效將尿素生產過程中產生的高壓能轉化為動能的能量回收系統。本發明解決問題采用的技術方案是尿素溶液高壓能量回收系統，包括有活塞式交換器，活塞式交換器具有四個端口， 分別為高壓液入口、高壓液出口、液壓油出口、液壓油入口，液壓馬達的兩個端口分別與液壓油出口、液壓油箱的一個端口相連接，液壓油箱的另一個端口與液壓油入口相連接；液壓馬達還依次串聯有液力偶合器、高壓甲氨泵、離合器、變頻電機。所述活塞式交換器包括有至少一對活塞缸，各對活塞缸并排設置在機架上；每對活塞缸具有兩個封閉的工作缸體A缸、B缸，A缸、B缸內分別設有活塞，活塞將A缸、B缸內分別分成左右兩個密閉空間；A缸、B缸之間設有的活塞桿分別與兩個缸體內的活塞相連接，且分別在A缸和B缸連接活塞桿的一端設有吸入閥和排出閥；每對活塞缸還均與一組換向系統相連接，所述換向系統由主閥、先導閥、撥盤、滑框構成，主閥和先導閥均為液壓閥； 撥盤設在活塞桿上，且撥盤位于滑框上端的兩個觸頭之間；所述滑框設在先導閥外，先導閥包括有閥體、左右兩個閥芯、閥桿，閥體兩端密閉，閥桿將兩個閥芯連接在一起，且閥桿兩端延伸至閥體外；閥桿兩端分別與滑框的兩側壁連接在一起，同時在閥桿兩端分別外套設有彈簧，彈簧的兩端分別與相應的滑框側壁和閥體端頭連接在一起；兩個閥芯將閥體內部分成三個密閉空間；閥體上端設有兩個端口 C、D，下端設有三個端口 E、F、G，端口 E、G為高壓控制液的出口，端口 F為高壓控制液的進口 ；當左閥芯位于端口 C、E之間時，右閥芯處于端口 D、F之間，端口 C、F相連通，端口 D、G相連通；當左閥芯位于端口 C、F之間時，右閥芯處于端口 D、G之間，端口 C、E相連通，端口 D、F相連通；主閥包括有閥體、四片閥芯，閥桿將四片閥芯a、b、C、d從左至右依次連接在一起， 該四片閥芯將閥體內部分成五個密閉空間；閥體上端設有兩個端口 A、B，下端設有兩個端口 P、0，端口 P為高壓液進口，端口 0為低壓液出口 ；在閥芯a與閥芯b之間的閥桿部分上從其上端面開設有一個向閥桿內部延伸的孔，在閥芯c與閥芯d之間的閥桿部分上從其下端面開設有一個相閥桿內部延伸的孔，該兩個孔分別與閥桿內部設有的孔相連通，使三個孔相互貫通；當端口 A位于閥芯a、b之間時，端口 B、P位于閥芯b、c之間，端口 0位于閥芯 c、d之間，端口 A與端口 0通過閥桿上的三個貫通孔相連通，端口 B、P相連通；當端口 A、P 位于閥芯a、b之間時，端口 B、0位于閥芯b、c之間，端口 A、P相連通，端口 B、0相連通；先導閥的端口 C通過管路與主閥的左端空間相連通，端口 D通過管路與主閥的右端空間相連通，主閥的端口 A和B缸的右端空間通過管路相連通，端口 B通過管路和A缸的左端空間通過管路相連通。所述吸入閥位于A缸和B缸的上端面，排出閥位于A缸和B缸的下端面。所述交換器具有5對活塞缸，每對活塞缸均連接有一組換向系統。本發明的有益效果(1)該高壓能量回收系統配置簡單明確，效率相對較高，能滿足無外供電源運行。(2)系統調控簡單，運轉穩定，運用的成熟技術多，可靠性高。(3)與工藝介質接觸部件僅2個，即活塞式交換器和高壓甲氨泵，其余為純液壓、 機械及電控部件，受介質及惡劣環境的影響小，腐蝕磨損少，壽命長。(4)本高壓能量回收系統中的活塞式交換器將液壓泵與液壓馬達耦合在一起，使機器的零件數、重量、體積等都大為減少，整機的單位功率重量、單位功率體積都具有相當的優越性，能量的傳遞與交換能輕松的完成。(5)整個高壓能量回收系統中能量傳動路線短，液流阻力損失小，水力效率高。液流在缸筒內泄漏小，容積效率高；高壓液通過活塞直接將壓力能傳遞給活塞另一邊的液壓油，不同于傳統的由電動機，經過聯軸器、減速器、曲柄連桿推動柱塞做功的方式，機械效率
尚ο (6)由于軸向力在活塞兩邊基本平衡，活塞桿上的受力與通過缸體傳遞到基礎上
的力很小，對機器的底座及基礎影響小，所以動力性能優良。 (7)可以實現運轉全程無級調速，正常操作、過載以及故障條件下停機方便。附圖說 明
圖1是本系統的結構示意圖；圖2是活塞式交換器的俯視圖；圖3是活塞缸和換向系統的結構示意圖；圖4是活塞式交換器的運行狀態一；圖5是活塞式交換器的運行狀態二 ；圖6是活塞式交換器的運行狀態三。圖中1，.活塞式交換器、2’ .高壓液入口、3’ .高壓液出口、4’ .液壓油出口、 5’.液壓油入口、6’.液壓馬達、7’.液壓油箱、8’.液力偶合器、9’.高壓甲氨泵、10’.離合器、11，.變頻電機；1. A缸、2. B缸、3. A缸活塞、4. A缸活塞、5. A缸左空間、6. A缸右空間、7. B缸左空間、8.B缸右空間、9.活塞桿、10.吸入閥、11.排出閥、12.撥盤、13.滑框、14.觸頭；60.先導閥、15.閥體、16.左閥芯、17.右閥芯、18.閥桿、19.彈簧、20、端口 C、 21.端口 D、22.端口 E、23.端口 F、24.端口 G、34.左空間、35、中空間、36、右空間；50、主閥、25.閥體、26.閥芯 a、27.端口 A、28.端口 B、29.端口 P、30.端口 0、31.上端孔、32.下端孔、33.孔、37.左空間、38.中一空間、39.中二空間、40.中三空間、41.右空間、42、閥芯b、43.閥芯c、44.閥芯d、45.閥桿。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。如圖1中所示的尿素溶液高壓能量回收系統，包括有活塞式交換器1’，活塞式交換器1’具有四個端口，分別為高壓液入口 2’、高壓液出口 3’、液壓油出口 4’、液壓油入口 5’，液壓馬達6’的兩個端口分別與液壓油出口 4’、液壓油箱7’的一個端口相連接，液壓油箱7’的另一個端口與液壓油入口 5’相連接。液壓馬達6’還依次串聯有液力偶合器8’、高壓甲氨泵9’、離合器10’、變頻電機11’。所述活塞式交換器1’如圖2、圖3中所示，包括有5對活塞缸，這5對活塞缸并排設置在機架上。每對活塞缸具有兩個封閉的工作缸體A缸1、B缸2，A缸1內設有活塞3， B缸2內設有活塞4，活塞3將A缸1內分別分成兩個密閉空間5、6，活塞4將B缸2內分別分成兩個密閉空間7、8。A缸1、B缸2之間設有的活塞桿9分別與兩個缸體內的活塞3、 4相連接，分別在A缸1和B缸2連接活塞桿9的一端設有吸入閥10和排出閥11。本實施例中的吸入閥10、10位于A缸1和B缸2的上端面，排出閥11、11位于A缸1和B缸2的下端面。每對活塞缸還均與一組換向系統相連接，所述換向系統由主閥50、先導閥60、撥盤12、滑框13構成，主閥50和先導閥60均為液壓閥。撥盤12設在活塞桿9上，且撥盤12 位于滑框13上端的左右兩個觸頭14、14之間。所述滑框13設在先導閥60外，先導閥60 包括有閥體15、兩個閥芯16、17、閥桿18，閥體15兩端密閉，閥桿18將兩個閥芯16、17連接在一起，且閥桿18兩端延伸至閥體15外。閥桿18兩端分別與滑框13的兩側壁連接在一起，同時在閥桿18兩端分別外套設有彈簧19，彈簧19的兩端分別與相應的滑框13側壁和閥體15端頭連接在一起。兩個閥芯16、17將閥體15內部分成左、中、右三個密閉空間34、 35,360閥體15上端設有兩個端口 C20、D21，下端設有三個端口 Ε22、F23、G24，端口 Ε22、 GM為高壓控制液的出口，端口 F23為高壓控制液的進口。當閥芯16位于端口 C20、E22之間時，閥芯17處于端口 D21、F23之間，端口 C20、F23相連通，端口 D21、G24相連通。當閥芯16位于端口 C20、F23之間時，閥芯17處于端口 D21、GM之間，端口 C20、E22相連通，端口 D21、F23相連通。主閥50包括有閥體25、四片閥芯，閥桿45將四片閥芯a26、b42、c43、d44從左至右依次連接在一起，該四片閥芯將閥體25內部分成五個密閉空間37、38、39、40、41。閥體 25上端設有兩個端口 A27、B28，下端設有兩個端口 P29、030，端口 P^為高壓液進口，端口 030為低壓液出口。在閥芯U6與閥芯b42之間的閥桿部分上從其上端面開設有一個向閥桿45內部延伸的孔31，在閥芯c43與閥芯d44之間的閥桿部分上從其下端面開設有一個相閥桿內部延伸的孔32，該兩個孔31、32分別與閥桿內部設有的孔33相連通，使三個孔相互貫通。本實施例中的孔31、32均是沿垂直于閥桿45軸線方向開設的，孔33是沿閥芯沈軸線方向開設的，實際上孔31、32、33開設的方向不局限于本實施例中所提到的，也可以沿一定的傾斜角度開設，只要孔31、32、33相互貫通即可。當端口 A27位于閥芯U6、b42之間時，端口 B 、P 位于閥芯b42、c43之間，端口 030位于閥芯c43、d44之間，端口 A27與端口 030通過閥桿45上的三個貫通孔31、33、32相連通，端口 B^、P^相連通。當端口 A27、 卩四位于閥芯a26、b42之間時，端口 B28、030位于閥芯b42、c43之間，端口 A27、P^相連通，端口 B28、030相連通。其中主閥50的端口 A27和B缸2的右空間8通過管路相連通，端口 B^通過管路和A缸1的左空間5通過管路相連通。先導閥60的端口 C20通過管路與主閥50的左空間 37相連通，端口 D21通過管路與主閥50的右空間41相連通。該系統使用時，活塞式交換器1’與甲胺泵9’耦合，正在工作的變頻電機11’在保證甲氨泵運行參數相對穩定的條件下，逐步降低變頻電機的轉速直至停機。生產過程中產生的高壓液通過活塞式交換器的高壓液入口 2’進入到活塞式交換器1’內，高壓液通過活塞式交換器1’轉換變成低壓液，從高壓液出口 3’排出，進入到生產環節中繼續進行生產。 液壓油箱7’中的低壓液壓油從活塞式交換器1’的液壓油入口 5’進入到活塞式交換器1’ 內，通過能量交換變成高壓液壓油，并從液壓油出口 4’進入到液壓馬達6’內，將高壓液壓油的高壓能轉換成動能，帶動高壓甲胺泵9’正常運行，從而減少了電力的使用，節約了電能。高壓液壓油將高壓能轉換成動能后又變回低壓液壓油，并再次通過活塞式交換器1’進行能量交換，直至高壓能不能再支持高壓甲胺泵9’的正常運轉，此時，在PLC系統的控制下變頻電機11，啟動。本活塞式交換器用于化肥生產中高壓能量的回收，下面以對尿素生產中產生的高壓甲胺液進行高壓能回收為例，詳細說明該活塞式交換器的工作過程其中缸Al內空間5 和缸B2空間8內進入的是甲胺液，空間6和空間7內進入的是液壓油，低壓液壓油從吸附閥10進入，形成高壓液壓油后排出閥11排出。高壓控制液從先導閥60的端口 F23進入到先導閥閥體15內，并通過端口 E22、GM排出。高壓甲胺液通過主閥端口 P^進入到主閥內，并在變成低壓甲胺液后通過端口 030排出。缸Al、缸B2內液體壓力的變化是通過各個空間體積變化實現的，當空間體積變大時，該空間的液體壓力下降，反之，液體壓力則上升。
高壓液和低壓液壓油在活塞式交換器中具體的能量交換過程為當撥盤12與右端觸頭14接觸時，如圖4中所示，此時主閥50的端口 A27位于閥芯a26、b42之間時，端口 B 、P 位于閥芯b42、c43之間，端口 030位于閥芯c43、d44之間，端口 A27與端口 030通過閥桿45上的三個貫通孔31、33、32相連通，端口 B28、P29相連通。高壓甲胺液通過端口 P29進入到空間39內，并通過端口 B^順管路進入到A缸1的空間5內，B缸B2右端內的低壓甲胺液通過端口 A27、孔31、33、32及端口 030排出。而與滑框13相連接的左端彈簧 19被壓縮，右端彈簧19被拉伸，先導閥60內的左閥芯16位于端口 C20、F23之間時，右閥芯17位于端口 D21、GM之間，端口 C20、E22相連通，端口 D21、F23相連通。高壓控制液通過端口 F23、端口 D21、管路進入到主閥右端空間41內，主閥左端空間37內的高壓控制液通過管路、端口 C20進入到先導閥的右端空間34內，并從端口 E22中排出。由于左右彈簧19、19本身具有回復力，在該位置時回復力大于活塞桿9向右側的推力，因此滑框13在彈簧回復力的作用下開始推動撥盤12向左即缸Al方向進行運動，從而帶動活塞桿9相A缸1方向運動，此時A缸1變成回程，B缸2變成推程。而先導閥的閥桿18也隨著彈簧19的作用力向左移動，閥芯16、17隨之向左移動，如圖5中所示。當閥芯 16、17的移動過程中，端口 C20與端口 F23、端口 D21與端口 G23逐漸相互連通。高壓控制液通過端口 F23、端口 C20進入到主閥左端空間37內，推動閥體45向主閥閥體25右端移動，閥桿45的移動帶動四個閥芯a26、b42、c43、d44向右移動，并將主閥閥體25右端空間 41內的高壓控制液通過先導閥端口 D21、端口 GM排出。在此過程中，主閥60上的端口 A27 與端口 P29、端口 B^與端口 030逐漸連通，高壓甲胺液通過端口 P29、端口 A27進入到B缸 2的右端空間8內，推動活塞桿9向左移動。先導閥閥芯16最終移動至端口 C20、E22之間時，閥芯17移動至端口 F23、D21之間，使端口 C20與端口 F23完全相連通。當主閥閥芯的移動直至端口 A27、P^位于閥芯a26、 b42之間，端口 B^、030位于閥芯b42、c43之間時，此時端口 A27與端口 P29、端口 B^與端口 030完全連通。此時彈簧已經復位，對活塞桿不具有作用力。而進入到空間8內的高壓甲胺液則繼續推動活塞桿9相左移動，將A缸空間5內已經變成低壓的甲胺液通過主閥端口 B28、端口 030壓出。同時，撥盤12在活塞桿9的帶動下繼續左移，并在與滑框13左端觸頭14接觸后繼續向右，直至彈簧19的回復力大于活塞桿9的壓力，如圖6中所示，整個換向系統開始換向，撥盤12向右移動，其過程與上述過程相反。本實施例中的交換器中具有5對活塞缸，在工作時，各對活塞缸的運動方向均是相同的，而且本實施例中的活塞缸一般至同時運行4對，另外一對作為備用活塞缸。實際上交換器內的活塞缸具有多少對是可以根據實際情況進行設計的，其結構都是相同的，只是活塞缸的對數不同而已。
權利要求
1.尿素溶液高壓能量回收系統，其特征在于包括有活塞式交換器，活塞式交換器具有四個端口，分別為高壓液入口、高壓液出口、液壓油出口、液壓油入口，液壓馬達的兩個端口分別與液壓油出口、液壓油箱的一個端口相連接，液壓油箱的另一個端口與液壓油入口相連接；液壓馬達還依次串聯有液力偶合器、高壓甲氨泵、離合器、變頻電機。
2.如權利要求1中所述的尿素溶液高壓能量回收系統，其特征在于所述活塞式交換器包括有至少一對活塞缸，各對活塞缸并排設置在機架上；每對活塞缸具有兩個封閉的工作缸體A缸、B缸，A缸、B缸內分別設有活塞，活塞將A缸、B缸內分別分成左右兩個密閉空間；A缸、B缸之間設有的活塞桿分別與兩個缸體內的活塞相連接，且分別在A缸和B缸連接活塞桿的一端設有吸入閥和排出閥；每對活塞缸還均與一組換向系統相連接，所述換向系統由主閥、先導閥、撥盤、滑框構成，主閥和先導閥均為液壓閥；撥盤設在活塞桿上，且撥盤位于滑框上端的兩個觸頭之間；所述滑框設在先導閥外，先導閥包括有閥體、左右兩個閥芯、閥桿，閥體兩端密閉，閥桿將兩個閥芯連接在一起，且閥桿兩端延伸至閥體外；閥桿兩端分別與滑框的兩側壁連接在一起，同時在閥桿兩端分別外套設有彈簧，彈簧的兩端分別與相應的滑框側壁和閥體端頭連接在一起；兩個閥芯將閥體內部分成三個密閉空間；閥體上端設有兩個端口 C、D，下端設有三個端口 E、F、G，端口 E、G為高壓控制液的出口，端口 F為高壓控制液的進口 ；當左閥芯位于端口 C、E之間時，右閥芯處于端口 D、F之間，端口 C、F相連通，端口 D、G相連通；當左閥芯位于端口 C、F之間時，右閥芯處于端口 D、G之間，端口 C、 E相連通，端口 D、F相連通；主閥包括有閥體、四片閥芯，閥桿將四片閥芯a、b、c、d從左至右依次連接在一起，該四片閥芯將閥體內部分成五個密閉空間；閥體上端設有兩個端口 A、B，下端設有兩個端口 P、 0，端口 P為高壓液進口，端口 0為低壓液出口 ；在閥芯a與閥芯b之間的閥桿部分上從其上端面開設有一個向閥桿內部延伸的孔，在閥芯c與閥芯d之間的閥桿部分上從其下端面開設有一個相閥桿內部延伸的孔，該兩個孔分別與閥桿內部設有的孔相連通，使三個孔相互貫通；當端口 A位于閥芯a、b之間時，端口 B、P位于閥芯b、c之間，端口 0位于閥芯c、d之間，端口 A與端口 0通過閥桿上的三個貫通孔相連通，端口 B、P相連通；當端口 A、P位于閥芯a、b之間時，端口 B、0位于閥芯b、c之間，端口 A、P相連通，端口 B、0相連通；先導閥的端口 C通過管路與主閥的左端空間相連通，端口 D通過管路與主閥的右端空間相連通，主閥的端口 A和B缸的右端空間通過管路相連通，端口 B通過管路和A缸的左端空間通過管路相連通。
3.如權利要求2中所述的尿素溶液高壓能量回收系統，其特征在于所述吸入閥位于A 缸和B缸的上端面，排出閥位于A缸和B缸的下端面。
4.如權利要求2或3中所述的尿素溶液高壓能量回收系統，其特征在于所述交換器具有5對活塞缸，每對活塞缸均連接有一組換向系統。
全文摘要
尿素溶液高壓能量回收系統，其特征在于包括有活塞式交換器，活塞式交換器具有四個端口，分別為高壓液入口、高壓液出口、液壓油出口、液壓油入口，液壓馬達的兩個端口分別與液壓油出口、液壓油箱的一個端口相連接，液壓油箱的另一個端口與液壓油入口相連接；液壓馬達還依次串聯有液力偶合器、高壓甲氨泵、離合器、變頻電機。活塞式交換器包括有5對活塞缸及換向系統。該能量回收系統結構簡單，能有效將尿素生產過程中產生的高壓能轉化為動能，代替電能驅動高壓甲胺泵的正常工作，節約了電力的使用，降低生產成本。
文檔編號F15B21/14GK102434544SQ20111036449
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者季裕成 申請人:季裕成