旋转式能量回收装置运行特性及结构影响研究
发布时间：2021-02-24 09:42
在反渗透海水淡化系统中,旋转式能量回收装置因其结构精密、运行成本低、能量回收效率高的特点成为降低系统运行成本和能耗的关键设备。该装置基于液体压力能传递的正位移原理,高压盐水和低压海水在装置内直接接触发生能量传递和物质交换,能量回收效率高达98%,是当下市场上现有能量回收装置中效率最高的产品。旋转式能量回收装置在实际运用中有三大核心问题值得深入研究:第一,有效控制转子孔道内液体掺混程度,保证高压出口流体的盐浓度;第二,转子由间隙液膜水力润滑支撑,在保证能量回收效率的前提下实现端面密封;第三,装置在来流液体驱动下实现自启,并能够平稳运行。本文针对上述三大关键问题,采用数值模拟的方法对转子孔道内液体掺混过程和端面泄漏进行建模分析。基于理论进行了旋转式能量回收装置的转速推导。并采用数值模拟方法探究集液槽倾角、端面间隙量和润滑槽对装置性能的影响。本文的主要研究内容和成果如下:（1）建立旋转式能量回收装置液体掺混过程的三维模型,采用数值模拟方法分析转子孔道内液柱活塞的形成、发展和稳定过程。分析流量和转速对装置能量回收效率和掺混度的影响。通过模拟分析得到结论:旋转式能量回收装置具有转速自适应性,掺混...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
反渗透海水淡化工艺流程图
江苏大学硕士学位论文6图1.1反渗透海水淡化工艺流程图Fig.1.1Flowchartofreverseosmosisseawaterdesalination能量回收装置按照工作原理可以分成透平式和正位移式，图1.2显示了能量回收装置的分类情况。透平式能量回收装置始于20世纪80年代，其原理是利用高压浓盐水推动水力透平转动，带动泵旋转实现对低压海水的加压，该过程是压力能-机械能-压力能的转换过程[14-15]。透平式主要代表产品是：Francis透平式和Pelton透平式、HydraulicTurboCharger(HTC)、HydraulicPressureBooster(HPB)。透平式能量回收装置因为存在两次能量转换过程故其效率不高[16-17]。而正位移式能量回收装置能够实现由高压浓盐水到进料低压海水的压力能直接传递，其能量回收效率在91%~96%之间[18]。旋转式能量回收装置是正位移式能量回收装置的典型代表，代表产品是美国ERI（EnergyRecoveryInc.）研发生产的PX.,其能量回收效率高达98%以上，不需要伺服机构和阀控装置，且能够实现装置水力自驱、转速自适应调节[19]。图1.2能量回收装置的分类Fig.1.2Classificationofenergyrecoverydevices
江苏大学硕士学位论文71.1.4研究意义国内对旋转式能量回收装置的研究起步较晚，且一直未攻克旋转式能量回收装置端面密封，水力自驱等关键性问题，故国内已投产运行的海水淡化工程采用的能量回收装置都依赖进口，这对我国海水淡化产业的技术发展大为不利。故对旋转式能量回收装置的精密结构的分析和优化设计，对其端面密封和水力自驱问题的深入研究是实现我国旋转式能量回收装置国产化的必要一步。这将有利于我国海水淡化产业发展和关键技术的突破，进一步缓解我国沿海地区水资源紧缺，供需不平衡的矛盾，促进我国经济、生态的可持续发展。1.2国内外研究现状丹麦Danfoss公司于2009年研发了一种自增压式能量回收装置iSave，如图1.3所示。该装置由正位移式压力交换器（PE）、增压泵(BP)和电机三部分组成[17]。其特点是采用电机驱动转子旋转，并且与增压泵一体化设计，被增压流体可直接进入膜组件进行海水淡化。自1989年起，美国ERI就开始对PX装置进行研发生产，至今已有5代产品先后应用于全球400多个海水淡化厂。其现有最新产品PX-300流量范围达到46~68m3/h，其效率高达98%。该装置材料采用氧化铝陶瓷，硬度是刚的3倍，耐腐蚀，抗疲劳损伤。转子是单一运转部件，且能够实现水力自驱[20]。采用水力润滑轴承既能实现良好的密封性能，又能实现自动调整转速，如图1.4所示PX能量回收装置的结构示意图[20]。该装置的核心技术如水力自驱技术、液膜密封技术、和水力轴承技术一直处于技术封锁状态。图1.3iSave装置示意图图1.4PX装置示意图Fig.1.3SchematicdiagramofiSaveFig.1.4SchematicdiagramofPX
【参考文献】：
期刊论文
[1]旋转式能量回收装置内部泄漏规律的解析计算[J]. 王越,何之颂,周杰,李文杰,徐世昌. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020(03)
[2]反渗透水处理设备在工业污水处理中的应用[J]. 陈骏. 化工设计通讯. 2019(10)
[3]海水淡化纳入水资源配置现状及发展建议[J]. 刘淑静,王静,邢淑颖,李磊. 科技管理研究. 2018(17)
[4]反渗透海水淡化旋转式能量回收装置研究进展[J]. 王素,许志龙,方芳,冯薇. 能源与环境. 2018(04)
[5]环境工程中反渗透技术的应用[J]. 胡兴亿. 科技视界. 2018(16)
[6]滑片式压力能交换器的结构设计分析[J]. 叶芳华,邓建强,曹峥,龚明强. 化工机械. 2018(01)
[7]海水淡化产业发展现状[J]. 王琪,谭永文,张夏卿,薛立波,栗鸿强. 水处理技术. 2016(10)
[8]旋转圆柱绕流的PIV实验研究[J]. 孙姣,张宾,唐湛棋,陈文义. 实验流体力学. 2016(01)
[9]我国海水淡化与综合利用发展现状及前景展望[J]. 张雨山,刘骆峰. 建设科技. 2016(01)
[10]水力自驱旋转式能量回收装置的转速推导[J]. 孙扬平,王越,许恩乐,武立明,徐世昌. 化学工业与工程. 2016(04)
博士论文
[1]反渗透海水淡化系统能量回收装置性能及应用研究[D]. 乞炳蔚.天津大学 2012
硕士论文
[1]转盘式能量回收装置转盘水动力学分析[D]. 郭昂.浙江大学 2019
[2]螺旋桨盘面比对KCS船自航性能的影响研究[D]. 李晓植.华中科技大学 2019
[3]转子式能量回收装置流体波动减缓结构优化与实验研究[D]. 段亚威.天津大学 2017
[4]旋转式能量回收装置水动力特性研究[D]. 史轶.浙江大学 2017
[5]汽车燃油系统通气阀门研究[D]. 翁益明.上海交通大学 2016
[6]旋转式能量回收装置在反渗透海水淡化系统中的应用研究[D]. 吴家能.天津大学 2016
[7]旋转式能量回收装置回收效率分析与实验研究[D]. 李贵松.浙江大学 2016
[8]旋转式能量回收装置水力冲击角度与转速特性研究[D]. 孙扬平.天津大学 2014
[9]液体中圆柱转子旋转运动的阻力研究[D]. 高善群.河南科技大学 2013
[10]旋转式增压器压能回收过程的实验研究及数值模拟[D]. 吴淳杰.浙江大学 2013
本文编号：3049179
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
反渗透海水淡化工艺流程图
江苏大学硕士学位论文6图1.1反渗透海水淡化工艺流程图Fig.1.1Flowchartofreverseosmosisseawaterdesalination能量回收装置按照工作原理可以分成透平式和正位移式，图1.2显示了能量回收装置的分类情况。透平式能量回收装置始于20世纪80年代，其原理是利用高压浓盐水推动水力透平转动，带动泵旋转实现对低压海水的加压，该过程是压力能-机械能-压力能的转换过程[14-15]。透平式主要代表产品是：Francis透平式和Pelton透平式、HydraulicTurboCharger(HTC)、HydraulicPressureBooster(HPB)。透平式能量回收装置因为存在两次能量转换过程故其效率不高[16-17]。而正位移式能量回收装置能够实现由高压浓盐水到进料低压海水的压力能直接传递，其能量回收效率在91%~96%之间[18]。旋转式能量回收装置是正位移式能量回收装置的典型代表，代表产品是美国ERI（EnergyRecoveryInc.）研发生产的PX.,其能量回收效率高达98%以上，不需要伺服机构和阀控装置，且能够实现装置水力自驱、转速自适应调节[19]。图1.2能量回收装置的分类Fig.1.2Classificationofenergyrecoverydevices
江苏大学硕士学位论文71.1.4研究意义国内对旋转式能量回收装置的研究起步较晚，且一直未攻克旋转式能量回收装置端面密封，水力自驱等关键性问题，故国内已投产运行的海水淡化工程采用的能量回收装置都依赖进口，这对我国海水淡化产业的技术发展大为不利。故对旋转式能量回收装置的精密结构的分析和优化设计，对其端面密封和水力自驱问题的深入研究是实现我国旋转式能量回收装置国产化的必要一步。这将有利于我国海水淡化产业发展和关键技术的突破，进一步缓解我国沿海地区水资源紧缺，供需不平衡的矛盾，促进我国经济、生态的可持续发展。1.2国内外研究现状丹麦Danfoss公司于2009年研发了一种自增压式能量回收装置iSave，如图1.3所示。该装置由正位移式压力交换器（PE）、增压泵(BP)和电机三部分组成[17]。其特点是采用电机驱动转子旋转，并且与增压泵一体化设计，被增压流体可直接进入膜组件进行海水淡化。自1989年起，美国ERI就开始对PX装置进行研发生产，至今已有5代产品先后应用于全球400多个海水淡化厂。其现有最新产品PX-300流量范围达到46~68m3/h，其效率高达98%。该装置材料采用氧化铝陶瓷，硬度是刚的3倍，耐腐蚀，抗疲劳损伤。转子是单一运转部件，且能够实现水力自驱[20]。采用水力润滑轴承既能实现良好的密封性能，又能实现自动调整转速，如图1.4所示PX能量回收装置的结构示意图[20]。该装置的核心技术如水力自驱技术、液膜密封技术、和水力轴承技术一直处于技术封锁状态。图1.3iSave装置示意图图1.4PX装置示意图Fig.1.3SchematicdiagramofiSaveFig.1.4SchematicdiagramofPX
【参考文献】：
期刊论文
[1]旋转式能量回收装置内部泄漏规律的解析计算[J]. 王越,何之颂,周杰,李文杰,徐世昌. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020(03)
[2]反渗透水处理设备在工业污水处理中的应用[J]. 陈骏. 化工设计通讯. 2019(10)
[3]海水淡化纳入水资源配置现状及发展建议[J]. 刘淑静,王静,邢淑颖,李磊. 科技管理研究. 2018(17)
[4]反渗透海水淡化旋转式能量回收装置研究进展[J]. 王素,许志龙,方芳,冯薇. 能源与环境. 2018(04)
[5]环境工程中反渗透技术的应用[J]. 胡兴亿. 科技视界. 2018(16)
[6]滑片式压力能交换器的结构设计分析[J]. 叶芳华,邓建强,曹峥,龚明强. 化工机械. 2018(01)
[7]海水淡化产业发展现状[J]. 王琪,谭永文,张夏卿,薛立波,栗鸿强. 水处理技术. 2016(10)
[8]旋转圆柱绕流的PIV实验研究[J]. 孙姣,张宾,唐湛棋,陈文义. 实验流体力学. 2016(01)
[9]我国海水淡化与综合利用发展现状及前景展望[J]. 张雨山,刘骆峰. 建设科技. 2016(01)
[10]水力自驱旋转式能量回收装置的转速推导[J]. 孙扬平,王越,许恩乐,武立明,徐世昌. 化学工业与工程. 2016(04)
博士论文
[1]反渗透海水淡化系统能量回收装置性能及应用研究[D]. 乞炳蔚.天津大学 2012
硕士论文
[1]转盘式能量回收装置转盘水动力学分析[D]. 郭昂.浙江大学 2019
[2]螺旋桨盘面比对KCS船自航性能的影响研究[D]. 李晓植.华中科技大学 2019
[3]转子式能量回收装置流体波动减缓结构优化与实验研究[D]. 段亚威.天津大学 2017
[4]旋转式能量回收装置水动力特性研究[D]. 史轶.浙江大学 2017
[5]汽车燃油系统通气阀门研究[D]. 翁益明.上海交通大学 2016
[6]旋转式能量回收装置在反渗透海水淡化系统中的应用研究[D]. 吴家能.天津大学 2016
[7]旋转式能量回收装置回收效率分析与实验研究[D]. 李贵松.浙江大学 2016
[8]旋转式能量回收装置水力冲击角度与转速特性研究[D]. 孙扬平.天津大学 2014
[9]液体中圆柱转子旋转运动的阻力研究[D]. 高善群.河南科技大学 2013
[10]旋转式增压器压能回收过程的实验研究及数值模拟[D]. 吴淳杰.浙江大学 2013
本文编号：3049179
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