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反渗透海水淡化系统双端产水脱盐工艺探讨

中国给水排水 2023年第21期39卷 111-116页

作者：薛喜东潘春佑冯涛王可宁李露邵天宝自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所天津300192

结合工业用水对淡化水质的特殊要求,设计了“一级反渗透双端产水+部分二级反渗透”工艺,采用反渗透系统模拟软件研究了海水温度、二级进水比例、膜型号等因素对产水水质的影响,并进行了经济性分析。结果表明,降低海水温度和提高二级进... 详细信息

结合工业用水对淡化水质的特殊要求,设计了“一级反渗透双端产水+部分二级反渗透”工艺,采用反渗透系统模拟软件研究了海水温度、二级进水比例、膜型号等因素对产水水质的影响,并进行了经济性分析。结果表明,降低海水温度和提高二级进水比例有利于提升产水水质,双端产水工艺水质受这两种因素的影响较单端产水工艺要弱;与高脱盐率膜相比,大通量膜的二级启动温度降低、二级进水比例增加;在试验条件下,双端产水工艺的二级启动温度和进水比例分别为13℃、20%,与传统单端产水工艺相比,双端产水工艺使二级反渗透的规模、设备投资和氢氧化钠消耗量均降低50%左右,电耗减少0.08 kW·h/m^(3)。

关键词：反渗透海水淡化双端产水氯离子总溶解性固体

一种潮流能直驱式反渗透海水淡化低转速柱塞泵

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西安交通大学学报 2020年第4期54卷 27-34页

作者：杨友胜纪朋祥曾祥峰方继根吴进军中国海洋大学工程学院山东青岛266100 哈尔滨工程大学水下机器人技术国防重点实验室哈尔滨150001 桂林力源粮油食品集团有限公司广西桂林541001 机械科学研究总院北京100044

针对潮流能直驱式反渗透海水淡化系统中,海水液压泵与水轮机转速不配比问题,提出了一种低转速、高容积效率的动外壳式多作用径向柱塞泵方案。该泵由动外壳、缸体、配流阀、柱塞组件、液体弹簧、管道轴和调压装置等组成。工作时,潮流能... 详细信息

针对潮流能直驱式反渗透海水淡化系统中,海水液压泵与水轮机转速不配比问题,提出了一种低转速、高容积效率的动外壳式多作用径向柱塞泵方案。该泵由动外壳、缸体、配流阀、柱塞组件、液体弹簧、管道轴和调压装置等组成。工作时,潮流能水轮机直接驱动外壳,多排错位轴对称的柱塞组件在液体弹簧的作用下紧贴外壳内壁,沿内壁多作用曲线相对缸体孔做往复运动,通过配流阀完成吸压海水。该泵利用单转多次作用方式,增加柱塞运动频率与速度,补偿低转速下因高压差产生的泄漏;利用动外壳式代替动缸体式或动斜盘式,将泵直接置于水轮机内,简化了系统结构;采用分组轴对称布置柱塞,消除了径向不平衡力;采用液体弹簧复位,使得复位迅速,安全可靠。仿真结果表明:该泵排量为202.9 mL/r,额定转速为50 r/min,额定压力为8 MPa;在额定工况下,当柱塞副单边间隙为10μm时,输出流量约为9.8 L/min,容积效率为96.6%,流量脉动为1.92%;配流阀启闭动作协调,单阀最大配流量为2.0 L/min;在保证容积效率下,额定转速降低至已有水液压轴向柱塞泵产品的5%左右。该柱塞泵可应用于以潮流能直驱的反渗透海水淡化系统、发电系统等核心能量转换设备。

关键词：潮流能水轮机反渗透海水淡化海水液压多作用径向柱塞泵

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反渗透海水淡化高压泵的优化选择

水处理技术 2008年第9期34卷 79-81,91页

作者：叶晓琰许国乐胡敬宁江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013

针对反渗透海水淡化高压泵的能耗状况,通过对不同类型泵的特性分析,合理选择不同规模下反渗透海水淡化用高压泵泵型,给出了提高中小规模反渗透海水淡化用高压泵效率、降低能耗的设计选型方法,为提高反渗透海水淡化高压泵效率、降低能耗... 详细信息

针对反渗透海水淡化高压泵的能耗状况,通过对不同类型泵的特性分析,合理选择不同规模下反渗透海水淡化用高压泵泵型,给出了提高中小规模反渗透海水淡化用高压泵效率、降低能耗的设计选型方法,为提高反渗透海水淡化高压泵效率、降低能耗提供了理论指导。

关键词：反渗透海水淡化高压泵效率能耗

反渗透海水淡化能量回收装置的研究现状及展望

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液压与气动 2021年第9期45卷 1-16页

作者：尹方龙汪阳贾国涛聂松林纪辉马仲海北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124 中国船舶第七〇五研究所昆明分部云南昆明650032

能量回收装置是反渗透海水淡化系统的核心元件之一,通过回收高压盐水的压力能来降低能耗和节约成本,加强其基础研究并突破技术瓶颈是缓解我国水资源危机的战略选择。根据工作原理将反渗透海水淡化能量回收装置分成液力透平式、正位移式... 详细信息

能量回收装置是反渗透海水淡化系统的核心元件之一,通过回收高压盐水的压力能来降低能耗和节约成本,加强其基础研究并突破技术瓶颈是缓解我国水资源危机的战略选择。根据工作原理将反渗透海水淡化能量回收装置分成液力透平式、正位移式和泵-马达式3类,主要从结构、原理、效率和应用等方面对国内外研究进展进行综述和分析,并对我国能量回收装置的发展方向和关键技术进行总结展望。研究表明,液力透平式装置已逐渐被市场淘汰,占据市场主流地位的正位移式装置也存在技术缺陷,而泵-马达式装置的集成化设计和降低工作能耗是未来的重要研究方向。

关键词：反渗透海水淡化能量回收正位移泵-马达集成化

反渗透海水淡化提升泵轴向力和径向力平衡的研究

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流体机械 2009年第10期37卷 19-23页

作者：胡敬宁肖霞平叶晓琰王俊周生贵江苏大学江苏镇江212013

针对反渗透海水淡化提升泵的入口压力高,存在较大的轴头力的情况,通过分析提升泵中轴向力与径向力产生的原因,提出了针对不同规模的反渗透海水淡化用提升泵轴向力的平衡方法。对于2500 t/d反渗透海水淡化的提升泵,采用调整叶轮口环直径... 详细信息

针对反渗透海水淡化提升泵的入口压力高,存在较大的轴头力的情况,通过分析提升泵中轴向力与径向力产生的原因,提出了针对不同规模的反渗透海水淡化用提升泵轴向力的平衡方法。对于2500 t/d反渗透海水淡化的提升泵,采用调整叶轮口环直径,叶轮前盖板加副叶片的方法可以增加前后盖板的作用力以平衡轴向力,而通过降低转速增加叶轮尺寸的方法来平衡轴向力则可使结构更趋合理;采用双蜗壳结构平衡径向力。通过轴承寿命的计算得出其寿命均大于25000h,从理论上证明了该方法的可行性。

关键词：反渗透海水淡化提升泵轴向力径向力轴承寿命

反渗透海水淡化高压泵转子动力学特性分析及计算

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反渗透海水淡化高压泵转子动力学特性分析及计算

作者：胡倩澜江苏大学

学位级别：硕士

在反渗透海水淡化工程中,大型轴向吸入高压泵采用海水润滑轴承。由于海水粘度低,转子大型化,泵内流动状态复杂等,使得滑动轴承和转子动力学特性成为影响泵可靠运行的两个关键因素。本文就是针对这两方面问题开展试验研究、理论计算和分... 详细信息

在反渗透海水淡化工程中,大型轴向吸入高压泵采用海水润滑轴承。由于海水粘度低,转子大型化,泵内流动状态复杂等,使得滑动轴承和转子动力学特性成为影响泵可靠运行的两个关键因素。本文就是针对这两方面问题开展试验研究、理论计算和分析。首先,依托国家自然基金项目《海水淡化高压泵水润滑轴承-转子耦合系统瞬态动力特性研究》,以滑动轴承为研究对象进行了试验分析。优选出了最佳轴承参数,并应于大型海水淡化高压泵产品中。依托“十二五”国家科技支撑项目《海水淡化高压泵及增压泵研制》,针对其中液体高压泵润滑轴承和转子动力学特性的内容,应用国家自然基金项目的研究成果,并进行了海水淡化多级高压泵转子的动力学分析和计算。以下为主要内容与研究成果:1.液体滑动轴承的试验研究。设计6组不同长径比和轴承间隙的轴承,对周向压力以及轴心轨迹进行试验研究,优选出最佳轴承参数:长径比L/D=1,轴承相对半径间隙系数δ/D=1/800。2.求解水润滑轴承液膜动力特性系数,为后续的转子动力学分析提供轴承数据。基于MATLAB对液膜的静特性进行计算,得到液膜的承载力、离心率、扰动压力进而得到以及液膜的刚度系数矩阵和阻尼系数矩阵。3.万吨级高压泵样机的转子动力学分析和计算。通过对4,6,8,10,12级叶轮的转子系统进行了转子动力学特性计算和分析,得到级数与临界转速的规律以及使转子稳定运行的级数范围。结果表明:叶轮级数越多,相应转子的临界转速越低;在4～8级时,转子在额定转速的安全裕度内工作;10～12级时,转子运行转速不安全。4.转子系统瞬态响应的计算和分析。研究了海水淡化多级高压泵在工作转速运行以及启动过程中残余不平衡质量引起的瞬态响应情况,以及考虑到液膜非线性刚度时,液膜发生半频涡动时的瞬态响应。结果表明:在工作转速稳定运行以及启动时,不同位置的转子部件响应大小不同;对于因非线性液膜力引起半速涡动的轴承,其残余不平衡质量引起的响应会使轴承的运动轨迹发散直至发生干摩擦。5.转子系统谐响应的计算和分析。通过对转子系统分别施加残余不平衡质量和激励力,得到以这两种方式施加简谐信号后响应的频域图。结果表明:在两种外部激励的分别作用下,不平衡质量在二阶临界转速附近的谐响应较大,激励力在五阶临界转速附近的谐响应较大,两者对一阶临界转速的作用相对较小。

关键词：反渗透海水淡化高压泵滑动轴承轴承动特性系数临界转速瞬态响应谐响应

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反渗透海水淡化用高压海水泵研究

反渗透海水淡化用高压海水泵研究

作者：宋克双华中科技大学

学位级别：硕士

反渗透海水淡化技术是海水淡化工业的发展趋势,是解决目前淡水缺乏的有效途径之一,高压海水泵是组成反渗透海水淡化系统的重要动力元件。本文以小型反渗透海水淡化系统用高压高效海水泵为研究对象,采用理论研究和计算机仿真分析相结合... 详细信息

反渗透海水淡化技术是海水淡化工业的发展趋势,是解决目前淡水缺乏的有效途径之一,高压海水泵是组成反渗透海水淡化系统的重要动力元件。本文以小型反渗透海水淡化系统用高压高效海水泵为研究对象,采用理论研究和计算机仿真分析相结合的研究方法,结合介质特性、工作条件来进行海水泵的结构设计、选材和优化设计。具体内容如下: 在广泛调研和查阅文献的基础上,确立了小型反渗透海水淡化用高压海水泵的基本性能参数;结合工况条件和海水的理化特性,确定了基于海水润滑的端面配流轴向柱塞式海水泵的主体结构型式。在此基础上,系统地建立了海水泵的运动学、动力学模型;对其关键零部件进行结构参数设计,提出了一种出口节流的新型滑靴结构。通过Matlab软件仿真,讨论了斜盘倾角、无效容积、转速、间隙等对柱塞腔过渡区压力的影响,减小无效容积可以减小压缩损失、提高容积效率;研究了海水泵滑靴斜盘副、缸孔柱塞副、缸体配流盘副等在不同斜盘倾角、转速下的接触应力、pv值情况,斜盘倾角对摩擦副的触应力、pv值影响很大,必须合理设计;柱塞前端比后端磨损严重,增加最小留缸长度会减小缸孔柱塞副间的接触应力及pv值。最后进行了海水泵结构设计、关键零部件及摩擦副材料的选择,为小型反渗透海水淡化用高压海水泵的进一步研发奠定了一定的技术基础。

关键词：反渗透海水淡化海水泵数值仿真结构设计柱塞腔压力关键摩擦副

反渗透海水淡化工程的节能潜力评估与系统配置优化

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反渗透海水淡化工程的节能潜力评估与系统配置优化

作者：王忠阳燕山大学

学位级别：硕士

在淡水资源日益短缺的今天,海水淡化工程发展迅速,其中反渗透工艺依靠其自身技术的成熟性和方便性成为了应用最广泛的海水淡化技术。目前对反渗透海水淡化工程的设计主要还是依靠传统的工程设计经验和厂家提供的计算软件,虽然可以保证... 详细信息

在淡水资源日益短缺的今天,海水淡化工程发展迅速,其中反渗透工艺依靠其自身技术的成熟性和方便性成为了应用最广泛的海水淡化技术。目前对反渗透海水淡化工程的设计主要还是依靠传统的工程设计经验和厂家提供的计算软件,虽然可以保证设计的基本要求,但是无法保证最优的设计结果。因此有必要采用过程综合设计的方法,对反渗透工程进行整体上的配置设计,使其达到既能明显减少总投资成本又能有效降低能耗的目的。首先,对反渗透系统的各组成部分进行了相关探讨,考虑到浓差极化现象的存在,对反渗透膜的过程单元模型进行了叙述,基于一级一段和一级二段两种工艺结构对反渗透工程的过程模型进行分别的搭建。完整的建立了两个单目标(分别为总投资水平和单位水能耗)混合整数非线性规划和一个多目标混合整数非线性规划。其次,介绍了“体现能源”概念,给出了体现能源多尺度投入产出法的计算过程,并将其概念引入反渗透工程,紧接着给出了工程节能潜力的评估规程和体现能源消耗度评估指标的计算公式,并结合案例工程进行节能评估。证实了系统核算方法与工程的能源核算对接性较好,能够提高工程能耗计量的准确性。随后,创新性的将体现能源引入反渗透工程的设计问题中,对反渗透工程的配置过程进一步优化设计。在此数学模型下得到了系统最佳配置,与上文得到的数据对比发现此模型能够更好的描述工程的配置结构与能耗组成,且在满足能耗最低的前提下,能够减少工程总投资成本,本工作为工程能够系统的减少投资成本和节约能耗问题提供了有效的解决方案。最后,讨论了能量回收装置对反渗透工程节能潜力和配置的影响。并基于现有的泵-马达能量回收试验台进行模拟实验,对此试验台建立相应的数学模型,得出有无能量回收装置对系统能耗的影响情况,实验后与模型求解的数据进行比对,验证了本文研究方法的准确性。

关键词：反渗透海水淡化多目标规划体现能耗总投资成本配置设计单位水能耗

反渗透海水淡化一体式能量回收装置（PPX）的机理研究

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反渗透海水淡化一体式能量回收装置（PPX）的机理研究

作者：肖述晗北京工业大学

学位级别：硕士

淡水资源短缺已成为全球性问题。采用海水淡化技术开辟新的淡水资源,增加淡水总供应量,已逐渐成为世界各国解决“水危机”的一种重要途径。在所有的海水淡化技术中,反渗透海水淡化技术是目前绝大多数计划建设的海水淡化设施中推荐采用... 详细信息

淡水资源短缺已成为全球性问题。采用海水淡化技术开辟新的淡水资源,增加淡水总供应量,已逐渐成为世界各国解决“水危机”的一种重要途径。在所有的海水淡化技术中,反渗透海水淡化技术是目前绝大多数计划建设的海水淡化设施中推荐采用的技术,为降低反渗透海水淡化成本,高压浓盐水所含的能量需通过能量回收装置回收,实现系统能耗的降低。因此,在我国水资源短缺问题日益加剧的形势下,进行反渗透海水淡化的技术攻关,研制出高效率、低脉动、集成式的反渗透海水淡化一体式能量回收装置就显得尤为迫切和重要。本文以反渗透海水淡化用柱塞式增压泵-压力交换器一体式能量回收装置(Piston Booster Pump-Pressure Exchanger,PPX)为研究对象,开展了PPX样机的设计;分别分析了压力交换器和一体式能量回收装置掺混特性、配流特性和压力交换过程;搭建了考虑倾斜效应下的PPX配流副的压力场数学模型,分析了不同状态下配流盘压力分布和泄漏量方程;完成了对PPX配流副的优化设计。本文的具体研究工作如下:(1)分析概述了目前国内外海水淡化技术的研究进展,比较了反渗透海水淡化系统中几种能量回收装置与旋转式压力交换器的性能特点和发展状况,提出了本文的研究对象PPX,针对PPX装置在机理研究、设计和制造方面存在的技术瓶颈阐明了本文主要研究内容和关键技术问题。(2)以产水量为目标,设计了简易的反渗透海水系统,确定了系统中各元件的工作参数,研究了PPX中的压力交换器的配流动态过程,对压力交换器和柱塞式增压泵进行了详细的结构设计。(3)在考虑配流副间隙泄漏润滑特性以及海水可压缩性的前提下,建立了数值仿真CFD的湍流模型和压力交换器孔道内的压力控制模型。运用PumpLinx分别对不同间隙下的压力交换器和一体式能量回收装置进行了内部流场和压力交换过程进行了仿真分析,确定了压力交换器不同参数的最佳匹配关系,对压力交换器瞬态流场、流量倒灌以及压力超调进行分析,开展了在高背压吸入条件下,增压泵压力及流量脉动特性研究。(4)在考虑配流盘与缸体之间倾斜的间隙下,得出了考虑卸荷槽影响下的配流副高压区内外密封带的压力场的解析解与泄漏量方程。开展了不同间隙下的配流副压力场分布和泄漏量的研究。(5)以降低配流副pv值、泄漏及粘性摩擦功率损失为目标,利用遗传算法对配流副密封带多目标优化问题进行计算。优化后的结果降低配流副的功率损失,提升了PPX的容积效率。最后,对本文的研究工作进行了总结,并指出了进一步的研究方向。

关键词：反渗透海水淡化一体式能量回收装置压力交换配流特性遗传算法