專利名稱：用于海船的數(shù)控海水淡化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠把礦化度的海水處理成符合工業(yè)或生活應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的淡水的裝備，屬于機(jī)電一體化過程控制設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
利用半透膜在容器里把海水與純水隔開，再用泵使海水側(cè)的壓力升高，可使海水一側(cè)的部分純水透過薄膜而獲得純水的方法，稱為逆滲透法或反滲透法。這種方法已經(jīng)在電子、制藥工業(yè)制取其必需的超純水上獲得應(yīng)用，現(xiàn)在，利用反滲析濾子裝置在嚴(yán)格規(guī)定的操作條件下把海水的含鹽量處理到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)的設(shè)備，被認(rèn)為是當(dāng)代比較理想的水處理裝置，因為它不需要直接或間接使用任何水處理的化學(xué)藥品就能實現(xiàn)水處理目的，又不會造成任何環(huán)境污染。因此，該裝置的應(yīng)用正在逐漸推廣，被廣泛用作海水淡化或其他工業(yè)和生活用水的處理裝置。但是，這種技術(shù)先進(jìn)的裝備實際使用的效果差異很大，有的用得比較成功，有的則效果很差;有的剛開始使用時效果很好，但過了一段時間后效果大打折扣。又如滲析濾子的理論壽命可以高達(dá)十年以上，實際使用時，有的多年完好無損，有的就很快報廢。這種裝置，國外大都在大型水處理工廠使用，那里控制設(shè)備先進(jìn)、操作人員素質(zhì)高，規(guī)章制度嚴(yán)格執(zhí)行，使用效果相當(dāng)好。但至今尚未見到有成功的小型裝置的問世和使用報道。此外，由于在處理過程中，裝置要排出大約占純水量2～4倍的高壓水，能耗相當(dāng)大;一套技術(shù)先進(jìn)的水處理裝置的電費開銷要占生產(chǎn)成本的80%，這也限制了該裝置應(yīng)用場合的拓寬。
本發(fā)明的目的是提供一種采用當(dāng)代數(shù)控技術(shù)而解決上述缺陷的數(shù)控海水淡化裝置，由于其設(shè)備高度緊湊，系統(tǒng)簡化成小型裝置，可以適用于海船航行使用。
本發(fā)明是采用美國杜邦(DUPONT)公司研制成功的定型產(chǎn)品反滲析離子篩水處理濾子裝置，再輔以申請人的專利技術(shù)數(shù)控增壓屏蔽泵(專利號CN91217569.0)、全數(shù)控電力/動力裝置(專利申請?zhí)朇N93100001.4)和數(shù)控電源加以組合而構(gòu)成的機(jī)電一體化工業(yè)過程數(shù)字控制裝置。
本發(fā)明匯集了當(dāng)代高科技的最新成果，并和申請人的多項數(shù)控單元設(shè)備一起構(gòu)成的新型海水淡化處理裝置。因采用計算機(jī)的智能控制軟件代替人工控制管理，全部處理過程的工藝參數(shù)和控制策略都由軟件工程師編成軟件存入計算機(jī)中，使整個裝置能夠納入嚴(yán)密的工藝過程控制下，按照最優(yōu)工況的條件進(jìn)行操作，且毋需人工值守。這樣，既可保證反滲析離子篩水處理濾子能夠始終處于最佳條件下平穩(wěn)工作，確保達(dá)到產(chǎn)品性能規(guī)定的指標(biāo)和濾子的額定使用壽命，避免人為的操作失誤(因?qū)Σ僮魅藛T技術(shù)素質(zhì)要求甚高，這種失誤是難以避免，又難以察覺而被人發(fā)現(xiàn)的)而損壞機(jī)器，縮短使用壽命。還可把從電網(wǎng)輸入的能量在整個裝置中得到充分利用，使裝置可以處在能耗近乎平衡的條件下長期工作，而大大降低其電能消耗。再者，本發(fā)明的配置高度緊湊和簡化，主要設(shè)備互為兼容，可靠性高，為制成小型水處理裝置用于船載提供了重要的基本條件。
下面結(jié)合附圖，具體介紹本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖中1是反滲析離子篩濾子裝置?？梢圆捎妹绹虐罨瘜W(xué)公司的定型產(chǎn)品，共有兩種類型15種規(guī)格的單元體，可以根據(jù)使用場合的具體要求選擇不同類型的相應(yīng)規(guī)格的單元體，再根據(jù)水處理的需要量，選擇其數(shù)量既可少至一個單元體，也可多至幾十個構(gòu)成大型水處理工廠。對于船(艦)載設(shè)備，通常配用一個單元體就可以夠用了。2是申請人研制成功的數(shù)控注水增壓屏蔽泵(專利號CN91217569.9)該泵的高壓水出口與反滲析濾子裝置的進(jìn)水口相連通。其進(jìn)水口則埋入海水中，這是一種采用稀土轉(zhuǎn)子的屏蔽式永磁全速同步電機(jī)驅(qū)動的、其電機(jī)轉(zhuǎn)軸與泵軸同軸的離心式水泵，可以采用數(shù)控變頻電源(例如PWM型逆變電源)對驅(qū)動電機(jī)的工況進(jìn)行實時控制，進(jìn)而隨機(jī)控制泵的運行工況。在本裝置中，可以隨時接受計算機(jī)5的指令而實時調(diào)整其輸出水壓和流量，滿足裝置的供水需求，并做到節(jié)約能耗。3是與注水屏蔽泵2相同的設(shè)備，只是其出水口與反滲析過濾裝置的高壓水排出口相連通。其水泵的進(jìn)水口則被當(dāng)作排水口。因為水泵3被當(dāng)作水輪機(jī)，由過濾裝置排出的高壓水驅(qū)動水泵葉輪旋轉(zhuǎn)而使與泵軸同軸的稀土電機(jī)轉(zhuǎn)子也隨之轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生電能，這樣該注水屏蔽泵的作用-把過濾裝置的高壓水能量轉(zhuǎn)化為電能而在本設(shè)備中重新使用-的目的就能實現(xiàn)了。4是數(shù)控電源，它是由可變頻逆變電源4A電力電子開關(guān)組4B和計算機(jī)5構(gòu)成的。在反滲析裝置的進(jìn)水口、高壓水排出口和淡水排出口以及屏蔽泵2的海水吸入口處分別裝有壓力傳感器6、7、8和9，在濾子裝置的淡水排出口處還裝有測定水質(zhì)的電導(dǎo)傳感器10，這些傳感器檢測各自的水壓和水質(zhì)，并通過其適配轉(zhuǎn)換模塊，將敏感數(shù)據(jù)送至中央控制計算機(jī)5。這些適配模塊和控制屏蔽泵驅(qū)動電機(jī)的可變頻電源變換器的控制適配模塊都插在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面5A中，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面5A則通過標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口與可和其他設(shè)備共有的中央計算機(jī)5相連。
本發(fā)明選用了申請人研制的數(shù)控稀土全速同步電機(jī)驅(qū)動的增壓注水屏蔽泵作為反滲析濾子裝置的高壓水注入源及該裝置排出的高壓水能量回收設(shè)備。由于稀土轉(zhuǎn)子同步電機(jī)的特性，它既能處在電動機(jī)狀態(tài)下驅(qū)動水泵葉輪旋轉(zhuǎn)，例如本發(fā)明中水泵2的運轉(zhuǎn)方式;也可以在水泵作為水輪機(jī)被高壓水高速驅(qū)動后作為發(fā)電機(jī)而運轉(zhuǎn)，例如本發(fā)明中作為高壓透平方式工作的水泵3。此兩項裝置是可以互換使用的，一旦注水泵2發(fā)生故障時，作為應(yīng)急措施可以把水泵3替換下來，頂替在水泵2的位置上工作，只是此時裝置不能回收高壓水能量而處于全負(fù)荷運行，能耗要大了。
本發(fā)明的控制關(guān)鍵是由軟件人員把全部工藝控制參數(shù)和控制策略編成程序裝入中央計算機(jī)，整個裝置就可納入計算機(jī)的過程控制，嚴(yán)格按照工藝條件實現(xiàn)最優(yōu)化工況控制，基本上不需人工值守。這樣既可使反滲透濾子裝置在優(yōu)化工況下進(jìn)行，確保達(dá)到性能規(guī)定指標(biāo)和濾子的額定使用壽命。又能最大限度充分利用電能，使裝置的能耗大幅度下降，還可降低地操作運行人員的素質(zhì)要求，避免因工作人員的操作失誤而使濾子裝置遭受損害。
本發(fā)明是匯集當(dāng)代高新科技成果(包括美國在杜邦公司的反滲析濾子裝置和申請人的多項數(shù)控單元設(shè)備)而構(gòu)成的，不僅適合于作為大中型水處理工廠的關(guān)鍵設(shè)備，更可適宜于各種無人管理的小型水處理裝置。據(jù)測算，設(shè)計一套日產(chǎn)淡水25噸艦船使用的海水淡化裝置，把含鹽量為38000PPM海水降低到含鹽量為400PPM的軟用淡水，需要占用的空間為400×400×1500mm3(反滲析裝置單元)、Φ150×2000×2mm3(泵及能量回收裝置)和400×400×1500mm3(電子控制裝置)的總和。這樣一套裝置的造價，船用的在人民幣20萬元以內(nèi)。進(jìn)行水處理，得到1噸淡水的耗電量約為4千瓦小時。雖然一次性投資較高，但運行成本相對較低。而且，在艦船采用就地處理獲得淡水技術(shù)后，就不再需要定期到港口加載淡水，船上的淡水艙，也可因此而取消，也不需專人管理之。本發(fā)明裝置所占用的空間又很有限，省下的淡水艙容積可以增加為油艙容積，這樣，艦船的續(xù)航能力就可以得到增強(qiáng)。此外，本發(fā)明可以適用各種有條件的海上作業(yè)對象，把海水就地淡化處理，除航海的艦船外，海上石油平臺，海島駐守部隊等都可受益于本發(fā)明。
本發(fā)明由于采用數(shù)控電力/動力裝置來驅(qū)動水泵電機(jī)，并把反滲析裝置的高壓水蘊含的能量加以回收轉(zhuǎn)換為電能重新應(yīng)用于整個設(shè)備的驅(qū)動中，使能耗大大降低。與西方先進(jìn)的工業(yè)水處理裝置比較，電能消耗可降低45%(有能量回收設(shè)施的裝置)或25%(未裝有能量回收設(shè)施的裝置)。具有很好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種用于海船的數(shù)控海水淡化裝置，包括有海水反滲析過濾裝置、數(shù)控增壓屏蔽泵和數(shù)控電源，其特征是在反滲析過濾裝置的進(jìn)水口接有一臺數(shù)控增壓屏蔽泵的高壓出水管，該泵的吸水口置于海水中，在反滲析過濾裝置的高壓水排出口則與另一臺用作水輪機(jī)以驅(qū)動其電機(jī)發(fā)電的數(shù)控增壓屏蔽泵的出水口相連通，該泵的進(jìn)水口被作為排水口，在反滲析裝置的進(jìn)水口、高壓水排出口、淡水排出口和屏蔽泵的海水吸入口處分別裝有壓力傳感器，淡水排出口處還裝有測定水質(zhì)的電導(dǎo)傳感器，這些傳感器的適配轉(zhuǎn)換模塊和控制屏蔽泵驅(qū)動電機(jī)的可變頻電源變換器的控制適配模塊都插在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面中，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面通過標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口與可和其他設(shè)備共有的中央控制計算機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控海水淡化裝置，其特征是所述的反滲析過濾裝置可以采用美國杜邦(DUPONT)公司的定型產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控海水淡化裝置，其特征是數(shù)控增壓屏蔽泵是用數(shù)控稀土永磁全速同步電機(jī)驅(qū)動，其電機(jī)轉(zhuǎn)軸與泵軸同軸的離心式水泵。
全文摘要
一種用于海船的數(shù)控海水淡化裝置，是由反滲析過濾裝置，兩臺數(shù)控增壓注水屏蔽泵，數(shù)控電源等單元裝置構(gòu)成的。用一臺稀土永磁全速同步電機(jī)驅(qū)動注水屏蔽泵向反滲析裝置輸入高壓海水，利用離子篩濾子過濾裝置在排出淡水的同時排出的高壓水驅(qū)動另一臺作為水輪機(jī)工作的屏蔽泵運轉(zhuǎn)，以使其稀土電機(jī)作為發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，回收能量，可以大大節(jié)約能耗，整個裝置緊湊簡化，由計算機(jī)進(jìn)行過程控制，工作可靠，使用壽命長。
文檔編號B63J1/00GK1093667SQ9310205
公開日1994年10月19日 申請日期1993年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月5日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠