Обратноосмотическая установка

 

Изобретение относится к средствам для опреснения природных соленых и солоноватых вод методом обратного осмоса. Технический результат состоит в повышении надежности и снижении энергопотребления. Установка содержит обратноосмотрический аппарат 1, разделенный на полость 2 питательной воды с входом 3 и выходом 4 и полость 5 опресненной воды с выходом 6, насос 7, состоящий из рабочего цилиндра 8 с поршнем 9, компенсационного цилиндра 10 с поршнем 11 и штока 12, соединенного свободным концом с приводом 13, и блок 14 управления. Рабочий цилиндр 8 разграничен поршнем 1 на первую и вторую области 15 и 16 с входами соответственно 17, 18, выходами соответственно 19, 20 и импульсными выходами 21 и 22. Компенсационный цилиндр разграничен поршнем 11 на первую и вторую области 23 и 24 с входами-выходами 25 и 26 соответственно. Установка содержит трубопроводы: 27 и 28 питательной воды, 29 - 32 рассольные, 33 опресненной воды, 34 и 35 импульсные. Блок 14 содержит первые логический элемент ЗАПРЕТ 36, и элемент И 37,вторые логические элемент ЗАПРЕТ 38 и элемент 39, коммутирующий вход 40, первый и второй управляющие входы 41 и 42, первый и второй входы-выходы 43 и 44 и выход 45.Установка снабжена питательным входом 46, выходом 47 опресненной воды и дренажным выходом 48. 1 ил.

Изобретение относится к разделению растворов с помощью полупроницаемых мембран, в частности к устройствам для опреснения природных соленых и солоноватых вод методом обратного осмоса. Изобретение может быть применено и в других отраслях промышленности, где используются подобные установки.

Цель изобретения повышение надежности и снижение энергопотребления установкой.

На чертеже изображена принципиальная схема обратноосмотической установки.

Установка содержит обратноосмотический аппарат 1, разделенный полупроницаемыми мембранами на полость 2 питательной воды с входом 3 и выходом 4 и полость 5 опресненной воды с выходом 6, насос 7, состоящий из рабочего цилиндра 8 с поршнем 9, компенсационного цилиндра 10 с поршнем 11 и штока 12, соединяющего поршни 9 и 11 и свободным концом связанного с приводом 13, например с ручным приводом, электродвигателем, ветродвигателем или др. и блок 14 управления. Рабочий цилиндр 8 разграничен поршнем 11 на первую и вторую области 15 и 16 с входами соответственно 17 и 18, снабженными клапанами всасывания, выходами соответственно 19 и 20, снабженными клапанами нагнетания, и с импульсными выходами соответственно 21 и 22. Компенсационный цилиндр 10 разграничен поршнем 11 на первую и вторую области 23 и 24 с входами-выходами соответственно 25 и 26. Элементы установки гидравлически связаны трубопроводами: 27 и 28 питательной воды, 29 -- 32 рассольными, 33 опресненной воды, 34 и 35 импульсными. Блок 14 управления содержит первые логические элемент ЗАПРЕТ 36 и элемент И 37, вторые логические элемент ЗАПРЕТ 38 и элемент И 39. Блок 14 снабжен коммутирующим входом 40, первым и вторым управляющими входами 41 и 42, первым и вторым входами-выходами 43 и 44 и выходом 45. Установка снабжена питательным входом 46, выходом 47 опресненной воды и дренажным выходом 48. Запрещающий вход первого элемента ЗАПРЕТ 36 и разрешающий вход первого элемента И 37 через первый управляющий вход 41 блока связан трубопроводом 34 с импульсным выходом 21 первой области 15 рабочего цилиндра 8, вторая область 16 которого связана через импульсный выход 22 трубопроводом 35 с вторым управляющим входом 42 блока и через него с запрещающим входом второго элемента ЗАПРЕТ 38 и разрешающим входом второго элемента И 39. Коммутирующие входы первого и второго элементов И 37 и 39 через коммутирующий вход 40 блока связаны трубопроводом 29 с выходом 4 полости 2 питательной воды обратноосмотического аппарата 1. Первый элемент И 37 связан своим выходом с коммутирующим входом первого элемента ЗАПРЕТ 36 и через первый вход-выход 43 блока трубопроводом 30 с первым входом-выходом 25 первой области 23 компенсационного цилиндра 10, вторая область 24 которого связана через второй вход-выход 26 трубопроводом 31 с вторым входом-выходом 44 блока и через него с выходом второго элемента И 39 и коммутирующим входом второго элемента ЗАПРЕТ 38. Первый и второй элементы ЗАПРЕТ 36 и 38 подключены своими выходами через выход 45 блока и трубопровод 32 к дренажному выходу 48 установки. Вход 46 установки, подключенный к источнику питательной воды, связан трубопроводом 27 с входами 17 и 18 соответственно первой и второй областей 15 и 16 рабочего цилиндра 8, выходы 19 и 20 которых связаны трубопроводом 28 с входом 3 полости 2 питательной воды обратноосмотического аппарата 1. Полость 5 опресненной воды своим выходом 6 связана посредством трубопровода 33 с выходом 47 опресненной воды из установки. Гидравлические логические элементы 36-39 могут быть реализованы известными техническими средствами, например, в виде гидравлических золотниковых и мембранных элементов.

Обратноосмотическая установка работает следующим образом.

При работе установки приводом 13, например, вручную воздействуют на шток 12, принуждая поршни 9 и 11 совершать возвратно-поступательное движение. Когда поршни перемещаются вправо (как показано на чертеже) в области 16 рабочего цилиндра 8 возникает давление, передаваемое по импульсному трубопроводу 35 и обуславливающее появление сигнала на запрещающем входе второго элемента ЗАПРЕТ 38 и разрешающем входе второго элемента И 39. На входах первых элементов ЗАПРЕТ 36 и И 37 аналогичного сигнала нет. Питательная вода из области 16 рабочего цилиндра 8 через клапан нагнетания выхода 20 вытесняется по трубопроводу 28 через обратноосмотический аппарат 1, по трубопроводу 29 и затем через элемент И 39 по трубопроводу 31 в область 24 компенсационного цилиндра 10. В то же время питательная вода из источника по трубопроводу 27 через клапан всасывания входа 17 поступает в область 15 рабочего цилиндра 8, и находившаяся ранее в области 23 компенсационного цилиндра 10 вода вытесняется движущимся поршнем 11 по трубопроводу 30 через первый элемент ЗАПРЕТ 36 и далее по трубопроводу 32 сбрасывается в дренаж, например, в источник природной соленой воды (озеро, море и т.п.). При этом, учитывая, что диаметр поршня 9 и соответственно расход вытесняемой им воды больше диаметра поршня 11 и расхода засасываемой им воды на величину, в конечном счете зависящую от водопроницаемости полупроницаемых мембран и производительности обратноосмотического аппарата 1, то в полости 2 обратноосмотического аппарата 1 и в зеркально-расположенных областях 16 и 24 насоса 7 создается рабочее давление. Это рабочее давление превышает осмотическое давление питательной соленой воды на величину, при которой обеспечивается упомянутая заданная производительность обратноосмотического аппарата. В областях 15 и 23 насоса 7 устанавливается рабочее давление, близкое к давлению в источнике питательной воды на входе в трубопровод 27 и на выходе из трубопровода 33. В связи с этим для работы установки к приводу 13 прилагается усилие, пропорциональное только разности площадей поршней 9 и 11 (площадей поперечного сечения компенсационного и рабочего цилиндров), т.е. затрачивается только энергия на прокачивание расхода воды, равного производительности установки. При этом через обратноосмотический аппарат 1 прокачивается больший расход воды, необходимый для обеспечения деполяризационного гидродинамического режима в полости 2 питательной воды обратноосмотического аппарата 1. Соотношение площадей поперечных сечений компенсационного цилиндра 10 и рабочего цилиндра 8 определяется формулой S_к S_p(1 к ˙G), где S_к, S_p площади поперечных сечений компенсационного и рабочего цилиндров, G производительность установки, к эмпирический коэффициент, зависящий от конструкции обратноосмотического аппарата (к < G^-1). При достижении поршнями 9 и 11 крайнего положения их перемещают приводом 13 в обратном направлении (в данном случае справа налево). В областях 16 и 24 создается давление, равное давлению в источнике питательной воды, а в областях 15 и 23 насоса 7 создается рабочее давление. Управляющий сигнал в импульсном трубопроводе 35 и на входах второго элемента ЗАПРЕТ 38 и второго элемента И 39 пропадает, а в импульсном трубопроводе 34 и, следовательно, на запрещающем входе первого элемента ЗАПРЕТ 36 и разрешающем входе первого элемента И 37 появляется. Питательная вода из области 15 рабочего цилиндра 8 поступает через клапан нагнетания выхода 19, по трубопроводу 28, через обратноосмотический аппарат 1, по трубопроводу 29 и далее через первый элемент И 37 по трубопроводу 30 в область 23 компенсационного цилиндра 10. Питательная вода из источника по трубопроводу 27 через клапан всасывания входа 18 поступает в область 16 рабочего цилиндра 8, подготавливая ее к дальнейшей работе, а вода из области 24 компенсационного цилиндра 10 вытесняется поршнем 11 по трубопроводу 31 через второй элемент ЗАПРЕТ 38 и далее по трубопроводу 32 в дренаж. При осуществлении посредством привода 13 возвратно-поступательного движения штока 12 и поршней 9 и 11 установка продолжает работать описанным выше образом, а опресненная вода из обратноосмотического аппарата 1 по трубопроводу 33 отводится к потребителю, например, в расходную емкость.

Формула изобретения

ОБРАТНООСМОТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая рабочий и компенсационный цилиндры с установленными в них поршнями, разделяющими каждый из цилиндров на две области и укрепленными на общем штоке, соединенном с приводом, обратноосмотический аппарат и блок управления, вход установки через клапаны всасывания соединен с входами первой и второй областей рабочего цилиндра, выходы которых через клапаны нагнетания соединены с входом обратноосмотического аппарата, разделенного полупроницаемыми мембранами на полость питательной воды и полость опресненной воды, выходы которых соединены соответственно с коммутирующим входом блока управления и выходом опресненной воды установки, импульсные выходы первой и второй областей рабочего цилиндра соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока управления, выход которого соединен с дренажным выходом установки, а первый и второй входы-выходы соединены соответственно с входами-выходами первой и второй областей компенсационного цилиндра, отличающаяся тем, что блок управления выполнен на гидравлических элементах, выполняющих функции первого и второго элементов И и первого и второго элементов ЗАПРЕТ, причем коммутирующий вход блока соединен с коммутирующими входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами-выходами блока и коммутирующими входами соответственно первого и второго элементов ЗАПРЕТ, выходы которых соединены с выходом блока, первый и второй управляющие входы блока соединены с разрешающими входами соответственно первого и второго элементов И и запрещающими входами соответственно первого и второго элементов ЗАПРЕТ.

РИСУНКИ

Рисунок 1