CN111115929A - 一种海水淡化装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海水淡化装置，包括给水组件、机械过滤器、保安过滤器、高压泵、反渗透组件、清洗水箱、灭菌池、纯水箱和高压泵动力组件；所述给水组件的出水口连接机械过滤器的进水口，机械过滤器的出水口连接保安过滤器的进水口，保安过滤器的出水口连接高压泵进水口，高压泵的出水口连接反渗透组件的进水口，反渗透组件的出水口连接至清洗水箱的进水口，清洗水箱的上端设置有上出水口，上出水口连接至灭菌池，灭菌池的出水口连接至纯水箱的进水口。本发明还公开了一种海水淡化装置的控制方法。本发明通过双动力耦合器，将风力机和变频电动机结合，最终输出恒定的转速，因而受天气因素的影响较小。
Description
技术领域
本发明涉及海水淡化领域领域，具体涉及一种海水淡化装置及其控制方法。
背景技术
淡水资源不足问题越来越严重，随着经济的快速发展，对淡水的需求量也迅速增长，而现有的淡水供水能力不能满足其快速发展的需求，淡水供水量缺口很大。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决水资源短缺的一种最重要的方法，海水淡化水具有清洁、高纯度和供给稳定的特点，是安全可靠的高品质水源。
然而，现有技术中，海水在淡化的过程中，通常利用电能，导致海水淡化的成本剧增。海上风力能源充足，但是风力不稳定或天气状况多变，导致风力能源被白白浪费，比如风力过大有可能损毁设备不能使用，风力过小不足以使用。风力不稳定、天气多变，运行的设备不断被中断。总之，由于不能输出恒定的动力，风力能源不能被直接使用。即使采用风力机先将风能转换为电能，再输送给海水淡化装置，其中，能量先由机械能转化为电能，再由电能转化成机械能，能量在多次转化过程中效率较低，当需要足够的动力输出时，通常需要投入更大的设备来弥补由能量转化低下导致的能量损失。并且，现有的海水淡化装置中，动力***和海水淡化***两部分控制分别单独控制，无法统一监控，无法实时发现设备损坏故障，造成人力的浪费。
因此有必要对现有的控制***进行改进，优化一种用于岛礁海水淡化的控制***，能够实现对各个部分各个环节的控制。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的主要目的是提供一种海水淡化装置，通过双动力耦合器可以充分利用海风，给海水淡化装置提供恒定转速的能量，并且能量转换次数少、能量损失少；本发明还提供一种海水淡化装置的控制方法，可以对海水淡化装置进行自动化全程控制。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。
(一)、一种海水淡化装置，包括给水组件、机械过滤器、保安过滤器、高压泵、反渗透组件、清洗水箱、灭菌池、纯水箱和高压泵动力组件；所述给水组件的出水口连接机械过滤器的进水口，所述机械过滤器的出水口连接保安过滤器的进水口，保安过滤器的出水口连接高压泵进水口，高压泵的出水口连接反渗透组件的进水口，反渗透组件的出水口连接至清洗水箱的进水口，清洗水箱的上端设置有上出水口，所述上出水口连接至灭菌池，灭菌池的出水口连接至纯水箱的进水口；所述高压泵动力组件的动力输出轴连接所述高压泵的输入轴。
进一步的，所述给水组件包含取水泵、原水箱和送水泵，所述取水泵的进水口伸入海水中，所述取水泵的出水口连接原水箱的顶部进水口，所述送水泵的进水口连接至原水箱的底部出水口，送水泵的出水口连接机械过滤器的进水口。
进一步的，所述机械过滤器的进水管上连接有絮凝泵。
进一步的，所述保安过滤器的数量为两组，两组保安过滤器并列安装，两组保安过滤器的出水口连接至高压泵的进水口。
进一步的，所述灭菌池的进水管上连接有加碱泵，所述灭菌池的上方设置有紫外线发生器。
进一步的，所述高压泵动力组件包含风力机、变频电动机、双动力耦合器和电磁式离合器；所述双动力耦合器具有两个动力输入轴和一个动力输出轴；所述电磁式离合器具有离合器输入轴和离合器输出轴；所述风力机的输出轴连接离合器输入轴，所述离合器输出轴连接双动力耦合器的一个动力输入轴，所述变频电动机的输出轴连接双动力耦合器的另一个输出轴；所述风力机的输出轴上设置有编码器，所述编码器与控制器电连接；所述变频电动机的控制端与控制器之间电连接。
进一步的，还包括控制器，所述原水箱在上部、中部和下部分别设置有第一水位传感器、第二水位传感器和第三水位传感器；所述清洗水箱的上部设置有第四水位传感器；所述纯水箱的上部、中部和下部分别设置有第五水位传感器、第六水位传感器和第七水位传感器；所述第一水位传感器、第二水位传感器、第三水位传感器、第四水位传感器、第五水位传感器、第六水位传感器和第七水位传感器均与控制器电连接。
(二)、一种海水淡化装置的控制方法，其控制方法包括以下步骤：
步骤1，启动海水淡化装置，控制器采集第一水位传感器、第二水位传感器、第三水位传感器水位信号并判断原水箱中水位是否高于中位，当原水箱中水位高于中位，则进行步骤2；否则启动取水泵向原水箱中补充原水直至原水箱中水位高于中位；
步骤2，启动送水泵和絮凝泵，机械过滤器对海水机械过滤；
步骤3，控制器采集编码器信号，判断风速是否超限，如果判断风速未超限，控制器控制电磁式离合器处于闭合状态，控制器控制变频电动机的转速，使双动力耦合器的动力输出轴输出匹配高压泵的恒定转速；如果控制器判断风速超限，控制器控制电磁式离合器处于分离状态，同时，控制器控制变频电动机，使双动力耦合器的动力输出轴输出匹配高压泵的恒定转速；
步骤4，高压泵对水增压后进入反渗透组件；
步骤5，控制器采集清洗水箱的第四水位传感器信号，判断清洗水箱中水位是否处于高水位，如果是，则进行步骤6，否则，清洗水箱继续进水直至清洗水箱水位到达高水位；
步骤6，启动加碱泵加碱同时启动紫外线发生器发射紫外线；
步骤7，控制器采集纯水箱的第五水位传感器、第六水位传感器、第七水位传感器信号，判断纯水箱中水位是否处于高水位，如果是，则结束，否则，纯水箱继续进水直至水位达到高水位。
本发明海水淡化装置通过双动力耦合器，将风力机和变频电动机结合，最终输出恒定的转速供高压泵使用，因而受天气因素的影响较小，海水淡化过程稳定、淡化效率提升。
本发明海水淡化装置的控制方法将动力***和海水淡化***两部分控制统一监控，统一管理，优化了控制***，提高了海水淡化效率，减少了人力资源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明海水淡化装置一种实施例的整体布局示意图；
图2为本发明高压泵动力组件的示意图；
图3本发明海水淡化装置一种实施例的***流程图。
以上图中：
1给水组件；101取水泵；102原水箱；103送水泵；
2机械过滤器；3保安过滤器；4高压泵；5反渗透组件；6清洗水箱；7纯水箱；
8高压泵动力组件；801风力机；802变频电动机；803双动力耦合器；804电磁式离合器；805编码器。
9絮凝泵；10加碱泵；11紫外线发生器；12控制器；13第一水位传感器；14第二水位传感器；15第三水位传感器；16第四水位传感器；17第五水位传感器；18第六水位传感器；19第七水位传感器。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
(一)、参考图1，一种海水淡化装置，包括给水组件1、机械过滤器2、保安过滤器3、高压泵4、反渗透组件5、清洗水箱6、灭菌池、纯水箱7和高压泵动力组件8。
给水组件1的出水口连接机械过滤器2的进水口，所述机械过滤器2的出水口连接保安过滤器3的进水口，保安过滤器3的出水口连接高压泵4进水口，高压泵4的出水口连接反渗透组件5的进水口，反渗透组件5的出水口连接至清洗水箱6的进水口，清洗水箱6的上端设置有上出水口，所述上出水口连接至灭菌池，灭菌池的出水口连接至纯水箱7的进水口。高压泵动力组件8的动力输出轴连接所述高压泵4的输入轴。
以上各部件及连接方式展示了海水淡化过程，首先对原水进行初步机械过滤，再对初步过滤的海水进行精密过滤，进一步去除海水中的悬浮物，再通过高压泵4对水增压进入反渗透组件5，去除海水中的各种离子，再灭菌，得到淡水。
其中，所述给水组件1包含取水泵101、原水箱102和送水泵103，所述取水泵101的进水口伸入海水中，所述取水泵101的出水口连接原水箱102的顶部进水口，所述送水泵103的进水口连接至原水箱102的底部出水口，送水泵103的出水口连接机械过滤器2的进水口。
为了加速海水中悬浮物的过滤，机械过滤器2的进水管上连接有絮凝泵9。通常絮凝剂为氯化铁，使海水原水中的小颗粒悬浮物质经氯化铁混凝变为较大颗粒的悬浮物，提高机械过滤器2和保安过滤器3的去除效果。
进一步地，为了提高过滤效率，保安过滤器3的数量为两组，两组保安过滤器3并列安装，两组保安过滤器3的出水口连接至高压泵4的进水口。
进一步地，为了调节淡化后水的酸碱度，在灭菌池的进水管上连接有加碱泵10，再灭菌池的上方设置有紫外线发生器11，对水进行杀菌。
进一步地，还包括控制器12，所述原水箱102在上部、中部和下部分别设置有第一水位传感器13、第二水位传感器14和第三水位传感器15；所述清洗水箱6的上部设置有第四水位传感器16；所述纯水箱7的上部、中部和下部分别设置有第五水位传感器17、第六水位传感器18和第七水位传感器19；所述第一水位传感器13、第二水位传感器14、第三水位传感器15、第四水位传感器16、第五水位传感器17、第六水位传感器18和第七水位传感器19均与控制器12电连接。
通过设置各种传感器，使海水淡化装置智能化、自动化。
进一步地，参考图2，高压泵动力组件8包含风力机801、变频电动机802、双动力耦合器803和电磁式离合器804；所述双动力耦合器803具有两个动力输入轴和一个动力输出轴；所述电磁式离合器804具有离合器输入轴和离合器输出轴；所述风力机801的输出轴连接离合器输入轴，所述离合器输出轴连接双动力耦合器803的一个动力输入轴，所述变频电动机802的输出轴连接双动力耦合器803的另一个输出轴；所述风力机801的输出轴上设置有编码器805，所述编码器805与控制器12电连接；所述变频电动机802的控制端与控制器12之间电连接。
以上海水淡化装置实施例中，动力来自于风力机801和变频电动机802，并且通过双动力耦合器803巧妙的结合在一起。当风力适中，风力可以被利用时，使电磁式离合器804闭合，如果动力过盈，则完全使用风力机801的输出动力，如果动力不足，则启动变频电动机802予以补充，最终，从双动力耦合器803的动力输出轴输出恒定转速。当风力过大以致于可能对海水淡化***造成损坏时，或者风力过小不足以利用时，使电磁式离合器804处于分离状态，启动变频电动机802，动力完全由变频电动机802提供。由于使用了双动力耦合器803，无论海上自然环境如何，比如风力过大或过小，高压泵4总能得到所需的稳定转速，使海水淡化不受限于天气，因而提高了海水淡化效率。
(二)、参考图3，一种海水淡化装置的控制方法，其控制方法包括以下步骤：
步骤1，启动海水淡化装置，控制器12采集第一水位传感器13、第二水位传感器14、第三水位传感器15水位信号并判断原水箱102中水位是否高于中位，当原水箱102中水位高于中位，则进行步骤2；否则启动取水泵101向原水箱102中补充原水直至原水箱102中水位高于中位；
步骤2，启动送水泵103和絮凝泵9，机械过滤器2对海水机械过滤；
步骤3，控制器12采集编码器805信号，判断风速是否超限，如果判断风速未超限，控制器12控制电磁式离合器804处于闭合状态，控制器12控制变频电动机802的转速，使双动力耦合器803的动力输出轴输出匹配高压泵4的恒定转速；如果控制器12判断风速超限，控制器12控制电磁式离合器804处于分离状态，同时，控制器12控制变频电动机802，使双动力耦合器803的动力输出轴输出匹配高压泵4的恒定转速；
步骤4，高压泵4对水增压后进入反渗透组件5；
步骤5，控制器12采集清洗水箱6的第四水位传感器16信号，判断清洗水箱6中水位是否处于高水位，如果是，则进行步骤6，否则，清洗水箱6继续进水直至清洗水箱6水位到达高水位；
步骤6，启动加碱泵10加碱同时启动紫外线发生器11发射紫外线；
步骤7，控制器12采集纯水箱7的第五水位传感器17、第六水位传感器18、第七水位传感器19信号，判断纯水箱7中水位是否处于高水位，如果是，则结束，否则，纯水箱7继续进水直至水位达到高水位。
为了使海水淡化装置更安全、高效运行，海水淡化装置还具有以下保护功能：
压力保护功能，比如在反渗透组件5的进水口处安装压力传感器，当压力低于预设的低压阈值，则启动高压泵4，当压力高于预设的高压阈值，停止运行高压泵4，防止损坏反渗透组件5中的反渗透膜。
压差保护功能，比如在反渗透组件5的反渗透膜两侧分别设置有压力传感器，当反渗透膜两侧的压力差超过限定值时，反清洗反渗透膜。
温度保护功能，比如在变频电动机802、电磁式离合器804、风力机801转轴关键部位设置有温度传感器，当温度超过设定的温度阈值时，发出警报或者控制电磁式离合器804分离。
电源保护功能，对***供电交流380V、交流220V、直流24V实时检测，出现接地、缺相、过压、欠压，均能发出报警信号。
水质检测，比如在产品税进入纯水箱7前设置水质检测仪，对淡化产水进行水质检测，水质不达标不允许进入纯水箱7。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员是显而易见的。因此，在不偏离本发明的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种海水淡化装置，其特征在于，包括给水组件(1)、机械过滤器(2)、保安过滤器(3)、高压泵(4)、反渗透组件(5)、清洗水箱(6)、灭菌池、纯水箱(7)和高压泵动力组件(8)；
所述给水组件(1)的出水口连接机械过滤器(2)的进水口，所述机械过滤器(2)的出水口连接保安过滤器(3)的进水口，保安过滤器(3)的出水口连接高压泵(4)进水口，高压泵(4)的出水口连接反渗透组件(5)的进水口，反渗透组件(5)的出水口连接至清洗水箱(6)的进水口，清洗水箱(6)的上端设置有上出水口，所述上出水口连接至灭菌池，灭菌池的出水口连接至纯水箱(7)的进水口；
所述高压泵动力组件(8)的动力输出轴连接所述高压泵(4)的输入轴。
2.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述给水组件(1)包含取水泵(101)、原水箱(102)和送水泵(103)，所述取水泵(101)的进水口伸入海水中，所述取水泵(101)的出水口连接原水箱(102)的顶部进水口，所述送水泵(103)的进水口连接至原水箱(102)的底部出水口，送水泵(103)的出水口连接机械过滤器(2)的进水口。
3.根据权利要求2所述的海水淡化装置，其特征在于，所述机械过滤器(2)的进水管上连接有絮凝泵(9)。
4.根据权利要求3所述的海水淡化装置，其特征在于，所述保安过滤器(3)的数量为两组，两组保安过滤器(3)并列安装，两组保安过滤器(3)的出水口连接至高压泵(4)的进水口。
5.根据权利要求4所述的海水淡化装置，其特征在于，所述灭菌池的进水管上连接有加碱泵(10)，所述灭菌池的上方设置有紫外线发生器(11)。
6.根据权利要求5所述的海水淡化装置，其特征在于，所述高压泵动力组件(8)包含风力机(801)、变频电动机(802)、双动力耦合器(803)和电磁式离合器(804)；
所述双动力耦合器(803)具有两个动力输入轴和一个动力输出轴；
所述电磁式离合器(804)具有离合器输入轴和离合器输出轴；
所述风力机(801)的输出轴连接离合器输入轴，所述离合器输出轴连接双动力耦合器(803)的一个动力输入轴，所述变频电动机(802)的输出轴连接双动力耦合器(803)的另一个输出轴；
所述风力机(801)的输出轴上设置有编码器(805)，所述编码器805与控制器(12)电连接；
所述变频电动机(802)的控制端与控制器(12)之间电连接。
7.根据权利要求6所述的海水淡化装置，其特征在于，还包括控制器(12)，所述原水箱(102)在上部、中部和下部分别设置有第一水位传感器(13)、第二水位传感器(14)和第三水位传感器(15)；
所述清洗水箱(6)的上部设置有第四水位传感器(16)；
所述纯水箱(7)的上部、中部和下部分别设置有第五水位传感器(17)、第六水位传感器(18)和第七水位传感器(19)；
所述第一水位传感器(13)、第二水位传感器(14)、第三水位传感器(15)、第四水位传感器(16)、第五水位传感器(17)、第六水位传感器(18)和第七水位传感器(19)均与控制器(12)电连接。
8.一种海水淡化装置的控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的海水淡化装置，其控制方法包括以下步骤：
步骤1，启动海水淡化装置，控制器(12)采集第一水位传感器(13)、第二水位传感器(14)、第三水位传感器(15)水位信号并判断原水箱(102)中水位是否高于中位，当原水箱(102)中水位高于中位，则进行步骤2；否则启动取水泵(101)向原水箱(102)中补充原水直至原水箱(102)中水位高于中位；
步骤2，启动送水泵103和絮凝泵(9)，机械过滤器(2)对海水机械过滤；
步骤3，控制器(12)采集编码器(805)信号，判断风速是否超限，如果判断风速未超限，控制器(12)控制电磁式离合器(804)处于闭合状态，控制器(12)控制变频电动机(802)的转速，使双动力耦合器(803)的动力输出轴输出匹配高压泵(4)的恒定转速；如果控制器(12)判断风速超限，控制器(12)控制电磁式离合器(804)处于分离状态，同时，控制器(12)控制变频电动机(802)，使双动力耦合器(803)的动力输出轴输出匹配高压泵(4)的恒定转速；
步骤4，高压泵(4)对水增压后进入反渗透组件(5)；
步骤5，控制器(12)采集清洗水箱(6)的第四水位传感器(16)信号，判断清洗水箱(6)中水位是否处于高水位，如果是，则进行步骤6，否则，清洗水箱(6)继续进水直至清洗水箱(6)水位到达高水位；
步骤6，启动加碱泵(10)加碱同时启动紫外线发生器(11)发射紫外线；
步骤7，控制器(12)采集纯水箱(7)的第五水位传感器(17)、第六水位传感器(18)、第七水位传感器(19)信号，判断纯水箱(7)中水位是否处于高水位，如果是，则结束，否则，纯水箱(7)继续进水直至水位达到高水位。
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