19053.基于不同材料摩擦副的旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置性能研究

1、基于不同材料摩擦副的基于不同材料摩擦副的旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置性能性能研究研究PerfmanceStudiesofRotaryEnergyRecoveryDeviceBasedonDifferentMaterialFrictionPairs學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程研究生：程百花指導(dǎo)教師：王越副教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一三年六月i摘要海水淡化是解決淡水資源短缺問題的主要手段，反滲透海水淡化則是該市場(chǎng)的主流技術(shù)。能量回收裝置是降低反

2、滲透海水淡化運(yùn)行成本的關(guān)鍵設(shè)備之一，旋轉(zhuǎn)式能量回收裝置因具有效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。本文在模擬反滲透海水淡化系統(tǒng)的中試試驗(yàn)平臺(tái)上，選擇了不同的端面摩擦副配對(duì)方式：聚醚醚酮(PEEK)陶瓷和陶瓷陶瓷。在PEEK陶瓷配對(duì)方式下研究了裝置的啟動(dòng)模式，并測(cè)試了裝置泄漏量和能量回收效率隨操作壓力和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律；在陶瓷陶瓷配對(duì)方式下研究了端面間隙對(duì)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩和泄漏量的影響；在PEEK陶瓷配對(duì)方式下結(jié)合新選

3、購(gòu)的伺服電機(jī)系統(tǒng)(轉(zhuǎn)速變化范圍01000rmin)進(jìn)行了裝置的變負(fù)荷運(yùn)行和長(zhǎng)期穩(wěn)定性運(yùn)行試驗(yàn)；改進(jìn)設(shè)計(jì)了全陶瓷轉(zhuǎn)子和套筒，對(duì)其密封性和流體穩(wěn)定性進(jìn)行了初步測(cè)試。結(jié)果表明，在PEEK陶瓷配對(duì)方式下，本裝置較佳的啟動(dòng)順序是：開啟裝置供流泵后，先調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速至額定值，再升高系統(tǒng)操作壓力至額定值，在此啟動(dòng)過程中裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩較低(最大17.28Nm)。裝置的泄漏量隨著操作壓力的升高先增大后趨于平穩(wěn)，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的升高而略微下降；能量回收效率則

4、隨操作壓力的升高迅速增至93%后基本保持穩(wěn)定，隨轉(zhuǎn)速的增大而稍微增加。在陶瓷陶瓷配對(duì)方式下，轉(zhuǎn)子和端盤之間的端面間隙分別為0.060mm，0.035mm和0.010mm時(shí)，裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩隨端面間隙的減小而明顯增大，泄漏量隨其減小而明顯下降，相應(yīng)的能量回收效率隨其減小而增大。在PEEK陶瓷配對(duì)方式下結(jié)合新伺服電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行的變負(fù)荷試驗(yàn)中(14m3h500rmin，16m3h600rmin，18m3h700rmin)，不同操作負(fù)荷下裝置的流體

5、力學(xué)性能均較好，泄漏量隨操作負(fù)荷的增大而減小，能量回收效率則隨其增大而增大。長(zhǎng)期穩(wěn)定性運(yùn)行試驗(yàn)中(14m3h、500rmin、6MPa，12小時(shí)5天)，裝置的流體力學(xué)性能保持穩(wěn)定，轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩平穩(wěn)，在試驗(yàn)前期裝置泄漏量穩(wěn)定在0.6m3h左右，能量回收效率在94%上下；在試驗(yàn)后期裝置維持不了高壓環(huán)境，泄漏量逐漸增大，拆開后發(fā)現(xiàn)PEEK端面磨損較嚴(yán)重。在對(duì)改進(jìn)設(shè)計(jì)的全陶瓷轉(zhuǎn)子進(jìn)行泄漏量測(cè)試時(shí)，在壓力達(dá)到6.0MPa靜態(tài)泄漏量最大為0.19m3h