基本信息
- 项目名称：
- 轻便型海水淡化装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 针对驻岛部队小分队在平时训练和野战条件下的淡水保障难题，该项目通过合理设计工艺流程、各部件结构及尺寸，研制了具有布局合理、结构紧凑、体积小、质量轻、携带方便、机动性强、淡化水量大、一人手动操作等特点的轻便型海水淡化装置。
- 详细介绍：
- 1 概述 我军驻海岛部队淡水资源严重短缺，主要靠内陆远距离运输，若遇台风，很难保证部队生活和战备要求。饮用水供应成为制约我驻岛部队生存和战备训练的重要物资，直接影响部队官兵的身体健康和战斗力的发挥。轻便型海水淡化装置具有技术先进、性能可靠、不需电力或其它能源、一人手动操作等优点，可以将常规海水或苦咸水淡化成合格的饮用水。适用于部队野外执行特殊任务、驻岛礁部队小分队平时训练和作战条件时饮用水淡化，同时也可用于苦咸水地区小分队和驻海岛居民的生活饮用水淡化。 主要技术指标如下：（1）不需电力或其它能源，一人手动操作；（2）产水量：15L/h～25 L/h；（3）出水水质：达到军队战时饮用水卫生标准（GJB 651）；（4）脱盐率：≥98%； （5）装置外型尺寸：长×宽×高≤760×380×240 mm；（6）总质量：≤23 kg；（7）适用水源：浑浊度小于100NTU的海水或苦咸水；（8）展开和撤收时间：≤10min。 2 预处理单元的选择。采用微滤作为海水反渗透的预处理，不需加入絮凝剂、杀菌剂和余氯脱除剂等化学药品，同时也可以省去保安过滤器，此技术由于大幅提高了进水水质，不仅延长了反渗透膜的使用寿命，而且有助于提高系统的回收率，降低运行费用。 3 轻便型海水淡化装置的工艺流程设计。传统海水淡化装置需要两台泵，一台低压泵为预处理单元提供压力，另一台高压泵为反渗透膜组件提供压力，这就会导致装置重量大、体积大，且电动泵需要电源，在无法提供市电的特殊情况下，如使用发电装置，就会进一步增加装置的重量，不符合便携的要求。 轻便型海水淡化装置研制了带能量回收装置的手动高压节能泵及创造性地采用负压吸滤净化工艺。随着手柄杆的拉和压，二位换向阀的阀芯左右移动，实现能量回收，从而使高压泵手柄杆施力大大减小，用一台手动高压节能泵同时为预处理单元和反渗透膜组件提供能量，使人员操作施力不超过150N，满足装置操作时的人机工程要求。此外，在手动高压节能泵二位换向阀处设置限压泄流阀，防止操作不当压力过高时破坏反渗透膜组件。其工艺流程为： 海水→预处理单元→手动高压节能泵→反渗透膜组件→淡化水 4 手动高压节能泵设计。 为了满足轻便型海水淡化装置的设计原则，需要一种能够提供足够高压力、小型轻质、防海水腐蚀、操作方便的液体加压装置。 5 背架设计。背架是轻便型海水淡化装置的支撑部件，主要起支撑、承载、保护装置的反渗透膜、预处理单元、手动高压节能泵、高低压管路及其附件的作用，同时为装置的背负、携行提供一个操作平台。背架结构在满足装置各部分工艺布置的前提下，强度要高，质量要轻，同时还要满足防腐要求。因此，决定采用316海水不锈钢圆管和矩形管，用氩弧焊满焊焊接而成。 6 装置各部分位置确定。轻便型海水淡化装置包括背架、预处理单元、手动高压节能泵、反渗透膜组件、管路系统等五个组成部分。其中反渗透膜组件，由于目前国内尚不具备生产能力，采用国际知名公司的定型产品；预处理单元、管路系统的低压软管和压力表、高低压管接头等采用国内市场上能够购买到的定型产品；背架、手动高压节能泵和管路系统的高压管路则根据装置的功能与布置需要进行研制和开发。 7 背具设计。 轻便型海水淡化装置是部队在沿海高温高湿恶劣气候条件下的应急使用装备，为使手动海水淡化装置携行方便，背具基材采用涤纶陆军迷彩，夹层采用闭孔泡沫，在装置与人体之间起缓冲垫的作用。背带采用军绿色尼龙制作，连接扣采用军绿色ABS塑料。同时背具还要考虑装置携行时的高度，使装置不会影响人员的行进。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：研制能够解决部队小分队在平时训练和野战条件下淡水保障难题的轻便型海水淡化装置。 基本思路：研究适合小型化的海水淡化工艺流程、净水单元、手动高压泵及携行装置等内容，使装置具有布局合理、结构紧凑、携带方便等特点。 创新点：1．在国内首次研制了带能量回收系统的手动高压节能泵。2．在国内首次采用微孔陶瓷滤芯用于海水反渗透的预处理，简化了预处理工艺流程。3．将限压溢流阀与手动高压节能泵巧妙的设计为一体。 4．创造性地研究了小型海水淡化装置的负压吸滤预处理单元，减少了海水淡化动力源的量。5．巧妙地用一台同时为预处理单元和反渗透膜组件提供能量，实现装置的便携性。 技术关键： 1．研制了二位换向阀。实现反渗透膜组件运行时的能量回收，从而使手动高压泵操作施力从750N降低至150N。 2．简化了海水淡化工艺流程。3．合理设置手动高压节能泵的安装方位，满足人机工程要求。 主要技术指标： 1．不需电源或其它能源，一人手动操作； 2．产水量：15 L/h～25 L/h； 3．出水水质：达到军队战时饮用水卫生标准（GJB 651）； 4．工作压力：≤7.0 MPa； 5．脱盐率：≥98%； 6．装置外形尺寸：长×宽×高≤760×380×240 mm； 7．装置质量：≤23 kg；
科学性、先进性
- 本项目为了满足部队新形势下对野营装备的要求，设计了适合部队野外携行、技术先进、性能可靠、不需电力的轻便型海水淡化装置。 （1）研究反渗透预处理单元。预处理单元出水水质关系到反渗透膜组件的寿命。良好的预处理效果是保证反渗透系统长期稳定运行的关键。 （2）简化海水淡化工艺流程。轻便型海水淡化装置创造性地采用负压吸滤净化工艺，只用一台手动高压节能泵同时为预处理单元和反渗透膜组件提供能量。 （3）研制手动高压节能泵。经反复试验，终于研制成功集水流换向和压力控制于一体的带能量回收功能的手动高压节能泵。具有体积小、质量轻、操作轻便等特点。 （4）合理布局装置样机 （5）研制背具。轻便型海水淡化装置是部队在沿海高温高湿恶劣气候条件下的应急使用装备，为使手动海水淡化装置携行方便，背具基材采用涤纶陆军迷彩，夹层采用闭孔泡沫，在装置与人体之间起缓冲垫的作用。背带采用军绿色尼龙制作，连接扣采用军绿色ABS塑料。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品；图片；录像。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 1．将本装置平稳的放置在靠近水源的较坚硬的地方。 2．不需电源，一人手动操作手柄杆上下垂直均匀运动，频率控制在60次/min左右。 3．当压力表显示压力上升，浓缩水管和淡水管分别排出浓缩废水和淡水。 4．装置长时间不用时，应放空处理单元中的存水，且下次使用时要放掉最先流出的水。 技术特点和优势： 1．手动操作，不需要依赖其它能源。 2．操作施力低。3．质量轻，体积小，携行方便。4．除盐效果好，产水量大。 技术性说明：轻便型海水淡化装置在平时训练和接近战时条件下的野外使用性能，先后在海军做了多个试用试验。结果表明：装置特别适用于班、排小分队在无电源、淡水供应困难等特殊环境条件下的饮用水保障。 市场分析和经济效益预测：轻便型海水淡化装置使驻岛部队和海上军事行动等特殊条件下就地进行海水淡化，具有较大的军事效益；该装置也可用于驻海岛居民的饮用水淡化，必将产生很大的社会效益。
同类课题研究水平概述
- 目前，外军已有成系列的海水淡化装置装备部队。在小型海水淡化装置中主要采用电动和汽油机为动力，适用于远海海水的淡化，不带动力且产水量较大（＞10L/ｈ）的海水淡化装置还未见报道。 我军目前虽研制有部分小型海水淡化装置，但都是带动力的，采用两台进口小型汽油发动机和两台泵，重量大，不便携带。不需电力、性能良好、适合小分队使用的轻便型海水淡化装置还是空白。 轻便型海水淡化装置与国内外部分相似装置的综合性能进行了比较。发现装置在动力源、泵的数量、适应水源范围、装置尺寸、装置质量等方面都具有一定的优势。同时在造价上该装置也相对较低，如美军Aqua Whisper 170海水淡化装置折合需要54000元，小型海水淡化装置（北京海帆）需要98500元，小型海水淡化装置（南京慧城）需要97000元，小型海水淡化装置（威海怡和）需要95668元，而轻便型海水淡化装置的造价仅为36875元。
