CN102781556A - 用于过滤系统的径向开口环式密封件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在具有环形元件的过滤系统中使用的径向密封件。多个环或环状件装配在密封板的外表面中的凹槽中。各个环状件的外径比过滤系统的圆筒形壳体的内径大。环状件中的间隙具有如下宽度：宽度被选择为使得环形元件能变形到足以允许至少一个环状件插入圆筒形壳体中。两个或更多个环状件可以构造为这样：当两个环状件都安装在凹槽中时，环状件的间隙不对准，从而使操作中的泄漏最小。定位系统包括定位元件，该定位元件与另一个环状件的定位元件协作，以确保这一对环状件的间隙不对准。

Description

用于过滤系统的径向开口环式密封件

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年10月12日提交的发明名称为“Radial SplitRing Seal(用于过滤系统的径向开口环式密封件)”的美国临时专利申请No.61/250,771和2009年10月12日提交的发明名称为“Axial Labyrinth Seal for Filtration Systems(用于过滤系统的轴向迷宫式密封件)”的美国临时专利申请No.61/250,765以及2010年10月12日提交的发明名称为“Radial Split Ring Seal for FiltrationSystems(用于过滤系统的径向开口环式密封件)”的美国专利申请No.12/902,424的优先权，上述专利申请的全部内容明确地以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及膜式过滤系统并更具体地涉及用于过滤系统的螺旋膜元件中的密封件。

背景技术

用于从水中移除化学污染物和有机体的一些类型的过滤系统包括被密封在壳体中的一个或多个过滤元件。该壳体可以包括罐体、圆筒和/或管体。具体地说，用于大规模水处理的过滤系统可以包括在管状结构中连接在一起的一系列元件，这些元件引导流入的被污染的或不洁净的水通过过滤材料到达流出管或通道中。在图1所示的实例中，螺旋膜式过滤系统中的过滤元件11包括呈螺旋形地卷绕的膜结构。在图1中，渗透载体片18层叠在膜式过滤片19的包围中，相邻的层被供料隔件101隔开并通常被封闭在硬壳或封套中，以防止流入物泄漏并为过滤元件11提供一定程度的机械稳定性和强度。例如螺旋膜式过滤元件11等过滤元件典型地设置为大致圆筒形形式，并且可以将一个或多个螺旋膜式过滤元件11相互抵接地安装在壳体10中(如图1C所示)。流入流140在压力的作用下经由入口进入系统的端部并在端部140进入过滤元件11，并且流入流体在穿过膜19之后，作为渗透流143典型地经由中心管或通道13排出，或者作为浓缩流144而从膜式过滤装置排出。中心管13通常与壳体10同轴并接合，或者以允许收集渗透流143的方式与膜19相连。可以从任一方向将渗透流143从系统中抽出。

这些过滤元件用作膜式过滤器。与常规的间歇式过滤系统不同的是，上述过滤系统以连续的稳定态处理进行操作。这样，进入供料流15中的全部材料的总量大致等于以两个排出流143和144从过滤装置中排出的全部材料的总量。这种系统可以用于如下应用：输送饮用水、净化或处理废水和/或雨水、从污物中提取水、和/或对例如海水等水进行淡化；在这些应用中，淡化的渗透流143是该系统的主要产品。相反地，如果目的是回收或浓缩贵重的溶质，则可以提供浓缩流144作为主要产品。

螺旋膜式元件11用作封装扁平片材，即反渗透膜19的装置，反渗透膜19用于有效的分隔应用。如图1C所示，这些元件典型地相互抵接地安装在圆筒形壳体10中。处理流入流140在壳体的一端进入并沿轴向141通过元件11，一部分142通过过滤介质19到达中心收集通道或管系统13从而提供排出流143。浓缩剩余物144被从第一个元件11抽入第二个元件11中并依此继续。从系统中提取的浓缩物144可以基于系统构造和功能在外部进行处理和/或通过系统进行再循环利用。在相连的螺旋元件11之间需要设置密封机构，以确保来自第一个元件11的浓缩流144作为流入流140通入后续的螺旋膜式过滤元件11。

这种密封机构可以使用附接在各个螺旋元件11的每一端处的密封板12(如图1B更详细地示出)来实现。在常规的系统中，在设置于密封板12的外缘上的凹槽16中设置有弹性材料密封件，以防止流体泄漏到元件11与壳体或容器10之间的空间中。将相连的中心通道13连接起来的接合部130通常也使用弹性材料密封件进行密封。

在螺旋元件11与圆筒形壳体10的内壁之间可能需要附加密封件120，来将流入流140引导到元件11本身中，而不是引导到元件11与壳体10之间的环形空间中。如果流入流140不是主要被引导到元件结构中，则膜片上的供料流的速度将减小，从而将影响膜片的分隔性能。常规的系统在位于密封板12的外表面上的周向槽形凹部16中设置有弹性材料密封件，如剖视图2A所示。通常使用的弹性材料密封件25形如图2B所示的杯状形式，该密封件形成有效的密封但需要沿一个方向将元件插入壳体中，这是因为不能沿相反的方向推动该密封件。可以在元件密封板凹槽中使用例如O形环26等对称的弹性材料密封件，如图2C所示。这样允许沿任一方向移动，但为了起到有效的密封作用，需依靠弹性材料密封件的较大变形量。这样导致需要更大的力来将元件插入圆筒形壳体中，并且这是优选杯状弹性材料密封件的主要原因。

发明内容

一种用于过滤系统的径向密封件包括一个或多个环状件，所述环状件具有外周、内周和厚度。所述环状件的内周均可以具有能配合在密封板的外表面的凹槽中的直径，并且每个环状件的外周的直径被选择为大于接纳所述密封板的圆筒形壳体的内表面的直径。所述环状件中的间隙的中心在所述至少一个环状件的半径上，所述间隙具有如下宽度：所述宽度被选择为使得所述环形元件能变形到足以允许所述至少一个环状件插入所述圆筒形壳体中。

所至少一个环状件的内径和外径以及所述间隙的宽度可以被选择为获得所述至少一个环状件的所述外周与所述圆筒形壳体的内表面之间的紧密配合。所述紧密配合被对所述环形元件的压缩做出反应的恢复力保持，所述恢复力的大小与所述间隙的宽度以及用于制造所述至少一个环状件的材料有关。所述间隙的宽度可以被选择为当环状件安装到所述凹槽中并且所述密封板插入所述圆筒形壳体中时，允许受控程度的泄漏。

在一些实施例中，所述密封件包括两个或更多个环状件，两个或更多个环状件被构造为当环状件安装在所述凹槽中时，所述环状件的间隙不对准，从而使操作中的泄漏最小。定位系统包括定位元件，所述定位元件与另一个环状件的定位元件协作以确保一对环状件的间隙不对准。所述定位系统可以包括凸起元件，所述凸起元件设置在一对环状件中的一者的表面上并与相邻的环状件的间隙相配合，和/或所述凸起元件设置在一对环中的一者的表面上并配合在设置于相邻的环状件的表面上的凹槽中。

提供一种用于对插入过滤系统的圆筒形壳体中的螺旋膜式元件进行密封的方法。根据本发明的一些方面的方法包括如下步骤：将至少一个开口环式密封件设置在设于所述螺旋膜式元件的密封板的外表面上的凹槽中，将所述密封环插入所述圆筒形壳体中，插入所述密封环的步骤包括将所述至少一个开口环式密封件压缩的步骤。

附图说明

图1A至图1C示出包括多个被密封过滤元件的过滤系统。

图2A示出设置在密封板中的凹槽，图2B至图2C示出设置在图2A的凹槽中的现有技术弹性材料密封件。

图3A示出根据本发明的一些方面的密封元件。

图3B示出图3A的密封元件的轮廓。

图4A和图4B示出设置在密封板的凹槽中的根据本发明的一些方面的一个或多个密封元件的剖面。

图5A至图5D示出根据本发明的一些方面的具有多种开口轮廓的开口环式密封件的实例。

图6示出适于安装在密封板的凹槽中的环形密封件的一个实施例的剖视图。

图7A至图7C示出根据本发明的一些方面的具有组合的开口轮廓的密封件的实例。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明的实施例，提供这些实施例作为示例性的实例，以便本领域技术人员能够实施本发明。应该注意到，以下附图和实例并不意图将本发明的范围限于单个实施例，而是可以通过替换一部分或全部的被描述或示出的元件来实现其它实施例。只要允许，可以在所有附图中使用相同附图标记表示相同或相似的部件。在可以使用已知部件部分地或全部地实现这些实施例的一些元件时，将仅描述已知部件中理解本发明所需的那些部分，并且将省略对这种已知部件的其它部分的详细描述，以避免本发明变得晦涩。在本说明书中，示出单个部件的实施例不应被认为是限制性的；相反地，本发明意图涵盖包括多个同样部件的其它实施例，反之亦然，但文中明确说明的情况除外。此外，除非明确地指出，否则申请人并不认为说明书或权利要求书中的任何术语具有不常用或特殊的含义。另外，本发明涵盖文中以示例的方式引述的现在已知和将要知道的等同部件。

本发明的一些实施例提供用于过滤系统的密封元件。在此公开的密封件可以构造为具有如下尺寸：该尺寸允许密封件用作常规弹性材料密封件的替代物，包括O形环、人字形及U形杯状密封件等。再次参考图1A至图1C，本发明的一些实施例包括可以装配到常规密封板12的径向凹槽16中的开口环式密封件，凹槽16以不同的方式容纳可压缩弹性材料密封件。下面将更详细地描述，在此公开的开口环式密封件典型地使用如下材料来构造：根据刚度、弹性、惰性、承受操作温度范围的能力、承受操作压力的能力以及与用于构造过滤系统(例如，壳体10的内表面)的材料的摩擦系数而选择的材料。可以根据应用来选择材料，并且可以将例如根据本发明的一些方面构造的密封件用于常规弹性材料密封件无法承受所用过滤系统中的水压的8英寸或16英寸过滤系统中。

在本文描述的一个实施例中，在密封板12的外表面上的凹槽16中可以设置有由基本不可压缩的聚合物形成的环形密封件30(参见图3A和图3B)。密封件30在其环形形状中具有间隙32，并且可以通过施加使间隙32闭合的力，使环状形状在压力的作用下变形。这种力是在将安装有密封件30的密封板12插入壳体10中时施加的。密封件30起到使环30的外表面和壳体10的内表面形成紧密接触的弹簧的作用。当将密封板12设置到壳体10中时，环形密封件30中的间隙32的一部分可以保持打开。在一些实施例中，因为在尺寸合适的情况下间隙32可以限制和/或平衡密封件30两侧的压力差，所以这种间隙是希望的。然而，在一些实施例中，希望更加防水的密封件，并且可以在凹槽16中设置第二个开口环式密封件30，使得各密封件30中的间隙32相偏移。下面将更详细地描述基于后一个情况的其它变型例。

图3A至图3B以及图4A至图4B涉及根据本发明的一些方面的简单实例。图3A至图3B以及图4A至图4B的环形密封件可以装配在密封板12的外部40上和/或可以用于在同心的元件之间形成密封，典型地在元件的大致圆筒形表面之间形成密封。密封件30可以用作常规弹性材料密封件的替代物。例如，刚性环30的尺寸可以构造成允许环30代替通常被安装在螺旋膜式过滤元件的密封板12的径向凹槽16中的常规O形环或U形杯状密封件。可以选择环形密封件30的宽度38，以允许将希望数量的密封件30设置在现有的密封板12的凹槽16中。图4A示出将单个密封件420设置在凹槽42中的实施例，而图4B涉及将两个环421和422设置在凹槽42中的实施例。开口环式密封件30还可以用于要求更高的应用，例如，密封件30经受高温和/或高压的情况、或者腐蚀剂的存在要求使用不起反应的密封材料的情况。在一个实例中，螺旋膜式过滤系统中的压力可能会妨碍使用一些常规弹性材料密封件。由于操作压力增大以及被密封元件的移除和安装的困难度增加，所以通常典型地不能将4英寸直径螺旋膜式过滤系统中常用的弹性材料密封件按比例放大来用于8英寸或16英寸系统，其中上述困难度的增加是由于常规弹性材料密封件与壳体10的接触面积的增大使摩擦力呈指数增大所引起的。

本发明的一些实施例包括适于在过滤系统中使用的刚性开口环式密封件30。密封板12的形状通常呈环形，稍微类似于轮，并且被构造为用于插入圆筒形壳体10中。密封板12的一部分40具有位于壳体44的内表面附近并与该内表面接触的向外径向表面46。目前生产的密封板40典型地在密封板40的向外表面46中包括凹槽42。根据本发明的一些方面构造的刚性环30、420至422可以安装在这种密封板凹槽42中。在将刚性环30插入之前，可以根据需要典型地使刚性环30围绕密封板12的轴线14(参见图1A至图1C)朝任一方向旋转，并且使间隙32相对于密封板12或壳体10的特征取向和/或与密封板12或壳体10的特征对准。装有密封件30的密封板12可以插入圆筒形壳体10的任一端，并且可以沿着圆筒形壳体10的轴线朝任一方向移动。应该理解的是，密封件30可以具有提供希望摩擦系数的涂层或经受其它表面处理。密封件30可以构造为装配在非环形的密封板12中，并且一些密封件30可以与包括例如环形和椭圆形密封板或稍微不对称的密封板在内的不同形状的密封板一起使用。在一个实例中，密封件30可以安装在倾斜的径向表面(未示出)上的凹槽16中，并且可以使密封环30的剖面跟随密封板12和/或壳体10的表面的形状。

密封环30典型地由在压力的作用下以及在压缩力沿径向施加至环30时基本上保持其剖面形状(例如，图3B)的非弹性材料构成。在压缩力作用下，密封环30中的间隙32在径向压缩力施加至密封环时减小，并且密封环30典型地构造和配置成具有足够的弹性来抵抗间隙32的闭合并且当压缩力消除时密封环30恢复初始自然状态的环形形状。例如，可以使用硬质和/或硬化的聚合物、金属、陶瓷以及其它这样的材料来构造密封环30。应该理解的是，常规弹性材料密封件通过在压力的作用下变形使弹性材料密封件的剖面面积改变，来使密封能力最大。然而，常规弹性材料密封件在压力的作用下的变形会将密封板12及密封组件在壳体10中的移动限制在单个方向上。由于U形杯状腿部的取向，常规弹性材料杯状密封件24(参见图2B)在插入期间的变形典型地对相反方向上的移动产生非常高的阻力。超出用于克服常规弹性材料密封件的阻力所需的力的情况通常必然导致这些密封件被损坏。因此，已组装好的多元件过滤系统(参见图1A至图1C)的过滤元件11在装配有常规杯状密封件24并沿一个方向插入壳体10中时实际上仅可以通过迫使元件沿与用于插入的方向相同的方向完全通过壳体来将过滤元件移除。O形环密封件26的变形典型地增大了密封件26与壳体10接触的表面积。因此，已组装好的多元件结构(参见图1A至图1C)在装配有O形环密封件26并插入壳体中时，需要显著的力来将上述元件插入壳体中或从壳体中移除。

相反地，根据本发明的一些方面构造的环形密封件30典型地不限制与密封板12的轴线14平行的任一方向上的移动。此外，密封件30可以由低摩擦材料构造，和/或密封件30的表面可以被涂敷或处理，以使元件在插入和移除期间受到的摩擦力减小。因此，当使用根据本发明的一些方面的刚性环形密封件30时，可以更容易地经由壳体的同一端插入或取出多元件构件。此外，根据本发明的一些方面的刚性密封环30抵抗在来自任一方向的轴向压力的作用下的变形。因此，这里公开的采用开口环式密封件30的过滤元件可以接纳并抵抗双向流，包括用于冲洗、清洁以及出于其它原因提供的反向流。包括U形杯状和人字形密封件(参见图2B)在内的常规密封件经常不能抵抗反向流，而且为了进行冲洗必须被替换或重新取向。

因为形成密封所需的材料的变形、弹性材料密封件的接合角度、使用弹性材料密封件来保持密封性所需的显著接触压力和/或弹性材料密封件的接触面积的增大，使用常规弹性材料密封件的密封板10需要显著更大的力来将密封板插入。在一个实例中，配有常规密封的U形杯状盐水密封件(brine seal)24(具有润滑)的七元件构件可能需要等同于45磅以上的力来将上述元件插入壳体中。可以看出，可以使用20磅以下的力将安装有本文公开的刚性环形密封件30的等同七元件构件插入壳体中。

在一些实施例中，选择刚性环30的尺寸来获得有效的密封。刚性环30的外径34典型地被选择为稍微大于圆筒形壳体10的内径，而环状件30的内径36被选择为在密封板10的凹槽42中提供良好的配合。环状件30的厚度38可以根据应用来选择以将希望数量的环形密封件30装配在凹槽42中，以获得希望水平的密封紧密性。在一些实施例中，可以将多于一个环形密封件421和422设置在凹槽42中，以将密封板40密封。可以使用多环构造(图4B)，环421和422中的间隙彼此偏移，以使经由该密封结构的泄漏最小。可以使用这样的多环构造(图4B)，使得环421和422具有不同的厚度。在一些实施例中，多环构造包括由不同的材料制成的不同的环421和422。

如图3所示，移除环状环30的一小部分，从而在环状件30中留下间隙32。当环30被压缩从而能够插入圆筒形壳体10中时，刚性开口环30中的间隙32趋于闭合。可以选择间隙32的尺寸和形状，使得当环30被压缩以便插入圆筒形壳体10中时允许环30迫使间隙32最小。影响间隙32的尺寸选择的因素包括指定或预期的操作温度变幅(temperature swing)以及用于构造环30的材料的膨胀系数。典型地，环30的剖面300在受压缩时不显著变形，并且通过改变环30的直径来适应压缩力。可以预期的是，在一些实施例中，可以在例如需要调节温度和压力作用下的收缩和膨胀的情况下，希望至少一个环420、421或422由包括一部分可变形材料的材料构成，并且可以将环中更软且更易变形的环421或422与环中更坚固且刚性更大的环422或421接合以在操作条件下提供耐压性和延展性的组合。

刚性环30的压缩产生反作用径向力，该反作用径向力导致环30保持与圆筒形壳体10的外壁的接触，从而形成密封。该反作用力可以形成抵抗密封板沿着圆筒形壳体10的轴线进行移动的抵抗阻力。可以通过选择用于构造刚性环的材料并通过设定刚性环的尺寸来控制反作用力的值。例如，可以选择环30的厚度以及环状件30的外径34和内径36，以获得希望的反作用力。可以选择环30的材料的反作用力和抵抗力，以允许密封件和/或密封板具有一定的移动量，以便调节圆筒形壳体10或被密封螺旋元件的膨胀和/或收缩。

<间隙轮廓>

可以选择间隙32的轮廓，以控制流体通过环形密封件30的流动。经由环形密封件30的泄漏典型地导致一部分未过滤的或被污染的流入流体(处理进料)从连续的过滤元件11与系统壳体10之间的空间通过。一些系统包括径向密封件，该径向密封件仅安装在一系列过滤元件中的第一个过滤元件11的密封板12上以便引导流入流通过过滤元件11。邻接的过滤元件的下游侧密封板12防止从过滤元件11向过滤元件11与系统壳体10之间的空间中的泄漏。上述空间中的未过滤的流体可以根据需要而经由系统移除和再循环利用。可以希望允许经由径向密封件30向上述空间存在一定程度的泄漏，以减小由于上述空间与过滤元件11的内部之间的压力差而引起的过滤元件的封装材料或壳体上的应力。因此，可以选择间隙32的轮廓，以获取并控制用于平衡系统中的压力的泄漏水平。

如图5A所示，在一些实施例中，环30中设置有方形间隙50。通过设置环状件30的方形端部500和501来获取方形间隙50的形状。方形间隙50与通过过滤系统的流体的流动方向(如标有箭头的线58所示)对准。应该理解到，方形间隙还垂直于密封板的半径并且平行于密封板12的轴线14(参见图1A至图1C)。图5B示出斜角间隙52，其中，以所选择的角度切割环30的端部520和521，以形成端部520和521的叠置。可以选择用于端部520和521的切割角度，以调节密封环30在操作温度范围内的膨胀/收缩的预期水平。图5C示出简化的组合式间隙54。环状件30具有叠置的台阶状端部540和541，端部540和541典型地构造成无论环30是受压缩还是处于自然状态均提供叠置。因此，组合式间隙54设置有沿着环状件30的周向偏移的至少两个间隙542和544。间隙542和544可以通过通道543相连。在典型的操作压力下，由通道543形成的间隙典型地是可忽略的，这是因为端部540和541通常被迫进行接触，从而通道543的宽度可以由端部540和541的表面的微结构和平面度以及这些平面上存在的中断部、润滑脂、粉尘或其它颗粒来限定。因此，可以将例如图5B至5D所示的构造称为环状件的中断部，这是因为在操作条件下这些构造中的间隙可以有效地闭合。下面进行更详细的描述，图6所示的本发明的实施例包括环状密封件60，环状密封件60具有呈台阶状的组合式间隙/中断部62。如以下所描述的，已经表明环状密封件60的性能满足或超过了相同条件下的等同弹性材料密封件的性能。图5D示出双环密封构造56，该构造可以用于使泄漏最小。如图所示，双环构造56的环状密封件具有斜角间隙52，但也可以如应用所希望或要求的那样使用方形间隙50和台阶状间隙54的轮廓。

出于处理供料流的考虑，间隙50、52或54在密封环30中形成了中断部，这有可能导致泄漏，从而允许处理供料“流过”密封环30。因此，本发明的一些实施例采用了组装在一起以获得更彻底的密封的多个密封环46，如图4B所示(还参见图5D)。可以使用将密封环叠置的多种方案，以确保间隙尺寸是最小的和/或确保处理供料的流动的阻力最大。例如，密封环421和422可以在角度上偏移，以使密封环421和422中的各间隙32消除或最小。可以使第一密封环421中的例如凸部等定位元件与相邻的密封环422中的对应凹部相配合来保持多环密封构造中的偏移。可以使其它定位元件与密封环421及422中的间隙32接合。在一些实施例中，可以通过将密封环421和422永久性地或暂时性地粘合来保持密封环421和422中的间隙32的相对位置的偏移。

图6示出本发明的实施例，该实施例可以被构造成用于螺旋膜式过滤系统中。基本刚性的环状密封件60由硬聚合物制成，该硬聚合物被选择成承受与具有4英寸、8英寸或16英寸过滤元件的过滤系统相关联的温度和压力。密封件60的环状件600具有中断部62，中断部62形成在环状件600的两个叠置的台阶状端部64和65的相交处，如63详细示出。在环状密封件60被压缩之前，端部64和65的台阶部部分地叠置，在环状件61的相反两侧的表面(仅示出了表面630)中留有间隙66和67。选择叠置部68的距离，以在使泄漏最小的同时保持环状件61的机械强度。在压缩时，间隙66和67趋于闭合，从而允许环状密封件60的直径减小。出于描述的目的，各个端部64和65示出为具有单个台阶部。然而，本发明的一些实施例包括如下的环：该环具有带多个台阶部的端部64和65。可以在将密封板12插入壳体10中之前将环状密封件60设置在密封板12中的凹槽16中。环状密封件60中的台阶状中断部62允许环状几何结构的重新构造，其可测量为当密封板12被插入壳体中之后环状密封件60受压缩时环状密封件60的半径和周长的变化量。在一些实施例中，在操作之前，台阶轮廓中断部62可以在间隙66与67之间具有通道。当密封环60被装配在密封板12的凹槽16中并被插入壳体10中时，间隙66和67中的一者或两者的尺寸减小，并且当加压的流体流过过滤元件时，端部64和65的台阶部挤压在一起并使任何通道均闭合，其净影响是改善了受压时的密封性。

再参考图7A和图7B，一些实施例包括偏移台阶间隙构造，其中，间隙的每一侧均具有整体以70示出的组合式和/或复合式台阶构造。可以使用具有台阶状间隙54(参见图5C)的两个相同环状密封件72和73来构造台阶构造70。这两个环状环中的一个环72相对于另一个密封环73翻转，并且台阶状间隙54是对准的。图7B详细地示出环状密封件台阶状间隙54的72和73的一侧。如果不是单独的模制件，则可以将两个环状密封件粘合或胶合起来，以获得复合式台阶构造70。如上所述，在台阶部中使用两个不同的竖向凸起部74和75。因此，当翻转并粘合时，在间隙中设置有叠置部，并且对于试图流过间隙的流体而言存在曲折的路径。该曲折的路径可以显著地减小经由间隙的泄漏。在一些实施例中，具有图7A复合式台阶状间隙的环状密封件可以以模制的环来提供，或者是通过机械加工和/或切削以挤出法、压印法或本领域技术人员已知的其它合适手段形成的单个环71来提供。

图7C示出整体以76表示的台阶构造的变型例，其中，台阶部设置在径向和轴向两个方向上。在上述实例中，一个端部761具有柱体78，柱体78构造成装配到位于另一个端部760中的配合凹部或通道部77中。典型地，柱体78静止在通道部77中，图7C示出处于被拆开构造的端部760和761。应该理解的是，这种“柱体和孔”和/或“销钉和孔”构造可以为开口环式密封件提供改善的轴向和径向强度，但容易导致较多的泄漏或旁流。

在一些实施例中，特别是在系统启动期间，可能希望存在一定程度的旁流，以减轻和/或平衡压力。应该理解的是，一些常规螺旋元件设置有设于密封板中的放出/排泄孔或凹槽，以使受控量的流体穿过常规弹性材料密封件。应该理解的是，本发明的一些方面消除了对这种孔和凹槽的需要，这是因为上述新密封件可以构造成在密封件自身中获得希望程度的泄漏。为了上述目的，将膜元件的分隔性能作为主要的基准。因此，如果两个径向密封件提供基本相同的分隔性能，则可以认为旁流量无关紧要。

在同一凹槽42中可以安装多个密封环，以便将泄漏最小化或消除。如图4B所示，可以将多个开口环式密封件46容纳在密封板40的凹入的槽42中，其中，两个邻接的环46设置在密封板40的凹槽42中。如图5D所示，邻接的环的间隙54和56可以沿相反的方向取向。多个环30的组合以及间隙叠置的设计可以为能从环间隙32的组合穿过的流体量提供有效的控制措施。可以使用如下定位方法来保持叠置：该方法将两个或更多个环30相对于彼此和/或相对于密封板40的凹槽42锁定。定位步骤可以用于确保间隙42沿整个密封件的深度不对准。可以使用液压表面、销钉和孔、凸部和凹部、摩擦力、插槽、凹槽以及其它类似的方法来保持定位。在一个实例中，可以在一个环的表面上设置凸起表面、销钉或凸部，以便与相邻的环的间隙接合，从而使这两个环的间隙不对准并且不叠置。

<本发明的一些方面的附加说明>

本发明的上述说明意图是示意性的而不是限制性的。例如，本领域的技术人员将会理解到，本发明可以通过上述功能和能力的多种组合来实施，并且与如上描述的情况相比可以包括更少或附加的元件。下面提供本发明的一些附加的方面和特征，并且本领域的技术人员在受到本说明书的教导之后将理解到可以使用以上更详细描述的功能和元件来获取这些附加的方面和特征。

本发明的一些实施例提供用于过滤系统的径向密封件。一些实施例包括一个或多个环状件，所述一个或多个环状件具有外周、内周和厚度。在一些实施例中，各个环状件的内周均具有如下的直径：直径被选择为使得上述环状件装配在密封板的外表面中的凹槽中。在一些实施例中，各个环状件的外周的直径被选择为大于接纳所述密封板的圆筒形壳体的内表面的直径。在一些实施例中，在环形元件的环状件中，各个环的间隙的中心沿着所述至少一个环状件的半径。在一些实施例中，所述间隙具有如下宽度：所述宽度被选择为使得所述环形元件能变形到足以允许所述至少一个环状件插入所述圆筒形壳体中。

在一些实施例中，所述环状件的内径和外径以及所述间隙的宽度被选择为获得所述至少一个环状件的所述外周与所述圆筒形壳体的内表面之间的紧密配合。在一些实施例中，所述紧密配合被对所述环形元件的压缩做出反应的恢复力保持。在一些实施例中，所述恢复力的大小与所述间隙的宽度以及用于制造所述至少一个环状件的材料有关。在一些实施例中，所述间隙的宽度被选择为当环状件安装到所述凹槽中并且所述密封板插入所述圆筒形壳体中时，允许最大程度的泄漏。

在一些实施例中，密封件包括两个或更多个环状件。在一些实施例中，环状件被构造为当所述环状件安装在所述凹槽中时，所述环状件的间隙不对准，从而使操作中的泄漏最小。一些实施例包括定位系统。在一些实施例中，一对相邻的环状件中的各个环状件包括定位元件，定位元件与另一个环状件的定位元件协作以确保一对环状件的间隙不对准。在一些实施例中，定位系统包括凸起元件，所述凸起元件设置在所述一对环状件中的一者的表面上并与相邻的环状件的间隙相配合。在一些实施例中，定位系统包括凸起元件，所述凸起元件设置在所述一对环中的一者的表面上并配合在设置于相邻的环状件的表面上的凹槽中。在一些实施例中，环状件由金属制成。在一些实施例中，至少一个环状件由聚合物制成。

本发明的一些实施例提供用于对插入过滤系统的圆筒形壳体中的螺旋膜式元件进行密封的系统和方法。一些实施例包括如下步骤：将至少一个开口环式密封件设置在位于所述螺旋膜式元件的密封板的外表面上的凹槽中。在一些实施例中，所述开口环式密封件的外径超过所述圆筒形壳体的内表面的直径。一些实施例包括将密封环插入圆筒形壳体中的步骤。在一些实施例中，插入所述密封环的步骤包括将所述至少一个开口环式密封件压缩的步骤。

在一些实施例中，所述开口环中的间隙具有如下宽度：所述宽度被选择为使得所述环形元件能响应于压缩步骤而变形到足以允许所述至少一个开口环式密封件配合在所述圆筒形壳体中。在一些实施例中，选择所述间隙的宽度使得当所述至少一个环状件安装到所述凹槽中并且所述密封板插入所述圆筒形壳体中时，允许最大程度的泄漏。在一些实施例中，至少一个开口环式密封件包括多个开口环式密封件。一些实施例包括如下步骤：使所述多个开口环式密封件中的各个开口环式密封件对准，以避免相邻开口环的间隙叠置，从而使操作中的泄漏最小。在一些实施例中，对准的步骤包括：使用设置在各个开口环式密封件上的定位元件来构造相邻的一对开口环式密封件的对准。在一些实施例中，定位元件包括凹槽、销钉、孔和插槽中的一者或多者。

本发明的一些实施例提供用于保持过滤系统的过滤元件与壳体之间的密封性的开口环式密封件。一些实施例包括刚性的环状件，所述环状件中具有中断部。在一些实施例中，所述环状件的内径被选择为允许所述环状件与设置在所述过滤元件的外表面中的凹槽相配合。在一些实施例中，所述环状件的外径被选择为大于所述壳体的内表面的直径。在一些实施例中，响应于在所述过滤元件插入所述壳体期间接收到的压缩力，所述中断部适应所述环状件的内径和外径的减小。在一些实施例中，所述环状件被构造为抵抗其剖面轮廓响应所述压缩力而产生的改变。在一些实施例中，所述中断部包括所述环状件中的台阶状通道，在流体轴向流动通过所述过滤系统的压力的作用下，所述台阶状通道基本闭合。在一些实施例中，所述中断部通过使形成在所述环状件中的两个台阶状端部叠置而形成。在一些实施例中，所述环状件被构造为保持所述过滤元件与所述壳体之间的密封性并且无论轴向流动的方向如何，均抵抗流体通过过滤系统的轴向流动。在一些实施例中，在过滤期间，所述密封件进行操作来抵抗所述过滤元件周围的流体旁流而流入所述过滤元件与所述壳体之间的空间中。在一些实施例中，在清洗期间，所述密封件进行操作来抵抗所述过滤元件周围的冲洗流体旁流而流入所述过滤元件与所述壳体之间的空间中。

本发明的一些实施例包括密封环，该密封环具有一些上述元件的组合。密封环可以设置在用于过滤和/或处理水、废水、雨水、饮用水及非饮用水、以及汁液的过滤系统中的过滤元件中。过滤系统可以包括螺旋膜式过滤系统、家用或商用的反渗透系统、以及其它将过滤元件容纳在管、罐体、或其它容器或导管中的过滤系统。在一些实施例中，过滤系统可以用于过滤和处理化学及工业应用中的其它流体。

尽管参考具体的示例性实施例对本发明进行了描述，但显而易见的是，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的更广义的精神和范围的情况下对这些实施例做出多种修改和变型。因此，应该认为说明书和附图是示意性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种过滤系统中的径向密封件，所述密封件包括至少一个环状件，所述至少一个环状件由外周、内周和厚度限定，并且所述至少一个环状件具有：

所述内周的直径，其被选择为配合在密封板的外表面中的凹槽内；

所述外周的直径，其被选择为大于接纳所述密封板的圆筒形壳体的内表面的直径；

所述至少一个环状件中的间隙，其中心在所述至少一个环状件的半径上，其中，所述间隙具有如下宽度：所述宽度被选择为使得所述环形元件能变形到足以允许所述至少一个环状件插入所述圆筒形壳体中；

所述至少一个环状件的内径和外径以及所述间隙的宽度被选择为获得所述至少一个环状件的所述外周与所述圆筒形壳体的内表面之间的紧密配合。

2.根据权利要求1所述的密封件，其中，

所述紧密配合被对所述环形元件的压缩做出反应的希望恢复力保持，所述恢复力的大小与所述间隙的宽度以及用于制造所述至少一个环状件的材料有关。

3.根据权利要求2所述的密封件，其中，

所述间隙的宽度被选择为当所述至少一个环状件安装到所述凹槽中并且所述密封板插入所述圆筒形壳体中时，允许最大程度的泄漏。

4.根据权利要求3所述的密封件，其中，

所述密封件包括多个环状件，所述多个环状件被构造为当所述多个环状件安装在所述凹槽中时，所述多个环状件的间隙不对准，从而使操作中的泄漏最小。

5.根据权利要求4所述的密封件，还包括：

定位系统，其中，一对相邻的环状件中的各个环状件包括定位元件，定位元件与另一个环状件的定位元件协作以确保一对环状件的间隙不对准。

6.根据权利要求5所述的密封件，其中，

所述定位系统包括凸起元件，所述凸起元件设置在所述一对环状件中的一者的表面上并配合在相邻的环状件的间隙中。

7.根据权利要求5所述的密封件，其中，

所述定位系统包括凸起元件，所述凸起元件设置在所述一对环中的一者的表面上并配合在设置于相邻环状件的表面上的凹槽中。

8.根据权利要求1所述的密封件，其中，

所述间隙以如下的方式形成在环状件中：将所述环状件的两端设置为中心位于所述环状件的半径上且与所述环状件的半径形成角度，所述环状件的两端与所述半径相交。

9.根据权利要求1所述的密封件，其中，

所述间隙具有台阶状轮廓。

10.一种对螺旋膜式元件进行密封的方法，所述螺旋膜式元件被构造为插入过滤系统的圆筒形壳体中，所述方法包括：

将至少一个开口环式密封件设置在位于所述螺旋膜式元件的密封板的外表面上的凹槽中，所述开口环式密封件的外径超过所述圆筒形壳体的内表面的直径；以及

将所述密封环插入所述圆筒形壳体中，插入所述密封环的步骤包括将所述至少一个开口环式密封件压缩的步骤，其中，

所述开口环中的间隙具有如下宽度：所述宽度被选择为使得所述环形元件能响应于压缩步骤而变形到足以允许所述至少一个开口环式密封件配合在所述圆筒形壳体中。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，

选择所述间隙的宽度使得当所述至少一个环状件安装到所述凹槽中并且所述密封板插入所述圆筒形壳体中时，允许最大程度的泄漏。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，

所述至少一个开口环式密封件包括多个开口环式密封件。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括如下步骤：

使所述多个开口环式密封件中的各个开口环式密封件对准，以避免相邻开口环的间隙叠置，从而使操作中的泄漏最小。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，

所述对准的步骤包括：使用设置在各个开口环式密封件上的定位元件来构造相邻的一对开口环式密封件的对准。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，

所述定位元件包括凹槽、销钉、孔和插槽中的一者或多者。

16.一种用于保持过滤系统的过滤元件与壳体之间的密封性的开口环式密封件，所述开口环式密封件包括刚性的环状件，所述环状件中具有中断部，其中，

所述环状件的内径被选择为允许所述环状件与设置在所述过滤元件的外表面中的凹槽相配合；

所述环状件的外径被选择为大于所述壳体的内表面的直径；

响应于在所述过滤元件插入所述壳体期间接收到的压缩力，所述中断部适应所述环状件的内径和外径的减小；并且

所述环状件被构造为抵抗其剖面轮廓响应所述压缩力而产生的改变。

17.根据权利要求16所述的开口环式密封件，其中，

所述中断部包括所述环状件中的台阶状通道，在流体轴向流动通过所述过滤系统的压力的作用下，所述台阶状通道基本闭合。

18.根据权利要求16所述的开口环式密封件，其中，

所述中断部通过使形成在所述环状件中的两个台阶状端部叠置而形成。

19.根据权利要求16所述的开口环式密封件，其中，

所述环状件被构造为保持所述过滤元件与所述壳体之间的密封性并且无论轴向流动的方向如何，均抵抗流体通过过滤系统的轴向流动。

20.根据权利要求16所述的开口环式密封件，其中，

在过滤期间，所述密封件进行操作来抵抗所述过滤元件周围的流入所述过滤元件与所述壳体之间的空间中的流体旁流；并且

在清洗期间，所述密封件进行操作来抵抗所述过滤元件周围的流入所述过滤元件与所述壳体之间的空间中的冲洗流体旁流。

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