ES2710496T3 - Sello de laberinto axial para sistemas de módulos de membrana enrollada en espiral - Google Patents
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Abstract
Un sistema de dos elementos de membrana en espiral para un sistema de filtración, comprendiendo un elemento en espiral una primera placa de sellado, comprendiendo el otro elemento en espiral una segunda placa de sellado formando un par de placas de sellado (11, 32, 36, 40, 49) acopladas que sirven para sellar los elementos de membrana en espiral (10, 10'), comprendiendo tanto la primera como la segunda placas de sellado una llanta (95) soportada alrededor de un canal central y que define un segundo canal ubicado entre el canal central (950) y la llanta ( 95), en donde: la llanta (95) tiene una superficie axial sustancialmente alineada con un plano perpendicular a un eje del canal central (950); una porción de la superficie axial de la primera placa de sellado (32, 40) tiene una textura, teniendo la textura un patrón complementario del patrón de textura de una porción de una correspondiente superficie axial de una segunda placa de sellado (36, 49); en donde las texturas de las superficies axiales de la primera placa de sellado (32, 40) y de la segunda placa de sellado (36, 49) se extienden radialmente a lo largo de las superficies axiales y están configuradas para engranar cuando las placas de sellado (32, 36, 40, 49) están en contacto, y las texturas de las superficies axiales de la primera placa de sellado (32, 40) y de la segunda placa de sellado (36, 49) comprenden unos patrones complementarios que se extienden radialmente a lo largo de las superficies axiales de la primera placa de sellado (32, 40) y de la segunda placa de sellado (36, 49); y caracterizado por que las texturas engranadas crean una trayectoria tortuosa entre los fluidos presentes en el segundo canal y un espacio externo a la llanta (95).
Description
DESCRIPCION
Sello de laberinto axial para sistemas de modulos de membrana enrollada en espiral
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere en general a sistemas de filtracion de membrana y, mas en particular, a los sellos utilizados en elementos de membrana en espiral de los sistemas de filtracion.
Descripcion de la tecnica relacionada
Ciertos tipos de sistemas de filtracion utilizados para eliminar contaminantes qulmicos y organismos del agua comprenden uno o mas elementos de filtracion que estan sellados dentro de un recinto. El recinto puede comprender un recipiente, un tambor y/o un tubo.
En particular, los sistemas de filtracion utilizados para el tratamiento de agua a gran escala pueden incluir una serie de elementos que estan conectados entre si dentro de una estructura tipo tuberla y que dirigen un flujo de entrada de agua contaminada o impura a traves de un material de filtro y hasta una tuberla o canal de salida. En el ejemplo mostrado en la Fig. 1, el elemento de filtracion 10 en un sistema de filtracion de membrana en espiral comprende una estructura de membrana que esta enrollada en espiral. En la Fig. 1, una lamina 100 portadora de permeato esta laminada dentro de una envoltura de lamina membranosa de filtracion 102 y las capas adyacentes estan separadas por unos separadores 101 de alimentacion y habitualmente encerradas dentro de una cubierta o envolvente dura para evitar la fuga del flujo de entrada y proporcionar un grado de estabilidad y resistencia mecanica al elemento de filtracion 10. Los elementos de filtracion, tales como el elemento de filtracion de membrana en espiral 10, se proporcionan habitualmente en una forma sustancialmente cillndrica y pueden instalarse uno o mas elementos de filtracion 10 y 10', extremo con extremo, dentro de una carcasa 21 (tal como se muestra en la Fig. 2A). Un fluido entrante 15 es introducido por un extremo del sistema, a traves de una entrada a presion, y penetra en el elemento de filtracion 10 por un extremo 15 y, despues de haber pasado a traves de la membrana 102, sale ya sea como una corriente de permeato 14, habitualmente a traves de un tubo o canal central 13, o como una corriente de concentrado 16 que sale del dispositivo de filtracion de membrana. El tubo central es habitualmente coaxial con la carcasa 21 y esta acoplado o conectado de algun otro modo con la membrana 102 de una manera que permita la recogida del permeato 14. El permeato 14 puede ser extraldo del sistema en cualquier direccion.
Estos elementos de filtracion funcionan como filtros de membrana. A diferencia de los sistemas de filtracion por lotes convencionales, el sistema de filtracion descrito funciona segun un proceso continuo en regimen permanente. Por consiguiente, la totalidad del material que entra en la corriente de alimentacion 15 es sustancialmente igual a la suma de todo el material que sale del dispositivo de filtracion en las dos corrientes 14 y 16 de salida. Tales sistemas pueden usarse en aplicaciones que suministren agua potable, limpien o traten agua residual y/o agua pluvial, extraigan agua de lodos y/o desalinicen agua tal como agua de mar; en estas aplicaciones, el flujo de permeato diluido 14 es el producto principal del sistema. Inversamente, la corriente de concentrado 16 puede proporcionar el producto principal cuando el objetivo sea recuperar o concentrar un soluto valioso.
Los elementos 10 de membrana en espiral se utilizan como medios para empaquetar una membrana 102 de osmosis inversa, de lamina plana, en aplicaciones de separacion util. Estos elementos se cargan habitualmente extremo con extremo en una carcasa cillndrica 21 tal como se muestra en la Fig. 2A. El flujo de alimentacion 15 del proceso se introduce por un extremo de la carcasa y fluye axialmente, 140, a traves del elemento 10, con una parte 141 que pasa a traves del medio de filtro 102 hasta un sistema de canal o tuberla central de recogida 13 que proporciona un flujo 14 de salida. El concentrado 16 restante pasa desde un primer elemento 10 hasta un segundo elemento 10' y as! sucesivamente. El concentrado 16 extraldo del sistema puede procesarse externamente y/o reciclarse a traves del sistema dependiendo de la configuracion y la funcion del sistema. Es necesario proporcionar entre los sucesivos elementos en espiral 10 y 10' un mecanismo de sellado que asegure que la corriente de concentrado 16 procedente del primer elemento 10 pase como una corriente de alimentacion 15 al subsiguiente elemento 10' de filtracion de membrana en espiral.
Este mecanismo de sellado se puede lograr utilizando unas placas de sellado 11 (mostradas con mayor detalle en la Fig. 2B) que estan unidas a cada extremo de cada elemento en espiral 10 y 10'. En los sistemas convencionales, se colocan sellos elastomericos en una ranura 201 ubicada en un borde externo de la placa de sellado 11, a fin de impedir el escape de fluido al espacio situado entre el elemento 10 o 10' y la carcasa o recipiente 21. Unos acoplamientos 202 que conectan los sucesivos canales centrales 13 tambien se sellan habitualmente usando sellos elastomericos.
El documento US 5851 267 A desvela la colocacion de una parte de junta en la salida anular de un elemento de membrana de tipo espiral y la formacion de una conexion sellada mediante la compresion mutua de un anillo torico con unas salidas anulares adyacentes rotativas. El documento WO 2007/072897 A1 da a conocer que cada mecanismo de conexion (J) tiene un miembro movil (M) en el lado de corriente arriba o en el extremo de corriente abajo de cada elemento de membrana y tiene una parte de encaje (9d) mutuamente encajable. El
documento US 2003/024868 A1 da a conocer la colocacion de una parte de junta que comprende un cubo interno 36 y un cubo externo 48 en la tapa extrema 34 de un elemento de membrana de tipo espiral y que conecta unos elementos de separacion adyacentes mediante una estructura de bloqueo en la parte de junta.
Breve sumario de la invencion
La invencion se refiere a un sistema de dos elementos de membrana en espiral con placas de sellado de acuerdo con la reivindicacion 1. Se puede formar un sello utilizando una primera placa de sellado, para tapar el primer elemento de membrana en espiral, que tiene una cara sustancialmente plana configurada para encajar con una correspondiente cara de una segunda placa de sellado del segundo elemento de membrana en espiral. Las caras de la primera y la segunda placas de sellado tienen unos patrones complementarios que se extienden radialmente a lo largo de las superficies axiales de la placa de sellado y de la segunda placa de sellado, de modo que los patrones complementarios produzcan un contacto engranado entre las placas de sellado cuando el elemento de membrana en espiral esta acoplado al elemento de membrana en espiral adyacente. El contacto engranado crea una trayectoria de flujo tortuosa desde el interior del elemento de membrana en espiral hasta el exterior del elemento de membrana en espiral, sellando as! el elemento de membrana en espiral en el punto de acoplamiento con el elemento de membrana en espiral adyacente. Haciendo que la trayectoria tortuosa sea mas laberlntica, se puede aumentar la resistencia al flujo a traves del sello y, en consecuencia, se puede reducir el grado de fugas por el sello permitido en funcionamiento.
Por lo tanto, el contacto engranado puede producir una trayectoria que tenga multiples giros, esquinas, escalones, etc. Por ejemplo, se puede formar un contacto engranado usando superficies escalonadas complementarias en el elemento de membrana en espiral y en el elemento de membrana en espiral adyacente. Los perfiles escalonados pueden formarse con bordes en angulo recto para uno o mas escalones y/o los perfiles pueden tener forma de V.
De acuerdo con ciertos aspectos de la invencion, se puede conectar una pluralidad de elementos de membrana en espiral secuencialmente dentro de una carcasa cillndrica, estando el extremo de alimentacion de la carcasa cillndrica sellado con un sello radial. Se puede proporcionar un sello radial mediante un elemento anular instalado en una ranura de una placa de sellado.
De acuerdo con ciertos aspectos de la invencion, el elemento de membrana en espiral se puede acoplar a otros elementos de membrana en espiral adyacentes utilizando las placas de sellado descritas en el presente documento. El acoplamiento puede ser mantenido por un mecanismo de enganche. En un ejemplo, el mecanismo de enganche comprende un trinquete que se proporciona en el elemento de membrana en espiral y una ranura receptora proporcionada en el elemento de membrana en espiral adyacente. Habitualmente el mecanismo de enganche se acopla antes de insertar el elemento de membrana en espiral y el elemento de membrana en espiral adyacente en la carcasa cillndrica. El mecanismo de enganche puede configurarse de tal manera que la carcasa cillndrica evite que el mecanismo de enganche se suelte mientras el acoplamiento entre los elementos de membrana en espiral adyacentes permanece dentro de la carcasa cillndrica.
Breve descripcion de los dibujos
La Fig. 1 ilustra un elemento de filtracion de membrana en espiral utilizado en sistemas de filtracion.
Las Figs. 2A y 2B ilustran un sistema de filtracion que tiene una pluralidad de elementos de filtracion.
La Fig. 3 ilustra una placa de sellado y una superficie engranable de la cara de la placa de sellado de acuerdo con ciertos aspectos de la invencion.
La Fig. 4 ilustra ciertos aspectos de las placas de sellado empleadas en realizaciones de la invencion.
La Fig. 5 Ilustra perfiles de sellado axiales en ciertas realizaciones de la invencion.
La Fig. 6A ilustra mecanismos de enganche de la placa de sellado proporcionados de acuerdo con ciertos aspectos de la invencion.
La Fig. 6B ilustra la colocacion de separadores en una placa de sellado en ciertas realizaciones de la invencion. Las Figs. 7A y 7B ilustran ejemplos de perfiles de sellado axial de acuerdo con ciertos aspectos de la invencion. La Fig. 8 ilustra ejemplos de una banda de textura proporcionada en una placa de sellado de acuerdo con ciertos aspectos de la invencion.
Las Figs. 9A y 9B ilustran configuraciones simetricas de patrones de textura proporcionados en una banda de textura de acuerdo con ciertos aspectos de la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
A continuacion se describiran en detalle realizaciones de la presente invencion con referencia a los dibujos, que se proporcionan como ejemplos ilustrativos para que los expertos en la tecnica puedan poner en practica la invencion. Notablemente, las figuras y los ejemplos siguientes no pretenden limitar el alcance de la presente invencion a una unica realizacion, sino que son posibles otras realizaciones mediante el intercambio de algunos o todos los elementos descritos o ilustrados. Siempre que sea conveniente, se utilizaran en todos los dibujos los mismos numeros de referencia para referirse a partes iguales o similares. Cuando ciertos elementos de estas realizaciones puedan implementarse parcial o totalmente utilizando componentes conocidos, solo se describiran aquellas partes
de dichos componentes conocidos que sean necesarias para comprender la presente invencion, y se omitiran las descripciones detalladas de otras partes de tales componentes conocidos para no oscurecer la invencion. En la presente memoria descriptiva, una realizacion que muestre un componente singular no debe considerarse limitante; mas bien, la invencion pretende abarcar otras realizaciones que incluyan una pluralidad del mismo componente, y viceversa, a menos que se indique expllcitamente lo contrario en el presente documento. Ademas, los solicitantes no pretenden que un termino de la memoria descriptiva o de las reivindicaciones tenga un significado especial o poco comun, a menos que se establezca expllcitamente como tal.
Ciertas realizaciones de la invencion proporcionan sistemas, aparatos y metodos para proporcionar sellos axiales en sistemas de filtracion por membrana. En un ejemplo, los sistemas de filtracion por membrana se pueden adaptar, de acuerdo con ciertos aspectos de la invencion, de tal modo que unos pares de elementos en espiral 10, 10' adyacentes sean sellados utilizando un sello axial ubicado habitualmente en una o mas caras 200 de una placa de sellado 11 mostrada en la Fig. 2B. Aunque los sellos de cara axial descritos en el presente documento pueden proporcionarse en una superficie que rodea el acoplamiento 202 para el canal central 13, esta descripcion estara dirigida principalmente a un sello de cara axial provisto en una superficie anular 200 hacia el borde exterior de la placa de sellado 11 con el proposito de simplificar las descripciones. El uso de sellos de cara axial puede facilitar la instalacion y el mantenimiento de los sistemas de filtracion al reducir el numero de sellos radiales necesarios para la construccion de sistemas de elementos multiples. En consecuencia, puede reducirse considerablemente la fuerza requerida para instalar y retirar los elementos en espiral 10 y 10'. Ademas, ciertos sellos proporcionados de acuerdo con ciertos aspectos de la invencion eliminan la necesidad de sellos elastomericos acoplados a la cara de las placas de sellado.
La invencion emplea una pluralidad de elementos en espiral, incluidos los elementos 10 y 10', que se unen en serie para proporcionar un "tramo de columna" deseado de los elementos de filtracion 10 y 10' utilizando unas placas de sellado 32. Las placas de sellado sirven para acoplar los elementos de filtracion 10 y 10' adyacentes y son unidas o fijadas de otro modo a un nucleo de filtracion. Habitualmente, las placas del par de placas de sellado complementarias se fijan a los extremos opuestos de un elemento de filtracion 10. Los elementos de filtracion se pueden ensamblar haciendo coincidir los extremos complementarios de los elementos de filtracion 10 y 10' adyacentes.
Los elementos en espiral 10 y 10' estan montados habitualmente dentro de una carcasa cillndrica 21 y estan unidos entre si dentro de la carcasa 21. La Fig. 3 muestra las superficies engranadas 38 y 39 en las superficies encaradas de las placas de sellado adyacentes 32 y 36, respectivamente. En el ejemplo de la Fig. 3, cada union de dos elementos en espiral 10 y 10' incluye un sello axial en una superficie de las placas de sellado 32 y 36 como alternativa a los sellos radiales que hacen contacto con una superficie interior de la carcasa 21. Por consiguiente, ciertas realizaciones de la presente invencion solo tienen que proporcionar un sello radial 25 en la entrada del flujo 14 de alimentacion del proceso al primer elemento 10 en espiral. Se apreciara que se pueden agregar otros sellos radiales 25 corriente abajo y/o en el punto de salida del flujo de alimentacion. Los sellos radiales 25 dirigen el flujo de alimentacion introducido en la carcasa hacia la estructura interna del primer elemento 10 en espiral y desde all! hacia otros elementos en espiral (por ejemplo, el elemento 10') de la columna. Los elementos en espiral se colocan extremo con extremo dentro de la carcasa 21. El sellado entre los elementos en espiral 10 y 10' se puede lograr utilizando unas placas de sellado 32 y 36 construidas de acuerdo con ciertos aspectos de la invencion. Las placas de sellado 32 y 36 pueden considerarse como placas finales unidas a los elementos en espiral 10 y 10', respectivamente.
En ciertas realizaciones, el sellado se efectua utilizando las superficies engranadas 38 y 39 de las caras axiales de las placas de sellado 32 y 36. Las superficies engranadas 38 y 39 estan configuradas para crear una trayectoria de flujo tortuosa desde la parte interior presurizada de los elementos en espiral 10 y 10' hasta un espacio exterior situado entre los elementos en espiral 10 y 10' y la carcasa cillndrica 21. Se puede apreciar un ejemplo de una trayectoria de flujo tortuosa viendo la interfaz de las placas de sellado adyacentes 40 y 49 que se muestran en las secciones de detalle 4A y 4B de la Fig. 4. La longitud, la naturaleza y la resistencia al flujo de una trayectoria de flujo tortuosa derivan del perfil de la textura de las caras axiales de las placas de sellado 32 y 36 que forman una interfaz de sellado. La Fig. 5 muestra ejemplos de unos perfiles de textura 51-53 utilizados para formar interfaces de sellado de acuerdo con ciertos aspectos de la invencion. En un ejemplo, la interfaz 51 de sellado comprende unos dientes engranados que se representan con una forma generalmente cuadrada. Se apreciara que los dientes y los huecos entre los dientes pueden tener diversas formas y que los bordes pueden ser redondeados, y que pueden tener profundidades y anchuras variables, segun se desee. Las formas de los dientes, picos y valles pueden seleccionarse para que tengan una forma triangular, conica, troncoconica o cualquier otra forma adecuada. Pueden introducirse diferencias de anchura, altura y forma en diversos puntos de las superficies de las placas de sellado con fines de coincidencia. Se pueden proporcionar en las superficies complementarias caracterlsticas de coincidencia que ayuden a alinear las placas de sellado durante el montaje;
Las Figs. 7A y 7B representan ejemplos de interfaces que pueden facilitar el encaje de las superficies 38 y 39 durante el ensamblaje del sistema de filtracion. La Fig. 7A muestra un perfil en donde los salientes, picos o dientes 70 tienen una seccion transversal trapezoidal que encaja con las depresiones, valles o canales 72 que tienen un perfil trapezoidal similar. Los extremos de los valles 72 tienen mayor anchura que los extremos de los picos 70, y
los lados inclinados de los picos 70 y de los valles 72 permiten que las superficies de sellado encajen con facilidad y resbalen hasta encajar estrechamente. La Fig. 7B muestra otro perfil en donde unos picos trapezoidales 74 encajan dentro de unos valles rectangulares 76. El perfil de la Fig.7B puede reducir la complejidad de la fabricacion al tiempo que conserva la facilidad de acoplamiento. Aunque pueda sacrificarse cierta precision de ajuste, se mantiene una trayectoria tortuosa para el flujo del fluido y la calidad del sello puede aproximarse a la del perfil que se muestra en la Fig. 7A cuando se usan suficientes picos 74 y canales 76. En un ejemplo, dos picos 70 proporcionan unas trayectorias de flujo del fluido suficientemente tortuosas para proporcionar un sellado adecuado. Aunque los ejemplos representan unos picos 70 y 74 y unos canales 72 con un perfil que es un trapecio isosceles, los angulos de la base del trapecio no tienen por que ser identicos. En algunas realizaciones, se pueden redondear las esquinas de algunos de los picos 70 y 74 y/o de los canales 72 y 76 para reducir el rayado, facilitar el encaje y por otras razones.
En otro ejemplo mostrado en la Fig. 5, la superficie de engrane 52 se forma a partir de unas superficies escalonadas complementarias en las caras axiales 38 y 39 de las placas de sellado 32 y 36 adyacentes. El fluido que pasa a traves de esta interfaz debe seguir una trayectoria mas laberlntica que incluye mas giros, por ejemplo, que la superficie de engrane 51. En otro ejemplo mas, la superficie de engrane 53 puede estar provista de unas caracterlsticas 54 y 55 de coincidencia que permiten la autoalineacion de las placas de sellado 32 y 36. La trayectoria tortuosa se puede configurar disenando la interfaz para adaptarla a los fluidos presentes en aplicaciones especlficas. Mas particularmente, puede seleccionarse el diseno de la interfaz en funcion de la temperatura de funcionamiento, la presion de funcionamiento, el caudal, el contenido en partlculas y la tolerancia de fugas. Otros factores pueden incluir los materiales seleccionados para la fabricacion de las placas de sellado, los tratamientos superficiales, as! como los condicionantes de fabricacion y de montaje, y similares.
A medida que la trayectoria tortuosa del flujo se hace mas laberlntica, generalmente aumenta la resistencia al flujo a traves del sello. Por ello disminuye el flujo desde el interior de los elementos adyacentes de membrana en espiral 10 y 10' hasta el espacio que rodea a los elementos de membrana en espiral 10 y 10', proporcionando as! un mejor sellado de los elementos de membrana en espiral 10 y 10' en el punto de su acoplamiento. Se puede crear un laberinto utilizando una trayectoria tortuosa que tenga multiples giros, esquinas, escalones, etc. Por ejemplo, se puede formar un contacto engranado utilizando superficies dentadas y/o escalonadas complementarias en el elemento de membrana en espiral y en el elemento de membrana en espiral adyacente. Los perfiles escalonados pueden formarse con bordes en angulo recto para uno o mas escalones o dientes y/o los perfiles pueden tener forma de V. Se apreciara que no es preciso que este flujo desde dentro hacia fuera, o "fuga", sea cero. De hecho, a menudo es deseable que este flujo tenga un cierto valor mlnimo para evitar el estancamiento dentro de la trayectoria tortuosa y/o del espacio que rodea a los elementos 10 y 10', y para permitir la extraccion de aire durante las operaciones de puesta en marcha. Los sistemas convencionales logran tal sangrado al proporcionar, en la placa de sellado, caracterlsticas tales como orificios o ranuras para proporcionar una trayectoria de flujo controlada alrededor del propio elemento de sellado. Ciertas realizaciones de la presente invencion logran fugas controladas mediante el diseno de la trayectoria tortuosa proporcionada por las superficies de contacto engranadas 38 y 39.
Habitualmente, el diseno del flujo de fluido que permite la presente invencion puede eliminar o reducir la necesidad de usar materiales de sellado elastomericos en la cara axial 200 de la placa de sellado 11 y habitualmente reduce el numero de sellos radiales 25 requerido para cada componente dentro de una carcasa 21. La mayorla de los sistemas de filtracion convencionales contienen hasta 8 elementos individuales dentro de una sola carcasa 21, con un numero proporcional de sellos radiales 25 agregados para cada elemento. La reduccion de los sellos 25 que entren directamente en contacto con la pared de una carcasa 21 puede llevar a una reduccion significativa de la fuerza de resistencia dentro del sistema de filtracion. Ademas, la eliminacion de una parte significativa de los sellos axiales 25 puede facilitar la carga y descarga de los elementos en espiral 10 y 10'. Especlficamente, se puede proporcionar un sello radial 25 a la entrada de una manera que permita que la placa de sellado 11 se mueva facilmente en cualquier direccion a lo largo del eje de la carcasa 21, facilitando as! la instalacion y el mantenimiento de los elementos de filtracion 10 en sistemas de filtracion de membrana en espiral. Estas ventajas se multiplican a medida que aumenta el diametro de la carcasa 21 y de los elementos en espiral 10.
Refiriendose de nuevo a la Fig.4, ciertas realizaciones proporcionan en la periferia de la placa de sellado 40 unas superficies elevadas que centran el elemento de filtracion en espiral 10 dentro de la carcasa 21 mientras mantienen bajas fuerzas de resistencia. En el ejemplo representado, la placa de sellado 40 comprende unas superficies concentricas elevadas 44 (se muestran cinco) en la superficie exterior del cubo de la placa de sellado 40. Estas superficies elevadas 44 pueden estar suficientemente elevadas para proporcionar un ajuste perfecto con la superficie interior 42 de la carcasa 21, proporcionando as! al eje central del elemento en espiral una sustancial alineacion con la llnea central de la carcasa. En las realizaciones que tengan carcasa cillndrica 21 y placas de sellado 40, las superficies elevadas 44 pueden mantener la carcasa 21 y la placa de sellado 40 en una sustancial alineacion coaxial. El area de contacto superficial entre las superficies elevadas 44 y la pared 42 de la carcasa 21 se limita habitualmente a reducir la resistencia por friccion, particularmente durante la introduccion y la retirada de los elementos 10 en espiral en la carcasa 21. Ademas, el numero de superficies elevadas 44 puede ser limitado, pero habitualmente se proporcionan al menos tres superficies elevadas 44 para asegurar que el elemento quede adecuadamente centrado.
En ciertas realizaciones, las placas de sellado 40 y 49 comprenden opcionalmente un mecanismo de bloqueo o enganche para mantener en estrecho contacto los elementos en espiral 10 y 10' adyacentes, optimizando asi el sellado proporcionado por la interfaz laberintica entre las placas de sellado 40 y 49. La seccion 4A de la Fig. 4 muestra, en una vista en seccion transversal, un par de elementos en espiral 40, 49 que estan enganchados y la seccion 4B del dibujo muestra una seccion transversal de unos elementos en espiral 40, 49 que no estan enganchados. Se puede proporcionar un mecanismo de enganche de elemento a elemento, tal como se muestra en la Fig. 4A, en las placas de sellado 40, 49 para limitar la capacidad de los elementos en espiral 10, 10' para desplazarse el uno con respecto al otro durante las condiciones de puesta en marcha; dichos desplazamientos pueden danar y/o crear otros problemas con los sellos internos que conectan el nucleo central de los elementos 10, 10' de filtracion.
En una realizacion, la placa de sellado 49 comprende un enganche, trinquete, gancho u otra extension 47 en o cerca de una superficie exterior de la placa de sellado 49, mientras que la placa de sellado 40 comprende una depresion receptora, un ojal u otro reten 470 en o cerca de una superficie exterior de la placa de sellado 40. Cuando se junta el par de placas de sellado 40, 49, se puede girar una placa 40 o 49 para alinear los elementos de enganche 47 y 470 y/o para alinear y orientar las superficies elevadas 44. En el ejemplo que se muestra en Fig. 4, un trinquete 47 de enganche encaja en una ranura receptora 470. En algunas realizaciones, un elemento de enganche alternativo (no representado) o un trinquete 47 de enganche puede estar configurado para elevarse sobre una superficie elevada 471 y enganchar en el lado posterior de la superficie elevada 471. El mecanismo de enganche 46 suele funcionar automaticamente sin la intervencion de la pared circundante 42 de la carcasa 21, y los elementos en espiral 10 y 10' pueden ser unidos entre si antes de su insercion en la carcasa 21. Una vez insertado en la carcasa 21, el mecanismo de enganche queda bloqueado en posicion por la proximidad de las paredes de la carcasa. El mecanismo de bloqueo puede ser desenganchado sacando de la carcasa el par de elementos 10 y 10' unidos y desenganchando el mecanismo. Por ejemplo, se puede elevar la extension de enganche, sacandola de la depresion ranurada 470, mediante el uso de una hoja o herramienta para aplicar una fuerza de extraccion sobre una muesca situada detras del trinquete de bloqueo. Se conocen en la tecnica numerosos mecanismos de enganche alternativos que pueden usarse segun sea apropiado o necesario.
La Fig. 8 es una vista de detalle que muestra una porcion de una placa de sellado 11 de acuerdo con ciertos aspectos de la invention. En el ejemplo simplificado, se proporciona una banda de textura 84 alrededor de la superficie axial 82 de la placa de sellado 80. La superficie axial 82 puede estar situada en una porcion de llanta de la placa de sellado 11 (vease la Fig. 1) y se forma habitualmente coincidiendo con un plano perpendicular al eje de la placa de sellado 11. La banda texturizada 84 puede formarse sobre la superficie axial 82 por moldeo, mecanizado, tallado, estampado, impresion, marcado, corte (incluido corte por laser), grabado, pegado de una tira de material de interfaz a la superficie axial 82, o por cualquier otro medio adecuado para el material que se utilice para fabricar la placa de sellado 11. La banda texturizada comprende habitualmente un patron que engrana con un patron complementario de otra placa de sellado 11 de un elemento de filtracion adyacente. Los elementos de filtracion adyacentes se pueden acoplar y/o sellar alineando sus respectivas placas de sellado y cerrando el espacio entre el par de placas de sellado 11 hasta que las bandas texturizadas 84 de las placas de sellado 11 queden engranadas. Tal como se describe en el presente documento, ciertos patrones y formas pueden ayudar a la alineacion de las placas de sellado 11 opuestas. La banda texturizada puede extenderse a traves de una parte o la totalidad de la superficie axial 82.
La Fig. 9A ilustra ejemplos de una disposition de patrones complementarios provistos sobre una placa de sellado 91. Los patrones pueden estar dispuestos para permitir que un unico tipo de placa de sellado sirva en cualquier extremo de un elemento de filtracion. Tal como se describe en el presente documento, se puede formar un sello hermetico cuando los patrones complementarios provistos sobre una cara axial de la placa de sellado 91 estan alineados y engranados. Los patrones se engranan, por ejemplo, cuando unos picos trapezoidales se alinean con unos valles trapezoidales. Ciertas realizaciones emplean pares de placas de sellado 91 que se complementan mutuamente. En ciertas realizaciones, los pares de patrones complementarios estan dispuestos simetricamente sobre una cara axial del anillo de sellado 91, proporcionando asi una unica placa de sellado hermafrodita que puede aparearse con una copia identica de si misma girando las placas de sellado hasta que los patrones complementarios queden alineados alrededor de la totalidad de la superficie axial. La Fig. 9A representa un ejemplo basico que proporciona un primer patron sobre una mitad de la superficie axial 90 y un segundo patron, que es el complemento del primer patron, sobre la otra mitad 92 de la cara axial de la placa de sellado 91. La Fig. 9B ilustra otro ejemplo en donde se proporcionan 6 canales 951-956 entre la llanta 95 y el canal central 950 (definidos por radios, soportes o separadores, tales como el elemento 96). En este ejemplo, dos patrones se alternan alrededor de la superficie axial, con transiciones que se producen coincidiendo con el centro de uno de los canales 951-956. En el ejemplo, un primer patron 900, 902 y 904 alterna con un patron complementario 920, 922, 924. En este ejemplo pueden usarse tres patrones diferentes, y sus complementos, si se disponen adecuadamente. Ciertas realizaciones aprovechan la capacidad de indexation de tales propiedades para asegurar la alineacion de los canales 951-956, los separadores 96 y los enganches o espaciadores 44 y otras caracteristicas. La indexacion tambien puede ser utilizada para decalar los espaciadores 44 y otras caracteristicas.
Descripciones adicionales de ciertos aspectos de la invencion
Las anteriores descripciones de la invencion pretenden ser ilustrativas y no limitativas. A continuacion se exponen adicionalmente ciertos aspectos y caracteristicas adicionales de la invencion que pueden obtenerse usando las funcionalidades y componentes descritos con mas detalle anteriormente, tal como apreciaran los expertos en la tecnica despues de haber asimilado lo que la presente divulgacion ensena.
La invencion proporciona sistemas para sellar un elemento de membrana en espiral de un sistema de filtracion que comprenden un sello que se forma usando una primera placa de sellado para tapar el elemento de membrana en espiral y que tiene una cara sustancialmente plana configurada para encajar con una cara correspondiente de una segunda placa de sellado de un elemento de membrana en espiral adyacente. Las caras de las primera y segunda placas de sellado tienen unos perfiles complementarios que proporcionan un contacto engranado de las placas de sellado cuando el elemento de membrana en espiral esta acoplado al elemento de membrana en espiral adyacente. El contacto engranado crea una trayectoria de flujo tortuosa desde el interior del elemento de membrana en espiral hacia el exterior del elemento de membrana en espiral, sellando asi el elemento de membrana en espiral en el punto de acoplamiento con el elemento de membrana en espiral adyacente.
En algunas de estas realizaciones, el contacto engranado esta formado por unas superficies escalonadas complementarias del elemento de membrana en espiral y del elemento de membrana en espiral adyacente. En algunas de estas realizaciones, los perfiles tienen forma de V. En algunas de estas realizaciones, los perfiles son escalonados, estando formado cada escalon con un borde en angulo recto. En algunas de estas realizaciones, varios elementos de membrana en espiral estan conectados secuencialmente dentro de una carcasa cilindrica. En algunas de estas realizaciones, los extremos de la carcasa cilindrica estan sellados con sellos radiales. En algunas de estas realizaciones, el sello radial es proporcionado por un elemento anular instalado en una ranura de una placa de sellado. En algunas de estas realizaciones, el elemento de membrana en espiral esta acoplado al elemento de membrana en espiral adyacente, y el acoplamiento se mantiene mediante un mecanismo de enganche. En algunas de estas realizaciones, el mecanismo de enganche comprende un trinquete provisto en el elemento de membrana en espiral y una ranura receptora provista en el elemento de membrana en espiral adyacente. En algunas de estas realizaciones, el mecanismo de enganche se encaja antes de insertar en la carcasa cilindrica el elemento de membrana en espiral y el elemento de membrana en espiral adyacente. En algunas de estas realizaciones, la carcasa cilindrica impide la liberacion del mecanismo de enganche mientras el elemento de membrana en espiral y el elemento de membrana en espiral adyacente permanezcan dentro de la carcasa cilindrica.
El sistema de la invencion comprende una placa de sellado que sirve para sellar un elemento de membrana en espiral de un sistema de filtracion, que comprende una llanta soportada alrededor de un canal central y que define un segundo canal situado entre el canal central y el segundo canal. La llanta tiene una superficie axial sustancialmente alineada con un plano perpendicular al eje del canal central. En ciertas realizaciones, una porcion de la superficie axial tiene una textura. La textura tiene un patron que es complementario del de la textura de una porcion de una correspondiente superficie axial de una segunda placa de sellado. Las texturas de las superficies axiales de la placa de sellado y de la segunda placa de sellado estan configuradas para engranar cuando las placas de sellado estan en contacto. Las texturas engranadas crean una trayectoria tortuosa entre los fluidos del segundo canal y un espacio externo a la llanta. Las texturas de las superficies axiales de la placa de sellado y de la segunda placa de sellado comprenden unos patrones complementarios que se extienden radialmente a lo largo de las superficies axiales de la placa de sellado y de la segunda placa de sellado. En ciertas realizaciones, los patrones complementarios comprenden un patron escalonado sustancialmente cuadrado. En ciertas realizaciones, los patrones complementarios comprenden patrones en forma de V. En ciertas realizaciones, los patrones complementarios comprenden valles y picos trapezoidales. En ciertas realizaciones, los patrones complementarios incluyen una caracteristica de coincidencia configurada para facilitar la alineacion de la placa de sellado y la segunda placa de sellado.
Algunas de estas realizaciones comprenden una pluralidad de superficies radiales situadas en la periferia de la llanta. En ciertas realizaciones, las superficies radiales estan configuradas para centrar la placa de sellado dentro de una carcasa cilindrica. En ciertas realizaciones, la placa de sellado esta unida a un extremo de entrada del elemento de membrana en espiral, de manera que una parte de un fluido introducido a traves del segundo canal es filtrada por el elemento de membrana en espiral y, por lo tanto, es conducida al canal central. Algunas de estas realizaciones comprenden un enganche que sirve para mantener la placa de sellado en estrecho contacto con la segunda placa de sellado. En ciertas realizaciones, una parte del enganche esta situada sobre una superficie radial externa de la llanta. En ciertas realizaciones, el enganche comprende un trinquete que se fija a la superficie radial externa de la llanta y esta configurado para encajar en una ranura receptora existente en una correspondiente superficie radial externa de la segunda placa de sellado. En ciertas realizaciones, el enganche sirve como un espaciador configurado para mantener la placa de sellado en una sustancial alineacion coaxial con una carcasa cilmdrica que encierra el elemento de membrana en espiral.
Ciertas realizaciones de la invencion comprenden un nucleo de filtracion cilindrico que rodea un canal de recogida que recoge un filtrado procedente del nucleo. Algunas de estas realizaciones comprenden un par de placas de sellado unidas a los extremos opuestos del nucleo. En ciertas realizaciones, cada placa de sellado comprende una
llanta anular que tiene una superficie axial coincidente con un plano perpendicular al eje de la llanta anular. En ciertas realizaciones, cada placa de sellado comprende una banda texturizada situada alrededor de una porcion de la superficie axial y que esta configurada para engranar con una correspondiente banda texturizada de otra placa de sellado cuando las placas de sellado estan en contacto. En ciertas realizaciones, las bandas texturizadas engranadas crean un sello de laberinto que sella sustancialmente el nucleo con respecto a un espacio externo a la llanta. En ciertas realizaciones, la banda texturizada de cada placa de sellado incluye una porcion que tiene un patron de textura que esta configurado para ajustarse a un patron de textura complementario situado en otra placa de sellado. En ciertas realizaciones, la banda texturizada de cada placa de sellado define una pluralidad de areas que tienen unos pares de patrones complementarios dispuestos de tal manera que la banda texturizada de cada placa de sellado engrane con la banda texturizada de una placa de sellado, identica y opuesta, situada en un elemento de filtracion adyacente, cuando cada placa de sellado y la placa de sellado opuesta esten mutuamente alineadas de una manera predeterminada.
Ciertas realizaciones de la invencion proporcionan sistemas de filtracion que comprenden una carcasa. Algunas de estas realizaciones comprenden una pluralidad de elementos de filtracion conectados extremo con extremo dentro de la carcasa. En ciertas realizaciones, cada elemento de filtracion comprende un nucleo de filtracion cillndrico que rodea un canal de recogida que recoge un filtrado procedente del nucleo de filtracion. En ciertas realizaciones, cada elemento de filtracion comprende un par de placas de sellado. En ciertas realizaciones, cada una de las placas de sellado del par esta unida a un extremo diferente del nucleo. En ciertas realizaciones, cada placa de sellado tiene una llanta coaxial con el canal de recogida. En ciertas realizaciones, la llanta tiene una superficie axial sustancialmente alineada con un plano perpendicular a un eje de cada una de las placas de sellado. En ciertas realizaciones, el par de placas de sellado tienen unos patrones texturizados formados en sus respectivas superficies que son complementarios y que estan configurados para engranar entre si cuando las placas de sellado estan en contacto. En ciertas realizaciones, las texturas engranadas crean una trayectoria tortuosa que sella sustancialmente un fluido no filtrado dirigido hacia el nucleo desde un espacio externo a la llanta.
Las texturas engranadas comprenden unos patrones complementarios que se extienden radialmente a lo largo de las superficies axiales de las placas de sellado. En ciertas realizaciones, las texturas engranadas comprenden unos patrones complementarios que incluyen uno o mas de entre un patron escalonado y un patron en forma de V. En ciertas realizaciones, las texturas engranadas comprenden uno o mas de entre un valle cuadrado, un pico cuadrado, un valle trapezoidal y un pico trapezoidal. En ciertas realizaciones, las texturas engranadas comprenden una o mas caracterlsticas de coincidencia que facilitan la alineacion de los elementos de filtracion adyacentes. Algunas de estas realizaciones comprenden una pluralidad de superficies radiales situadas en la periferia de las llantas. En ciertas realizaciones, las superficies radiales centran la placa de sellado dentro de la carcasa. Algunas de estas realizaciones comprenden un dispositivo de enganche para mantener los elementos de filtracion adyacentes en estrecho contacto entre si. En ciertas realizaciones, el enganche esta incorporado en una o mas de las placas de sellado adyacentes.
Las texturas con patron se extienden radialmente a lo largo de las superficies axiales de las placas de sellado. En ciertas realizaciones, la textura con patron de cada placa de sellado incluye dos patrones complementarios que estan dispuestos simetricamente en cada placa de sellado de manera que cada uno de los dos patrones quede alineado con su complemento, situado en la otra placa de sellado, cuando el par de placas de sellado esten en una alineacion deseada. En ciertas realizaciones, los patrones comprenden uno o mas de entre un patron escalonado y un patron en forma de V. En ciertas realizaciones, los patrones comprenden uno o mas de entre un patron rectangular y un patron trapezoidal. En ciertas realizaciones, los patrones complementarios comprenden una caracterlstica de coincidencia que facilita la alineacion deseada de las placas de sellado adyacentes. Algunas de estas realizaciones comprenden una pluralidad de superficies radiales ubicadas en la periferia de las llantas, cuyas superficies radiales centran la placa de sellado dentro de la carcasa. Algunas de estas realizaciones comprenden un enganche que sirve para mantener los elementos de filtracion adyacentes en estrecho contacto entre si, cuyo enganche esta incorporado en una o mas de las placas de sellado adyacentes.
Aunque la presente invencion ha sido descrita con referencia a realizaciones a modo de ejemplo especlficas, la memoria descriptiva y los dibujos deben ser considerados en un sentido ilustrativo y no restrictivo.
Claims (7)
1. Un sistema de dos elementos de membrana en espiral para un sistema de filtracion, comprendiendo un elemento en espiral una primera placa de sellado, comprendiendo el otro elemento en espiral una segunda placa de sellado formando un par de placas de sellado (11, 32, 36, 40, 49) acopladas que sirven para sellar los elementos de membrana en espiral (10, 10'), comprendiendo tanto la primera como la segunda placas de sellado una llanta (95) soportada alrededor de un canal central y que define un segundo canal ubicado entre el canal central (950) y la llanta ( 95), en donde:
la llanta (95) tiene una superficie axial sustancialmente alineada con un plano perpendicular a un eje del canal central (950);
una porcion de la superficie axial de la primera placa de sellado (32, 40) tiene una textura, teniendo la textura un patron complementario del patron de textura de una porcion de una correspondiente superficie axial de una segunda placa de sellado (36, 49);
en donde las texturas de las superficies axiales de la primera placa de sellado (32, 40) y de la segunda placa de sellado (36, 49) se extienden radialmente a lo largo de las superficies axiales y estan configuradas para engranar cuando las placas de sellado (32, 36, 40, 49) estan en contacto, y las texturas de las superficies axiales de la primera placa de sellado (32, 40) y de la segunda placa de sellado (36, 49) comprenden unos patrones complementarios que se extienden radialmente a lo largo de las superficies axiales de la primera placa de sellado (32, 40) y de la segunda placa de sellado (36, 49); y
caracterizado por que las texturas engranadas crean una trayectoria tortuosa entre los fluidos presentes en el segundo canal y un espacio externo a la llanta (95).
2. El sistema de la reivindicacion 1, en donde los patrones complementarios comprenden un patron escalonado sustancialmente cuadrado; o en donde los patrones complementarios comprenden patrones en forma de V; o en donde los patrones complementarios comprenden valles y picos trapezoidales; o en donde los patrones complementarios incluyen una caracterlstica de coincidencia configurada para facilitar la alineacion de la primera placa de sellado (32, 40) y la segunda placa de sellado (36, 49).
3. El sistema de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente una pluralidad de superficies radiales situadas en la periferia de la llanta (95), en donde las superficies radiales estan configuradas para centrar la primera placa de sellado (32, 40) dentro de un recinto cillndrico.
4. El sistema de la reivindicacion 1, en donde la primera placa de sellado (32, 40) esta unida a un extremo de entrada del elemento de membrana en espiral (10, 10') de tal manera que una porcion de un fluido introducido a traves del segundo canal es filtrada por el elemento de membrana en espiral (10, 10') y desde all! conducida hasta el canal central (950).
5. El sistema de la reivindicacion 4, que comprende adicionalmente un enganche (47) que sirve para mantener la primera placa de sellado (32, 40) en estrecho contacto con la segunda placa de sellado (36, 49), en donde una parte del enganche (47) esta situada sobre una superficie radial externa de la llanta (95).
6. El sistema de la reivindicacion 5, en donde el enganche (47) comprende un trinquete que esta fijado a la superficie radial externa de la llanta (95) y esta configurado para encajar en una ranura receptora provista en una correspondiente superficie radial externa de la segunda placa de sellado (36, 49).
7. El sistema de la reivindicacion 6, en donde el enganche funciona como un espaciador configurado para mantener la primera placa de sellado (32, 40) en una alineacion sustancialmente coaxial con una carcasa cillndrica que encierra el elemento de membrana en espiral (10, 10').
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