ES2955013T3 - Dispositivos mezcladores estáticos y método de fabricación - Google Patents
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Abstract
Un subconjunto de dispositivo mezclador estático que se puede unir con otros subconjuntos de dispositivo mezclador estático para formar un dispositivo mezclador estático. El subconjunto comprende un primer par de rejillas que se cruzan (14, 16) de láminas deflectoras (18, 20) paralelas y espaciadas y un segundo par de rejillas que se cruzan (14, 16) de láminas deflectoras (18, 20) paralelas y espaciadas. 20). Las láminas deflectoras en cada una de las rejillas están intercaladas con las láminas deflectoras en la rejilla que se cruzan emparejadas y tienen porciones laterales sin cortar que las unen a lo largo de una franja transversal (38) donde las láminas deflectoras se cruzan entre sí y porciones laterales cortadas que se extienden desde las porciones laterales sin cortar hasta los extremos de las láminas deflectoras. Cada una de las láminas deflectoras en una de las rejillas de cada par de rejillas tiene una porción doblada (40) que coloca segmentos de la lámina deflectora en lados opuestos de la porción sin cortar en planos paralelos desplazados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivos mezcladores estáticos y método de fabricación
Referencia cruzada a las solicitudes relacionadas
La presente solicitud reivindica la prioridad de la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos N° 62/555.875 presentada el 8 de septiembre de 2017.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere en general a la mezcla de fluidos y, más particularmente, a dispositivos mezcladores estáticos o inmóviles para la mezcla de fluidos y a un método para fabricar la unidad mezcladora estática.
Los dispositivos mezcladores estáticos se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones para producir la mezcla o fluidización de mezclas de múltiples componentes, así como para facilitar la reacción química, la transferencia de calor y/o la transferencia de masa de corrientes de fluidos. Una serie de dispositivos mezcladores estáticos generalmente se colocan de extremo a extremo dentro de una tubería u otro conducto a través del cual fluyen las mezclas de múltiples componentes o las corrientes de fluido, con dispositivos mezcladores estáticos adyacentes girados entre sí en un ángulo preseleccionado alrededor de un eje longitudinal del conducto.
Un tipo popular de dispositivo mezclador estático utiliza dos o más rejillas de elementos cruzados a modo de hoja que están dispuestas para cruzarse entre sí en un ángulo preseleccionado y también para estar situadas en ángulo con respecto al eje longitudinal del conducto. Los elementos cruzados en cada rejilla están separados una distancia correspondiente a la anchura de los elementos cruzados de la rejilla de intersección, de manera que los elementos cruzados de las rejillas de intersección se intercalan y están en contacto lateral entre sí en los puntos de cruce. Estos elementos cruzados en contacto son típicamente elementos individuales que deben ser mantenidos en su lugar y después deben ser soldados en los puntos de cruce para asegurarlos juntos.
La construcción de las rejillas de intersección de los dispositivos mezcladores estáticos mediante la soldadura de los elementos cruzados de contacto individuales es un proceso que requiere mucho tiempo y mano de obra. Además, en aplicaciones, tales como la mezcla de polímeros, donde el dispositivo mezclador estático está sujeto a caídas de presión elevadas, estas soldaduras en los bordes laterales de los elementos cruzados están sometidas a tensiones elevadas que, con el tiempo, pueden provocar el fallo de las soldaduras. La Patente de Estados Unidos N° 5.435.061 describe un enfoque para simplificar el proceso de construcción mediante la utilización de un proceso de fundición de metal para formar partes o subconjuntos del dispositivo mezclador estático. A continuación, los subconjuntos se unen para formar el dispositivo mezclador estático. Si bien el número de soldaduras requeridas para construir el dispositivo mezclador estático se reduce en este proceso, sigue existiendo la necesidad de un proceso de construcción de dispositivos mezcladores estáticos que aumente la resistencia de los dispositivos mezcladores estáticos al reducir el número de soldaduras, pero que tampoco requiera la fundición de subconjuntos.
El documento EP 1206962 y el documento EP 0072875 cada uno describe un subconjunto de dispositivo mezclador estático según el preámbulo de la reivindicación 1.
Compendio de la invención
En un aspecto, la presente invención se refiere a un subconjunto de dispositivo mezclador estático de acuerdo con la reivindicación 1.
En otro aspecto, la invención se refiere a un dispositivo mezclador estático de acuerdo con la reivindicación 9.
En otro aspecto más, la invención se refiere a un método para fabricar un dispositivo mezclador estático de acuerdo con la reivindicación 10.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos adjuntos que forman parte de la memoria descriptiva y en donde se utilizan números de referencia similares para indicar componentes similares en las distintas vistas:
la Figura 1 es una vista lateral en perspectiva de un dispositivo mezclador estático construido según una realización de la presente invención y mostrado en una parte parcialmente seccionada de un conducto; la Figura 2 es una vista en alzado lateral del dispositivo mezclador estático y del conducto mostrado en la Figura 1;
la Figura 3 es una vista en planta superior del dispositivo mezclador estático y del conducto mostrado en las Figuras 1 y 2;
la Figura 4 es una vista lateral en perspectiva de una realización del subconjunto de dispositivo mezclador estático;
la Figura 5 es una vista lateral en perspectiva del subconjunto de dispositivo mezclador estático tomada desde un lado opuesto a la vista mostrada en la Figura 4;
la Figura 6 es una vista en alzado de dos de los subconjuntos de los dispositivos mezcladores estáticos antes de que sean unidos juntos;
la Figura 6 es una vista lateral en perspectiva de una segunda realización de un subconjunto de dispositivo mezclador estático que incorpora aberturas en las hojas deflectoras;
la Figura 8 es una vista en alzado frontal de una pieza de partida con una serie de líneas de plegado y corte que pueden utilizar para formar un subconjunto de dispositivo mezclador estático; y
la Figura 9 es una vista en perspectiva de la pieza de partida mostrada en la Figura 8.
Descripción detallada
Volviendo ahora a los dibujos con mayor detalle e inicialmente a las Figs. 1 a 3, una realización de un dispositivo mezclador estático está designada generalmente con el número 10 y se muestra dentro de un conducto cilíndrico 12 a través del cual se pretende que las corrientes de fluido fluyan y se mezclen a medida que pasan a través del dispositivo mezclador estático 10. El dispositivo mezclador estático 10 ocupa una sección transversal del conducto 10. Aunque solo se ilustra un único dispositivo mezclador estático 10, normalmente se colocan múltiples dispositivos mezcladores estáticos 10 en una relación de extremo a extremo dentro del conducto 12, con los dispositivos mezcladores estáticos adyacentes 10 girados unos con respecto a otros alrededor de un eje central longitudinal del conducto 12.
El dispositivo mezclador estático 10 comprende rejillas de intersección 14 y 16 compuestas de elementos cruzados en forma de hojas deflectoras separadas y paralelas 18 y 20, respectivamente. Las rejillas 14 y 16 y las hojas deflectoras individuales 18 y 20 se cruzan entre sí en un ángulo incluido que puede estar en una realización dentro del rango de 45 a 135 grados y en otra realización puede estar dentro del rango de 60 a 120 grados. Las rejillas 14 y 16 y las hojas deflectoras 18 y 20 también están situadas formando un ángulo, que normalmente es la mitad del ángulo incluido, con respecto al eje central longitudinal del conducto 12.
Las hojas deflectoras 18 en cada una de las rejillas 14 están intercaladas y cruzadas con las hojas deflectoras 16 en cada una de las rejillas de intersección 16 asociadas. Las hojas deflectoras 18 y 20 pueden tener forma de tiras rectangulares, excepto las hojas deflectoras 18 y 20 que están situadas más cerca de la superficie interior del conducto 12 que tienen una forma que se adapta a la forma de la superficie interior del conducto 12. Las hojas deflectoras 18 son planas y las hojas deflectoras 20 tienen dos segmentos planos 20a y 20b que están s en planos desplazados por una parte doblada 20c. Los planos desplazados pueden ser paralelos entre sí.
Las hojas deflectoras 18 dentro de cada rejilla 14 tienen extremos opuestos 22 y 24 y bordes laterales opuestos 26 y 28. Las hojas deflectoras 20 dentro de cada rejilla 16 también tienen extremos opuestos 30 y 32 y bordes laterales opuestos 34 y 36. Los bordes laterales 26, 28 y 34, 36 de las hojas deflectoras 18 y 20, respectivamente, incluyen partes sin cortar que unen las hojas deflectoras intercaladas 18 y 20 adyacentes a lo largo de una tira transversal 38 donde las hojas deflectoras 18 y 20 se cruzan entre sí. Esta tira transversal 38 crea una fuerte conexión integral entre las hojas deflectoras adyacentes 18 y 20 que se extiende por toda la anchura de cada rejilla 14 y 16 y elimina la necesidad de situar y después soldar o unir las hojas deflectoras individuales 18 y 20. Los bordes laterales 26, 28 y 34, 36 incluyen partes cortadas que se extienden desde las partes sin cortar hasta los extremos opuestos 22, 24 y 30, 32 de las hojas deflectoras 18 y 20, respectivamente.
La parte doblada 20c que coloca los segmentos 20a, 20b de la hoja deflectora 20 en los planos desplazados puede tener la forma de un pliegue en forma de S 40 que incorpora la tira transversal 38. Como se puede ver en la Fig. 3, el pliegue en forma de S 40 acorta la longitud longitudinal de las hojas deflectoras 20 en relación con la longitud longitudinal de las hojas deflectoras 18, creando así aberturas en forma de hendidura 42 entre los extremos 30, 32 de las hojas deflectoras adyacentes 18 en la proyección axial de la superficie sólida del dispositivo mezclador estático 10. Se cree que estas aberturas 42 y el pliegue en forma de S 40 en las hojas deflectoras 20 facilitan la mezcla de las corrientes de fluido cuando fluyen a través del dispositivo mezclador estático 10.
En cada par de rejillas de intersección 14 y 16, el extremo 24 de cada una de las hojas deflectoras 18 no está cortado y está unido a un extremo 22 igualmente sin cortar de una de las hojas deflectoras 18 en otro de los pares de rejillas de intersección 14 y 16 a lo largo de un pliegue inverso 44 que alinea uno de los pares de rejillas de intersección 14 y 16 con otro de los pares de rejillas de intersección 14 y 16 para formar un subconjunto de dispositivo mezclador estático 46 como se muestra en las Figs. 4 y 5. En otra realización, el extremo 24 de solo algunas de las hojas deflectoras 18 no está cortado y está unido a un extremo igualmente sin cortar 22 de una de las hojas deflectoras 18 en otro de los pares de rejillas de intersección 14 y 16 a lo largo del pliegue inverso 44 para formar el subconjunto de dispositivo mezclador estático 46.
Los extremos sin cortar interconectados 24 y 22 de las hojas deflectoras 18 crean una fuerte conexión integral que elimina la necesidad de posicionar y después soldar los extremos 24 y 22 de las hojas deflectoras individuales 18. Cada hoja deflectora 18 se muestra con un extremo cortado 22 o 24. En otra realización, el extremo cortado 22 o 24 está reemplazado por un extremo sin cortar 22 o 24 que después se conecta a un extremo sin cortar 22 o 24 de las hojas deflectoras 18 en otro de los pares de rejillas de intersección 14 y 16 a lo largo de otro de los pliegues inversos 44, de modo que tres de los pares de rejillas de intersección 14 y 16 estén alineados entre sí. De esta manera se pueden unir pares adicionales de rejillas de intersección 14 y 16.
En una realización del subconjunto de dispositivo mezclador estático 46, el extremo 32 de cada hoja deflectora 20 en la rejilla 16 está separado del extremo 30 de la hoja deflectora 20 alineada longitudinalmente en la rejilla adyacente 16 para crear un espacio 48. Como se ilustra En la Fig. 6, el espacio 48 se puede dimensionar para recibir al menos parte del pliegue inverso 44 en los extremos sin cortar 22, 24 de las hojas deflectoras 18 en otro de los subconjuntos del dispositivo mezclador estático 46 para que los extremos 32, 30 de las hojas deflectoras 20 se puedan soldar o fijar de otro modo a los extremos sin cortar 22, 24 de las hojas deflectoras 18 para unir los dos subconjuntos de dispositivo mezclador estático 46 entre sí. Los subconjuntos de dispositivo mezclador estático adicionales 46 se pueden unir de esta manera.
En algunas realizaciones, como se muestra en la Fig. 7, algunas o todas las hojas deflectoras 18 y/o algunas o todas las hojas deflectoras 20 pueden incluir aberturas 50 que permiten que partes de las corrientes de fluido pasen a través de las hojas deflectoras 18 y/o o 20 para facilitar la mezcla de las corrientes de fluido.
Volviendo ahora a las Figs. 8 y 9, se ilustra una pieza de partida 52 en forma de lámina plana de un material, tal como un metal o una aleación, a partir de la cual se elabora uno de los subconjuntos de dispositivo mezclador estático 46. La pieza de partida 52 ha sido cortada para formar los extremos cortados 22, 24 y las partes cortadas de los lados 26, 28 de las hojas deflectoras 18, así como los extremos cortados 30, 32 y las partes cortadas de los lados 34, 36 de las hojas deflectoras 20. Los pliegues en forma de S 40 que se formarán en las hojas deflectoras 20 y los pliegues inversos 44 que se formarán entre los extremos 24 y 22 de las hojas deflectoras 18 adyacentes longitudinalmente se muestran con líneas discontinuas. Después de cortar la lámina plana de material para formar la pieza de partida 52, el subconjunto de dispositivo mezclador estático 46 se forma doblando la pieza de partida 52 en las ubicaciones de los pliegues en forma de S 40 y los pliegues inversos 44. Debido a que los lados adyacentes de las hojas deflectoras 18 y 20 están unidos integralmente en las partes no cortadas de sus lados 26, 28 y 34, 36 a lo largo de la tira transversal 38 y las hojas deflectoras 18 adyacentes longitudinalmente están unidas integralmente en sus extremos no cortados 22, 24 a lo largo del pliegue inverso 44, el subconjunto de dispositivo mezclador estático 46 está formado como un elemento de una sola pieza sin necesidad de soldar las hojas deflectoras separadas. Esto da como resultado un subconjunto de dispositivo mezclador estático 46 de alta resistencia que se puede fabricar más rápidamente y con menos coste de lo que sería necesario si las hojas deflectoras 18 y 20 tuvieran que soldarse entre sí. De manera similar, el dispositivo mezclador estático 10 se puede ensamblar rápidamente a partir de los subconjuntos de dispositivo mezclador estático 46 con un mínimo de soldadura requerida.
De lo anterior, se verá que esta invención está bien adaptada para conseguir todos los fines y objetivos expuestos anteriormente junto con otras ventajas que son inherentes a la estructura.
Dado que se pueden realizar muchas realizaciones posibles de la invención, tal como está definida en las reivindicaciones, se debe entender que todo lo expuesto aquí o mostrado en los dibujos adjuntos debe ser interpretado como ilustrativo y no en un sentido limitativo.
Claims (11)
1. Un subconjunto de dispositivo mezclador estático (46), comprendiendo dicho subconjunto (46):
una primera rejilla (16) formada por un primer conjunto de hojas deflectoras separadas y que se extienden paralelas (18);
una segunda rejilla (14) formada por un segundo conjunto de hojas deflectoras separadas y que se extienden paralelas (20) que se intercalan y cruzan el primer conjunto de hojas deflectoras (18) formando un ángulo preseleccionado, adyacentes las hojas deflectoras intercaladas (18 , 20) en el primer y segundo conjuntos (16, 14) teniendo cada uno extremos opuestos (22, 24, 30, 32) y bordes laterales (26, 28, 34, 36), teniendo los bordes laterales (26, 28, 34, 36) partes sin cortar que se unen a las adyacentes de las hojas deflectoras intercaladas (18, 20) a lo largo de una tira transversal (38) donde las hojas deflectoras (18, 20) se cruzan y cortan partes que se extienden desde las partes sin cortar hasta los extremos opuestos (22, 24, 30, 32) de las hojas deflectoras (18, 20), teniendo las hojas deflectoras (20) en la segunda rejilla (14) cada una, una parte doblada (20c) que coloca segmentos planos (20a, 20b) de la hoja deflectora (20) en lados opuestos de la parte no cortada en planos desplazados;
una tercera rejilla formada por un tercer conjunto de hojas deflectoras separadas y que se extienden paralelas; y
una cuarta rejilla formada por un cuarto conjunto de hojas deflectoras separadas y que se extiende paralelas que están intercaladas y se cruzan con el tercer conjunto de hojas deflectoras en un ángulo preseleccionado, teniendo las hojas deflectoras adyacentes intercalados en el tercer y cuarto conjuntos cada una extremo opuestos y bordes laterales, teniendo los bordes laterales partes sin cortar que se unen a las hojas deflectoras intercaladas adyacentes a lo largo de una tira transversal donde las hojas deflectoras se cruzan y cortan partes que se extienden desde las partes sin cortar hasta los extremos opuestos de las hojas deflectoras, teniendo cada hoja deflectora en la cuarta rejilla, una parte doblada que coloca segmentos planos de la hoja deflectora en lados opuestos de la parte sin cortar en planos desplazados,
en donde uno de los extremos (22, 24) en al menos algunas de las hojas deflectoras (18) en el primer conjunto no está cortado y está interconectado con uno de los extremos sin cortar de las hojas deflectoras en el tercer conjunto a lo largo de un pliegue inverso (44) que alinea la primera y segunda rejillas (16, 14) de las hojas deflectoras (18, 20) con la tercera y cuarta rejillas de las hojas deflectoras,
caracterizado por que
las hojas deflectoras (18) del primer conjunto son hojas y las hojas deflectoras del tercer conjunto son planas.
2. El subconjunto de dispositivo mezclador estático (46) de la reivindicación 1, en donde los planos desplazados de los segmentos (20a, 20b) de las hojas deflectoras (20) en el segundo conjunto son paralelos entre sí y los planos desplazados de los segmentos de las hojas deflectoras del cuarto conjunto son paralelos entre sí.
3. El subconjunto de dispositivo mezclador estático (46) de la reivindicación 2, en donde uno de los extremos (30, 32) en cada una de las hojas deflectoras (20) en el segundo conjunto está separado y alineado con uno de los extremos en cada una de las hojas deflectoras en el cuarto conjunto.
4. El subconjunto de dispositivo mezclador estático (46) de la reivindicación 2, en donde la primera (16), segunda (14), tercera y cuarta rejillas tienen al menos un lado conformado para adaptarse a un plano longitudinal curvo.
5. El subconjunto de dispositivo mezclador estático (46) de la reivindicación 2, en donde las partes cortadas de los bordes laterales (26, 28, 34, 36) que unen las adyacentes de las hojas deflectoras (18, 20) en el primer, segundo, tercero y los cuarto conjuntos son cada uno lineales.
6. El subconjunto de dispositivo mezclador estático (46) de la reivindicación 2, en donde la primera y la segunda rejillas (16, 14) se cruzan en un ángulo incluido dentro del rango de 45 a 135 grados y la tercera y cuarta rejillas se cruzan en un ángulo incluido dentro del rango de 45 a 135 grados.
7. El subconjunto de dispositivo mezclador estático (46) de la reivindicación 2 o de la reivindicación 6, que incluye aberturas (50) en al menos algunas de las hojas deflectoras (18, 20) en el primer, segundo, tercero y cuarto conjuntos.
8. El subconjunto de dispositivo mezclador estático (46) de la reivindicación 2 o de la reivindicación 6, en donde dicho uno de los extremos (22, 24) de cada una de las hojas deflectoras (18) en el primer conjunto no está cortado y está interconectado con uno de los extremos sin cortar de las hojas deflectoras en el tercer conjunto a lo largo de un pliegue inverso (44).
9. Un dispositivo mezclador estático (10) que comprende subconjuntos de dispositivo mezclador estático (46, 46A) de una de las reivindicaciones 3-7, en donde los extremos sin cortar interconectados de las hojas deflectoras (18) en el primer conjunto y las hojas deflectoras en el tercer conjunto en uno de los subconjuntos mezcladores estáticos (46) están unidos a dichos extremos espaciados y alineados (30A, 32A) de las hojas deflectoras (20A) en el segundo conjunto y las hojas deflectoras en el cuarto conjunto en uno adyacente de los subconjuntos mezcladores estáticos (46A).
10. Un método para fabricar un dispositivo mezclador estático (10), que comprende los pasos de:
cortar y doblar una lámina de material para formar una pluralidad de subconjuntos de dispositivo mezclador estático (46, 46A) de la reivindicación 3; y
unir los subconjuntos mezcladores estáticos adyacentes (46, 46A) uniendo los extremos sin cortar de las hojas deflectoras (18) en el primer conjunto y las hojas deflectoras en el tercer conjunto en uno (46) de los subconjuntos mezcladores estáticos adyacentes al extremos separados y alineados de las hojas deflectoras (20) en el segundo conjunto y las hojas deflectoras en el cuarto conjunto en el otro (46A) de los subconjuntos mezcladores estáticos adyacentes.
11. El método de la reivindicación 10, en donde los extremos sin cortar de las hojas deflectoras (18) en el primer conjunto y las hojas deflectoras en el tercer conjunto en uno (46) de los subconjuntos mezcladores estáticos adyacentes se unen mediante soldadura a los extremos separados y alineados de las hojas deflectoras (20) en el segundo conjunto y las hojas deflectoras en el cuarto conjunto en el otro (46A) de los subconjuntos mezcladores estáticos adyacentes.
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