CN105854615B - 膜过滤组件及其膜芯预紧结构 - Google Patents
膜过滤组件及其膜芯预紧结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及膜过滤组件及其膜芯预紧结构，膜过滤组件包括外壳、芯轴、膜芯、第一端盖组件、第二端盖组件、膜芯预紧结构以及原料流体输入口和净化流体输出口，膜芯套设在芯轴上并由多个膜过滤单元组成，膜芯通过膜芯预紧结构被设置成轴向压紧状态而置于第一端盖组件与第二端盖组件之间，外壳设置在膜芯的外部并分别连接第一端盖组件和第二端盖组件；过滤时，原料流体经原料流体输入口流入后，经与第二端盖组件相对而置的膜芯轴向端依次通过各膜过滤单元后向与第一端盖组件相对而置的膜芯轴向端运动，已过滤的净化流体从净化流体输出口排出；该膜芯预紧结构具有在过滤时朝轴向压紧膜芯的方向运动的浮动式压紧机构，以更好的保证膜芯轴向压紧状态。
Description
技术领域
本发明涉及过滤净化领域中的膜过滤组件，尤其涉及水处理领域中的纳滤或反渗透膜过滤组件及其膜芯预紧结构。
背景技术
本申请的申请人开发了一种主要用于污水纳滤或反渗透处理的膜过滤组件，这种膜过滤组件，包括外壳、芯轴、膜芯、第一端盖组件、第二端盖组件、膜芯预紧结构以及原料流体输入口和净化流体输出口，所述膜芯套设在芯轴上并由多个膜过滤单元组成，由这些膜过滤单元组成的膜芯通过膜芯预紧结构被设置成轴向压紧状态而置于所述第一端盖组件与第二端盖组件之间，所述外壳设置在膜芯的外部并分别连接所述第一端盖组件和第二端盖组件；过滤时，原料流体经所述原料流体输入口流入后，经与第二端盖组件相对而置的膜芯轴向端依次通过各膜过滤单元后向与第一端盖组件相对而置的膜芯轴向端运动，已过滤的净化流体从所述净化流体输出口排出。
由申请人申请的公开号为CN103657414A、名称为“同端进出水分离过滤膜柱及其料液处理方法”的专利文献(下称参考文献)公开了一种膜过滤组件，该膜过滤组件就是通过上述方式进行过滤的；此外，该文献还具体公开了该膜过滤组件的膜芯预紧结构，所述膜芯预紧结构包括设置在芯轴上的螺母，通过芯轴上的螺母施加的轴向预紧力使膜芯呈轴向压紧状态而置于第一端盖组件与第二端盖组件之间。
申请人在对上述膜过滤组件的长期使用过程中发现，往往在工作一段时间后该膜过滤组件就会出现渗漏以及过滤效果变差的问题。
为了探究这个问题发生的原因，申请人采用了多种测试仪器对膜过滤组件的运行工作进行数据监控，在一段时间后收回数据进行分析对比时发现，膜芯预紧结构中设置在芯轴上的螺母在膜过滤组件工作一段时间后其预紧力就会小于设计预紧力，再次拧紧螺母后，膜过滤组件就能恢复正常工作状态。
申请人经过进一步试验后发现，对设置在芯轴上的螺母的紧固频率需控制在1次/200小时左右，才能避免因预紧力减弱而导致膜过滤组件出现渗漏的问题，而在实际工业生产中，污水处理往往是采用多个膜过滤组件与其他装置相配合，来提高污水处理效率和实现自动化控制，由此导致实际生产中对多个膜过滤组件的维护成本极高，极大的降低了膜过滤组件使用的便利性。
在上述基础上，发明人在进一步试验和研究后发现，导致上述螺母预紧力减弱的主要因素是：由于膜过滤单元是在膜芯预紧结构的作用下呈轴向压紧状态的，而在过滤过程中，由于过滤压差、流体冲击力等的作用，膜过滤单元易发生较小的塑性变形，从而导致膜芯预紧结构对膜芯的轴向压紧受到影响，一旦膜芯的不再保持安装时的轴向压紧状态，膜过滤组件内的原料流体和/或净化流体便极易发生渗漏、窜漏，从而严重影响膜过滤组件的密封效果和过滤效果。
发明内容
针对上述技术问题，本发明旨在提供一种可以更好的保证膜芯轴向压紧状态的膜过滤组件及其膜芯预紧结构和专用零件。
本发明的膜过滤组件，包括外壳、芯轴、膜芯、第一端盖组件、第二端盖组件、膜芯预紧结构以及原料流体输入口和净化流体输出口，所述膜芯套设在芯轴上并由多个膜过滤单元组成，由这些膜过滤单元组成的膜芯通过膜芯预紧结构被设置成轴向压紧状态而置于所述第一端盖组件与第二端盖组件之间，所述外壳设置在膜芯的外部并分别连接所述第一端盖组件和第二端盖组件；过滤时，原料流体经所述原料流体输入口流入后，经与第二端盖组件相对而置的膜芯轴向端依次通过各膜过滤单元后向与第一端盖组件相对而置的膜芯轴向端运动，已过滤的净化流体从所述净化流体输出口排出；所述膜芯预紧结构具有在过滤时朝轴向压紧膜芯的方向运动的浮动式压紧机构。
所述浮动式压紧机构能够在膜芯进行过滤时对各膜过滤单元起到浮动紧固的作用，有效的避免膜芯因长期受过滤压差、原料流体冲击力等的作用而导致膜芯预紧结构对膜芯的预紧力减弱的情况，从而更好的保证膜芯的轴向压紧状态，大幅降低膜过滤组件的维护频率以及因膜芯轴向压紧状态受到影响而导致密封失效的风险系数，提高膜过滤组件的使用便利性，使膜过滤组件能够在较长时间内保持较好的过滤性能，降低生产和维护成本，在不增加企业过多的成本的基础上，对整个过滤净化行业具有重要的经济意义和环保意义。
用于上述膜过滤组件的膜芯预紧结构，所述膜芯套设在芯轴上并由多个膜过滤单元组成，由这些膜过滤单元组成的膜芯通过膜芯预紧结构被设置成轴向压紧状态而置于第一端盖组件与第二端盖组件之间；过滤时，原料流体经与第二端盖组件相对而置的膜芯轴向端依次通过各膜过滤单元后向与第一端盖组件相对而置的膜芯轴向端运动；该膜芯预紧结构具有在过滤时朝轴向压紧膜芯的方向运动的浮动式压紧机构。
优选的，所述浮动式压紧机构可随膜芯的状态变化自适应的朝压紧膜芯的方向运动。
具体的，所述浮动式压紧机构包括将膜芯轴向压紧于第一端盖组件与第二端盖组件之间的紧固机构，以及设于第二端盖组件与膜芯之间并能在过滤时由原料流体驱动而朝轴向压紧膜芯的方向运动的浮动部件。
所述浮动部件一方面能够在紧固机构对膜芯施加轴向预紧力的前提下，在过滤时由原料流体驱动而进一步压紧膜芯，使膜芯始终保持较好的轴向压紧状态，并对膜过滤单元在过滤时沿轴向产生微量的压缩变形起到补偿作用，避免因膜芯在过滤过程中因其膜过滤单元沿轴向产生微量的压缩变形，而导致紧固机构的预紧力减弱的情况；另一方面所述浮动部件还可分担原料流体对膜芯的压力，从而在一定程度上可以减轻过滤压差、原料流体冲击等对膜芯的作用力，进一步降低过滤过程中紧固机构的预紧力减弱的风险系数。
优选的，所述浮动部件与芯轴联动设置，这样在原料流体的驱动下，浮动部件能带动芯轴整体朝压紧膜芯的方向运动，对保证膜芯的轴向压紧状态具有更好的效果。
可选的，所述浮动部件与第二端盖组件悬空设置。
另一种可选的结构是，所述浮动部件坐落在第二端盖组件上。
由于在膜过滤组件中常设有用于使原料流体均匀分布的分流盘，而分流盘在现有的膜过滤组件中是与第二端盖组件固定连接的，故为了简化结构，降低膜过滤组件的制作成本，优选的是，所述浮动部件包括套设于芯轴上的分流盘，所述分流盘设于膜芯与第二端盖组件之间且与第二端盖组件活动连接，这样在利用分流盘对原料流体进行均匀分流的同时，就可直接利用原料流体的驱动力带动分流盘运动，从而在分流盘的作用下压紧膜芯。
采用悬空设置的结构时，分流盘的整个端面均能与原料流体接触，故有利于增大原料流体对分流盘的作用面积，从而增加驱动力。
而分流盘坐落在第二端盖组件上的结构，则更加有利于保证分流盘相对于芯轴的径向平衡，并进一步保证安装在分流盘上的膜芯的径向平衡，从而更加有利于膜芯在原料流体的作用下轴向受力均匀，避免膜芯的各膜过滤单元因轴向受力不均而导致微量倾斜变形。
当分流盘坐落在第二端盖组件上时，用于上述膜过滤组件的分流盘优选的结构是，包括盘体，所述盘体的侧方设有流体进孔，盘体的轴向一端面设有流体出孔，所述流体进孔和流体出孔相贯通形成侧进流体的分流通道。使用时，原料流体经流体进孔进入分流通道后从流体出孔排向膜芯。侧进流体的分流通道，可以利用原料流体对流体进孔上方的盘体壁的作用力推动盘体带动芯轴沿轴向运动，并进一步压紧膜芯。
进一步的，所述流体出孔沿盘体的轴向延伸形成流体输出通道，所述流体进孔沿盘体的径向延伸至所述流体输出通道处形成流体输入通道，所述流体输入通道和流体输出通道相贯通形成横截面呈L形的分流通道。这样的结构制作方便，并且，横截面呈L形的分流通道还能够对原料流体起到一定的缓冲作用，从而在一定程度上有利于减小原料流体对膜芯的压力。
优选的，为了更加方便加工，所述流体输入通道沿轴向贯穿与流体出孔相对的盘体轴端面，即在与流体出孔相对而置的盘体端面的边缘部设置缺口，利用该缺口和第二端盖组件之间的间隙即可作为所述流体输入通道。
进一步的，所述流体输出通道包括内径大小相异的上段输出通道以及连接所述上段输出通道与流体输入通道的下段输出通道。当上段输出通道的内径小于下段输出通道的内径时，在一定程度上，有利于增大原料流体对盘体壁的作用面积从而起到更好的驱动作用。
优选的，所述上段输出通道的内径大于下段输出通道的内径。这样当流体从流体输入通道经下段输出通道进入上段输出通道时，流体的速度将减小，而流体的相对压力将有所增加，有利于保证膜芯具有较高的过滤效率。
优选的，所述流体进孔呈拱形，其结构简单，制作方便。
优选的，所述流体进孔和流体出孔沿盘体的周向均布。这样的结构能保证原料流体进入膜芯后亦均匀分布，从而有利于提高膜芯中膜过滤单元的整体利用率并保证膜芯受力均匀。
优选的，所述分流盘设有用于与芯轴套接的中心孔，所述流体进孔和流体出孔偏离所述中心孔设置。
优选的，所述分流盘与芯轴固定连接，例如分流盘与芯轴可通过螺纹连接固定或采用胶接等方式固定。
优选的，上述分流盘与芯轴的连接结构，包括分流盘和芯轴，所述分流盘与芯轴之间形成有焊接间隙和/或焊接坡口，在所述焊接间隙和/或焊接坡口处将分流盘与芯轴焊接为一体。采用焊接连接的结构，能够使分流盘与芯轴之间的固定更加牢固，更有利于分流盘在原料流体驱动下带动芯轴朝轴向压紧膜芯的方向运动，从而更好的保证膜芯的轴向压紧状态。
具体的，所述分流盘在所述中心孔的轴向至少一端与芯轴形成所述焊接间隙和/或焊接坡口。
进一步的，所述芯轴设有阶梯轴段，所述中心孔设有与所述阶梯轴段对应配合以对芯轴形成轴向定位的台阶部，分流盘在所述台阶部的大端与芯轴形成焊接间隙，分流盘在所述台阶部的小端与芯轴形成焊接坡口。所述台阶部的大端直径大于阶梯轴段的轴径，这样即可起到轴向定位的作用并形成所述焊接间隙，便于焊接。在实际应用时，分流盘与芯轴在所述焊接间隙和焊接坡口处满焊，且焊缝不得高于母材。
用于所述分流盘与芯轴的焊接工装，包括固定部，所述固定部包括支撑架；限位部，所述限位部包括能与芯轴配合的第一限位座以及与所述第一限位座对应设置并能与分流盘配合的第二限位座，所述第一限位座和第二限位座分别与所述支撑架连接后在所述第一限位座、第二限位座与支撑架之间形成可供分流盘和芯轴焊接连接的操作空间。该焊接工装结构简单，能够比较准确的控制分流盘与芯轴的同轴度，并且保证焊接操作方便。
为进一步简化结构，并使芯轴与分流盘的安装更加方便，所述第一限位座和第二限位座分别设置在支撑架的轴向两端。
优选的，所述第二限位座包括第二安装板，所述第二安装板设有能对所述分流盘进行轴向定位的限位槽；所述第一限位座包括第一安装板和能与所述芯轴配合的限位轴套，所述第一安装板沿轴向设有可对限位轴套进行轴向定位并能使与限位轴套配合的芯轴穿过后连接分流盘的台阶孔。在实际安装时，只需保证所述台阶孔和限位槽的同轴度及尺寸，以及限位轴套的精度即可保证分流盘与芯轴安装后的同轴度。通过限位轴套和限位槽分别对芯轴和分流盘的约束，能够保证分流盘与芯轴焊接后的精度较高。
优选的，所述第二安装板沿轴向设有与所述台阶孔对应且至少作为所述操作空间的一部分的通孔。所述通孔的开设可在不影响限位槽对分流盘的轴向定位的基础上，尽可能保证直径较大，以便于焊接操作。
优选的，所述支撑架包括多根连接在第一限位座与第二限位座之间的支撑杆件，以确保整个焊接工装的结构稳固。此外，所述支撑架也可以采用镂空结构，只需在满足结构稳固的基础上，保证留有便于焊接的操作空间即可。
采用上述焊接工装将分流盘与芯轴焊接固定，能极大的提高分流盘与芯轴的结构稳定性，避免采用活动连接而导致分流盘在原料流体驱动下压紧膜芯的过程中产生一定的晃动或倾斜等。该焊接工装在实际应用时可采用立式或卧式的方式进行置放，当采用立式置放时，优选置放于工作台上。
可选的，所述浮动部件还包括弹性补偿元件。所述弹性补偿元件可以提供补偿力，避免因过滤而导致紧固机构发生松动的情况，并且由于过滤时原料流体的压力往往处于波动状态，故弹性补偿元件还能起到缓冲减震的作用。
所述弹性补偿元件可以为现有的蝶形弹簧或波形弹簧。
进一步的，所述浮动式压紧机构还设有能在浮动部件朝轴向压紧膜芯的方向运动时，与芯轴或第二端盖组件保持滑动配合连接的活塞部件；当所述活塞部件与第二端盖组件保持滑动配合连接时，活塞部件与浮动部件和/或芯轴联动设置。所述活塞部件可以起到密封作用。
进一步的，所述活塞部件与芯轴或第二端盖组件保持滑动接触摩擦配合。
当膜芯预紧结构具有弹性补偿元件时，优选将弹性补偿元件设于活塞部件与第二端盖组件之间。
优选的，所述活塞部件包括与芯轴或第二端盖组件保持滑动配合连接的活塞头，以及与所述活塞头连接的活塞杆，所述活塞头设有与所述芯轴配合的凹槽。这样的结构还能够很方便的对芯轴的定位。所述凹槽与芯轴优选通过螺纹连接固定。
当所述弹性补偿元件为波形弹簧时，可将所述波形弹簧套设于所述活塞杆上，当膜芯预紧结构未设有弹性补偿元件时，可使所述活塞杆穿过第二端盖组件后与螺纹紧固结构配合连接固定，该螺纹紧固结构为锁紧螺母。
可选的，所述紧固机构包括多根连接在第一端盖组件与第二端盖组件之间的拉杆组件，以及分别与所述拉杆组件和穿过第一端盖组件的芯轴配合连接的螺纹紧固结构。通过设置所述第一端盖组件和第二端盖组件能够实现对外壳和膜芯的固定，同时再通过拉杆组件中的多根拉杆和螺纹紧固结构，即可确保外壳、膜芯、第一端盖组件以及第二端盖组件之间的连接牢固性。
虽然采用拉杆组件与螺纹紧固结构相结合的紧固机构能使整个膜过滤组件具有良好的牢固性，但在实际使用过程中，由于污水处理往往是采用多个膜过滤组件与其他装置相配合，来提高污水处理效率和实现自动化控制，因此在应用时就需要多根拉杆，而多根拉杆采用不锈钢制作，成本高，牢固性不如碳钢，采用碳钢制作又容易腐蚀，而且其分布在整个膜过滤组件的四周，使整个膜过滤组件所需占据的空间大大增加，给膜过滤组件的安装带来了很多不便。
因此，在实际应用中，另一种可选的结构是，所述第一端盖组件和第二端盖组件被密封压紧在外壳内部。所述第一端盖组件和第二端盖组件通过设置在膜芯、第一端盖组件和第二端盖组件外部的外壳压紧密封。其膜芯预紧结构的所述紧固机构优选包括螺纹紧固结构，芯轴轴向一端的端部穿过第一端盖组件后连接所述螺纹紧固结构，芯轴的轴向另一端与第二端盖组件保持滑动密封连接。采用此结构的膜过滤组件为无拉杆式结构，这种无拉杆式结构可参考申请人申请的，公开号为CN104128094A、名称为“一种同端进出水分离过滤膜柱”的专利文献中外壳与第一端盖组件和第二端盖组件的具体连接结构。所述外壳可具有与第一端盖组件和第二端盖组件相适应的内腔，第一端盖组件和第二端盖组件被夹紧于外壳内部，并在外壳内壁与膜芯之间形成有空腔。所述外壳的内壁与第一端盖组件和第二端盖组件的外侧壁之间可通过锲块、密封结构或者其他现有类似结构进行密封压紧。
在实际应用中，被膜芯预紧结构轴向压紧于第一端盖组件和第二端盖组件之间的膜过滤单元可采用多种现有的结构；优选的是，所述膜芯由多个沿芯轴轴向依次叠置的膜过滤单元组成，这样的结构不仅安装制作方便，而且当各膜过滤单元被膜芯预紧结构沿轴向压紧后，膜芯能沿轴向形成多个过滤流道，从而取得更好的过滤效果，并且在膜芯大小一定的前提下，还有利于增加膜过滤单元的数量，相应的增加过滤面积，提高过滤效率，并使过滤效果更好。
优选的，所述膜过滤单元包括数张依次套接在芯轴上的导流盘和膜片，在每相邻的两张导流盘之间安装有一张膜片；各导流盘包括导流盘本体和设于所述导流盘本体上用于与芯轴配合的第一中心孔，以及偏离所述第一中心孔的第一导流通道，各导流盘本体的侧面上还设有容纳对应膜片的环形导流腔，各环形导流腔与对应的第一导流通道导通；各膜片包括膜片本体和设于所述膜片本体上用于与芯轴配合的第二中心孔，以及偏离该第二中心孔的第二导流通道；各膜片本体包括上膜片、下膜片和位于上膜片与下膜片之间的空腔，所述空腔与第二中心孔导通；各上膜片与对应的环形导流腔的内周沿之间分别设有密封结构，各下膜片与对应的环形导流腔的内周沿之间分别设有密封结构；所述芯轴上设有分别与各膜片的第二中心孔导通的导流结构，所述导流结构与各膜片的空腔以及第二中心孔构成与净化流体输出口导通的净化流体输送流路；各导流盘的第一导流通道与各膜片的第二导流通道依次连通构成原料流体输送流路。
进一步的，若设单张膜片在芯轴的横截面上的投影面积为A平方米，单张膜片的外径为D米，该膜过滤组件中的膜片数量为N张，则：
其中，250≤B≤320。
其中膜片在芯轴的横截面上的投影面积为A平方米，这里的投影面积在本膜过滤组件中不包括第二中心孔与使原料流体通过膜片的第二导流通道的横截面积，申请人发现在该投影面积与膜片的个数乘积与以膜片外径构成的圆面积之间的比值在250至320之间时，相比于常规膜过滤组件，本申请膜过滤组件的过滤效率和过滤截留率均明显提高，产生了本领域技术人员的意想不到的效果。在利用浮动式压紧机构对各膜过滤单元进行浮动式紧固的基础上，通过对膜片的几个关键参数的选择和组合，更有利于保证膜芯在过滤过程中始终处于轴向压紧状态的前提下，能大幅增加过滤面积，从而使得膜过滤组件的过滤效率更高且过滤截留率出乎意料的好。
进一步的，当其中，250≤B≤320时，各膜片的外径为0.2至0.4米；膜过滤组件中的膜片数量为125至180张，为一种较优的选择。
所述第一端盖组件包括第一法兰盘和第一密封板，所述第二端盖组件包括第二法兰盘和第二密封板；所述膜芯被夹持于所述第一密封板与第二密封板之间，第一密封板被夹持于膜芯与第一法兰盘之间，第二密封板被夹持于膜芯与第二法兰盘之间，外壳固定在第一法兰盘和第二法兰盘之间，所述芯轴至少与第一密封板密封连接；所述第一法兰盘上还设有与所述原料流体输送流路导通的原料流体输出口，所述原料流体输出口、原料流体输入口和净化流体输出口在第一法兰盘上围绕芯轴的周边设置，第一密封板上设有连通所述净化流体输送流路和净化流体输出口的排液通道，所述外壳内设有将原料流体输出口与原料流体输送流路的输出端导通的第一通道以及将原料流体输入口与原料流体输送流路的输入端导通的第二通道。
所述排液通道与水平面夹角优选呈5°～60°，这样的结构可使排液效果更好。
上述各膜过滤组件中净化流体的输出既可采用由申请人申请的公开号为CN103657414A、名称为“同端进出水分离过滤膜柱及其料液处理方法”的专利文献中公开的采用了空心芯轴的排液结构，也可采用申请人申请的申请号为201610226549.1、名称为“膜过滤组件”的发明专利申请中提到的采用了实心芯轴的排液结构。
若所述芯轴为实心轴，则各第一中心孔和第二中心孔分别与芯轴配合部位设有间隙，该间隙可设置为0.5至2毫米，该间隙可作为所述导流结构。
进一步的，各导流盘的第一中心孔内设置有绕该第一中心孔周向排列的突齿，相邻突齿之间存在缝隙，所述突齿的齿顶圆与所述芯轴接触配合，所述缝隙则作为第一中心孔与芯轴配合部位的间隙。
进一步的，所述相邻突齿之间的缝隙的宽度为1～3毫米。
设置突齿既可以通过芯轴对膜芯进行径向定位，又可以让净化流体能顺畅的通过第一中心孔，该突齿可以是具有整流作用的板型结构。
所述原料流体从原料流体输入口输入后，通过第二通道流向原料流体输送流路，原料流体在该原料流体输送流路输送过程中，原料流体经分流盘的分流通道后，会进入所述环形导流腔中，在导流盘与膜片之间流动，让膜片对原料流体进行充分过滤处理。经过处理后的原料流体(或称为浓液)进入第一通道，沿该通道进入原料流体输出口之后流出膜过滤组件。
原料流体经过膜片处理后，在膜片本体上的空腔内产生的净化流体沿该空腔与所述第二中心孔构成的净化流体输送流路，经排液通道后通过净化流体输出口排出膜过滤组件。因为各环形导流腔与对应的第一导流通道导通，所述原料流体输送流路是与导流盘上的环形导流腔连通的。在各上膜片与对应的环形导流腔的内周沿之间分别设有密封结构，各下膜片与对应的环形导流腔的内周沿之间分别设有密封结构，是为了阻止原料流体向第一中心孔和第二中心孔方向流动，这里的密封结构可以是密封圈。
在所述导流盘上可以开缝口，膜片上设有与该缝口适配的裂口，该缝口和裂口均形成所述第一导流通道，这样便可实现上述的原料流体输送流路，当然，该原料流体输送流路是与导流盘上的环形导流腔连通的。
在所述导流盘表面或环形导流腔顶面或者环形导流腔底面开所述缝口和裂口，缝口和裂口处分别向导流盘两侧面外翻、倾斜，形成坡面，这样由于膜过滤单元包括数个沿芯轴的轴向依次套接在芯轴上的导流盘和膜片，故原料流体会沿原料流体输送流路呈螺旋运动，以利用各膜片进行充分过滤处理，从而达到很好的过滤效果。
若所述芯轴为空心轴，即所述芯轴呈中空管状，则在所述芯轴的管壁上设有将各膜片的第二中心孔与芯轴内腔导通的通孔，此时，所述通孔则作为所述导流结构，芯轴的管腔作为排液通道，芯轴的轴端开口作为净化流体输出口，而无需在第一法兰盘和第一密封板上分别设置所述净化流体输出口和排液通道。所述中空管状芯轴的轴向一端可以设置成封闭结构或者与堵头焊接连接。原料流体经过膜片处理后，在膜片本体上的空腔内产生的净化流体沿该空腔与所述第二中心孔、以及芯轴的通孔构成的净化流体输送流路，经芯轴的管腔后通过芯轴的轴端开口排出膜过滤组件。
进一步的，各膜片为RO膜或NF膜。
RO是英文Reverse Osmosis membrane的缩写，中文意思是逆渗透。一般水的流动方式是由低浓度流向高浓度，水一旦加压之后，将由高浓度流向低浓度，亦即所谓逆渗透原理:由于RO膜的孔径是头发丝的一百万分之五(0.0001微米)，一般肉眼无法看到，细菌、病毒是它的5000倍，因此，只有水分子及部分有益人体的矿物离子能够通过，其它杂质及重金属均由废水管排出。所有海水淡化的过程，以及太空人废水回收处理均采用此方法，因此RO膜又称体外的高科技“人工肾脏”。目前国内外，医学军用民用领域，都采取顶级RO膜进行高分子过滤。
NF膜即为纳滤膜，纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右。与其他压力驱动型膜分离过程相比，出现较晚。纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来，如CA、CTA膜、芳族聚酰胺复合膜和磺化聚醚砜膜等。
优选的，所述第一端盖组件位于芯轴上端，第二端盖组件位于芯轴的下端。
需要说明的是，所述净化流体输出口和排液通道也可以设置在第二端盖组件所在端；所述原料流体输入口和原料流体输出口也可以设置在第二端盖组件所在端。
进一步的，所述紧固机构还包括设于所述第二法兰盘下端的螺纹紧固结构。
进一步的，与所述芯轴配合的螺纹紧固结构优选包括第一预紧件和螺母，所述第一预紧件下端面穿过第一法兰盘与第一密封板的上端面接触压紧，所述第一预紧件上端向上穿过第一法兰盘并与螺母配合，所述第一预紧件上端优选采用双螺母对顶拧紧以达到进一步防松的目的；第二法兰盘下端的螺纹紧固结构包括第二预紧件和螺母，所述第二预紧件整体设置在第二法兰盘的下方，第二预紧件的上端面与第二法兰盘的下端面接触压紧，所述第二预紧件与第二法兰盘之间通过螺钉锁紧。与拉杆组件配合的螺纹紧固结构优选为螺母。
所述第二法兰盘与第二密封板可通过螺纹紧固结构固定，该螺纹紧固结构优选为螺钉。
所述第一预紧件优选为阶梯轴结构，该阶梯轴结构大端与第一密封板接触，所述第二预紧件优选为圆盘结构。其中，第二预紧件与第二法兰盘的接触面积优选大于第一预紧件与第一密封板的接触面积，这样第一密封板上的螺纹紧固结构与第二法兰盘下端的螺纹紧固结构产生的压力向芯轴周沿集中，有利于对膜芯提供更好的预紧力，并且由于所述密封结构设于各上膜片与对应的环形导流腔的内周沿之间，故这样的结构还能使上膜片、下膜片与对应的环形导流腔的内周沿之间的密封性能更好。
以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中具有膜芯预紧结构的膜过滤组件的第一种结构示意图。
图2为本发明具体实施方式中具有膜芯预紧结构的膜过滤组件的第二种结构示意图。
图3为本发明具体实施方式中具有膜芯预紧结构的膜过滤组件的第三种结构示意图。
图4为本发明具体实施方式中具有膜芯预紧结构的膜过滤组件的第四种结构示意图。
图5为本发明具体实施方式中具有膜芯预紧结构的膜过滤组件的第五种结构示意图。
图6为图1和图4中分流盘的俯视示意图。
图7为图2、图3和图5中分流盘的主视示意图。
图8为图2、图3和图5中分流盘的仰视示意图。
图9为用于图1～图5中分流盘与芯轴的焊接工装在一种使用状态下的结构示意图。
图10为图9中第二限位座的结构示意图。
图11为图1和图2中活塞部件的结构示意图。
图12为图3中活塞部件的结构示意图。
图13为图1～图5中第一端盖组件的俯视示意图。
图14为图13中第一端盖组件的A-A向剖视示意图。
图15为图1～图5中两个导流盘与一个膜片组成的膜芯分解示意图。
图16为图1～图5中两个导流盘与一个膜片组成的膜芯的剖视示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1、图6、图9～图11、图13～图16所示，膜过滤组件，包括外壳100、芯轴200、膜芯300、第一端盖组件410、第二端盖组件420、膜芯预紧结构以及原料流体输入口510和净化流体输出口520，所述膜芯300套设在芯轴200上并由多个膜过滤单元组成，由这些膜过滤单元组成的膜芯300通过膜芯预紧结构被设置成轴向压紧状态而置于所述第一端盖组件410与第二端盖组件420之间，所述外壳100设置在膜芯300的外部并分别连接所述第一端盖组件410和第二端盖组件420；过滤时，原料流体经所述原料流体输入口510流入后，经与第二端盖组件420相对而置的膜芯300轴向端依次通过各膜过滤单元后向与第一端盖组件410相对而置的膜芯300轴向端运动，已过滤的净化流体从所述净化流体输出口520排出；所述膜芯预紧结构具有在过滤时朝轴向压紧膜芯300的方向运动的浮动式压紧机构。
所述浮动式压紧机构包括将膜芯300轴向压紧于第一端盖组件410与第二端盖组件420之间的紧固机构，以及设于第二端盖组件420与膜芯300之间并能在过滤时由原料流体驱动而朝轴向压紧膜芯300的方向运动的浮动部件。
所述浮动部件一方面能够在紧固机构对膜芯300施加轴向预紧力的前提下，在过滤时由原料流体驱动而进一步压紧膜芯300，使膜芯300始终保持较好的轴向压紧状态，并对膜过滤单元在过滤时沿轴向产生微量的压缩变形起到补偿作用，避免因膜芯300在过滤过程中因其膜过滤单元沿轴向产生微量的压缩变形，而导致紧固机构的预紧力减弱的情况；另一方面所述浮动部件还可分担原料流体对膜芯300的压力，从而在一定程度上可以减轻过滤压差、原料流体冲击等对膜芯300的作用力，进一步降低过滤过程中紧固机构的预紧力减弱的风险系数。
所述浮动部件包括套设于芯轴200上的分流盘610。
所述膜芯300套设在芯轴200上并由多个沿芯轴200轴向依次叠置的膜过滤单元组成；所述膜过滤单元包括数张依次套接在芯轴200上的导流盘310和膜片320，在每相邻的两张导流盘310之间安装有一张膜片320；各导流盘310包括导流盘本体和设于所述导流盘本体上用于与芯轴200配合的第一中心孔311，以及偏离所述第一中心孔311的第一导流通道312，各导流盘本体的侧面上还设有容纳对应膜片320的环形导流腔313，各环形导流腔313与对应的第一导流通道312导通；各膜片320包括膜片本体和设于所述膜片本体上用于与芯轴200配合的第二中心孔321，以及偏离该第二中心孔321的第二导流通道322；各膜片本体包括上膜片323、下膜片324和位于上膜片323与下膜片324之间的空腔325，所述空腔325与第二中心孔321导通；各上膜片323与对应的环形导流腔313的内周沿314之间分别设有密封结构330，各下膜片324与对应的环形导流腔313的内周沿314之间分别设有密封结构330；所述芯轴200上设有分别与各膜片320的第二中心孔321导通的导流结构201，所述导流结构201与各膜片320的空腔325以及第二中心孔321构成与净化流体输出口520导通的净化流体输送流路521；各导流盘310的第一导流通道312与各膜片320的第二导流通道322依次连通构成原料流体输送流路511；所述分流盘610设有连通所述原料流体输入口510和原料流体输送流路511的分流通道。
若设单张膜片320在芯轴200的横截面上的投影面积为A平方米，单张膜片320的外径为D米，该膜过滤组件中的膜片320数量为N张，则：
其中，250≤B≤320。
其中膜片320在芯轴200的横截面上的投影面积为A平方米，这里的投影面积在本膜过滤组件中不包括第二中心孔321与使原料流体通过膜片320的第二导流通道322的横截面积，申请人发现在该投影面积与膜片320的个数乘积与以膜片320外径构成的圆面积之间的比值在250至320之间时，相比于常规膜过滤组件，本申请膜过滤组件的过滤效率和过滤截留率均明显提高，产生了本领域技术人员的意想不到的效果。在利用浮动式压紧机构对各膜过滤单元进行浮动式紧固的基础上，通过对膜片320的几个关键参数的选择和组合，更有利于保证膜芯300在过滤过程中始终处于轴向压紧状态的前提下，能大幅增加过滤面积，从而使得膜过滤组件的过滤效率更高且过滤截留率出乎意料的好。
本实施例中，所述膜芯300整体呈柱形结构，所以这里的导流盘310可以是圆盘形结构，所述膜片320优选的形状也应与该导流盘310的形状相适配，该导流盘310的圆盘形结构可以是边缘向两侧延伸凸起，使该导流盘310的切面呈工字形，这样便在导流盘310上形成上述的环形导流腔313。
本实施例的膜过滤组件中包括数个沿芯轴200的轴向依次套接在芯轴200上的导流盘310和膜片320，这里的导流盘310的个数可以是148个以上，膜片320的个数可以是147个以上，所述膜片320外径为0.2至0.4米。所述上膜片323和下膜片324为RO膜或NF膜。
所述第一端盖组件410包括第一法兰盘411和第一密封板412，所述第二端盖组件420包括第二法兰盘421和第二密封板422；所述膜芯300被夹持于所述第一密封板412与第二密封板422之间，第一密封板412被夹持于膜芯300与第一法兰盘411之间，第二密封板422被夹持于膜芯300与第二法兰盘421之间，外壳100固定在第一法兰盘411和第二法兰盘421之间，所述芯轴200与第一密封板412密封连接；所述第一法兰盘411上还设有与所述原料流体输送流路511导通的原料流体输出口530，所述原料流体输出口530、原料流体输入口510和净化流体输出口520在第一法兰盘411上围绕芯轴200的周边设置，第一密封板412上设有连通所述净化流体输送流路521和净化流体输出口520的排液通道522。所述排液通道522与水平面夹角呈20°～40°。
所述外壳100内设有将原料流体输出口530与原料流体输送流路511的输出端导通的第一通道以及将原料流体输入口510与原料流体输送流路511的输入端导通的第二通道。
本实施例中所述芯轴200为实心轴，第一中心孔311和第二中心孔321分别与芯轴200配合部位设有间隙，该间隙可设置为1至1.5毫米，该间隙可作为所述导流结构201。所述第一端盖组件410或第二端盖组件420上设有布流通孔，该布流通孔与所述第二通道的出口端连通(这里的具体结构可参考CN103657414A中的结构)，还通过原料流体输送流路511与第一通道连通，当将芯轴200设置为实心圆轴后，可以对整个膜过滤组件带来较高的耐压性，这样相对于空心的轴件，可以在不改变、甚至扩大膜芯300的有效过滤面积的基础上，增加膜过滤单元的个数，提高该膜过滤组件的过滤效能。
各导流盘310的第一中心孔311内设置有绕该第一中心孔311周向排列的突齿315，相邻突齿315之间存在缝隙，所述突齿315的齿顶圆与所述芯轴200接触配合，所述缝隙则作为第一中心孔311与芯轴200配合部位的间隙。所述相邻突齿315之间的缝隙的宽度为1.5～2.5毫米。该突齿315是具有整流作用的板型结构。所述分流盘610与第二密封板422悬空设置。
所述分流盘610设有用于与芯轴200套接的中心孔615，所述分流通道偏离所述中心孔615并沿周向均布，所述分流通道的流体出孔612沿轴向贯穿设置。
上述分流盘610与芯轴200的连接结构，包括分流盘610和芯轴200，所述分流盘610与芯轴200之间形成有焊接间隙和/或焊接坡口，在所述焊接间隙和/或焊接坡口处分流盘610与芯轴200焊接为一体。所述芯轴200设有阶梯轴段，所述中心孔615设有与所述阶梯轴段对应配合以对芯轴200形成轴向定位的台阶部，分流盘610在所述台阶部的大端与芯轴200形成焊接间隙，分流盘610在所述台阶部的小端与芯轴200形成焊接坡口。
用于上述分流盘610与芯轴200的焊接工装，包括固定部，所述固定部包括支撑架710；限位部，所述限位部包括能与芯轴200配合的第一限位座720以及与所述第一限位座720对应设置并能与分流盘610配合的第二限位座730，所述第一限位座720和第二限位座730分别与所述支撑架710连接后在所述第一限位座720、第二限位座730与支撑架710之间形成可供分流盘610与芯轴200焊接连接的操作空间。
所述第一限位座720和第二限位座730分别设置在支撑架710的轴向两端。所述第二限位座730包括第二安装板731，所述第二安装板731设有能对所述分流盘610进行轴向定位的限位槽732；所述第一限位座720包括第一安装板721和能与所述芯轴200配合的限位轴套722，所述第一安装板721沿轴向设有可对限位轴套722进行轴向定位并能使与限位轴套722配合的芯轴200穿过后连接分流盘610的台阶孔723。
所述第二安装板731沿轴向设有与所述台阶孔723对应且至少作为所述操作空间的一部分的通孔733。所述支撑架710包括多根连接在第一限位座720与第二限位座730之间的支撑杆件。所述支撑杆件与第一安装板721和第二安装板731之间可采用螺纹连接紧固。采用上述焊接工装能够比较准确的控制分流盘610与芯轴200的同轴度，并且保证焊接操作方便，分流盘610与芯轴200焊接后的结构稳定性好，能有效避免采用活动连接而导致分流盘610在原料流体驱动下压紧膜芯200的过程中产生一定的晃动或倾斜等。
所述浮动式压紧机构还设有能在分流盘610带动芯轴200沿膜芯300轴向压缩方向运动时，与第二密封板422保持滑动配合连接的活塞部件800，所述活塞部件800包括与第二密封板422保持滑动配合连接的活塞头810，以及与所述活塞头810连接的活塞杆820，所述活塞头810设有与所述芯轴200通过螺纹连接配合的凹槽811。所述浮动部件还包括设于所述活塞部件800与第二法兰盘421之间的弹性补偿元件900，所述弹性补偿元件900为波形弹簧，所述波形弹簧套设于所述活塞杆820上。所述紧固机构包括多根连接在第一法兰盘411与第二法兰盘421之间的拉杆组件620，以及分别与所述拉杆组件620和穿过第一密封板412的芯轴200配合连接的螺纹紧固结构。所述紧固机构还包括设于所述第二法兰盘421下端的螺纹紧固结构。
与所述芯轴200配合的螺纹紧固结构包括第一预紧件631和螺母，第二法兰盘421下端的螺纹紧固结构包括第二预紧件632和螺母；所述第一预紧件631下端面穿过第一法兰盘411与第一密封板422的上端面接触压紧，所述第一预紧件631上端向上穿过第一法兰盘411并与螺母配合，所述第一预紧件631上端采用双螺母对顶拧紧以达到进一步防松的目的；所述第二预紧件632整体设置在第二法兰盘421的下方，第二预紧件632的上端面与第二法兰盘421的下端面接触压紧，所述第二预紧件632与第二法兰盘421之间通过螺钉锁紧。与拉杆组件620配合的螺纹紧固结构为螺母。所述第二法兰盘421与第二密封板422可通过螺纹紧固结构固定，该螺纹紧固结构为螺钉。
所述第一预紧件631为阶梯轴结构，该阶梯轴结构大端与第一密封板412接触，所述第二预紧件632为圆盘结构。其中，第二预紧件632与第二法兰盘421的接触面积大于第一预紧件631与第一密封板412的接触面积，这样第一密封板412上的螺纹紧固结构与第二法兰盘421下端的螺纹紧固结构产生的压力向芯轴200周沿集中，有利于对膜芯300提供更好的预紧力，并且由于所述密封结构330设于各上膜片323与对应的环形导流腔313的内周沿314之间，故这样的结构还能使上膜片323、下膜片324与对应的环形导流腔313的内周沿314之间的密封性能更好。
所述原料流体从原料流体输入口510输入后，通过第二通道流向原料流体输送流路511，原料流体在该原料流体输送流路511输送过程中，原料流体经分流盘的分流通道后，会进入所述环形导流腔313中，在导流盘310与膜片320之间流动，让膜片320对原料流体进行充分过滤处理。经过处理后的原料流体(或称为浓液)进入第一通道，沿该通道进入原料流体输出口530之后流出膜过滤组件。
原料流体经过膜片320处理后，在膜片本体上的空腔325内产生的净化流体沿该空腔325与所述第二中心孔321构成的净化流体输送流路521，经排液通道522后通过净化流体输出口520排出膜过滤组件。因为各环形导流腔313与对应的第一导流通道312导通，所述原料流体输送流路511是与导流盘310上的环形导流腔313连通的。在各上膜片323与对应的环形导流腔313的内周沿314之间分别设有密封结构330，各下膜片324与对应的环形导流腔313的内周沿314之间分别设有密封结构330，是为了阻止原料流体向第一中心孔311和第二中心孔321方向流动，这里的密封结构330可以是密封圈。
在该导流盘310上可以开缝口，膜片320上设有与该缝口适配的裂口，该缝口和裂口均形成所述第一导流通道312，这样便可实现上述的原料流体输送流路511，当然，该原料流体输送流路511是与导流盘310上的环形导流腔313连通的。
在导流盘310表面或环形导流腔313顶面或者环形导流腔313底面开所述缝口和裂口，缝口和裂口处分别向导流盘310两侧面外翻、倾斜，形成坡面，这样由于膜过滤单元包括数个沿芯轴200的轴向依次套接在芯轴200上的导流盘310和膜片320，所以原料流体会沿原料流体输送流路511呈螺旋运动，以利用各膜片进行充分过滤处理，从而达到很好的过滤效果。图15中箭头方向即为原料流体流动方向。
实施例2：
实施例2与实施例1的膜过滤组件结构大致相同，但区别在于：本实施例中净化流体的输出采用申请人申请的公开号为CN103657414A、名称为“同端进出水分离过滤膜柱及其料液处理方法”的专利文献中公开的空心芯轴200的排液结构。即：所述芯轴200呈中空管状，芯轴200上设有将各膜片320的第二中心孔321与芯轴200内腔导通的通孔(未示出)，此时，所述通孔则作为所述导流结构201，芯轴200的管腔作为排液通道522，芯轴200的轴端开口作为净化流体输出口520，而无需在第一法兰盘411和第一密封板412上分别设置所述净化流体输出口520和排液通道522。
所述中空管状芯轴200的轴向一端可以设置成封闭结构或者与堵头焊接连接。原料流体经过膜片320处理后，在膜片本体上的空腔325内产生的净化流体沿该空腔325与所述第二中心孔321、以及芯轴200的通孔构成的净化流体输送流路521，经芯轴200的管腔后通过芯轴200的轴端开口排出膜过滤组件。
实施例3：
如图2、图7和图8所示，实施例3与实施例1的膜过滤组件结构大致相同，但区别在于：所述分流盘610坐落在第二端盖组件420的第二密封板422上，这样的结构更加有利于保证分流盘610相对于芯轴200保持径向平衡，并进一步保证安装在分流盘610上的膜芯300的径向平衡，从而更加有利于膜芯300在原料流体的作用下轴向受力均匀，避免膜芯300因轴向受力不均而导致微量倾斜变形。并且侧进流体的分流通道，可以利用原料流体对流体进孔611上方的盘体壁的作用力推动盘体带动芯轴200沿轴向运动，并进一步压紧膜芯300。
该分流盘610包括盘体，所述盘体的侧方设有流体进孔611，盘体的轴向一端面设有流体出孔612，所述流体进孔611和流体出孔612相贯通形成侧进流体的分流通道。使用时，原料流体经流体进孔611进入分流通道后从流体出孔612排向膜芯。所述流体进孔611呈拱形。流体进孔611和流体出孔612沿盘体的周向均布。
所述流体出孔612沿盘体的轴向延伸形成流体输出通道614，所述流体进孔611沿盘体的径向延伸至所述流体输出通道614处形成流体输入通道613，所述流体输入通道613和流体输出通道614相贯通形成横截面呈L形的分流通道。这样的结构制作方便，并且横截面呈L形的分流通道还能够对原料流体起到一定的缓冲作用，从而在一定程度上有利于减小原料流体对膜芯300的压力。
所述流体输入通道613轴向贯穿与流体出孔612相对的盘体轴端面，即在与流体出孔612相对而置的盘体端面的边缘部设置缺口616，利用该缺口616和第二密封板422之间的间隙即可作为所述流体输入通道613。
所述流体输出通道614包括内径大小相异的上段输出通道以及连接所述上段输出通道与流体输入通道613的下段输出通道。其中，所述上段输出通道的内径大于下段输出通道的内径。这样当流体从流体输入通道613经下段输出通道进入上段输出通道时，流体的速度将减小，而流体的相对压力将有所增加，有利于保证膜芯300具有较高的过滤效率。
所述分流盘610设有用于与芯轴200套接的中心孔615，所述流体进孔611和流体出孔612偏离所述中心孔615设置。本实施例中的膜过滤组件在非工作状态下，其活塞部件800中活塞头810的上端面不高于第二密封板422的上端面。
该分流盘610与芯轴200也可以采用实施例1中如图9和图10所示的焊接工装进行焊接。
实施例4：
如图3和图12所示，实施例4与实施例3的结构大致相同，所述分流盘610坐落在第二端盖组件420的第二密封板422上，但区别在于：所述膜芯预紧结构中浮动部件不包括弹性补偿元件900。所述活塞部件800的活塞头810与芯轴200之间保持滑动配合连接，活塞头810与芯轴200之间优选设有密封元件并保持滑动接触摩擦配合。并且，本实施例中不设置第二预紧件632，利用活塞部件800的活塞杆810穿过第二端盖组件420的第二密封板422和第二法兰盘421后与螺纹紧固结构配合连接，该螺纹紧固结构为锁紧螺母，所述锁紧螺母与第二法兰盘421的下端面接触压紧。
实施例5：
如图4所示，实施例5与实施例1的膜过滤组件结构大致相同，但区别在于：所述第一端盖组件410和第二端盖组件420被密封压紧在外壳100内部，即所述第一端盖组件410和第二端盖组件420是通过设置在膜芯300、第一端盖组件410和第二端盖组件420外部的外壳100压紧密封。该膜过滤组件为无拉杆结构，这种无拉杆式结构具体可参考申请人申请的，公开号为CN104128094A、名称为“一种同端进出水分离过滤膜柱”的专利文献中外壳100与第一端盖组件410和第二端盖组件420的连接结构。所述外壳100具有与第一端盖组件410和第二端盖组件420相适应的内腔，第一端盖组件410和第二端盖组件420被夹紧于外壳100内部，并在外壳100内壁与膜芯200之间形成有空腔。所述外壳100的内壁与第一端盖组件410和第二端盖组件420的外侧壁之间可通过锲块、密封结构或者其他现有类似结构进行密封压紧。
其膜芯预紧结构的所述紧固机构包括螺纹紧固结构，芯轴200轴向一端的端部穿过第一密封板412后连接所述螺纹紧固结构，芯轴200的轴向另一端与第二密封板422保持滑动密封连接。所述芯轴200与第二密封板422之间设有密封元件，所述密封元件优选为密封圈。其浮动式压紧机构不包括活塞部件800，所述浮动部件不包括弹性补偿元件900。
所述第二法兰盘421下端可不设置所述第二预紧件632，第二法兰盘421与第二密封板422通过螺纹紧固结构固定，该螺纹紧固结构为螺钉。
原料流体从原料流体输入口510输入后，外壳100与膜芯200之间的空腔可作为所述第二通道，供原料流体流向原料流体输送流路511，原料流体在该原料流体输送流体511输送过程中，原料流体经分流盘的分流通道后，会进入所述环形导流腔313中，在导流盘310与膜片320之间流动，让膜片320对原料流体进行充分过滤处理。其中，原料流体在经过分流盘610的过程中，能驱动分流盘带动与之焊接为一体的芯轴向上运动，从而进一步压紧膜芯，避免设于第一密封板412上的第一预紧件631和螺母发生松动。经过处理后的原料流体(或称为浓液)进入第一通道，沿该通道进入原料流体输出口530之后流出膜过滤组件。
实施例6：
实施例6与实施例5的膜过滤组件结构大致相同，并进一步限定所述芯轴200的轴向另一端与第二密封板422保持滑动接触摩擦配合。
实施例7：
实施例7与实施例5的膜过滤组件结构大致相同，但区别在于：所述浮动式压紧机构还设有能在分流盘610带动芯轴200沿膜芯300轴向压缩方向运动时，与第二密封板422保持滑动配合连接的活塞部件800，所述活塞部件800包括与第二密封板422保持滑动配合连接的活塞头810，以及与所述活塞头810连接的活塞杆820，所述活塞头810设有与所述芯轴200通过螺纹连接配合的凹槽811。
所述浮动部件还包括设于所述活塞部件800与第二法兰盘421之间的弹性补偿元件900，所述弹性补偿元件900为波形弹簧，所述波形弹簧套设于所述活塞杆820上。
所述紧固机构还可包括设于所述第二法兰盘421下端的螺纹紧固结构。该螺纹紧固结构包括第二预紧件632和螺母；所述第二预紧件632整体设置在第二法兰盘421的下方，第二预紧件632的上端面与第二法兰盘421的下端面接触压紧，所述第二预紧件632与第二法兰盘421之间通过螺钉锁紧。所述第二法兰盘421与第二密封板422可通过螺纹紧固结构固定，该螺纹紧固结构为螺钉。
所述第二预紧件632为圆盘结构。其中，第二预紧件632与第二法兰盘421的接触面积大于第一预紧件631与第一密封板412的接触面积，这样第一密封板412上的螺纹紧固结构与第二法兰盘421下端的螺纹紧固结构产生的压力向芯轴200周沿集中，有利于对膜芯300提供更好的预紧力，并且由于所述密封结构330设于各上膜片323与对应的环形导流腔313的内周沿314之间，故这样的结构还能使上膜片323、下膜片324与对应的环形导流腔313的内周沿314之间的密封性能更好。
本实施例中对活塞部件800和弹性补偿元件900的设置与实施例1类似。
实施例8：
如图5、图7和图8所示，实施例8与实施例5的膜过滤组件结构大致相同，但区别在于：所述分流盘610坐落在第二端盖组件420的第二密封板422上，这样的结构更加有利于保证分流盘610相对于芯轴200保持径向平衡，并进一步保证安装在分流盘610上的膜芯300的径向平衡，从而更加有利于膜芯300在原料流体的作用下轴向受力均匀，避免膜芯300因轴向受力不均而导致倾斜变形。并且侧进流体的分流通道，可以利用原料流体对流体进孔611上方的盘体壁的作用力推动盘体带动芯轴200沿轴向运动，并进一步压紧膜芯300。
该分流盘610包括盘体，所述盘体的侧方设有流体进孔611，盘体的轴向一端面设有流体出孔612，所述流体进孔611和流体出孔612相贯通形成侧进流体的分流通道。使用时，原料流体经流体进孔611进入分流通道后从流体出孔612排向膜芯。所述流体进孔611呈拱形。流体进孔611和流体出孔612沿盘体的周向均布。
所述流体出孔612沿盘体的轴向延伸形成流体输出通道614，所述流体进孔611沿盘体的径向延伸至所述流体输出通道614处形成流体输入通道613，所述流体输入通道613和流体输出通道614相贯通形成横截面呈L形的分流通道。这样的结构制作方便，并且横截面呈L形的分流通道还能够对原料流体起到一定的缓冲作用，从而在一定程度上有利于减小原料流体对膜芯300的压力。
所述流体输入通道613轴向贯穿与流体出孔612相对的盘体轴端面，即在与流体出孔612相对而置的盘体端面的边缘部设置缺口616，利用该缺口616和第二密封板422之间的间隙即可作为所述流体输入通道613。
所述流体输出通道614包括内径大小相异的上段输出通道以及连接所述上段输出通道与流体输入通道613的下段输出通道。其中，所述上段输出通道的内径大于下段输出通道的内径。这样当流体从流体输入通道613经下段输出通道进入上段输出通道时，流体的速度将减小，而流体的相对压力将有所增加，有利于保证膜芯300具有较高的过滤效率。
所述分流盘610设有用于与芯轴200套接的中心孔615，所述流体进孔611和流体出孔612偏离所述中心孔615设置。
在本实施例中分流盘610与芯轴200也可以采用实施例1中如图9和图10所示的焊接工装进行焊接。
实施例9：
实施例9与实施例8的膜过滤组件结构大致相同，但区别在于：所述浮动式压紧机构设有能在分流盘610带动芯轴200沿膜芯300轴向压缩方向运动时，与第二密封板422保持滑动配合连接的活塞部件800，所述活塞部件800包括与第二密封板422保持滑动配合连接的活塞头810，以及与所述活塞头810连接的活塞杆820，所述活塞头810设有与所述芯轴200通过螺纹连接配合的凹槽811。
所述活塞部件800与第二法兰盘421之间设有弹性补偿元件900，所述弹性补偿元件900为波形弹簧，所述波形弹簧套设于所述活塞杆820上。
所述紧固机构还可包括设于所述第二法兰盘421下端的螺纹紧固结构。该螺纹紧固结构包括第二预紧件632和螺母；所述第二预紧件632整体设置在第二法兰盘421的下方，第二预紧件632的上端面与第二法兰盘421的下端面接触压紧，所述第二预紧件632与第二法兰盘421之间通过螺钉锁紧。所述第二法兰盘421与第二密封板422可通过螺纹紧固结构固定，该螺纹紧固结构为螺钉。
所述第二预紧件632为圆盘结构。其中，第二预紧件632与第二法兰盘421的接触面积大于第一预紧件631与第一密封板412的接触面积，这样第一密封板412上的螺纹紧固结构与第二法兰盘421下端的螺纹紧固结构产生的压力向芯轴200周沿集中，有利于对膜芯300提供更好的预紧力，并且由于所述密封结构330设于各上膜片323与对应的环形导流腔313的内周沿314之间，故这样的结构还能使上膜片323、下膜片324与对应的环形导流腔313的内周沿314之间的密封性能更好。
本实施例中的膜过滤组件在非工作状态下，其活塞部件800中活塞头810的上端面不高于第二密封板422的上端面。
本实施例中对活塞部件800和弹性补偿元件900的设置可与实施例1类似。
实施例10：
实施例10与实施例9的膜过滤组件的结构大致相同，所述分流盘610坐落在第二端盖组件420的第二密封板422上，但区别在于：所述膜芯预紧结构中浮动部件不包括弹性补偿元件900。所述活塞部件800的活塞头810与芯轴200保持滑动密封连接。并且，本实施例中不设置第二预紧件632，利用活塞部件800的活塞杆810穿过第二端盖组件420的第二密封板422和第二法兰盘421后与螺纹紧固结构配合连接，该螺纹紧固结构为锁紧螺母，所述锁紧螺母与第二法兰盘421的下端面接触压紧。
本实施例中对活塞部件800的设置可与实施例3类似。
下面，通过对比测试对本发明的有益效果进行详细说明。
(一)维护周期测试
传统膜过滤组件和实施例1～10的膜过滤组件在不同时间点对设于第一端盖组件410上的螺纹紧固结构的维护结果如表1所示。
(下页续)
表1：
通过对比测试得知：在膜过滤组件持续使用的过程中，实施例1～10中膜过滤组件相较于传统膜过滤组件而言，在膜过滤组件使用1000小时后才需要进行维护，其维护周期大幅延长；实施例1～10中膜过滤组件通过设置浮动式压紧机构有效的避免了过滤过程中膜芯300轴向压紧状态受到影响的情况，极大的提高了膜过滤组件整体的紧固可靠性和易维护性，能够大幅降低生产和维护成本。
(二)密封性能测试
传统膜过滤组件和实施例1～10的膜过滤组件，在不同时间点的整体密封情况如表2所示。
(下页续)
表2：
通过对比测试得知：在膜过滤组件持续使用的过程中，传统膜过滤组件在使用200小时时就已出现密封失效的问题，而实施例1～10的膜过滤组件在使用1000小时，才出现密封偶尔失效的问题(例如：在三次重复测试中，只有一次发现密封失效)；在不同时间点，实施例1～10膜过滤组件的整体密封性能均优于传统膜过滤组件，能够极大的提高膜过滤组件的使用可靠性，并能够在较长时间内保证膜过滤组件具有更好的过滤性能，同时也相应的减少了对膜过滤组件的维护次数，对企业以及整个行业具有重要的经济意义和环保意义。
Claims (10)
1.膜过滤组件，包括外壳(100)、芯轴(200)、膜芯(300)、第一端盖组件(410)、第二端盖组件(420)、膜芯预紧结构以及原料流体输入口(510)和净化流体输出口(520)，所述膜芯(300)套设在芯轴(200)上并由多个膜过滤单元组成，由这些膜过滤单元组成的膜芯(300)通过膜芯预紧结构被设置成轴向压紧状态而置于所述第一端盖组件(410)与第二端盖组件(420)之间，所述外壳(100)设置在膜芯(300)的外部并分别连接所述第一端盖组件(410)和第二端盖组件(420)；过滤时，原料流体经所述原料流体输入口(510)流入后，经与第二端盖组件(420)相对而置的膜芯(300)轴向端依次通过各膜过滤单元后向与第一端盖组件(410)相对而置的膜芯(300)轴向端运动，已过滤的净化流体从所述净化流体输出口(520)排出，其特征在于：所述膜芯预紧结构具有在过滤时朝轴向压紧膜芯(300)的方向运动的浮动式压紧机构；所述浮动式压紧机构包括设于第二端盖组件(420)与膜芯(300)之间并能在过滤时由原料流体驱动而朝轴向压紧膜芯(300)的方向运动的浮动部件。
2.如权利要求1所述的膜过滤组件，其特征在于：所述浮动式压紧机构包括将膜芯(300)轴向压紧于第一端盖组件(410)与第二端盖组件(420)之间的紧固机构，所述浮动部件包括套设于芯轴(200)上的分流盘(610)。
3.如权利要求2所述的膜过滤组件，其特征在于：所述浮动部件与芯轴(200)联动设置。
4.如权利要求1所述的膜过滤组件，其特征在于：所述膜芯(300)由多个沿芯轴(200)轴向依次叠置的膜过滤单元组成；
所述膜过滤单元包括数张依次套接在芯轴(200)上的导流盘(310)和膜片(320)，每相邻的两张导流盘(310)之间安装有一张膜片(320)；
各导流盘(310)包括导流盘本体和设于所述导流盘本体上用于与芯轴(200)配合的第一中心孔(311)，以及偏离所述第一中心孔(311)的第一导流通道(312)，各导流盘本体的侧面上还设有容纳对应膜片(320)的环形导流腔(313)，各环形导流腔(313)与对应的第一导流通道(312)导通；
各膜片(320)包括膜片本体和设于所述膜片本体上用于与芯轴(200)配合的第二中心孔(321)，以及偏离该第二中心孔(321)的第二导流通道(322)；各膜片本体包括上膜片(323)、下膜片(324)和位于上膜片(323)与下膜片(324)之间的空腔(325)，所述空腔(325)与第二中心孔(321)导通；各上膜片(323)与对应的环形导流腔(313)的内周沿(314)之间分别设有密封结构(330)，各下膜片(324)与对应的环形导流腔(313)的内周沿(314)之间分别设有密封结构(330)；
所述芯轴(200)上设有分别与各膜片(320)的第二中心孔(321)导通的导流结构(201)，所述导流结构(201)与各膜片(320)的空腔(325)以及第二中心孔(321)构成与净化流体输出口(520)导通的净化流体输送流路(521)；各导流盘(310)的第一导流通道(312)与各膜片(320)的第二导流通道(322)依次连通构成原料流体输送流路(511)；
所述第一端盖组件(410)包括第一法兰盘(411)和第一密封板(412)，所述第二端盖组件(420)包括第二法兰盘(421)和第二密封板(422)；所述膜芯(300)被夹持于所述第一密封板(412)与第二密封板(422)之间，第一密封板(412)被夹持于膜芯(300)与第一法兰盘(411)之间，第二密封板(422)被夹持于膜芯(300)与第二法兰盘(421)之间，外壳(100)固定在第一法兰盘(411)和第二法兰盘(421)之间，所述芯轴(200)至少与第一密封板(412)密封连接；所述第一法兰盘(411)上还设有与所述原料流体输送流路(511)导通的原料流体输出口(530)，所述原料流体输出口(530)、原料流体输入口(510)和净化流体输出口(520)在第一法兰盘(411)上围绕芯轴(200)的周边设置，第一密封板(412)上设有连通所述净化流体输送流路(521)和净化流体输出口(520)的排液通道(522)，所述外壳(100)内设有将原料流体输出口(530)与原料流体输送流路(511)的输出端导通的第一通道以及将原料流体输入口(510)与原料流体输送流路(511)的输入端导通的第二通道。
5.如权利要求2所述的膜过滤组件，其特征在于：所述紧固机构包括多根连接在第一端盖组件(410)与第二端盖组件(420)之间的拉杆组件(620)，以及分别与所述拉杆组件(620)和穿过第一端盖组件(410)的芯轴(200)配合连接的螺纹紧固结构。
6.如权利要求2至5之一所述的膜过滤组件，其特征在于：所述浮动式压紧机构还设有能在浮动部件朝轴向压紧膜芯(300)的方向运动时，与芯轴(200)或第二端盖组件(420)保持滑动配合连接的活塞部件(800)；当所述活塞部件(800)与第二端盖组件(420)保持滑动配合连接时，活塞部件(800)与浮动部件和/或芯轴(200)联动设置。
7.用于权利要求1至6之一所述膜过滤组件的膜芯预紧结构，所述膜芯(300)套设在芯轴(200)上并由多个膜过滤单元组成，由这些膜过滤单元组成的膜芯(300)通过膜芯预紧结构被设置成轴向压紧状态而置于第一端盖组件(410)与第二端盖组件(420)之间；过滤时，原料流体经与第二端盖组件(420)相对而置的膜芯(300)轴向端依次通过各膜过滤单元后向与第一端盖组件(410)相对而置的膜芯(300)轴向端运动，其特征在于：该膜芯预紧结构具有在过滤时朝轴向压紧膜芯(300)的方向运动的浮动式压紧机构。
8.如权利要求7所述的膜芯预紧结构，其特征在于：所述浮动式压紧机构包括将膜芯(300)轴向压紧于第一端盖组件(410)与第二端盖组件(420)之间的紧固机构，以及设于第二端盖组件(420)与膜芯(300)之间并能在过滤时由原料流体驱动而朝轴向压紧膜芯(300)的方向运动的浮动部件，所述浮动部件包括套设于芯轴(200)上的分流盘(610)。
9.如权利要求8所述的膜芯预紧结构，其特征在于：所述浮动部件与芯轴(200)联动设置。
10.如权利要求8或9所述的膜芯预紧结构，其特征在于：所述浮动式压紧机构还设有能在浮动部件朝轴向压紧膜芯(300)的方向运动时，与芯轴(200)或第二端盖组件(420)保持滑动配合连接的活塞部件(800)；当所述活塞部件(800)与第二端盖组件(420)保持滑动配合连接时，活塞部件(800)与浮动部件和/或芯轴(200)联动设置；所述紧固机构包括多根连接在第一端盖组件(410)与第二端盖组件(420)之间的拉杆组件(620)，以及分别与所述拉杆组件(620)和穿过第一端盖组件(410)的芯轴(200)配合连接的螺纹紧固结构。
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Application publication date: 20160817 Assignee: Shanghai Zhuoer Environmental Protection Technology Co., Ltd Assignor: Chengdu Meifote Membrane Environmental Protection Technology Co., Ltd. Contract record no.: X2019980000776 Denomination of invention: Membrane filtration assembly and membrane core pre-tightening structure thereof Granted publication date: 20190416 License type: Common License Record date: 20191129 |