Фильтр-кассета, фильтровальное устройство и газовая турбина с такой фильтр-кассетой - RU2491114C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к фильтр-кассете для удаления частиц из потока воздуха и, более конкретно, относится к фильтровальному устройству, включающему перегородку с отверстием, в которое устанавливают фильтр-кассету. В частности, настоящее изобретение также относится к использованию фильтр-кассеты для удаления частиц из потока газа, поступающего в газовую турбину, а также к газовой турбине. Однако, настоящее изобретение точно так же может быть использовано во множестве других вариантов объектов, например, в аварийных электрогенераторах, газовых компрессорах, системах вентиляции и кондиционирования, при добыче газа, когда извлекают газ из соляных штоков, и т.д.

Предшествующий уровень техники

Общим для указанных выше вариантов является то, что во всех случаях имеется необходимость фильтрования большого количества воздуха с большой эффективностью улавливания частиц. Хотя одиночная фильтр-кассета обладает фильтрующей способностью более 1000 м³ в час при характерном размере фильтра 592 мм×592 мм×300 мм или 610 мм×610 мм×300 мм, отфильтровывая, примерно, от 2500 до 5000 м³ в час, большое количество фильтр-кассет используют параллельно, для фильтрования воздуха в количестве более 10000 м³ в час или даже более 50000 м³ в час, а иногда даже больше. Фильтр-кассету или кассеты устанавливают в перегородке, отделяющей объем выше по потоку, обычно называемый «зона загрязненного воздуха», от объема ниже по потоку, обычно называемого «зона чистого воздуха». Перегородка может иметь форму стенки с отверстиями, в которые вставляют фильтр-кассеты, или может иметь форму каркаса со множеством отверстий, в которые устанавливают фильтр-кассеты так, что образуется, по существу, воздухонепроницаемая перегородка между зонами загрязненного воздуха и чистого воздуха. В некоторых вариантах большое количество фильтр-кассет помещают в корпус фильтра, достаточно большой для доступа обслуживающего персонала и удаления и замены отдельных засоренных или бракованных фильтр-кассет.

Патент US 6368386 относится к системе фильтрования воздуха воздухозаборного потока газовой турбины. Материал в виде частиц отфильтровывают от всасываемого воздуха в воздухоочистителе первой ступени и направляют в воздухоочиститель второй ступени, где из всасываемого воздуха удаляют влагу и, особенно, соли. Обычно, воздухоочиститель второй ступени включает упомянутые выше фильтр-кассеты. Фильтровальный материал, который может быть с успехом использован в качестве фильтровальной среды воздухоочистителя второй ступени, описан, например, в ЕР 1674144 А1. Конструкция обычных фильтр-кассет описана, например, в WO 2007/103408, ЕР 0560012 В1 и ЕР 0723800 В1. Таким образом, фильтр-кассеты, обычно, включают множество фильтровальных панелей, расположенных так, что пары панельных фильтров образуют V-образные ячейки, выступающие из обращенного вверх по потоку конца фильтр-кассеты в сторону обращенного вниз по потоку конца фильтр-кассеты. Каждая фильтровальная панель образована множеством складок фильтровальной среды, расположенных, вообщем, параллельно общему пути фильтрации так, чтобы подлежащий фильтрованию воздух или газ проходил через складки, по существу, по прямой. Фильтровальные панели размещают в корпусе и герметично вставляют в установочную раму у обращенного вверх по потоку конца фильтр-кассеты или, в некоторых вариантах осуществления, у обращенного вниз по потоку конца фильтр-кассеты. Установочная рама обеспечивает установочную поверхность для установки фильтр-кассеты на соответствующую установочную поверхность перегородки так, что фильтр-кассета входит в отверстие перегородки и выступает со стороны зоны чистого воздуха. Персонал может легко снять и заменить фильтр-кассету со стороны зоны загрязненного воздуха.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование известных фильтр-кассет и фильтровальных устройств, в частности, в отношении эффективности фильтрации, срока службы и падения давления.

Сущность изобретения

Согласно изобретению, фильтр-кассета содержит верхний по потоку конец и нижний по потоку конец, установочную раму, на которой установлена фильтровальная среда и на которой имеется установочная поверхность, пригодная для установки фильтр-кассеты в отверстии перегородки, как описано выше в данном документе в отношении известного уровня техники. В соответствии с настоящим изобретением, установочная поверхность расположена между верхним и нижним по потоку концами фильтр-кассеты на первом расстоянии от указанного верхнего по потоку конца и на втором расстоянии от указанного нижнего по потоку конца, причем величина первого и второго расстояния составляет более 10 процентов общей длины фильтр-кассеты. В частности, первое и второе расстояния составляют, по меньшей мере, 40 мм, более предпочтительно, 100 мм или более. При таком расположении уменьшается передача крутящего момента от фильтр-кассеты к перегородке, причем указанный крутящий момент может стать причиной ненадлежащего усилия герметизации и может вызвать обтекание воздухом прокладки рамы. Кроме того, возможно предотвращение возникновения крутящего момента, угрожающего целостности конструкции.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения расстояние от установочной поверхности до верхнего и нижнего концов фильтр-кассеты составляет более 15 процентов общей длины фильтр-кассеты, предпочтительно, более 20 процентов, еще более предпочтительно, более 25 процентов. Абсолютная величина этого расстояния составляет, предпочтительно, 100 мм или более. Более предпочтительно, установочная поверхность расположена на линии центра масс фильтр-кассеты относительно указанных верхнего и нижнего по потоку концов. Таким образом, при условии, что фильтр-кассета имеет симметричную конструкцию, установочную поверхность, преимущественно, располагают по центру между указанными верхним и нижним по потоку концами.

Другим преимуществом, достигаемым благодаря предложенной конструкции, является то, что эффективная площадь поверхности фильтровальной среды может быть увеличена без увеличения длины, на которую фильтр-кассета выступает в зону чистого воздуха. То есть, вместо этого, фильтр-кассета, соответствующая настоящему изобретению, выступает частично в зону загрязненного воздуха. Таким образом, существующие фильтр-кассеты могут быть заменены на предлагаемые фильтр-кассеты, обладающие большей площадью поверхности фильтра, при этом нет необходимости переделывать перегородку или корпус, в который устанавливаются фильтр-кассеты. Поскольку площадь поверхности фильтра больше, увеличивается срок службы фильтра, так как через удельную площадь поверхности фильтра проходит меньше воздуха, и так как воздух проходит через фильтровальную среду с меньшей скоростью.

Предложенное размещение установочной поверхности установочной рамы в положении между верхним и нижним по потоку концами фильтр-кассеты имеет и дополнительные преимущества, когда не только установочная поверхность, но и вся установочная рама размещена где-либо между верхним и нижним по потоку концами фильтр-кассеты. То есть, указанные выше преимущества, вообще, могут быть достигнуты, если установочная рама расположена у верхнего (или нижнего) конца фильтр-кассеты и имеет такую длину в направлении от верхнего конца к нижнему, что установочная поверхность установочной рамы находится, например, на линии центра масс фильтр-кассеты. Однако особенно эффективно, если установочная рама расположена в той области фильтр-кассеты, которой фильтр-кассета устанавливается в перегородку посредством установочной поверхности, и если воздухонепроницаемое уплотнение установочной рамы герметично прикрепляется к фильтровальным панелям в этой области. Вес установочной рамы и, соответственно, фильтр-кассеты, соответственно, уменьшается. Кроме того, крутящий момент, передающийся от фильтровальных панелей к раме, точно также, снижается. Кроме того, боковые стенки, предусматриваемые по потоку до установочной рамы между фильтровальными панелями, могут отсутствовать между обращенными вверх по потоку сторонами поверхности смежных фильтровальных панелей. Тем самым, общий вес фильтр-кассеты еще более уменьшается и, что более важно, также существенно уменьшается падение давления на фильтр-кассете. Дифференциальное давление, создаваемое фильтр-кассетой, помещенной в поток воздуха, всегда является одной из наиболее важных характеристик фильтр-кассеты. Падение давления в 1000 Па может быть эквивалентно потере энергии турбины на 1-3 процента. Поскольку по потоку до установочной рамы боковые стенки расположены только между обращенными вниз, а не вверх, по потоку сторонами поверхности смежных фильтровальных панелей, проходное сечение для поступления воздуха в фильтр-кассету увеличено по сравнению с проходным сечением в фильтр-кассетах известного уровня техники, не выступающих в зону загрязненного воздуха. Следовательно, подлежащий фильтрованию воздух поступает в фильтр-кассету с меньшей скоростью. В общей сложности, это приводит к уменьшению падения давления на фильтр-кассете и, таким образом, улучшает эксплуатационные характеристики турбины.

Аналогично, сопротивляемость потоку воздуха может быть дополнительно снижена путем установки боковых стенок по потоку после установочной рамы только между обращенными вверх по потоку сторонами поверхности смежных фильтровальных панелей, таким образом, падение давления на фильтр-кассете может быть еще уменьшено. Более предпочтительно, эти два приема объединяют и располагают боковые стенки по потоку до установочной рамы только между обращенными вниз по потоку сторонами поверхности смежных фильтровальных панелей, тогда как по потоку после установочной рамы - только между обращенными вверх по потоку сторонами поверхности смежных фильтровальных панелей.

Хотя было указано, что боковые стенки между фильтровальными панелями могут частично отсутствовать, более эффективно, если верхняя и нижняя стенки фильтр-кассеты образованы фильтровальными панелями. Вообще, эти стенки фильтр-кассеты могут быть изготовлены из прочного материала, такого как металл или жесткий полимерный материал, чтобы упрочнить конструкцию фильтр-кассеты в целом. Однако, когда эти стенки образованы двумя самыми дальними от центра фильтровальными панелями, они выполняют функцию фильтрования. Благодаря этому воздух может проходить через фильтровальную среду фильтр-кассеты не только через V-образные ячейки с переднего конца и - если боковые стенки частично отсутствуют - сбоку, но также и непосредственно через две самые дальние от центра фильтровальные панели, то есть, через верхнюю и нижнюю стенки фильтр-кассеты. Эффективность, срок службы и падение давления на фильтр-кассете, тем самым, усовершенствуются по сравнению с фильтр-кассетами известного уровня техники.

При использовании таких фильтр-кассет с фильтровальной средой, обеспечивающей эффективность фильтрации от частиц, по меньшей мере, класса фильтров Н10, предпочтительно, Н12 (в соответствии с EN 1822), может быть достигнута величина падения давления менее 200 Па при расходе воздуха 3400 см³ в час. В зависимости от того отсутствуют ли боковые стенки с верхней по потоку стороны, с нижней по потоку стороны или и с верхней, и с нижней по потоку сторон, и в зависимости от того, одна или обе самые дальние от центра фильтровальные панели предусматривают выполнение функции фильтрования, так что воздух может проходить через фильтровальную среду также сверху и снизу фильтр-кассеты, могут быть получены даже такие величины, как 180 Па, 160 Па, 140 Па, 120 Па и даже менее 100 Па.

Конечно, падение давления, главным образом, зависит от материала, используемого в качестве фильтровальной среды. Материал, описанный в ЕР 1674144 А1, является особенно предпочтительным для использования в качестве фильтровальной среды в данной фильтр-кассете. Другие материалы упомянуты в нижеследующем подробном описании предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

Таким образом, в фильтр-кассете, соответствующей предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, имеется верхний по потоку конец и нижний по потоку конец и установочная рама, к которой плотно прилегает фильтровальная среда, и которая имеет установочную поверхность, пригодную для установки фильтр-кассеты в отверстие перегородки, каковая указанная установочная поверхность расположена между верхним и нижним по потоку концами фильтр-кассеты на первом расстоянии от указанного верхнего по потоку конца и на втором расстоянии от указанного нижнего по потоку конца, при этом величина каждого из указанных первого и второго расстояния составляет более 10% общей длины фильтр-кассеты, при этом величина первого и второго расстояния равна, по меньшей мере, 40 мм.

В фильтр-кассете, соответствующей другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, имеется верхний по потоку конец и нижний по потоку конец и установочная рама, к которой плотно прилегает фильтровальная среда, и которая имеет установочную поверхность, пригодную для установки фильтр-кассеты в отверстие перегородки, каковая указанная установочная поверхность расположена между верхним и нижним по потоку концами фильтр-кассеты на первом расстоянии от указанного верхнего по потоку конца и на втором расстоянии от указанного нижнего по потоку конца, при этом величина каждого из указанных первого и второго расстояния составляет более 25% общей длины фильтр-кассеты.

В фильтр-кассете, соответствующей еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, имеется верхний по потоку конец и нижний по потоку конец и установочная рама, к которой плотно прилегает фильтровальная среда, и которая имеет установочную поверхность, пригодную для установки фильтр-кассеты в отверстие перегородки, каковая указанная установочная поверхность расположена между верхним и нижним по потоку концами фильтр-кассеты на первом расстоянии от указанного верхнего по потоку конца и на втором расстоянии от указанного нижнего по потоку конца, при этом величина каждого из указанных первого и второго расстояния составляет более 10% общей длины фильтр-кассеты, при этом указанная фильтровальная среда включает множество фильтровальных панелей, расположенных в направлении от верхнего по потоку конца к нижнему, каковые фильтровальные панели соединены друг с другом попеременно своими верхним и нижним по потоку концами, а боковые стенки, соединяющие смежные фильтровальные панели, размещены так, что текучая среда, проходящая через фильтр-кассету, неизбежно проходит через указанные фильтровальные панели.

Фильтр-кассета описанных выше типов может быть с успехом использована для удаления частиц из потока газа, поступающего в высокопроизводительную газовую турбину. Одиночная фильтр-кассета может иметь пропускную способность по потоку воздуха от 500 до 6000 м³ в час, а множество фильтр-кассет может быть установлено параллельно так, чтобы обеспечивать фильтрацию 1000 м³ в час или 4000 м³ в час или даже более 10000 м³ в час воздуха.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой вид в изометрии сбоку фильтр-кассеты, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг.2 представляет собой схематичное поперечное сечение фильтр-кассеты, аналогичной представленной на фиг.1 и соответствующей первому варианту осуществления изобретения.

Фиг.3 представляет собой схематичное поперечное сечение фильтр-кассеты, аналогичной представленной на фиг.1 и соответствующей второму варианту осуществления изобретения.

Фиг.4 представляет собой схематичное поперечное сечение фильтр-кассеты, аналогичной представленной на фиг.1 и соответствующей третьему варианту осуществления изобретения.

На фиг.5 показано фильтровальное устройство с фильтр-кассетой известного уровня техники.

Подробное описание чертежей

На фиг.5 показано фильтровальное устройство с фильтр-кассетой 1 из известного уровня техники, установленной в отверстии перегородки 6. Показанная здесь перегородка 6 имеет форму стенки. Она отделяет зону загрязненного воздуха со стороны верхнего по потоку конца 14 фильтр-кассеты от зоны чистого воздуха со стороны нижнего по потоку конца 16 фильтр-кассеты 1. Фильтр-кассета 1 состоит из множества фильтровальных панелей 2, имеющих зигзагообразное расположение вдоль направления от верхнего по потоку конца к нижнему. Фильтровальные панели 2 соединены друг с другом попеременно своими верхним и нижним по потоку концами. Соединение на верхнем по потоку конце 14 имеет форму установочной рамы 8. Установочная рама 8 выдается в сторону, образуя установочную поверхность 5 на своей обращенной вниз по потоку стороне. Установочная поверхность 5 окружает набор фильтровальных панелей так, что фильтр-кассета 1 может быть установлена в перегородке 6 посредством установочной рамы 8, по существу, непроницаемым для воздуха образом, при этом установочная поверхность 5 выполняет функцию герметизации. Когда подлежащий очистке воздух проходит через фильтр-кассету 1, он поступает в фильтр-кассету 1 через отверстия в установочной раме 8, проходит через фильтровальную среду 4 фильтровальных панелей 2 со стороны их обращенной вверх по потоку поверхности 17 к их обращенной вниз по потоку поверхности 18 и выходит из нижнего по потоку конца 16 фильтр-кассеты 1. Типичная фильтр-кассета известного уровня техники имеет длину около 300 мм и предусматривает установку в отверстиях размером, примерно, 560×560 мм или 580×580 мм.

Боковые стенки 10 обеспечивают прочность, необходимую для сохранения требуемого зигзагообразного расположения фильтровальных панелей 2 и направляют подлежащий очистке воздух через фильтровальные панели 2.

Фильтр-кассета, соответствующая настоящему изобретению, описываемая ниже в свете различных вариантов ее осуществления, отличается от описанной выше конструкции известного уровня техники, в основном, только в отношении установочной рамы и установочной поверхности. Следовательно, те же самые номера позиций использованы далее при описании вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг.1 показан первый вариант осуществления фильтр-кассеты 1, установленной в отверстии 15 разделительной стенки 6. Как и в известном уровне техники, две смежные фильтровальные панели 2 образуют V-образную ячейку. Фильтровальные панели каждой V-образной ячейки герметично соединены с нижним по потоку концом 16 фильтр-кассеты, например, при помощи пригодной заливочной массы. Аналогично, фильтровальные панели 2 двух смежных V-образных ячеек герметично соединены с верхним по потоку концом 14 фильтр-кассеты, например, также при помощи пригодной заливочной массы. Установочная рама 8 так соединена с набором фильтровальных панелей, что ее установочная поверхность 5, посредством которой фильтр-кассета 1 устанавливается на соответствующую установочную поверхность 13 разделительной стенки 6, расположена по центру между верхним и нижним по потоку концами 14, 16 фильтр-кассеты 1, приблизительно, на линии центра масс фильтр-кассеты. Следовательно, как и в фильтр-кассете из известного уровня техники, подлежащий фильтрованию воздух проходит через обращенные вверх по потоку поверхности 17 фильтровальной среды 4 на фильтровальных панелях 2 со стороны зоны загрязненного воздуха фильтр-кассеты 1 и выходит через фильтровальную среду 4 на обращенных вниз по потоку поверхностях 18 фильтровальных панелей 2 со стороны зоны чистого воздуха.

Установочная рама 8 не только обеспечивает устойчивость фильтровальных панелей 2, но также герметизирует фильтровальные панели 2 и находящуюся на них фильтровальную среду 4 предотвращающим утечки, то есть, воздухонепроницаемым образом. Дополнительную устойчивость фильтровальным панелям 2 придают верхняя и нижняя стенки 19, изготовленные из прочного материала, такого как металл или жесткий полимерный материал. Благодаря расположению установочной плоскости 5, приблизительно, на линии центра масс всей фильтр-кассеты 1, крутящий момент, передаваемый от фильтр-кассеты 1 к разделительной стенке 6, сводится к минимуму. Кроме того, длина от верхнего по потоку конца к нижнему фильтровальных панелей 2 может быть удвоена от, примерно, 300 мм общей длины фильтр-кассеты до, примерно, 600 мм общей длины фильтр-кассеты, тем самым, соответствующим образом увеличивается площадь поверхность фильтра. Благодаря этому удлиняется срок службы фильтр-кассеты.

Наиболее предпочтительно размещать установочную поверхность 5 по центру между верхним по потоку и нижним по потоку концами 14, 16 фильтр-кассеты так, чтобы расстояние D_up от верхнего по потоку конца 14 и D_down от нижнего по потоку конца 16 были равны или, по существу, равны, когда установочная поверхность размещена, приблизительно, на линии центра масс фильтр-кассеты. Однако, вышеупомянутые положительные эффекты также могут частично проявляться, когда установочная поверхность 5 только немного смещена в сторону центра фильтр-кассеты по сравнению с фильтр-кассетами известного уровня техники, где установочная рама 8 с установочной поверхностью 5 размещена у верхнего по потоку (или нижнего по потоку) конца фильтр-кассеты. Здесь также следует отметить, что, в отличие от варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.1, установочная поверхность 5 может находиться на обращенной вверх по потоку стороне установочной рамы 8 в тех случаях, когда фильтр-кассету необходимо устанавливать в отверстие 15 разделительной стенки 6 со стороны зоны чистого воздуха или при обратном расположении. В качестве альтернативы, если установочная рама 8 точно соответствует отверстию 15, установочная поверхность 5 может быть образована окружающей боковой поверхностью установочной рамы. В любом случае, установочная поверхность 5 выполняет функцию герметизации и может включать уплотнение.

Также следует отметить, что, хотя это и является предпочтительным, установочная рама 8 не обязательно должна окружать набор фильтровальных панелей или отверстие 15 разделительной стенки. Например, если обеспечивается иное уплотнение между набором фильтровальных панелей и отверстием 15 разделительной стенки, установочная рама 8 может быть предусмотрена только на некоторых участках, например, на верхней и нежней сторонах фильтр-кассеты, где ожидается основное усилие от крутящего момента.

Из фиг.1 также ясно, что боковые стенки 10 частично отсутствуют и со стороны фильтр-кассеты, находящейся в зоне чистого воздуха, и со стороны фильтр-кассеты, находящейся в зоне загрязненного воздуха. Боковые стенки 10 установлены между смежными панелями только в тех областях, где необходимо блокировать поток воздуха. Более конкретно, боковые стенки 10 установлены в зоне загрязненного воздуха, то есть, по потоку выше установочной рамы 8, только между обращенными вниз по потоку сторонами 18 поверхности смежных фильтровальных панелей 2, а в зоне чистого воздуха, то есть, по потоку ниже установочной рамы 8, только между обращенными вверх по потоку сторонами 17 поверхности смежных фильтровальных панелей 2. Тем самым, увеличивается общая площадь, через которую воздух поступает в фильтр-кассету, поэтому скорость поступающего воздуха и, соответственно, сила сопротивления потоку существенно уменьшается. Это благоприятно с точки зрения падения давления, создаваемого фильтр-кассетой в потоке воздуха. Таким образом, одновременно имеют место два эффекта: вследствие увеличения длины фильтровальных панелей и, таким образом, эффективной площади поверхности фильтровальных панелей существенно уменьшается скорость воздуха, проходящего через фильтровальные панели, а вследствие увеличения площади поперечного сечения, через которое воздух поступает в фильтр-кассету, благодаря частичному отсутствию боковых стенок также уменьшается скорость потока воздуха.

Фильтровальная среда 4 фильтровальных панелей 2 имеет складки в направлении от верхнего по потоку конца к нижнему, как в общем виде показано на фиг.1 и 6. В этом варианте осуществления изобретения складки направлены от верхнего по потоку конца 14 к нижнему по потоку концу 16 фильтр-кассеты. В других вариантах осуществления изобретения складки могут располагаться от одной боковой стороны фильтровальной панели 2 к ее противоположной боковой стороне. Фильтровальная среда 4 может включать целлюлозные или стеклянные волокна или синтетические материалы, такие как нетканый полиэфир или нетканый полипропилен. Особенно предпочтительно использовать многокомпонентную фильтровальную среду, включающую, по меньшей мере, два наложенных друг на друга фильтровальных слоя, один из которых, предпочтительно, является мембранным фильтром, а другой представляет собой фильтрующий материал с извилистыми порами. Фильтрующий материал с извилистыми порами также может включать нановолокна или стеклянные волокна, нетканый волоконный полимерный материал, такой как спанбонд, нетканый материал, стекловолокно, микростекловолокно, целлюлозу или политетрафторэтилен. Предпочтительно, фильтрующий материал с извилистыми порами представляет собой материал, полученный выдуванием из расплава. Слой или слои из волоконного полимерного материала, полученного выдуванием из расплава, могут быть изготовлены из множества полимерных материалов, в том числе, полипропилена, полиэфира, полиамида, поливинилхлорида, полиметилметакрилата и полиэтилена, из которых полипропилен является наиболее предпочтительным. Обычно, полимерные волокна, образующие нетканый материал, имеют диаметр в диапазоне от, примерно, 0,05 мкм до, примерно, 10 мкм, предпочтительно, от, примерно, 1 мкм до, примерно, 5 мкм.

Предпочтительно, по меньшей мере, один фильтрующий материал с извилистыми порами представляет собой электретную фильтровальную среду, включающую высокоэффективный слой, несущий электростатический заряд. Электростатический заряд сообщают выдуваемым из расплава волокнам с целью улучшения их фильтрующей способности при помощи множества известных способов (см., например, патент US №5401446). Ниже по потоку относительно слоя или слоев с извилистыми порами, входящих в состав многокомпонентной фильтровальной среды, располагают мембранный слой, предназначенный для улавливания частиц, прошедших сквозь слой с извилистыми порами. В качестве мембранного слоя может быть использовано множество микропористых полимерных мембран, их выбор зависит от требований конкретного варианта применения. Мембранный слой может быть образован из следующих материалов, приводимых для примера: нитроцеллюлоза, триацетилцеллюлоза, полиамид, поликарбонат, полиэтилен, полипропилен, политетрафторэтилен, полисульфон, поливинилиденфторид, акрилатный сополимер. Мембранный слой, предпочтительно, образован из гидрофобного материала, способного препятствовать прохождению жидкостей. Это дополнительно пояснено в ЕР 1674144 А1 и US 7501003 В. Предпочтительно, мембранный слой представляет собой микропористый фторполимер, такой как вспененный политетрафторэтилен (ePTFE), фторированный этилен-пропилен (FEP), перфторалкокси полимер (PFA), полипропилен (PP), полиэтилен (PE) или сверхвысокомолекулярный полиэтилен (PE-UHMW). Особенно предпочтительные мембраны из ePTFE описаны в US 5814405. Дополнительную информацию о пригодных материалах, их свойствах и соответствующих методах испытаний можно найти по ссылке на ЕР 1674144 А1.

Общий размер фильтр-кассеты на фиг.1, обычно, соответствует размеру рамы 592 мм×592 мм или 610 мм×610 мм и, примерно, 600 мм общей длины L. Фильтровальная рама может иметь толщину около 20 мм. Обычно, в фильтр-кассете размещают три V-образных ячейки фильтровальных панелей 2. Площадь поверхности складчатой фильтровальной среды 4 в фильтр-кассете 1 может достигать 40 м².

Фильтр-кассету 1, предпочтительно, используют с фильтровальным материалом, обеспечивающим эффективность фильтрации от частиц класса Н12 (в соответствии с EN 1822) для потока воздуха 4250 м³/ч или менее. Удельная нагрузка воздуха на ткань составляет менее 3 см/с, срок службы в атмосферном воздухе превосходит 1 год. Величины других характеристик фильтр-кассеты указанного выше размера: давление продавливания во влажном состоянии более 6200 Па, тогда как начальное падение давления в потоке воздуха 4250 м³/ч менее 300 Па. В потоке воздуха 3400 м³/ч падение давления составляет менее 200 Па, а когда боковые стенки 10 частично или, по существу, отсутствуют и в зависимости от общей длины фильтр-кассеты, оно может быть еще уменьшено до менее, чем 180 Па, 160 Па, 140 Па, 120 Па и даже менее 100 Па.

Фиг.2 представляет собой схематичное поперечное сечение фильтр-кассеты, представленной на фиг.1, но только с двумя V-образными ячейками, то есть, с четырьмя фильтровальными панелями 2. Фильтровальный материал 4 фильтровальных панелей 2 сложен так, что складки расположены от одной боковой стороны панели (не показана) к противоположной боковой стороне панели (не показана), образуя зигзагообразный профиль фильтровального материала на указанном поперечном сечении. Как ясно из чертежа, установочная рама 8 прикреплена к верхней и нижней установочным пластинам 19, к которым фильтровальные панели 2 присоединены своими обращенными вверх по потоку концами. В этом варианте осуществления изобретения установочные пластины 19 не выполняют какой-либо функции фильтрования.

На фиг.3 показан другой вариант осуществления изобретения на виде, аналогичном фиг.2. В этом варианте две, верхняя и нижняя, установочные пластины 19 отсутствуют, их заменяют фильтровальные панели 2. Как ясно из сравнения вариантов осуществления изобретения, показанных на фиг.2 и 3, количество материала на фильтровальных панелях в обоих вариантах одинаковое, однако с обращенной вверх по потоку стороны (зоны загрязненного воздуха) обеспечивается большая площадь отверстия, через которое воздух поступает в фильтр-кассету. То есть, подлежащий фильтрованию воздух может поступать в фильтр-кассету с верхней и нижней сторон, каковые верхняя и нижняя стороны в первом варианте осуществления изобретения, представленном на фиг.1 и 2, блокированы установочными пластинами 19. Следовательно, при остальных одинаковых условиях, падение давления, создаваемое фильтр-кассетой, соответствующей второму варианту осуществления изобретения, представленному на фиг.3, будет меньше, чем создаваемое фильтр-кассетой, соответствующей первому варианту осуществления изобретения.

На фиг.4 показан вариант установки фильтр-кассеты 1, поясняемой фиг.1 и 2, с установочной поверхностью 5 в разделительной стенке 6. На фиг.4 показано типичное расположение, соответствующее виду в перспективе фигуры 1, где фильтровальные панели 2 фильтр-кассеты 1 выступают в зону чистого воздуха.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны в следующих пунктах:

1. Фильтр-кассета (1) для удаления частиц из потока воздуха, содержащая верхний по потоку конец (14) и нижний по потоку конец (16), установочную раму (8), на которой закреплена фильтровальная среда (4) и на которой предусмотрена установочная поверхность (5), приспособленная для установки фильтр-кассеты в отверстии перегородки (6), и расположенная между верхним и нижним по потоку концами (14, 16) фильтр-кассеты на первом расстоянии (D_up) от указанного верхнего по потоку конца (14) и на втором расстоянии (D_down) от указанного нижнего по потоку конца (16), причем величина каждого из указанных первого и второго расстояния (D_up, D_down) составляет более 10% общей длины (L) фильтр-кассеты.

2. Фильтр-кассета (1) по п.1, в которой указанные первое и второе расстояния (D_up, D_down) равны, по меньшей мере, 40 мм, более предпочтительно, 100 мм или более.

3. Фильтр-кассета (1) по п.1 или 2, в которой величина каждого из указанных первого и второго расстояния (D_up, D_down) составляет более 25%.

4. Фильтр-кассета (1) по п.1 или 2, в которой установочная поверхность (5) находится по центру между верхним и нижним по потоку концами (14, 16) относительно общей длины (L) фильтр-кассеты.

5. Фильтр-кассета (1) по любому из пп.1 или 2, в которой установочная поверхность (5) находится на линии центра масс фильтр-кассеты относительно верхнего и нижнего по потоку концов (14, 16).

6. Фильтр-кассета (1) по любому из пп.1 или 2, в которой фильтровальная среда (4) включает множество фильтровальных панелей (2), расположенных в направлении от верхнего по потоку конца к нижнему, соединенных друг с другом попеременно своими верхним и нижним по потоку концами (14, 16), а боковые стенки (10), соединяющие смежные фильтровальные панели (2), размещены так, что текучая среда, проходящая через фильтр-кассету, проходит через указанные фильтровальные панели.

7. Фильтр-кассета (1) по п.6, в которой фильтровальная среда (4) имеет складки в направлении от верхнего по потоку конца к нижнему.

8. Фильтр-кассета (1) по п.6, в которой установочная рама (8) соединена с фильтровальными панелями (2) в области фильтр-кассеты (1), которой фильтр-кассета прикрепляется к перегородке (6) при помощи установочной поверхности (5).

9. Фильтр-кассета (1) по п.8, в которой размещенные выше по потоку относительно установочной рамы (8) боковые стенки (10) предусмотрены только между обращенными вниз по потоку сторонами (18) поверхности смежных фильтровальных панелей (2).

10. Фильтр-кассета (1) по п.8 или 9, в которой размещенные ниже по потоку относительно установочной рамы (8) боковые стенки (10) предусмотрены только между обращенными вверх по потоку сторонами (17) поверхности смежных фильтровальных панелей (2).

11. Фильтр-кассета (1) по п.8, в которой размещенные выше по потоку относительно установочной рамы (8) боковые стенки (10) предусмотрены только между обращенными вниз по потоку сторонами (18) поверхности смежных фильтровальных панелей (2), а размещенные ниже по потоку относительно установочной рамы (8) боковые стенки (10) предусмотрены только между обращенными вверх по потоку сторонами (17) поверхности смежных фильтровальных панелей (2).

12. Фильтр-кассета (1) по любому из пп.8,9,11, в которой две наиболее удаленные от центра фильтровальные панели идут от указанного верхнего и/или нижнего по потоку концов (14, 16) к установочной поверхности (5) и выполняют функцию фильтрования.

13. Фильтр-кассета (1) по любому из пп.1 или 2, в которой указанная общая длина фильтр-кассеты равна или больше 250 мм.

14. Фильтр-кассета (1) по любому из пп.1 или 2, в которой указанная установочная поверхность (5) выполняет функцию герметизации.

15. Фильтр-кассета (1) по любому из пп.1 или 2, в которой фильтровальная среда (4) характеризуется эффективностью улавливания частиц, по меньшей мере, класса фильтров Н10, предпочтительно, класса фильтров Н12, в соответствии с EN 1822, а фильтр-кассета создает падение давления менее 200 Па при расходе воздуха 3400 м³ в час.

16. Фильтр-кассета (1) по п.15, которая при расходе воздуха 3400 м³ в час создает падение давления менее 180 Па, предпочтительно, менее 160 Па, более предпочтительно, менее 140 Па, еще более предпочтительно, менее 120 Па, наиболее предпочтительно, менее 100 Па.

17. Фильтр-кассета (1) по любому из пп.1 или 2, в которой фильтровальная среда (4) включает один или более из следующих фильтровальных слоев: фильтровальный слой из стеклянных волокон, фильтровальный слой из синтетических волокон, например, изготовленный из нетканого полиэфира или нетканого полипропилена, фильтровальный слой из целлюлозы.

18. Фильтр-кассета (1) по любому из пп.1 или 2, в которой фильтровальная среда (4) представляет собой многокомпонентный материал, включающий множество смежных фильтровальных слоев, предпочтительно, включающих один или более из следующих фильтровальных слоев: по меньшей мере, одну мембрану из ePTFE, по меньшей мере, один слой из нановолокон, по меньшей мере, один слой из стеклянных волокон и нетканый слой с электростатическим зарядом.

19. Фильтровальное устройство, включающее перегородку (6) с отверстием (15) и установочной плоскостью (13), окружающей отверстие (15), где фильтр-кассета (1) по любому из пп.1-18 устанавливается на установочную плоскость (13) перегородки так, что фильтровальная среда (4) фильтр-кассеты выступает в обе стороны от установочной плоскости (13) перегородки.

20. Газовая турбина, включающая по меньшей мере одну, фильтр-кассету (1) по любому из пп.1-18, предназначенную для удаления частиц из потока газа, поступающего в газовую турбину.

21. Газовая турбина по п.20 с пропускной способностью по потоку воздуха, по меньшей мере, 1000 м³ в час, предпочтительно, более 4000 м³ в час, более предпочтительно, более 10000 м³ в час.

22. Газовая турбина по п.20 или 21, в которой, по меньшей мере, одна фильтр-кассета (1) имеет пропускную способностью по потоку воздуха от 500 до 6000 м³ в час.23. Использование фильтр-кассеты (1) по любому из пп.1-18 для удаления частиц из потока газа, поступающего в газовую турбину.

24. Использование фильтр-кассеты (1) по п.23 в воздухозаборе газовой турбины с пропускной способностью по потоку воздуха, по меньшей мере, 1000 м³ в час, предпочтительно, более 4000 м³ в час, более предпочтительно, более 10000 м³ в час.

Реферат

Группа изобретений относится к фильтровальному устройству для удаления частиц из потока воздуха, используемому в газовых турбинах, аварийных парогенераторах, газовых компрессорах, системах вентиляции и кондиционирования, а также при добыче газа. Фильтр-кассета для удаления частиц из потока воздуха содержит верхний по потоку конец и нижний по потоку конец, установочную раму, на которой воздухонепроницаемо закреплена фильтровальная среда и на которой предусмотрена установочная поверхность, приспособленная для установки фильтр-кассеты в отверстии перегородки, и расположенная между верхним и нижним по потоку концами фильтр-кассеты на первом расстоянии Dот указанного верхнего по потоку конца и на втором расстоянии Dот указанного нижнего по потоку конца. Величина каждого из указанных первого и второго расстояния, D, Dсоставляет более 10% общей длины L фильтр-кассеты. Фильтровальное устройство включает перегородку с отверстием и установочной плоскостью, окружающей указанное отверстие. Фильтр-кассета устанавливается на установочную плоскость перегородки так, что фильтровальная среда фильтр-кассеты выступает в обе стороны от указанной установочной плоскости перегородки. Газовая турбина включает, по меньшей мере, одну фильтр-кассету, предназначенную для удаления частиц из потока газа, поступающего в газовую турбину. Техническим результатом является повышение эффективности фильтрации и срока службы. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула