专利名称：多层过滤器、包括多层过滤器的燃气轮机以及过滤的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及空气过滤系统和工艺。更具体而言，本发明涉及过滤器、包括过滤器的系统以及过滤的工艺。
背景技术：
一般，燃气轮机中的空气过滤系统从入口空气中移除盐、灰尘、腐蚀物、水分和其它不合需要的物质，以便防止它们进入到燃气轮机的下游构件中。水分可由(但不限于)雨、雾、霭、喷雾和它们的组合形成。已知的空气过滤系统通过利用各种已知的技术而包括多个级来处理水分和其它不合需要的物质。可在这些级中的一个或多个中使用过滤器。使用多级空气过滤系统容许移除不合需要的物质，包括水分。但是，多级过滤系统·会遭受缺点，即，它们实施和/或运营起来可能成本高，无法将它们容易地结合到现有的系统(例如燃气轮机)中，它们可包括额外的硬件从而占用额外的空间以及/或者增加资金成本，而且它们还会引起较高的入口压降。已知的过滤器可包括不合需要的运行特征。例如，由于泥土、灰尘、烃和水分之间的相互作用而阻碍过滤器的透气性的原因，过滤器可具有短的可用寿命。过滤器可能无法促进表面负荷，并且因此可能难以利用自清洁系统来清洁过滤器，从而导致可用寿命短。过滤器在高含尘环境中可具有短的可用寿命。在制造过程期间，过滤器介质可受到损害，例如，褶尖部可受到损害，从而导致水分传送通过过滤器。不会遭受以上缺点的过滤器、包括过滤器的燃气轮机入口系统和过滤的工艺在本领域中将是合乎需要的。
发明内容
在一个示例性实施例中，一种多层过滤器包括定位成接收空气流的纳米纤维层、聚结性基本介质层和隔膜层。聚结性基本介质层和隔膜层定位成以便空气流行进通过纳米纤维层和聚结性基本介质层，然后通过隔膜层。在另一个示例性实施例中，一种燃气轮机入口系统包括涡轮区段和入口部分。涡轮区段包括定位成接收来自入口部分的空气流的压缩机、构造成接收来自压缩机的空气流以及燃烧燃料的燃烧系统，以及构造成通过燃烧系统燃烧燃料而被提供动力的涡轮机。入口部分定位成将空气流提供给压缩机。入口部分包括空气入口和具有多层过滤器的过滤器部分。多层过滤器包括定位成接收空气流的纳米纤维层、聚结性基本介质层和隔膜层。聚结性基本介质层和隔膜层定位成以便空气流行进通过纳米纤维层和聚结性基本介质层，然后通过隔膜层到达燃气轮机的下游构件。在另一个示例性实施例中，一种过滤空气流的工艺包括定位多层过滤器；引导空气流通过多层过滤器的纳米纤维层，通过多层过滤器的聚结性基本介质，然后通过多层过滤器的隔膜层；容许水分传送通过纳米纤维层；以及利用聚结性基本介质使水分和烃聚结。
根据结合附图得到的优选实施例的以下更加详细的描述，本发明的其它特征和优点将是显而易见的，附图以实例的方式来示出本发明的原理。
图I是具有多层过滤器的燃气轮机的一部分的示意图，多层过滤器具有纳米纤维层、聚结性基本介质层和隔膜层。图2是具有纳米纤维层、聚结性基本介质层和隔膜层的多层过滤器的透视图。图3是具有稀松布(scrim)层、纳米纤维层、聚结性基本介质层和隔膜层的多层过滤器的透视图。 图4是具有纳米纤维层、聚结性基本介质层、隔膜层和稀松布层的多层过滤器的透视图。图5是具有第一稀松布层、纳米纤维层、聚结性基本介质层、隔膜层和第二稀松布层的多层过滤器的透视图。只要有可能，将在所有图中使用相同的参考标号来表不相同部件。
具体实施例方式提供一种不会遭受以上缺点中的一个或多个的多层过滤器、包括多层过滤器的燃气轮机入口系统和过滤的工艺。本公开的实施例从入口空气中移除盐、灰尘、腐蚀物、水分(例如含有水粒子的流体)和其它不合需要的物质，防止下游构件积垢，容许在潮湿或含烃的条件下运行，具有延长的可用寿命，促进特定部分中的表面负荷，可在高含尘环境中运行，能够防止在例如褶尖部处有损害，可廉价地实施或运营，可结合到现有的燃气轮机入口系统中，可在不占用额外的空间的情况下运行，以及它们的组合。图I显示了燃气轮机入口系统101的示例性实施例。燃气轮机入口系统101包括涡轮区段103，其包括定位成接收来自入口部分100的空气流104的压缩机105 ;燃烧系统111，其构造成接收来自压缩机105的空气流104，以及燃烧燃料(未显示)；以及涡轮机109，其构造成通过燃烧系统111燃烧燃料而被提供动力。入口部分100定位成将空气流104提供给压缩机105。在一个实施例中，空气流104将空气提供给单独的过滤器102，过滤器102能够在运行期间以介于大约I m/s和大约15 m/s之间的表面速度处理在大体大约50立方英尺每分钟至大约5000立方英尺每分钟之间的空气。如本文所用，用语“空气”指的是大气气体和携带的物质，包括(但不限于)水分、灰尘、泥土、盐、烃和非大气气体。虽然显示和描述了燃气轮机入口系统101，但是将理解，用于接收空气流104的其它系统可与入口部分100结合起来使用。入口部分100包括用于从空气流104中移除不合需要的物质的多层过滤器102 (例如，如图2中显示的那样)。在其它实施例中，多层过滤器102用于可与空气流104结合起来运行的其它构件。其它适当的构件是下者的一部分或者包括下者用于燃气轮机的发电机空气过滤器、水泥厂过滤器、车辆过滤器、用于焊接的急流线路(torrent line)工业过滤器、用于清洁生产大楼的工业空气处理过滤器、大规模的空气处理系统或其它适当的系统。空气流104被引导到或被抽到入口 106。入口 106包括用于引导和/或处理空气流104内的空气的任何适当的机构。例如，适当的机构包括(但不限于)用于防止额外的水分进入入口 106的雨水罩、导叶分隔器、水分分离器、漂浮物清除器、聚结性过滤器和它们的组合、用于移除或消除冰的除冰系统，以及用于移除进入入口 106的水或在进入入口 106之后凝结的水分的系统。在进入入口 106之后，空气流104被引导到过滤器部分108，在其中，空气流104的一部分或全部被多层过滤器102中的一个或多个过滤掉。过滤器部分108包括多层过滤器102。多层过滤器102从空气流104内的空气中移除物质，从而将经处理的空气提供给通往入口部分100中的下游构件(例如消音器(未显示))的管道107。多层过滤器102可为袋状过滤器、v-cell微型褶、褶式滤筒、任何其它适当的过滤器或它们的组合。如图2中显示的那样，在一个实施例中，在多层过滤器102内，空气流104行进通过纳米纤维层110和聚结性基本介质层112，然后向下游通过疏水隔膜层114。如本文所用，用语“下游”和“上游”指的是相对于空气流104的方向的位置。再次参照图1，例如，空气流104从上游位置(例如入口 106)向下游朝管道107行进。多层过滤器102内的纳米纤维层110定位在入口 106附近，并且构造成接收来自入口 106的空气流104。纳米纤维层110内的纳米纤维是悬在材料内或由任何适当的技术布置的任何适当的纳米纤维。如本文所用，用语“纳米纤维”指的是具有为纳米(10_9米)量级的尺寸的任何纤维。个别地，纳米纤维不能直观地辨别。例如，在本公开的实施例中，纳米纤维具有小于大约1500纳米的直径、小于大约100纳米的直径、小于大约50纳米的直径、小于大约10纳米的直径、大约10纳米至大约1500纳米的直径范围、大约10纳米至大约1000纳米的直径范围、大约20纳米至大约500纳米的直径范围、大约50纳米至大约500纳米的直径范围、大约100纳米至大约500纳米的直径范围、大约20纳米至大约400纳米的直径范围，或大约40纳米至大约200纳米的直径范围，在纳米纤维的中心20%、50%、80%或全部上测量直径，例如，如通过与电子显微镜联接的图像分析工具所测量的那样。另外或备选地，在本公开的实施例中，纳米纤维在有最大差异的区域内具有小于20%的尺寸差异、小于5%的尺寸差异，或小于1%的尺寸差异。在一个实施例中，纳米纤维层110包括形成为适当的介质的纳米纤维。在一个实施例中，纳米纤维作为熔喷网、熔融纺丝、静电纺丝或形成无规纤维网的其它适当的工艺形成到纳米纤维层110中。在一个实施例中，纳米纤维包括聚合材料，诸如例如同聚物、共聚物(例如嵌段共聚物、接枝共聚物、无规共聚物和交替共聚物)、聚乙烯、聚丙烯、三元共聚物、聚交酯、聚乳酸、聚烯烃、聚丙烯腈、聚亚安酯、聚碳酸酯、聚已酸内酯、聚乙烯醇、壳聚糖尼龙、聚苯乙烯、蛋白质、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚丙烯酸、聚(丙烯胺硫酸氢盐)、聚(4-对苯乙烯磺酸)、聚(乙烯基硫酸盐)钾盐、4-苯乙烯磺酸钠盐水合物、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯亚胺、直链聚乙烯亚胺主链、成嵌段的直链聚乙烯亚胺主链的嵌段共聚物、可溶于水的聚合物嵌段(例如聚乙烯乙二醇、聚丙酰乙烯亚胺和/或聚丙烯酰胺)、疏水的聚合物嵌段(例如聚苯乙烯或包括聚苯基呃唑啉、聚辛基呃唑啉和聚十二烷基呃唑啉的聚呃唑啉)、聚丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸甲酯和聚丁基丙烯酸甲酯)和它们的组合。在一个实施例中，纳米纤维包含金属或其它非聚合物微粒。选择纳米纤维层110内的介质和/或纳米纤维，以提供用于接收空气流104的期望属性。在一个实施例中，纳米纤维层110促进表面负荷。在一个实施例中，纳米纤维层110容许水分传送通过纳米纤维层。在一个实施例中，纳米纤维层110结合到聚结性基本介质层112上。在这个实施例中，聚结性基本介质层112可形成纳米纤维层110的介质的一部分。多层过滤器102内的聚结性基本介质层112定位在疏水隔膜层114的上游。聚结性基本介质层112提供水分和烃聚结和/或排出以及爆裂强度。如本文所用，用语“聚结”指的是使较小的滴和/或霭形成大的水分滴。在一个实施例中，针对深度负荷来构造聚结性基本介质层112。在一个实施例中，聚结性基本介质层112是纺粘熔喷网。在其中聚结性基本介质层112不形成纳米纤维层110的介质的一部分的一个实施例中，聚结性基本介质层112在纳米纤维层110附近形成单独的层。在这个实施例中，聚结性基本介质层112还包含聚合材料，诸如例如同聚物、共聚物(例如嵌段共聚物、接枝共聚物、无规共聚物和交替共聚物)、三元共聚物、聚交酯、聚乳酸、聚烯烃、聚丙烯腈、聚亚安酯、聚碳酸酯、聚已酸内酯、聚乙烯醇、纤维素、壳聚糖尼龙、聚苯乙烯、蛋白质、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚丙烯酸、聚(丙烯胺硫酸氢盐)、聚(4-对苯乙烯磺酸)、聚(乙烯基硫酸盐)钾盐、4-苯乙烯磺酸钠盐水合物、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯亚胺、直链聚乙烯亚胺主链、成嵌段的直链聚乙烯亚胺主链的嵌段共聚物、可溶于水的聚合物嵌段(例如聚乙烯乙二醇、聚丙酰基乙烯亚胺和/或聚丙烯酰胺)、疏水的聚合物嵌段(例如聚苯乙烯或包括聚苯基呃唑啉、聚辛基呃 唑啉和聚十二烷基呃唑啉的聚呃唑啉)、聚丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸甲酯和聚丁基丙烯酸甲酯)和它们的组合。多层过滤器102内的疏水隔膜层114定位在管道107附近。疏水隔膜层114将空气流104中的空气转化成具有预先确定的微粒属性的空气。例如，在一个实施例中，过滤器通过这样的方式来容许形成高效率微粒空气(HEPA)，即，在最具穿透性的粒度下具有大约85%,95%或99. 95%的过滤效率的整体值、大约O. 05%的穿透率的整体值、大约99. 75%的过滤效率的局部值和大约O. 25%的穿透率的局部值。在另外的实施例中，过滤器通过这样的方式来容许形成HEPA，即，具有大约99. 995%的过滤效率的整体值、大约O. 005%穿透率的整体值、大约99. 975%的过滤效率的局部值和大约O. 025%的穿透率的局部值。在一个实施例中，隔膜层114包含聚四氟乙烯、膨胀聚四氟乙烯和/或聚乙烯或是聚四氟乙烯、膨胀聚四氟乙烯和/或聚乙烯。在一个实施例中，隔膜层114是疏水的或疏油的。在一个实施例中，多层过滤器102进一步包括一个或多个稀松布层116。如本文所用，用语“稀松布层”指的是具有打破例如在水中的表面张力的能力的协助处理结构，使得水不太可能在表面上结珠。该一个或多个稀松布层116会改变表面的形态。在一个实施例中，在该一个或多个稀松布层116定位在上游的情况下，该一个或多个稀松布层116为纳米级。在一个实施例中，在该一个或多个稀松布层116定位在下游的情况下，该一个或多个稀松布层116形成保护层而非牺牲层，从而提供额外的强度。参照图3，在一个实施例中，多层过滤器102包括定位在纳米纤维层110附近的稀松布层116，使得空气流104行进通过稀松布层116，然后向下游通过纳米纤维层110、聚结性基本介质层112和疏水或疏油的隔膜层114。在这个实施例中，稀松布层116对纳米纤维层110提供霭保护。参照图4，在一个实施例中，多层过滤器102包括在疏水或疏油的隔膜层114附近的稀松布层116，使得空气流104行进通过纳米纤维层110、聚结性基本介质层112和疏水或疏油的隔膜层114，然后通过稀松布层116。在这个实施例中，稀松布层116会减小或消除隔膜层114由于打褶的原因而受到的损害，从而产生疏水或疏油的层。参照图5，在一个实施例中，多层过滤器102包括定位在多层过滤器102的相对的表面上的两个稀松布层116。在这个实施例中,第一稀松布层116定位在纳米纤维层110附近，而第二稀松布层116则定位在疏水或疏油的隔膜层114附近。空气流104向下游行进通过第一稀松布层116，然后通过纳米纤维层110、聚结性基本介质层112和疏水或疏油的隔膜层114，然后通过第二稀松布层116。虽然已经参照优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将理解，可在不偏离本发明的范围的情况下作出各种修改，而且等效物可代替本发明的元件。另外，可在不偏离本发明的实质范围的情况下作出许多改良，以使具体情况或内容适于本发明的教 导。因此，意图的是本发明不限于被公开为为了执行本发明而构想的最佳模式的特定实施例，本发明而是将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种多层过滤器，包括 定位成接收空气流的纳米纤维层； 聚结性基本介质层；以及 隔膜层； 其中，所述聚结性基本介质层和所述隔膜层定位成以便所述空气流行进通过所述纳米纤维层和所述聚结性基本介质层，然后通过所述疏水隔膜层。
2.根据权利要求I所述的过滤器，其特征在于，所述纳米纤维层布置和设置成促进表面负荷。
3.根据权利要求I所述的过滤器，其特征在于，所述纳米纤维层布置和设置成容许水分传送通过所述纳米纤维层。
4.根据权利要求I所述的过滤器，其特征在于，所述纳米纤维层结合到所述聚结性基本介质层上。
5.根据权利要求I所述的过滤器，其特征在于，针对深度负荷和爆裂强度来构造所述聚结性基本介质层。
6.根据权利要求I所述的过滤器，其特征在于，所述聚结性基本介质层聚结水和烃。
7.根据权利要求I所述的过滤器，其特征在于，所述疏水隔膜层包含聚四氟乙烯、膨胀聚四氟乙烯或聚乙烯。
8.根据权利要求I所述的过滤器，其特征在于，所述隔膜层是疏水的。
9.根据权利要求I所述的过滤器，其特征在于，所述隔膜层在最具穿透性的粒度下提供至少85%的过滤效率、大约O. 05%的穿透率的整体值、大约99. 75%的过滤效率的局部值和大约O. 25%的穿透率的局部值。
10.根据权利要求I所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器进一步包括稀松布层，其中，所述稀松布层定位成以便所述空气流行进通过所述稀松布层，然后通过所述纳米纤维层。
11.根据权利要求I所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器进一步包括稀松布层，其中，所述稀松布层定位成以便所述空气流行进通过所述隔膜层，然后通过所述稀松布层。
12.根据权利要求I所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器进一步包括第一稀松布层和第二稀松布层，所述第一稀松布层定位在所述纳米纤维层附近，并且所述第二稀松布层定位在所述隔膜层附近。
13.根据权利要求I所述的过滤器，其特征在于，所述空气流在燃气轮机入口系统内。
14.一种燃气轮机入口系统，包括 涡轮区段，其包括定位成接收来自入口部分的空气流的压缩机；构造成接收来自所述压缩机的空气流以及燃烧燃料的燃烧系统；以及构造成通过所述燃烧系统燃烧燃料来被提供动力的涡轮机； 定位成将所述空气流提供给所述压缩机的入口部分，所述入口部分包括 空气入口 ；过滤器部分，所述过滤器部分具有多层过滤器，所述多层过滤器包括 定位成接收所述空气流的纳米纤维层；聚结性基本介质层；以及 隔膜层； 其中所述聚结性基本介质层和所述疏水隔膜层定位成以便所述空气流行进通过所述纳米纤维层和所述聚结性基本介质层，然后通过所述隔膜层到达所述燃气轮机的下游构件。
15.根据权利要求14所述的涡轮入口系统，其特征在于，所述隔膜层是疏水的。
16.根据权利要求14所述的涡轮入口系统，其特征在于，所述隔膜层是疏油的。
17.根据权利要求14所述的涡轮入口系统，其特征在于，所述聚结性基本介质层聚结水分和烃中的一个或多个。
18.根据权利要求14所述的涡轮入口系统，其特征在于，针对深度负荷和爆裂强度来构造所述聚结性基本介质层。
19.根据权利要求14所述的涡轮入口系统，其特征在于，所述疏水隔膜层包含聚四氟乙烯、膨胀聚四氟乙烯或聚乙烯。
20.一种过滤空气流的工艺，所述工艺包括 定位多层过滤器，所述多层过滤器包括定位成接收空气流的纳米纤维层；聚结性基本介质层；以及隔膜层； 引导所述空气流通过所述纳米纤维层，通过所述聚结性基本介质层，然后通过所述隔膜层； 容许水分传送通过所述纳米纤维层；以及 利用所述聚结性基本介质层使水分和烃中的一个或多个聚结。
全文摘要
本发明涉及多层过滤器、包括多层过滤器的燃气轮机以及过滤的工艺。公开一种多层过滤器、包括多层过滤器的燃气轮机以及过滤的工艺。该多层过滤器包括定位成接收空气流的纳米纤维层、聚结性基本介质层和隔膜层。聚结性基本介质层和隔膜层定位成便于空气流行进通过纳米纤维层和聚结性基本介质层，然后通过隔膜层。燃气轮机包括入口和在过滤器部分中的多层过滤器。工艺包括定位多层过滤器，以及引导空气流通过多层过滤器。
文档编号F02C7/05GK102865142SQ20121023515
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月9日 优先权日2011年7月8日
发明者B.A.基佩尔, S.海纳 申请人:通用电气公司