专利名称：涡轮进气口过滤器的制作方法
背景本发明涉及用来从进入燃气涡轮的气流中除去颗粒的涡轮进气口过滤器。
向燃气涡轮的进口提供高度清洁的空气是很重要的。进入的空气中的小颗粒会沉积在桨叶上，造成涡轮中压缩机部分的积垢。因此所述进入的空气在进入涡轮之前，首先要通过过滤器系统。所述过滤器系统必须能够在严酷的环境下可靠地运作，所述严酷环境包括例如近海平台以及热带、极地和沙漠区域。高效的过滤器系统的一些常规应用是备用发电机、现代航海舰只的燃气涡轮以及从盐株开采获得气体的气体采掘操作。为了防止涡轮较早发生腐蚀，过滤器系统应当防止任意的水和盐粒进入。例如已经证明进入的空气中的盐粒会对燃烧室后面的涡轮热管部分造成腐蚀。
目前广泛使用的过滤器系统非常复杂，是多级的或者“级联”式的。级联过滤器系统由连续的但是独立的级组成，这些级包括机械防飞溅保护装置(例如具有通气孔的排气罩)，以及安装在该机械防飞溅保护装置后面的除雾器，所述除雾器用来从雾中除去水滴。接下来，当所述过滤器系统是用于高污染区域的时候，任选地提供预过滤器以延长末级过滤器的寿命。然后，使进入的空气在工作条件下通过颗粒过滤效率为例如85％(对于尺寸为0.5微米的颗粒)的高效深型过滤器(depth filter)。最后，在所述过滤器系统的下游安装用来除去盐的独立的过滤器。所述预过滤器、深型过滤器和盐过滤器可以设置成各种构造，例如设置成筒、板、迷你褶和过滤袋。大量的这样的筒并联连接，从而为涡轮提供足够的气流。例如，单独的小型燃气涡轮可能需要大于50.000米3空气/小时。根据所需的进入的空气的量，一个完整的过滤器系统可装满一个或多个外壳。
上述级联过滤器系统对防止尘土、盐和水的进入的保护通常是十分有限的。另外，由于盐和水的进入造成的腐蚀，需要对各过滤器级进行经常性的保养和修理。在高污染的环境下，每3-6个月便完全拆卸芯进行检修的情况并不少见。
因此，人们需要设计一种更轻便、更加简单的过滤器系统，这种系统具有更长的寿命，所需维护更少，而且除去水和盐的能力获得提高。这些系统将会为用于严酷环境条件下的燃气涡轮提供更好的保护。
EP 1266681 A2描述了比较不易造成涡轮污染的用于燃气涡轮的过滤介质。该过滤介质包括多孔聚四氟乙烯(ePTFE)薄膜和两层透气性支承层。所述两层支承层中的至少一个层位于所述薄膜的上游侧，作为滤除环境中的灰尘的预过滤器。所述两个支承层中的另一个层位于所述薄膜的下游侧或者位于所述第一支承层和薄膜之间，作为加固元件。然而，可以提供另外的支承层，甚至提议使用位于所述薄膜上游侧的单个支承层同时发挥预过滤器功能和加固功能。
所述透气性支承元件优选由聚烯烃纤维组成的无纺织物制成，用于预过滤器材料，其中平均纤维直径为0.2-15微米，织物重量为30克/米2。所述透气支承元件的透气性必须大于所述多孔PTFE薄膜的透气性。所述多孔PTFE薄膜的平均孔径为0.01-5微米，在一个单独的实施例中为1微米，平均纤维直径为0.2-1.0微米，在一个实施例中为0.2微米，当空气以5.3厘米/秒的流速通过薄膜的时候，表现出的压降为50-1.000帕，在实施例中为176,5帕。因此所述过滤介质的总厚度为0.15-0.3毫米。
在本发明的描述中，采用特殊的方法使过滤介质放电，这是由于人们不希望发生静电放电。因此，为了防止静电放电，所述透气性支承元件由耐静电放电性的材料制成。
迄今为止尚未观察到在EP 1266 681 A2中所述的单级过滤介质的现场应用。尽管该过滤介质被描述为一种满足上述要求的方法，但是人们仍然需要进一步改进所述过滤介质，以使其适于燃气涡轮的现场应用(in-field application)。
发明内容
根据本发明，该目的是通过使用一种涡轮进气口过滤器达到的，该涡轮进气口过滤器的总体结构基本上与EP 1 266 681 A2中所述的结构类似，但是进行了一些改良。因此，所述涡轮进气口过滤器包括复合过滤介质和用来将复合过滤介质安装在其中、从而使得过滤介质和框架之间实现气密配合的框架，所述过滤介质包括薄膜过滤层，该薄膜过滤层具有多孔聚合物薄膜；还包括至少一个包含纤维的深型过滤介质层，所述深型过滤介质层相对于流过过滤器的空气的流向位于所述薄膜过滤层的上游侧。根据本发明，作为预过滤器的深型过滤介质层的纤维具有静电荷。
尽管带静电的过滤器材料可通过许多种已知的技术制成，但是在美国专利第5,401,446号中描述了一种很方便的对纤维织物进行冷充电的方法。带电荷的纤维通过将小颗粒吸引并保持在纤维上，从而提高了过滤器的性能。已经发现由此造成的过滤介质的压降的增大速率要比不带电荷的深型过滤介质中的速率更慢。
通过在深型过滤介质(预过滤器)中除去小颗粒，可以防止由于薄膜表面(相对于“深型”过滤介质来说，该薄膜表面是“表面”过滤介质)上的滤饼累积造成薄膜过滤层过早发生堵塞。因此所述滤饼的透气性能够保持较长的时间。预计根据本发明的过滤器设计成能够在高污染区域内连续使用长达两年或更久而无需更换过滤器。
优选在所述薄膜的上游或下游侧提供不同于深型过滤介质的支承层，以提供耐受气流和所产生的压降的支承作用。但是应当注意，所述支承层将会显著影响所述过滤介质的整体透气性。当支承层与薄膜层叠的时候，这一点是特别优选的。因此，通过与支承层层叠，过滤器的透气性将会减小5倍。
尽管所述深型过滤介质层优选包括非织造纤维织物，具体来说包括熔喷织物，但是所述薄膜过滤层优选由多孔聚四氟乙烯(ePTFE)制成。ePTFE是疏水性的，具有细小的微孔结构，形成能够防止水分进入，而且能够高效地俘获小颗粒的表面；因此还可有效地防止盐粒通过。人们已经证明如美国专利第5,814,405号所述使用ePTFE薄膜是特别有效的。其中所述的薄膜具有高过滤效率、通气量和爆裂强度。在该专利中完整地描述了制备合适的ePTFE薄膜的方法，该专利参考结合入本文中。这些ePTFE薄膜可购自美国特拉华州，Newark的W.L.Gore & Associates，Inc.。但是也可使用通过其它方法制造的具有相同结构的ePTFE薄膜。
已经发现这种特别的ePTFE薄膜在以下相关因素之间获得了良好的平衡透气性、保水性和保盐性(salt retention)，颗粒过滤效率和处理。具体来说，在使用所述ePTFE薄膜的时候，那些在将过滤介质折叠成带褶皱的筒或平板过滤器时通常会出现的针孔将不再成为问题。
所述薄膜的这些有益的性质是由于其微观结构造成的。更具体来说，美国专利第5,814,405号中描述的ePTFE薄膜具有主要由一系列微丝互连的结组成的内部微观结构，所述结通常平行排列，呈高度细长状态，长宽比等于或大于25∶1，优选等于或大于150∶1。当所述ePTFE薄膜由PTFE均聚物和改性的PTFE聚合物的混合物制成的时候，可以做到这一点。
尽管美国专利第5,814,405号中所述的薄膜的平均流量孔径(mean flow poresize)等于或小于1.5微米，但是出于本发明的目的，优选的是平均流量孔径大于1.5微米，具体来说是1.5-15微米，在一个优选的实施方式中约为3微米。这可通过在制备薄膜的过程中，进一步沿纵向和/或横向拉伸薄膜，直至达到所需的孔隙率而很容易地做到。
因此可以提供一种涡轮进气口过滤器，该过滤器包括复合过滤介质，所述复合过滤介质包括具有褶皱的层叠体和至少一种带静电的熔喷过滤介质，该层叠体包括ePTFE薄膜和支承层，所述层叠体的透气性约为3-15Frazier，在10厘米/秒(一个具体实施方式
是5.3厘米/秒)或更小的表面速度下，对0.3微米的颗粒的颗粒过滤效率至少为90％，具体来说高于95％，所述熔喷过滤介质的透气性约为30-130Frazier，对于粒度0.3微米的颗粒的颗粒过滤效率至少为50％。所述复合过滤器(H12-13)对1-10厘米/秒的表面速度下的0.3微米的颗粒的过滤效率可达99％或更高，这对于燃气涡轮进气口应用而言是非常有利的。
通过本发明，可以不再需要独立的除雾器。另外，所述任选的预过滤器已经形成过滤介质的一部分，使得本发明的过滤介质可用于-60℃至+70℃的最严酷环境中。最后，也不再需要独立的盐过滤器，这是由于所述薄膜介质是防水性的(IP X5)，还提供了高保盐性。从而有效防止了涡轮部件的腐蚀。根据本发明的单级过滤介质重量很轻，估计其在最严酷的环境条件下的寿命等于或大于两年。
由于所述复合过滤介质的多层结构，只有很小的空气颗粒能够透过预过滤器，在一定的延迟之后到达所述薄膜的表面。所述熔喷预过滤器的过滤效率约为90％，因此已经过滤了大部分的颗粒。随着时间的推移，滤饼在预过滤器的上游侧累积。这些滤饼提供了另外的过滤效果。滤饼的过滤效率随时间提高，构成了一种前置-预过滤器。当以上述方式加载的过滤器暴露于湿润气候(例如相对湿度大于90％)的时候，滤饼对整个过滤介质表现出重要的功能。更具体来说，如果滤饼直接累积在薄膜材料的表面上，滤饼颗粒在湿润气候下发生的溶胀会造成整个过滤介质的压降增大。但是如果使用例如预过滤器将所述滤饼与薄膜表面隔开，则这种压降增大的程度较小。
附图简述
图1是本发明涡轮进气口过滤器的复合过滤介质的截面图，图2是另一种复合过滤介质的截面图，在所述过滤介质的下游侧有独立的支承层，图3是另一种过滤介质的截面图，其中独立的支承层位于中部，图4是另一种过滤介质的截面图，在所述过滤介质的上游侧具有另外的稳定化层，图5是用作涡轮进气口过滤器的过滤器的透视图，图6是用作涡轮进气口过滤器的筒式过滤器的透视图，图7显示了形成所述复合过滤介质的一部分的优选的薄膜过滤层的结构的界面放大图，图8是显示所述复合过滤介质优于其它薄膜过滤器的性能的图。
附图详述本发明的涡轮进气口过滤器使用的复合过滤介质提供了至少两个过滤层薄膜过滤层和深型过滤层。所述薄膜过滤层包括多孔聚合物薄膜。相对于气流的方向，在所述薄膜过滤层的上游设置了至少一个深型过滤介质层。所述复合过滤介质可任选地包括支承层。相对于通过过滤器的气流的方向，所述支承层可设置在所述薄膜过滤层的上游或下游。所述支承层可任选地与薄膜层叠。
图1至图3显示了总厚度优选为0.5-1.5毫米的复合过滤介质10的一些方面的截面图。在薄膜过滤层20的上游设置了深型过滤介质层18，气流的方向如箭头所示(图1)。图2显示了过滤介质10，其包括位于薄膜过滤层20的下游侧的支承层22。在图3中。支承层22设置在薄膜过滤层20的上游侧，位于深型过滤介质层18和薄膜过滤层20之间。尽管优选支承层22通过加热或粘合剂与薄膜过滤层20层叠，但是深型过滤介质层18可以分别与薄膜过滤层20和支承层22保持不良接触。
另外，如图4所示，可以在深型过滤介质层18顶上设置例如纤维织物形式的稳定化层23作为最上层，以防在对过滤介质10进行加工和处理的过程中，使深型过滤介质层18中的纤维变得无序。所述稳定化层23优选通过熔喷法制备，单位面积重量约为5-10克/米2，可以通过加热、机械法或粘合剂与深型过滤介质层18相结合。
从图5可以更好地看出，过滤介质10优选以褶皱的形式折叠，以提供更佳的结构整体性，以及显著提高用于过滤的暴露表面积。使所述介质形成褶皱，使得薄膜过滤层20和深型过滤层18的顶点26对齐。所述褶皱的高度可优选不大于250毫米，最优选约为30-90毫米。尽管图5显示的过滤介质10具有褶皱，从而形成带褶皱的板材，但是经常需要将所述板材的两个边缘连接起来，形成圆柱形过滤介质(图6)。优选使用隔离片在上游侧和/或下游侧稳定这些板材，使得过滤器可以在高达和超过5厘米/秒的高表面速度下操作。另外，通过对过滤介质施加一种或多种反向高压脉冲流而对其进行清洁(“反向脉冲法”)也需要牢固的褶皱构造。
图5显示了新颖的过滤器，该过滤器具有安装在框架14之内的复合过滤介质10。框架14的尺寸是由应用决定的，框架尺寸应当设计成使得能够在输送待过滤的气体/空气的管道中实现紧密匹配。所述框架可用任意材料制成，例如金属，包括铝或镀锌钢；或者结构聚合物。较佳的是，所述框架由阳极氧化的铝制成。过滤介质10应当安装在框架14内，使得过滤介质10和框架14之间实现气密匹配，并且避免未过滤的空气渗透过过滤介质10。理想条件下，使用聚氨酯、环氧树脂、聚硅氧烷、热熔粘合剂或塑料溶胶之类的密封材料24将过滤介质10安装在框架14上。为了形成严密的密封，应当对密封材料24进行选择或处理，使其浸润进入过滤介质10中，以确保连续密封。在一个筒的实施例中，介质10可设计成空气流量为500-1500米3/小时，优选约为1000米3/小时。
可任选地在过滤器前面设置具有通气孔的排气罩作为机械防飞溅保护。
复合过滤介质10的深型过滤介质层18优选是非织造纤维聚合物织物，例如纺粘织物或优选为熔喷织物，所述织物由以下材料制成聚丙烯或聚乙烯、非织造聚酯织物、玻璃纤维、玻璃微纤维、纤维素和聚四氟乙烯。
熔喷织物是通过使熔体纺成的纤维吸入加热空气的会聚气流、制成极细的纤丝，从而制得的。熔喷法形成连续的尺寸小于1旦的纤维，纤维具有较小的直径，通常小于10微米。
所述熔喷聚合物纤维织物层可以由许多种聚合物材料制成，这些材料包括聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯。其中聚丙烯是更优选的聚合物材料。通常形成所述织物的聚合物纤维的直径约为0.5-10微米。优选所述纤维的直径约为1-5微米。
所述深型过滤层的厚度并不重要。例如，如果所述深型过滤介质是熔喷织物，则厚度可约为0.25-3毫米。更大的厚度可得到更高的灰尘容量。但是过厚的深型过滤介质层会限制所述复合过滤介质中可用的层的总数。
本领域技术人员也有能力对所述深型过滤介质的基重进行选择。熔喷聚合物纤维织物的重量可约为例如1-100克/米2，优选熔喷纤维织物的基重约为10-50克/米2。
至少形成一个深型过滤介质作为电介体过滤介质，其包括含有静电荷的高效的层。使用各种已知的技术将电荷注入熔喷纤维织物中以提高它们的过滤性能。
例如可以依照Tsai等人在美国专利第5,401,446号中所述的方法，对合适的织物依次施加一系列的电场，使得相邻的电场的极性基本相反，从而很方便地对织物进行冷充电。如该文献所述，对织物的一侧最初施加正电荷，而对另一侧最初施加负电荷。然后对织物的第一侧施加负电荷，对另一侧施加正电荷。但是也可使用各种其它的已知技术制备介电体过滤材料。
所述深型过滤介质还可包含添加剂以提高过滤性能，还可包含少量的可提取烃类来提高性能。所述纤维可包含某些可熔融处理的氟碳化合物，例如含氟的噁唑烷二酮和哌嗪化合物，以及包含全氟化部分的低聚物化合物。使用这些添加剂对带电荷的织物过滤器的性能可能是特别有益的。
在深型过滤层18的下游设置了微孔聚合物薄膜过滤层20。微孔聚合物薄膜20用来俘获通过深型过滤层的颗粒。已证明微孔聚合物薄膜能够可靠地从液体流中除去颗粒和生物体。薄膜的特征通常在于其聚合物组成、透气性、水渗透压和过滤效率。
根据应用的要求，可以将许多种微孔聚合物薄膜用作所述薄膜过滤层。所述薄膜过滤层可以由以下示例性的材料制成硝化纤维素、三乙酰基纤维素、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚砜、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、丙烯酸酯共聚物。
所述薄膜过滤层优选由能够防止液体通过的疏水性材料制成。所述薄膜过滤层必须能够耐受施加在过滤介质上的压力差而不会使任何液体通过。优选的薄膜的水渗透压为0.01-0.25巴，平均空气渗透性约为7-100Frazier，更优选至少约为30Frazier，最优选至少约为60Frazier。
较佳的是，所述薄膜过滤层是微孔的含氟聚合物，例如ePTFE、(氟化乙烯-丙烯)(FEP)、全氟化烷氧基聚合物(PFA)、聚丙烯(PU)、聚乙烯(PE)或超高分子量的聚乙烯(uhmwPE)。
最佳的是，所述薄膜过滤层包含ePTFE。美国专利第5,814,405号中描述了合适的ePTFE薄膜。该文献中描述的薄膜具有良好的过滤效率，高空气流动和爆裂强度。图7显示了由上述美国专利获得的SEM图，引入本申请中，以作为所述ePTFE薄膜微观结构的一个例子。可以看出，所述薄膜的微观结构由一系列被微丝互连的节(node)组成，所述节大体平行排列，是高度伸长的，长宽比等于或大于25∶1。人们认为所述微观结构的长节有助于防止薄膜在过滤器褶皱过程中发生分裂，从而避免了形成针孔的危险。
薄膜过滤层20可任选地包括填料，以提高过滤器的某些性质。在美国专利第5,814,405号中充分描述了合适的填料，例如炭黑；或其它导电填料、催化性微粒、热熔法二氧化硅、胶态二氧化硅；或吸附材料，例如活性碳；或者陶瓷填料，例如活性氧化铝和TiO2，还描述了可用于本发明的填充的薄膜的制备方法。
提供了支承层22以使过滤层20稳定化。因此优选的支承材料必须具有足够的刚性以支承薄膜和深型过滤层，但是又必须足够柔软，以免破坏薄膜。所述支承层22可包括非织造或织造的织物。合适的支承层材料的其它例子可包括但不限于织造和非织造的聚酯、聚丙烯、聚乙烯、玻璃纤维、玻璃微纤维和聚四氟乙烯。在一种褶皱的取向中，所述材料应在褶皱中提供气流通道，同时保持褶皱隔离开(即防止褶皱坍塌)。纺粘非织造织物之类的材料特别适用于该用途。
支承层22可设置于薄膜过滤层20的上游或下游。可以将支承材料22层叠在薄膜过滤层上以形成基层。关于这方面，所述基层宜在支承上面的熔喷介质层的同时作为最终过滤表面。
测试方法渗透性透气性可根据Frazier数字测试法测定。在此方法中，通过以下方法测试透气性将试样夹在具有垫圈凸缘的夹具中，提供了直径约2.75英寸、面积约6英寸2的用于进行气流测量的圆形区域。样品夹具的上游侧与流量计相连，所述流量计与干燥的压缩空气源相连。样品夹具的下游侧向大气开放。通过对样品的上游侧施加相当于0.5英寸水柱的空气压力、并记录下流过在线流量计(浮球转子流量计)的空气流量，从而进行测试。在测试之前，样品先在21℃、65％相对湿度的条件下调节至少4小时。结果记为Frazier数值的形式，其单位为英尺3/分钟/样品英尺2，压力为0.5英寸水柱的压力。
灰尘容量灰尘容量可根据以下方法测定。使用恒定输出的喷雾器(TSI Model 3096；Shoreview，MN)将3％的氯化钠水溶液雾化。通过在80℃加热使颗粒干燥，然后用清洁干燥的空气稀释。用空气动力学粒度计(例如TSI Model 3320；Shoreview，MN)测量粒度分布。测定几何平均粒径和标准偏差。
在测试前对直径44.4毫米的过滤器试样进行称重，然后置于过滤器支架中。表面速度设定在53毫米/秒。用压力传感器(例如Heise Model PM10；Stratford，CT)连续监控过滤器上的压降。对过滤器施加氯化钠气溶胶，直至过滤介质上的最终压降达到750 Pa为止。测试后再次对试样称重，以测定加载的质量。灰尘加载容量是试样的最终质量和初始质量之差。
过滤效率颗粒收集效率用自动效率测试仪(例如Model 8160，购自TSI，Inc.，St.Paul，Minnesota)测定。该测试在常规室温(70)和相对湿度条件下(40％)进行。将邻苯二甲酸二辛酯(DOP)溶液雾化，产生包含直径为0.03-0.5微米的颗粒的气溶胶。使用该气溶胶，在5.3厘米/秒的空气流速下对过滤器样品进行评价。两个凝结核颗粒计数器同时测量试样上游和下游的颗粒浓度。颗粒调节效率写作过滤器收集的上游评价颗粒的百分数。
带电和不带电的熔喷织物的比较下表1中显示了三个实施例A、B和C中带电和不带电的熔喷织物(MB)的不同效率。
表1
实施例A涉及ePTFE薄膜层叠体，该层叠体包括ePTFE薄膜，以及作为支承层的203克/米3的聚酯纺粘背衬层。所述薄膜在一定测试条件下的渗透性约为7.6Frazier，灰尘容量为6.4克/米3。
实施例B涉及一种本发明的复合过滤介质，其中30克/米2的聚丙烯熔喷织物通过超声处理结合在实施例A的ePTFE薄膜层叠体上。用于该实施例的熔喷织物可购自East Walpole，MA的Hollingsworth and Vose Company，备件号为TR1462A。在过滤器的整个表面上用尺寸约为0.8毫米的小焊点进行超声连接，焊点密度约为55500个/平方米2。在相同测试条件下，所述复合过滤介质的渗透性约为4.9Frazier，过滤介质的灰尘容量为9.1克/米3，也即提高了43％。
尽管根据本发明使实施例B中的复合过滤介质带上静电荷，但是实施例C涉及相同的复合过滤介质，该介质是通过以下步骤放电的将其浸入异丙醇中以中和静电荷，然后进行干燥。尽管如人们所预期，渗透性没有改变很多，但是实施例C的灰尘容量小于实施例B，即灰尘容量仅为3.2克/米2。令人吃惊的是，不带电的复合过滤介质的灰尘容量甚至小于单独使用ePTFE层叠体的情况。
比较例用购自W.L.Gore & Associates，Inc.(Newark，DE)的微孔ePTFE薄膜层叠体证明了薄膜过滤器的加载容量。在5.3厘米/秒的表面速度下，所述ePTFE薄膜的空气渗透性为18-29Frazier，平均值约为25Frazier，球爆裂强度大于0.2巴，重量约为5克/米2，过滤效率约等于或大于95％。所述薄膜的水渗透压约为100毫巴。所述ePTFE薄膜与聚酯纺粘支承材料(购自Toray，Japan)相结合，所述聚酯纺粘支承材料的基重为270克/米2，透气性约为28-32Frazier，mullen(液胀)爆裂强度大于14巴。所述薄膜在温度＝180-350℃、压力＝0.1-7巴的条件下与支承材料结合。所得的ePTFE层叠体的透气性为5-8Frazier。根据上文所述的测试步骤对过滤器加载氯化钠气溶胶，直至压降达到750帕。图8显示了层叠体的灰尘加载曲线。总灰尘加载容量为14毫克。
实施例1将一层10克/米2的熔喷介质(DelPore 6001-10P，购自Del-Star，Inc.；Middletown，DE)置于比较例的ePTFE薄膜层叠体的上游，形成复合介质。所述熔喷介质由10克/米2的聚丙烯熔喷层和10克/米2的聚酯纺粘稀松布制成。所述聚丙烯纤维的直径为1-5微米。平均孔径约为15微米，介质厚度约为0.2毫米。所述深型过滤层的透气性约为130Frazier。使所述介质带电荷以提高颗粒收集效率。根据上文所述的测试步骤对所述过滤器加载氯化钠气溶胶，直至压降达到750帕。图8显示了加载曲线。
实施例2将30克/米2的熔喷介质(DelPore 6001-30P，购自DelStar，Inc.；Middletown，DE)的深型过滤介质层置于比较例所述的微孔ePTFE层叠体的上游，从而形成复合介质。所述熔喷介质由30克/米2的聚丙烯纤维层和10克/米2的聚酯纺粘稀松布制成。所述聚丙烯纤维的直径为1-5微米。平均孔径约为15微米，介质厚度约为0.56毫米。所述熔喷介质的透气性约为37Frazier。使所述介质带电，以提高颗粒收集效率。将两层这样的熔喷介质置于微孔ePTFE层叠体的上游。如上文所述对过滤器加载氯化钠气溶胶，直至压降达到750帕。结果见图8。
实施例3将30克/米2的熔喷聚丙烯(Del-Pore 6001-30P，购自DelStar，Inc.；Middletown，DE，USA)的深型过滤介质层置于比较例的微孔ePTFE层叠体的上游，形成复合介质。所述熔喷介质由30克/米2的聚丙烯纤维层和10克/米2的聚酯纺粘稀松布制成。所述稀松布支承着熔喷软介质。聚丙烯纤维的直径为1-5微米。平均孔径约为15微米，介质厚度约为0.56毫米。所述熔喷介质的透气性约为37Frazier。使所述介质带电荷以提高颗粒收集效率。在所述微孔ePTFE层叠体上游设置一层这样的熔喷介质，并使该熔喷介质层与微孔ePTFE层叠体相连，形成复合过滤介质，稀松布形成在外部上游侧。如上文所述对过滤器加载氯化钠气溶胶，直至压降达到750帕。图8显示了加载曲线。其基本与实施例2的加载曲线相同。
使用所述复合介质形成图5所示的筒式过滤器。该筒式过滤器包括褶皱的复合介质材料10，这些复合介质材料10沿圆形设置，使得侧边4中的至少一个被对应的闭合罩2a，2b密封。筒式过滤器的高度为70厘米，直径为35厘米。一个过滤器的褶皱复合介质材料的过滤面积为12.6米2。如果过滤器是新的，则在大约180Pa的压降之下，空气流量可达1000米3/小时。所述介质材料圆环的内部1 5具有金属栅格。为了给5MW的燃气涡轮充分供气，可以例如在一个过滤器外壳中安装64个筒式过滤器。
下表2显示了过滤器的过滤效率。表2显示了ePTFE薄膜(实施例1所述)、一个30克/米2的熔喷层和实施例3的过滤复合体之间的效率的比较。所有三种样品都以1厘米/秒和5.3厘米/秒的靠近速率测试。根据实施例3的复合体具有最高的过滤效率。
表2
权利要求
1.用来从进入涡轮的气流中除去颗粒的涡轮进气口过滤器，该过滤器包括复合过滤介质(10)和框架(14)，所述框架(14)用来将所述复合过滤介质(10)安装在其中，从而在过滤介质(10)和框架(14)之间形成气密的配合，所述过滤介质(10)包括薄膜过滤层(20)，其包括多孔聚合物薄膜，至少一个包括纤维的深型过滤介质层(18)，相对于气流流过过滤器的方向，所述深型过滤介质层(18)位于所述薄膜过滤层(20)的上游侧，其特征是，所述深型过滤介质层(18)的纤维带有静电荷。
2.如权利要求1所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述薄膜过滤层(20)包括多孔聚四氟乙烯(ePTFE)。
3.如权利要求1或2所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，支承层(22)设置在所述薄膜过滤层(20)的上游或下游侧，与该薄膜过滤层(20)相邻。
4.如权利要求3所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述支承层(22)层叠在薄膜过滤层(20)上。
5.如权利要求1-4中任一项所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述至少一个深型过滤介质层(18)包括非织造纤维聚合物织物。
6.如权利要求5所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述非织造纤维聚合物织物是熔喷织物。
7.如权利要求1-6中任一项所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述薄膜过滤层的渗透性至少为7Frazier，更优选至少约为30Frazier，最优选等于或大于60Frazier。
8.如权利要求1-7中任一项所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述至少一个深型过滤介质层18中的各个层的渗透性至少约为30Frazier，更优选至少约为100Frazier。
9.如权利要求1-8中任一项所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述复合过滤介质(10)在等于或小于10厘米/秒的表面速度下、对粒度为0.3微米的颗粒的颗粒过滤效率至少为90％。
10.如权利要求1-9中任一项所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，使所述薄膜过滤层(20)和所述至少一个深型过滤介质层(18)形成褶皱，使得薄膜过滤层(20)和至少一个深型过滤层(18)的顶点(26)对齐。
11.如权利要求10所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，将所述过滤介质(10)成形制成带褶皱的板材。
12.如权利要求11所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述板材的两个边缘连接起来形成圆柱形过滤介质。
13.如权利要求1-12中任一项所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述薄膜过滤层(20)是微孔聚四氟乙烯、即ePTFE薄膜，该薄膜具有主要由一系列微丝互连的节组成的内部微观结构，所述节通常平行排列，呈高度细长状态，长宽比等于或大于25∶1。
14.如权利要求13所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述节的长宽比等于或大于150∶1。
15.如权利要求12或13所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述聚四氟乙烯(PTFE)是PTFE-均聚物和改性的PTFE-聚合物的混合物。
16.如权利要求13-15中任一项所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述薄膜过滤层的平均流量孔径大于1.5微米。
17.如权利要求16所述的涡轮进气口过滤器，其特征在于，所述平均流量孔径约为3微米。
18.具有进气口的燃气涡轮，气流可通过所述进气口进入所述涡轮中，其特征是，将如权利要求1-17中任一项所述的涡轮进气口过滤器置于进气口处，使得所述气流在进入涡轮之前首先通过所述过滤器。
全文摘要
一种用来从进入燃气涡轮的气流中除去颗粒的涡轮进气口过滤器，该过滤器包括复合过滤介质(10)，该复合过滤介质(10)由以下部分制成包括多孔聚合物薄膜、例如多孔聚四氟乙烯(ePTFE)的薄膜过滤层(20)，以及至少一个深型过滤介质层(18)，所述深型过滤介质层(18)包括纤维，例如熔喷织物，相对于气流通过过滤器的方向，该深型过滤介质层(18)位于薄膜过滤层(20)的上游侧。所述深型过滤介质层(18)的纤维带有静电荷。所述ePTFE薄膜优选由PTFE均聚物和改性的PTFE聚合物的混合物制成。
文档编号B01D46/52GK101087639SQ200580044158
公开日2007年12月12日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月23日
发明者R·施瓦茨 申请人:W.L.戈尔有限公司