螺旋包绕过滤器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及折叠式过滤元件，更特别地涉及具有螺旋包绕件的折叠式过滤元件。
【背景技术】
[0002]过滤器滤芯具有柱状过滤元件，用于从流体和气流中过滤颗粒物。承接径向向内(从外向内)的流体流的过滤器通常具有内芯和外笼架。承接径向向外(从内向外)的流体流的过滤器可以不需要内芯。一些过滤器使用螺旋包绕件而不是笼架，以便将过滤元件固定在过滤器中，并降低重量和成本。
[0003]承接径向向外的流体流的无笼架、无芯过滤器使用单层的螺旋包绕件，该螺旋包绕件具有非常高的强度和模量，以便承受过滤器两侧的压力差。在包绕件中使用的增强材料通常为单轴向的，也就是说，它们沿轴向方向具有较高的强度，但是沿横宽方向(cross-width direct1n)具有很小甚至为零的强度。在包绕件中使用高模量纤维要求高效地使用具有高纤维体积含量的材料。结果，由于纤维的转移和处理，包绕件难以有效工作。另外，具有高纤维含量和高化学相容性的热塑性材料不能很好地粘接至在过滤元件的制造中常用的热熔性粘接剂。
[0004]而且，在很多应用中使用的高增强包绕件是非常硬的，并且可能导致很多不合需要的制造问题，包括较差的处理和性能以及较低的制造生产率。硬质材料难以在形成过滤元件时进行操控。硬质材料在切割过滤元件时还有与过滤元件的端部分离的趋势，这在加端帽的处理过程中是不合需要的。为了准确地加端帽，包绕件的尾部可以进行修剪。不过，修剪端部缩短了包绕件的有效长度，并且在压力低于设计值时可能导致故障。因为高增强包绕件沿横向方向具有很小甚至为零的强度，所以修剪包绕件阻止了负载沿材料的整个宽度分布。只有包绕件的界定于端帽中的宽度部分承担负载。
【发明内容】
[0005]在本发明的一个实施例中，提供了一种过滤器，其用于从流体和气流中过滤颗粒物。过滤器具有柱状过滤元件，用于响应流体流过过滤元件而过滤材料。过滤元件优选地包括:具有第一侧和第二侧的至少一个过滤介质；以及布置在过滤介质的第一侧上的第一滤层和布置在过滤介质的第二侧上的第二滤层。上游滤层和下游滤层中的至少一个可以包括聚合物网或者挤出或编织的聚合物网。
[0006]多孔包绕件螺旋包绕过滤元件，以便在拉伸力作用下形成多个相邻的圈，从而将过滤元件保持为柱状结构。包绕件包括:外层，用于附接至端帽；以及内层，用于承受由过滤元件两侧的压降产生的、径向向外的力。内层具有平行的边缘，所述平行的边缘比外层更窄并附接至外层。内层可以通过施加在内层和外层之间的双面胶带、施加在内层和外层之间的热熔性粘接剂或者通过超声波点焊内层和外层而附接至外层。
[0007]形成不透流体的密封的端帽固定至过滤元件的端部。在优选的实施例中，当包绕件附接至端帽时，外层插入端帽中至少千分之50英寸，更优选地是插入端帽中至少千分之100英寸。
[0008]为了承受由从内向外流过过滤元件的流动而引起的压降，内层具有至少约三百万psi的弹性模量，更优选地是具有至少约一千两百万psi的弹性模量。内层优选地包括聚苯条带，所述聚苯条带通过重量百分比高达约60 %的碳纤维含量来增强，或者通过重量百分比高达约70%的玻璃纤维来增强。用于内层的其它材料可以包括由碳纤维或玻璃纤维增强的聚对苯二甲酸丁二酯条带以及由碳纤维或玻璃纤维增强的尼龙或聚丙烯条带。
[0009]当包绕件形成围绕过滤元件的多个相邻圈时，优选地在包绕件的相邻圈之间形成间隙，该间隙不大于内层的宽度。外层的宽度还优选地是内层的宽度的两倍。在另一实施例中，从一个内层的边缘到下一个相邻内层的边缘的距离是内层宽度的大约两倍。
【附图说明】
[0010]下面将参考附图更详细地介绍本发明的优选实施例。尽管在附图中示出了本发明的多个示范性实施例，但是附图并不用于限制本发明的范围。
[0011]图1是根据本发明的一个实施例制造的过滤器的透视图，其中，一个端帽被局部剖视以便示出过滤器的内部。
[0012]图2是根据本发明的第二实施例制造的过滤器的透视图，其中，一个端帽被局部剖视以便示出过滤器的内部。
[0013]图3是根据本发明的多层包绕件的平面图。
[0014]图4是两个相邻条带的平面图，示出了包绕件的优选布局。
【具体实施方式】
[0015]应当理解，该【具体实施方式】部分提供了本发明的示范性实施例。因为本发明的其它实施例可以在细节上不同于该【具体实施方式】部分中的实施例，所以【具体实施方式】部分将涉及在此意义上讨论的特定实施例，通常并不意味着对本发明范围的任何限制。
[0016]图1-2示出了根据本发明的过滤器8的两个实施例。过滤器8具有大致柱状的形状和两个端帽40，这两个端帽40密封过滤元件10的端部。顶部端帽40和过滤元件10的一部分被局部剖视以便示出过滤器8的内部。螺旋包绕部件50可以沿过滤元件10的外周布置。在优选实施例中，过滤元件10可以包括多个纵向弯曲褶皱12或径向褶皱(未示出)。本领域技术人员还应当知道，包绕部件50也可以用于非折叠式过滤元件例如空心的柱状纤维物质。
[0017]如图1所示，柱状芯20可以沿过滤元件10的内周同轴地布置。芯20通常在过滤器承接径向向内(从外向内)的流体流时使用。可选地，当过滤元件10承接径向向外(从内向外)的流体流时，可以不需要柱状芯，如图2所示。
[0018]如图1-2所示，各个褶皱12具有两个支腿12a，这两个支腿12a(l)在过滤元件10的外周的冠部或顶部12b处相互连接，并且(2)在过滤元件10的内周的根部12c处与相邻褶皱12的支腿12a连接。各个支腿12a具有内表面12d，该内表面12d与相同褶皱12中的另一支腿12a的内表面12d相对。各个支腿12a还具有外表面12e，该外表面12e与相邻褶皱12的支腿12a的外表面12e相对。当使用过滤元件10以使得流体径向向内流过该元件10时，支腿12a的内表面12d形成过滤元件10的下游表面，而外表面12e形成过滤元件10的上游表面。可选地，当过滤元件10承接径向向外的流体流时，内表面12d和外表面12e分别形成过滤元件10的上游表面和下游表面。
[0019]本领域技术人员应当知道，过滤元件10可以包括在图中示出的弯曲或覆盖的褶皱或者普通的径向褶皱(未示出)。在一个实施例中，褶皱的支腿12a可以是具有相等长度的支腿。在另一实施例中，褶皱的支腿12a可以是具有略微不同长度或不等长度的支腿。对于很多过滤元件10，特别是对于由多层复合材料形成的过滤元件，当各个弯曲褶皱的邻接支腿12a具有略微不同长度时将更容易和更可靠地形成折叠式过滤元件10。这些褶皱12将被称为具有不等支腿的褶皱。
[0020]如图所示，各褶皱12的支腿12a的相对内表面12d在支腿12a和褶皱12的基本整个高度上相互接触，并在沿过滤元件10的轴向长度的较大部分延伸的连续区域上相互接触。另外，相邻褶皱12的支腿12a的相对外表面12e在相邻褶皱12和支腿12a的整个高度上相互接触，并在沿过滤元件的轴向长度的较大部分延伸的连续区域上相互接触。褶皱12和支腿12a的高度沿支腿12a的表面的方向测量，并从过滤元件10的内周延伸至外周。
[0021]过滤元件10包括过滤介质14和过滤装置，该过滤装置布置在过滤介质14的至少一侧，优选地布置在过滤介质14的上游侧，更优选地布置在过滤介质14的上游侧和下游侦k当在过滤元件10中使用径向褶皱时，在褶皱的支腿的上游侧和下游侧之间通常存在足够的空间，以使流体可以均匀地流向过滤介质14的表面的基本所有的部分或者从这些部分流出。在本发明的优选实施例中，弯曲褶皱12的相对表面被压制成相互接触。因此，褶皱12的各支腿12a的滤网的股线压靠褶皱12的相邻支腿12a的滤网的股线。当在过滤元件中使用弯曲的褶皱12时，过滤装置防止过滤介质14的相对表面相互接触，并使流体能均匀地流向过滤介质14的表面的基本所有的部分或者从这些部分流出。因此，实际上过滤介质14的整个表面区域都可以有效地用于过滤。
[0022]在图1的实施例中，过滤元件10包括三层复合材料构成的过滤介质14，成上游滤层16形式的上游过滤装置布置在过滤介质14的上游表面上，成下游滤层18形式的下游过滤装置布置在过滤介质14的下游表面上。