用于在发电系统中过滤流体的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于在发电系统中过滤流体的装置。本公开说明一种密封元件的示例，该密封元件可防止由于过滤装置从发电系统中的管片下垂和/或移位而产生的泄漏。密封元件可具有非统一剖面，其为密封元件限定材料厚度。在一个示例中，非统一剖面限定密封元件的如下区域或区段，该区域或区段相对于密封元件的其他区域或区段较厚。该较厚区域对应于过滤装置上易受如下运动影响的某些位置，该运动可例如由于涡轮机械的操作期间的颗粒堆积而产生。
【专利说明】用于在发电系统中过滤流体的装置
【技术领域】
[0001]本文中公开的主题涉及涡轮机械(例如，燃气和/或蒸汽涡轮)，并且更具体地涉及过滤装置，其从流入涡轮机械中的流体中移除颗粒。
【背景技术】
[0002]发电系统可利用涡轮机械来驱动发电机。在正常运行期间，涡轮机械吸入空气用于燃烧。在燃烧器将燃料与空气混合并点燃混合物以驱动涡轮之前，空气通过压缩机。
[0003]空气中的污染物(例如，污垢、灰尘和盐分)可降低涡轮机械的性能和效率。这些污染物可腐蚀压缩机叶片的表面。所得的表面粗糙度减少空气流和效率，并且，最终降低涡轮机械的输出和发电系统整体的效率双方。
[0004]过滤系统从空气中移除颗粒以防止污染物可对涡轮机械造成的损害。这些过滤系统的示例可以以压缩机上游的过滤装置为特征。过滤装置包括过滤介质，以在颗粒可到达燃烧器前捕获颗粒。传统过滤装置通常具有存在于过滤系统中的固定于壁的细长体(elongated body),或“管片(tubesheet) ”。密封件配置于管片与壁之间。该密封件防止未过滤空气绕过过滤筒(filtration cartridge),这可允许污染物与经过发电系统的空气一起行进通过管片并且到涡轮机械。
[0005]在长时间的操作中，颗粒可充满过滤介质，这导致阻碍空气流的条件并且可加剧跨越过滤介质的压力下降。过量的颗粒还可增加过滤装置的重量。在某些情况下，细长体上的额外重量可导致过滤装置下垂，从而将密封件拉离管片，并且从而允许空气在管片与密封件之间流动。
[0006]上述讨论仅被提供用于总体背景信息，并不意图用作确定主张权利的本主题的范围的辅助。
【发明内容】
[0007]本公开说明一种过滤装置的示例，该过滤装置具有密封元件，该密封元件可防止由于过滤装置从发电系统中的管片下垂和/或移位而产生的泄漏。密封元件可具有非统一剖面，其为密封元件限定材料厚度。在一个示例中，非统一剖面限定密封元件的区域或区段，该区域或区段相对于密封元件的其他区域或区段较厚。该较厚区域对应于过滤装置上易受如下运动影响的某些位置，该运动可例如由于涡轮机械的操作期间的颗粒堆积而产生。
[0008]在一个实施例中，本公开描述一种过滤装置，该过滤装置包括:细长体，其过滤介质；和密封元件，其配置于细长体的第一端上。密封元件具有为密封元件限定材料厚度的非统一剖面。材料厚度可包括密封元件的第一区段中的第一材料厚度和密封元件的第二区段中的第二材料厚度，其中，第一材料厚度大于第二材料厚度。
[0009]在一个实施例中，本公开还描述一种过滤装置，该过滤装置包括:第一过滤元件，其具有第一端和第二端；和第二过滤元件，其邻接第一过滤元件的第二端；和密封元件，其配置于第一过滤元件的第一端上。密封元件具有第一区段中的第一材料厚度和第二区段中的第二材料厚度，其中，第一材料厚度大于第二材料厚度。
[0010]在一个实施例中,本公开内容进一步描述一种发电系统，该发电系统包括:空气过滤单位，其具有管片、固定于管片的过滤装置、和配置在过滤装置与管片之间的密封元件。密封元件有密封元件的第一区段中的第一材料厚度和密封元件的第二区段中的第二材料厚度，其中，第一材料厚度大于第二材料厚度。
[0011]一种过滤装置包括:细长体，其包括过滤介质；密封元件，其配置于细长体的第一端上，密封元件具有为密封元件限定材料厚度的非统一剖面，材料厚度包括密封元件的第一区段中的第一材料厚度和密封元件的第二区段中的第二材料厚度，其中，第一材料厚度大于第二材料厚度。
[0012]优选地，细长体包括第一过滤元件和第二过滤元件。
[0013]优选地，第二过滤元件邻接第一过滤元件的第二端。
[0014]优选地，还包括支撑框架，支撑框架装配在细长体的内部。
[0015]优选地，细长体包括沟槽，沟槽将支撑框架接收在其中。
[0016]优选地，第一区段大于第二区段。
[0017]优选地，密封元件形成环状圈，环状圈围绕细长体的中央轴线。
[0018]优选地，第一区段对应于环状圈的第一环状区段，并且其中，第一环状区段覆盖环状圈的180°或更小。
[0019]优选地，非统一剖面限定具有第一材料厚度与第二材料厚度之间的值的第三材料厚度。
[0020]一种过滤装置包括:第一过滤元件，其具有第一端和第二端；第二过滤元件，其邻接第一过滤元件的第二端；和密封元件，其配置于第一过滤元件的第一端，密封元件具有第一区段中的第一材料厚度和第二区段中的第二材料厚度，其中，第一材料厚度大于第二材料厚度。
[0021]优选地，该过滤装置还包括支撑框架，支撑框架延伸至第一过滤元件和第二过滤元件中。
[0022]优选地，第一过滤元件和第二过滤元件中的至少一个包括定向特征，定向特征将支撑框架接收在其中。
[0023]优选地，密封元件包括可压缩材料的整体式零件。
[0024]优选地，密封元件具有第三材料厚度，第三材料厚度具有第一材料厚度与第二材料厚度之间的值。
[0025]一种发电系统，包括:空气过滤单元，其包括管片、固定于管片的过滤装置、和配置于过滤装置与管片之间的密封元件，密封元件包括密封元件的第一区段中的第一材料厚度和密封元件的第二区段中的第二材料厚度，其中，第一材料厚度大于第二材料厚度。
[0026]优选地，过滤装置包含多个过滤元件。
[0027]优选地，多个过滤元件包含第一过滤元件和邻接第一过滤元件的端部的第二过滤元件。
[0028]优选地，密封元件形成环状圈，环状圈围绕管片中的开口。
[0029]优选地，过滤装置包含支撑框架，支撑框架将过滤装置与管片中的开口对齐，其中，支撑框架包含延伸通过开口的安装结构和具有密封过滤装置的端部的端板的帽结构。
[0030]优选地，过滤元件具有定向特征，定向特征将支撑框架接收在其中。
[0031]该本发明的简要说明仅旨在根据一个或多个描述性实施例提供本文中所公开的主题的简要总览，并不作为解释权利要求或限定仅由所附权利要求限定的本发明的范围的指导。该简要说明被提供以通过之后在详细说明中进一步说明的简化形式介绍描述性的构思的选择。该简要说明不意图确定本主张权利的主题的关键特征或基本特征，也不意图被用作确定本主张权利的主题的范围的辅助。本主张权利的主题不限于解决任何或全部缺点【背景技术】中提到的实现方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]为了可理解本发明的特征，可通过参照某些示例而进行本发明的详细说明，示例中的某些描绘于附图中。然而，应注意的是，附图仅仅描绘本发明的某些实施例，并且因此不被认为限定本发明的范围，因为本发明的范围包含其他同样有效的实施例。附图不一定按比例绘制，重点一般放在描绘本发明的某些实施例的特征上。在附图中，类似标号被用于指示遍及不同视图的类似部分。因此，为了更好地理解本发明，可参考下列详细说明，结合附图阅读，其中:
图1描绘示出用于用在发电系统中的示范过滤装置的分解、侧视、剖视图的示意图；
图2描绘示出图1的用于用在发电系统中的示范过滤装置的组装、侧视、剖视图的原理
图；
图3描绘用于与图1的示范过滤装置一起使用的示范密封元件的详细视图；
图4描绘图1的示范过滤装置的前视图；
图5描绘均匀压缩条件下的具有密封元件的另一示范过滤装置的侧视图；
图6描绘非均匀压缩条件下的具有密封元件的图5的示范过滤装置的侧视图；并且 图7描绘发电系统中的示范过滤装置的示意图。
[0033]部件列表 100 过滤装置
102细长体
103过滤介质
104中央轴线 106 第一端 108 第二端 110 支撑框架 112 安装结构 114 安装脚 116 帽结构 118 端板
120 紧固螺母 122 壁部件 124 开口 126密封兀件
128非统一剖面
130材料厚度
132第一区段
134第二区段
136第一材料厚度
138第二材料厚度
140环状圈
142第一环状部分
144第二环状部分
148定向特征
150顶部间隙
152底部间隙
200过滤装置
202阵列
204发电系统
206空气过滤单元
208涡轮机械
210发电机
212外壳
214人口
216出口
218壁
220压缩机
222燃烧器
224涡轮
226第一过滤元件
228第二过滤元件。
【具体实施方式】
[0034]概括而言，本公开阐述例如具有涡轮机械的发电系统中存在的过滤装置的各种实施例。过滤装置的示例包括筒式过滤器，其具有细长体，该细长体在一端处锚定于存在于发电系统的结构中的壁部件。细长体的另一端保持基本不被支撑。
[0035]如以下更多地讨论的，这些过滤装置维持细长体与壁部件之间的有效气密密封。气密密封防止空气绕过过滤装置，这可将对发电系统的性能和寿命有害的污染物引入涡轮机械。在一个方面中，过滤装置可包括密封元件，其在锚定于壁部件的细长体的端部处形成气密密封。密封元件通常存在于细长体的面与壁部件之间。
[0036]为了在涡轮机械的长期运行期间维持气密密封，密封元件的示例具有非统一剖面，其设计抵消倾向于导致过滤装置脱离壁部件的力。这些力包括，例如，由于过滤装置中的颗粒的堆积而产生的悬臂力。该堆积增加细长体的重量，并且因而拉紧锚定端的力矩力的大小。最终，这些力矩力可使过滤装置的锚定端从壁部件移位，从而经常导致过滤装置与壁部件之间的间隙，该间隙允许空气在过滤装置与壁部件之间流动。然而，具有非统一剖面的密封元件的使用维持过滤装置与壁部件之间的接触，尽管会产生可在涡轮机械的操作期间产生的过滤装置的自然“下垂”。
[0037]图1和2描绘描述处于分解(图1)形式和组装(图2)形式的示范过滤装置100的侧视、剖视图。在图1的示例中，过滤装置100包括具有过滤介质103的细长体102。细长体102具有中央轴线104、第一端106 (也称为“下游端106”)、和第二端108 (也称为“上游端108”)。过滤装置100还包括支撑框架110，其具有安装结构112，安装结构112具有一个或多个安装脚114。支撑框架110还具有帽结构116，帽结构116具有端板118和紧固螺母120，它们的组合密封细长体102的第二端108，如下文所述。安装结构112将细长体102固定于壁部件122 (也称为“管片122”)。在一个示例中，安装结构112穿过管片122中的开口 124而装配。存在于细长体102与管片122之间的密封元件126围绕(circumscribe)开口 124。
[0038]密封元件的示例可包含各种可压缩材料，例如聚合物基材料和/或为密封垫和O型密封圈的典型的其他材料，以形成气密密封。这些材料可形成单独元件，其固定在过滤装置100的结构上。类似地，过滤装置100的构造可同样地包括此种可压缩材料。这样，密封元件126可形成为过滤装置100的整体式和/或部分整体式构件。
[0039]如在图2中最佳地示出的，安装结构112装配在细长体102的内部。端板118与细长体102的第二端106配合或以其他方式连接。在一个实现方式中，安装脚114卡合管片122的下游侧，因此，在终端用户上紧紧固件120时，细长体102沿安装结构112朝向管片122平移。细长体102的运动在细长体102的第一端108与管片122的上游侧之间压缩密封元件126，从而在细长体102与管片122之间形成气密密封。
[0040]图3描绘密封元件126的详细视图。如图3所示，密封元件126有非统一剖面128，其限定密封元件126的特征。这些特征包括，例如，材料厚度130的值。这些值可在第一区段132与第二区段134之间变化。在一个示例中，材料厚度130可具有大于第二材料厚度138的第一材料厚度136。在另一不例中，非统一剖面128可以以在第一材料厚度136和第二材料厚度138之间的值至少限定第三厚度。
[0041]材料厚度130方面的变化范围(例如，第一材料厚度136和第二材料厚度138之间)可取决于决定何处可形成间隙和漏洞的多种因子，例如，细长体(例如，图1的细长体102)的尺寸、支撑框架(例如，图1的支撑框架110)的构造、进入过滤装置100的污染物的成分等。在本示例中，如图1、2和3所示，材料厚度130可在第一区段132与第二区段134之间突然变化，例如，将第一材料厚度136与第二材料厚度138相比。在另一示例中，材料厚度130可更缓和地变化，例如，其中，材料厚度130跨越非统一剖面128递增地并且/或者平稳地从第一材料厚度136过渡到第二材料厚度138。
[0042]图4示出在A-A线处取得的过滤装置100的前视图。在一个示例中，密封元件126形成环状圈140。第一区段132和第二区段134对应于环状圈140的环状部分(例如，第一环状部分142和第二环状部分144)。角度146限定第一环状部分142和第二环状部分144的大小。[0043]在一个实施例中，细长体102还包括定向特征148，以使细长体102与安装结构112对齐。定向特征148的示例包括可接收安装结构112的部分的沟槽、棘爪和槽口。这些特征防止安装期间细长体102相对于安装结构112的旋转。此外，定向特征148的使用可保证细长体102将密封元件126适当地压靠管片(例如，图1的管片122)，这防止空气绕过过滤介质103。在其他示例中，定向特征148与存在于管片(例如，图1的管片122)上的对应壁特征相配合。因此，在该构造中，定向特征148相对于对应壁特征的不适当定位可妨碍过滤装置100获得适当的密封，例如，对应壁特征将干扰细长体102，以妨碍过滤装置100被适当地安装。
[0044]环状圈140的材料厚度(例如，图3的材料厚度130)可根据第一环状部分142和第二环状部分144的环状尺寸和/或位置而变化。大体而言，当环状圈140的材料在由于悬臂力而最可能产生间隙的位置处最厚时，密封元件126的使用将提供最大益处。例如，若间隙可能产生在第一环状部分142附近，那么环状圈140的材料厚度可选择成在该区域中适应过滤装置100对间隙的敏感度。然而，本公开确实关注具有如下非统一剖面(例如，图3的非统一剖面)的环状圈140的构造，该非统一剖面将环状圈140的厚度限定成从环状部分142、144中的一个变化为另一个，以及分别在环状部分142、144内变化。
[0045]结合当前讨论，例如，环状圈140可具有跨越第一环状部分142整体的第一材料厚度(例如，图3的第一材料厚度136)和跨越第二环状部分144整体的第二材料厚度(例如，图3的第二材料厚度138)。在其他示例中，材料厚度(130)可在第一环状部分142和第二环状部分144内以及在第一环状部分142与第二环状部分144之间的过渡部分中缓和地变化。例如，环状圈140的材料厚度(130)可从具有第一材料厚度(136)的第一环状部分142中的区域变化为具有第二材料厚度(138)的第二环状部分144中的区域。
[0046]图5和6描述密封元件126的示例如何可防止空气绕过细长体102的过滤介质(例如，图1的过滤介质103)和管片122。图5描述处于均勻压缩条件的密封兀件126,其对应于用于管片122上的细长体102的适当或“非下垂”安装构造。在非下垂安装构造中，密封元件126填充将细长体102从壁部件122分离的间隙(例如，包括顶部间隙150和底部间隙152)。间隙150、152小于密封元件126的材料厚度，从而压缩密封元件126以形成气密密封。
[0047]在图6中，至少部分地由于例如因为颗粒堆积(或其他因素)而处于不适当或“下垂”安装构造的细长体102的位置，故密封元件126处于非均匀压缩条件。在下垂安装构造中，与图5的处于非下垂安装构造的顶部间隙150的宽度相比，顶部间隙150的宽度变化。在一个示例中，顶部间隙150大于底部间隙152。顶部间隙150的宽度改变密封元件126的压缩量。然而，如上所述，密封元件126维持与细长体102和管片122双方接触，因为密封元件在顶部间隙150附近较厚以适应顶部间隙150的宽度的增加。
[0048]图7描述示范过滤装置200的示意图，其可从流体F(例如空气)中移除颗粒。过滤装置200是阵列202的部分，阵列202可包括任何数量的过滤装置(例如过滤装置200)。在其当前实现方式中，过滤装置200是发电系统204的部分，发电系统204具有空气过滤单元206、涡轮机械208和发电机210。空气过滤单元206具有外壳(housing) 212，其具有入口 214和出口 216。外壳212封闭在涡轮机械208的上游的壁218 (也称为“管片218”)。管片218的示例可包括一个或多个金属片，其具有特征(例如洞、开口、孔)以安装过滤装置200并且允许流体F流动穿过壁。在一个示例中，如图7所示,过滤装置200与管片218中的对应孔基本对齐地安装于管片218的上游侧。
[0049]涡轮机械208可包括压缩机220、燃烧器222和涡轮224 (例如，燃气或蒸汽涡轮)。在操作期间，压缩机220将空气(例如，流体F)吸入空气过滤单元206中。在空气在进入涡轮机械208之前，空气行进通过过滤装置200和管片218。压缩机220将空气增压，该空气之后被供应至燃烧器222以将空气与燃料混合并且点燃混合物以为涡轮224提供驱动力。
[0050]过滤装置200的示例可具有双元件过滤组(例如，第一过滤元件226和第二过滤元件228)。第一过滤元件226和第二过滤元件228可包括过滤介质，其容许其表面上的颗粒的聚集。示范过滤介质包括纤维过滤介质，但是本公开还考虑具有足够捕集颗粒而不在涡轮机械的操作期间导致过度压力下降的特性的材料，例如，闭孔泡沫(closed cell foam)。在一个示例中，过滤介质具有褶和/或折弯，其分布遍及第一过滤元件226和第二过滤元件228的结构以增加能够捕获并且保持颗粒的表面积。
[0051]如图6所示，第一过滤元件226和第二过滤元件228的示例可邻接彼此，以形成过滤装置200的细长体(例如，图1、4和5中的细长体102)。这些元件可例如由相同或统一过滤介质一起形成。在其他示例中，过滤元件是使用常规紧固件(例如，螺母、螺栓、粘合剂等)联接于彼此的单独元件。在其他实施例中，过滤元件可彼此重叠以将第一过滤元件226和第二过滤元件228中的一个埋入另一个中。用于过滤元件的该构造可缩短过滤装置200的整体长度。
[0052]过滤装置200还可包括安装元件，其提供接触面以将过滤装置200安装并且固定于例如空气过滤单元206的管片218。安装元件与管片218联接以将过滤装置200支撑在安装构造(例如，图5中的适当安装构造)中。安装元件的示例可固定于第一过滤元件226和第二过滤元件228中的两者或一个。然而，在一个或多个结构中，安装元件对行进通过过滤装置200的空气流的影响即使有也是有限的。
[0053]安装元件的元件中的一个或多个可整体式地形成单个集成结构。在其他备选方案中，元件可包含单独零件，单独零件利用已知紧固件和技术组装在一起。安装元件的结构可使用金属、塑料、复合材料和例如与过滤介质兼容的其他材料。通常，适合材料具有机械特性以在安装构造中支撑过滤装置200的重量并且/或者减小过滤装置200由于颗粒堆积而将下垂到的程度。
[0054]如本文中所使用的，以单数形式叙述并且以词“一”或“一个”开始的元件或功能应被理解为不排除复数个所述元件或功能，除非明确叙述了此种排除。此外，主张权利的本发明的“一个实施例”的引用不应被解释为排除也包含所述的特征的另外的实施例的存在。
[0055]本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，并且执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种过滤装置，包括: 细长体，其包括过滤介质； 密封元件，其配置于所述细长体的第一端上，所述密封元件具有为所述密封元件限定材料厚度的非统一剖面，所述材料厚度包括所述密封元件的第一区段中的第一材料厚度和所述密封元件的第二区段中的第二材料厚度，其中，所述第一材料厚度大于所述第二材料厚度。
2.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述细长体包括第一过滤元件和第二过滤元件。
3.根据权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，所述第二过滤元件邻接所述第一过滤元件的第二端。
4.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，还包括支撑框架，所述支撑框架装配在所述细长体的内部。
5.根据权利要求4所述的过滤装置，其特征在于，所述细长体包括沟槽，所述沟槽将所述支撑框架接收在其中。
6.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述第一区段大于所述第二区段。
7.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述密封元件形成环状圈，所述环状圈围绕所述细长体的中央轴线。
8.根据权利要求7所述的过滤装置，其特征在于，所述第一区段对应于所述环状圈的第一环状区段，并且其中，所述第一环状区段覆盖所述环状圈的180°或更小。
9.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述非统一剖面限定具有所述第一材料厚度与所述第二材料厚度之间的值的第三材料厚度。
10.一种过滤装置，包括: 第一过滤兀件，其具有第一端和第二端； 第二过滤元件，其邻接所述第一过滤元件的第二端；和 密封元件，其配置于所述第一过滤元件的第一端，所述密封元件具有第一区段中的第一材料厚度和第二区段中的第二材料厚度，其中，所述第一材料厚度大于所述第二材料厚度。
【文档编号】F02M35/024GK103485941SQ201310231811
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月13日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】E.R.贾里耶 申请人:通用电气公司