[发明专利]多层过滤介质

说明书

发明领域

本发明涉及用于从空气流中除去颗粒的过滤介质并且涉及此类过滤介质在燃气涡轮中的用途。

发明背景

用于例如发电的燃气涡轮通常通过在进气系统中提供的空气过滤器来保护。这些过滤器的目的是保护发动机以免残渣在压缩机阶段中在涡轮叶片上积累、污染。不需要的材料的此类型的积聚降低效率并且增加燃气涡轮的故障概率。不足的过滤性能还可以引起在解压阶段的发动机腐蚀(热端腐蚀)。在过去，常见的是使用以过滤级别F7-F9(EN779-2002)的过滤器，所述过滤器对于超过3μm的颗粒具有几乎100％的除去效率但对于0,4μm及以下尺寸的颗粒具有仅仅50％-75％的除去效率。然而，已经披露的是具有0,4μm以下的尺寸的颗粒对污染和热端腐蚀两者皆具有明显的影响并且这已经导致对更高过滤级别的过滤器的增加的需求。现在，使用过滤级别EPA11的过滤器对大部分渗透粒径(MPPS)的95％的除去效率或使用甚至EPA12对MPPS的99,5％的除去效率不是不同寻常的。这些高度有效的过滤器的问题是它们具有相对较高的压降。在新设备中，这可以通过使用较大的过滤面积以减少每面积单位的空气流来补偿。在现有的燃气涡轮中，这通常是不可以的，或至少因为成本的原因是不可行的，并且因此阻止使用更有效率的过滤器。新的材料允许高的过滤效率和低的压降的组合。材料的实例是膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)、超高分子量聚乙烯(UPE)的多孔膜或电纺(electro spun)的聚合物纤维的膜。这些类型的膜共同具有其是非常薄的并且具有伴随着细纤维的低纤维密度，因此产生大的纤维表面积，所述纤维表面积是获得高过滤效率而不限制空气流的关键参数。然而，这些薄膜易于损坏。另一个问题是由于颗粒在膜的上游表面上团聚而限制了空气的通路。膜通常具有在0,01mm和0,1mm之间的有效过滤厚度，而由纤维素或合成纤维制成的标准过滤器具有0,3mm-1mm的厚度。标准过滤器的较大的深度导致在较大体积内的颗粒捕获，使得由颗粒团聚造成的流动限制花费较长的时间来建立。这可以通过将预过滤层层压在膜的上游表面上来解决，所述预过滤层捕获大部分的较大颗粒(>3μm)，因此减少在膜上的颗粒团聚。EP-1674144B1公开包含燃气涡轮和具有带有多孔聚合物膜和深度过滤层的过滤介质的过滤器的系统，所述深度过滤层包含带静电荷的聚合物纤维。深度过滤层的静电带电被进行以增强过滤性能。这样的解决方案具有大量的缺点，最值得注意的是深度过滤层的静电荷仅仅是临时的以致过滤效率将随着时间而变小的事实。

发明概述

本发明的目的是提供改进的过滤介质，所述改进的过滤介质消除或至少减少以上提到的缺点以及其他缺点。这个目的和其他目的通过如所附权利要求的权利要求1中界定的根据本发明的过滤介质来实现。这个目的和其他目的还通过如所附权利要求的权利要求15中界定的用途来实现。本发明的优选的实施方案在从属权利要求中界定。

因此，根据本发明的一方面，提供了用于从空气流中除去颗粒的多层过滤介质，所述过滤介质包含多孔膜层和具有下游表面和上游表面的预过滤层。预过滤层被布置成具有邻近多孔膜层的上游侧的下游表面。预过滤层包含具有玻璃纤维和合成纤维的混合物的湿法铺设的复合材料介质。这样的构造给其带来大量的优点，比如高结构稳定性和在湿的环境中的良好的特性。被用来产生预过滤层的湿法铺设工艺防止任何静电荷在预过滤介质中积累，即预过滤介质固有地不带静电荷，使得过滤效率将不因为静电荷随时间的损失而降低。

根据本发明的过滤介质的实施方案，多孔膜层被层压到预过滤层。将两个层层压提供层的可靠的相互连接。

根据本发明的过滤介质的实施方案，支撑层被层压到多孔膜层的下游侧。此类支撑层将提供另外的结构稳定性并且可以包含湿法铺设的纤维素层、合成纤维层或玻璃纤维层或其组合。纺粘的(spun bound)、空气铺设的(spun bound)或机织的材料也是可预期的。如果可能损坏膜的纤维例如玻璃纤维被用于支撑层，还可以使用另外的中间层以保护膜。

根据本发明的过滤介质的实施方案，在预过滤层的下游表面处的纤维中的大部分是合成纤维。这具有保护膜以免被通常锐利的玻璃纤维刺穿的优点。

根据本发明的过滤介质的实施方案，在平行于所述下游表面的给定的平面中的合成纤维的量与在所述平面中的纤维的总量的比率从预过滤层的下游表面向所述预过滤层的中心减小。这产生了保护膜不受玻璃纤维影响并且还保护通常脆性的玻璃纤维以免在操作预过滤介质期间损坏的预过滤层。