CN101134149A - 过滤器清洗系统和方法 - Google Patents

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CN101134149A CNA2007101381053A CN200710138105A CN101134149A CN 101134149 A CN101134149 A CN 101134149A CN A2007101381053 A CNA2007101381053 A CN A2007101381053A CN 200710138105 A CN200710138105 A CN 200710138105A CN 101134149 A CN101134149 A CN 101134149A
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Abstract

安装到管板的过滤器的清洗系统。过滤器限定有上游侧和下游侧，微粒在上游侧从通过所述过滤器的流体流分离，下游侧没有微粒。清洗系统包括：喷管，供给增压流体；一体式喷嘴，由管状元件制成，管状元件具有沿着其长度延伸的基本上恒定的横截面，喷嘴在第一端部分连接到喷管，喷嘴与喷管流体连通，以将增压流体的清洗脉冲从相对的第二端部分引导进过滤器的下游侧，从所述上游侧去除微粒；抽吸器，位于与所述喷嘴的所述第二端部分隔开的上游位置，除了从喷管传送到喷嘴的第一端部分的流体之外，抽吸器还能够从喷嘴的第二端部分传送额外量的流体；以及扩散器，固定到喷管与喷嘴中至少之一，将清洗脉冲的一部分引导到过滤器位于管板附近的近端部分。

Description

过滤器清洗系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请是2006年7月26日申请的美国专利序列号11/493,237的部分接续案，该申请通过引用包含于此。
技术领域
本发明总地涉及用于清洗过滤器的系统和方法。特别地，本发明涉及燃气轮机入口壳体中过滤器的逆向脉冲喷射式清洗的系统和方法。
背景技术
已知使用织物过滤器来从流动的流体中分离微粒。随着时间的过滤，微粒往往聚积在过滤器的介质上。这种微粒聚积增加了流过过滤器的阻力。因为增加的阻力阻碍了流体通过过滤器并且/或者需要更多的动力来实现流过过滤器，所以不希望增加对流的阻力。
在一些已知的系统中，使用逆向脉冲喷射式清洗来周期性地从过滤器介质去除聚积的微粒。使用逆向脉冲喷射式清洗通过去除聚积的微粒以减小流体流动的阻力，从而允许更多液体流过过滤器，因而延长了过滤器的使用寿命。
过滤器通常为细长圆筒或具有矩形截面的匣的形式，并由管板支撑。过滤器一端敞开，另一端封闭。使用已知逆向脉冲喷射式清洗系统清洗的已知缺点是过滤器距管板最近的部分经历的有效清洗很少或者没有。过滤器的其它部分往往清洗过多，有可能损坏。
发明内容
本发明通过给整个过滤器的所有部分提供更加有效的清洗而提供了优于已知过滤器清洗系统的优点。本发明的一方面是一种用于安装到管板的过滤器的清洗系统。所述过滤器限定有上游侧，微粒在所述上游侧从通过所述过滤器的流体流分离。所述过滤器还限定有基本上没有微粒的下游侧。所述清洗系统包括用于供给增压流体的喷管。一体式喷嘴由管状元件制成，所述管状元件具有沿着该管状元件长度延伸的基本上恒定的横截面。所述喷嘴在第一端部分永久地连接到所述喷管。所述喷嘴与所述喷管流体连通，以将所述增压流体的清洗脉冲从相对的第二端部分引导进所述过滤器的所述下游侧，以便从所述上游侧去除微粒。抽吸器位于与所述喷嘴的所述第二端部分隔开的上游位置。除了从所述喷管传送到所述喷嘴的所述第一端部分的流体之外，所述抽吸器还能够从所述喷嘴的所述第二端部分传送额外量的流体。扩散器将所述清洗脉冲的部分引导到所述过滤器位于所述管板附近的近端部分。
本发明的另一方面是一种清洗安装到管板的燃气轮机进气过滤器的方法。所述过滤器限定有上游侧，微粒在所述上游侧从通过所述过滤器的流体流分离。所述过滤器还限定有基本上没有微粒的下游侧。所述方法包括在喷管中供应增压流体的步骤。所述方法包括将一部分增压流体从所述喷嘴的出口端部分引导进所述过滤器的下游侧，以便从上游侧去除微粒。所述喷嘴为一体式，并由管状元件制成，所述管状元件具有沿着该管状元件长度延伸的基本上恒定的横截面。所述喷嘴在相对的进口端部分永久地连接到所述喷管。所述喷嘴与所述喷管流体连通。所述方法还包括将来自所述喷嘴的清洗脉冲传送到所述过滤器的下游侧，以从上游侧去除微粒。所述清洗脉冲包括从所述喷管引导到所述喷嘴的流体和通过抽吸器的额外量的流体。所述抽吸器在所述喷嘴与所述喷管相邻的末端部分形成在所述喷嘴中。所述方法还包括将所述清洗脉冲的部分扩散至所述过滤器位于所述管板附近的近端部分。
附图说明
参考附图，从下面的描述，本发明所属领域的技术人员会清楚本发明另外的特征，其中：
图1为沿着具有根据本发明一方面的过滤器清洗系统的燃气轮机进气过滤器系统一部分的出口或下游侧取的透视图；
图2为沿着燃气轮机进气过滤器系统一部分的进气或上游侧取的透视图；
图3为燃气轮机进气过滤器系统的一部分大致沿着图2中线3-3取的截面图；
图4为燃气轮机进气过滤器系统的一部分局部大致沿着图3中线4-4取的正视图；
图5为燃气轮机进气过滤器系统的一部分局部大致沿着图4中线5-5取的俯视平面图；
图6为根据本发明一方面的过滤器清洗系统的喷嘴和扩散器(diffuser)的放大透视图；
图7为图6中所示扩散器的放大透视图；
图8为图6中所示喷嘴和扩散器的平面图；
图9为图8中所示喷嘴和扩散器大致沿图8中线9-9取的截面图；
图10为根据本发明另一方面的过滤器清洗系统的喷嘴和扩散器的放大透视图；
图11为图10中所示喷嘴和扩散器的平面图；
图12为图11中所示扩散器的侧视图；
图13为扩散器沿着图12中线13-13取的端视图；
图14为根据本发明再一方面的过滤器清洗系统的喷嘴和扩散器的放大透视图；和
图15为扩散器沿着图14中线15-15取的端视图。
具体实施方式
下面借助于非限制性实例对清洗过滤器的系统和方法进行描述。该系统和方法可用于多种过滤器。图1至5描述了典型的织物过滤器。所示典型织物过滤器尤其适用于使用在燃气轮机进气过滤器系统20中。
在图1-2中，载有微粒的流体，例如空气，沿着总地由箭头I所示的方向吸入燃气轮机进气过滤器系统20。燃气轮机进气过滤器系统20包括壳体(未示出)和用于支撑管板24和壳体的支架22。管板24包括多个开口26。燃气轮机进气过滤器系统20包括由管板24支撑的多个织物过滤器40。过滤器40可直接连接到管板24或者通过中间结构与管板间接连接。过滤器40安装在管板24上游侧各开口26的附近。
空气由织物过滤器40净化。净化的空气向下游流动，如箭头O(图1)所示，从管板24中的开口26流入下游使用部件，例如用于产生动力的燃气轮机。所示的各织物过滤器40包括定位成在位于过滤器下游的部件使用空气之前净化空气的至少一个过滤元件42、44。
要净化的载有微粒的空气I流过过滤元件42、44。过滤元件42、44定位为与管板24中的开口26气流连通。净化的空气O流过开口26，然后流向下游部件。
参考图4和5，各过滤器40至少包括由可渗透流体的柔性织物过滤介质材料制成的第一过滤元件42和第二过滤元件44。第一和第二过滤元件42、44中每个都具有外表面或上游表面46(图4)和内表面或下游表面48。第一过滤元件42为管状的，具有圆柱形形状。第二过滤元件44为管状的，具有截头圆锥形形状。应当理解，过滤器40可为任意的结构和形状。例如，过滤器40可为具有矩形截面的匣。
过滤元件42、44沿轴向接合排列。第一过滤元件42的一端由可折卸端盖60封闭。过滤元件42、44通过连接到管板24和端盖60的安装结构(未示出)保持在适当的位置。各过滤器40通过其下游表面48限定了净化空气气室(plenum)66。在使用一段时间之后，由于从空气流中分离的微粒聚积在过滤器上游侧46上，所以通过过滤器40的压降会增加。如果不从空气流中去除这些微粒，就会对下游部件如燃气轮机产生危害。过滤器40通过产生比较高压的流体的逆向脉冲喷射或清洗脉冲流而周期性地清洗。清洗脉冲被引导向各过滤器40的气室66。
清洗脉冲从气室66流到过滤器40的下游侧48，至过滤器的上游侧46。该清洗脉冲流会从过滤器40的上游侧去除至少一些微粒，优选地去除大量微粒，减小了由聚在织物过滤介质上或其中的微粒引起的通过过滤器的限制。
已知，当采用已知逆向脉冲喷射清洗系统清洗时，过滤器40位于最靠近清洗脉冲源(在该情形下，为管板24)的部分50(图4)经过的有效清洗很少或者没有。这是由于从过滤器40与部分50相隔的部分52去除的微粒在清洗脉冲之后又悬浮在流体流I中，并沉积在位于管板24附近的部分50上。沉积在过滤器40的部分50上的微粒变得比较厚，所以空气流无法通过过滤器的这部分，影响了通过进气过滤器系统20的总流量。过滤器40距管板24和部分50远的部分52往往被已知清洗脉冲清洗过多，有可能损坏，因此影响了过滤器的使用寿命。
参考图4-5，示出了根据本发明一方面的逆向脉冲喷射清洗系统100。逆向喷射清洗脉冲由清洗系统100提供。将压缩气体的清洗脉冲周期性地通过下游表面48引入各过滤器40。“周期性”意味着逆向脉冲喷射系统100可被编程或者可手动操作使得在预定时间、在一定时间长度之后或者在检测到一定限制量之后，会有压缩气体的清洗脉冲被引入过滤器的净化空气气室66。
通常，逆向脉冲喷射清洗系统100使用比出口流O的压力较高压力的流体的清洗脉冲来清洗过滤器40，例如压缩气体(例如，空气)脉冲。“脉冲”意味着在有限持续时间中流体流的压力比通过过滤器40的出口流O的压力高至少25％，优选高50％。持续时间通常在0.5秒以下，优选在0.3秒以下，在某些情况下小于0.05秒。已经发现对于特定应用，这有利于将压缩气体的清洗脉冲设定在2-3英寸水柱力之间，“逆向”以在200至3000 CFM净流范围内的流率，或者过滤器40出口流O的25％至100％的净逆向清洗流量流动。优选地，“净”逆向气流比要清洗的过滤器40的正常出口流O高至少25％至50％。
如图5中所清楚示出的，逆向脉冲喷射清洗系统20包括多个脉冲阀120。各阀120可操作地连接到供应压缩流体如空气的压缩空气歧管122。各阀120都布置为将压缩流体引导通过各自的喷管124至一对喷嘴140。周期性地致动阀120，以允许压缩空气清洗脉冲通过喷嘴140、通过管板24中的开口26、进入过滤器40的清洁空气气室66。喷嘴140位于距管板24预定距离处，沿着各过滤器40的轴线A定位，或者位于中央，如图3中所示。预定距离在8英寸至36英寸的范围内，当管板24中的开口26的直径为大致13英寸时，预定距离优选为20-31英寸。喷管124通过夹子或支架永久地固定到管板24或支架22上。逆向脉冲喷射清洗系统100的喷嘴140通过如焊接永久地连接到喷管124上。在所示实施例中，喷嘴140由金属管元件制成，具有沿其在与纵向中心轴线A平行的方向的长度延伸的基本恒定的圆形横截面。
喷嘴140(图6)具有第一端部分142和第二端部分144。喷嘴140绕着喷管的开口160(图9)在第一端部分142焊接到喷管124。喷嘴140限定了用于从喷管124传送的主流体的管道。喷嘴140还包括由形成在第一端部分142中的一对等尺寸口限定的抽吸器180。
喷嘴140具有由喷管124中的开口限定的第一面积，压力流体可流通过该第一面积。喷嘴140的内径基本上等于或者仅稍大于开口160的直径。抽吸器180限定了第二面积，额外的或者辅助的抽吸流体可流通过该第二面积。第一面积与第二面积的比在0.5∶1至5.0∶1的范围内，优选为在1.0∶1至2.0∶1的范围内。
空气流过喷嘴140，穿过抽吸器，使得抽吸器180吸入另外的空气。空气流过喷管124中的开口160至喷嘴140，穿过抽吸器180的位置。由于抽吸器180附近存在的较低压力，吸入了另外的空气或辅助空气。从喷管124中开口160排出并通过喷嘴140和越过抽吸器180的空气(主空气)的快速流动产生低压区域。快速流动的主空气推动另外的(辅助)空气通过抽吸器180。这两个气流结合以提高总流率并产生从喷嘴140的第二端部分144(图6)传送的“增强”逆向清洁脉冲喷射。来自喷嘴140的此增强流大于通过喷管124中开口160传送到喷嘴的主空气。
喷嘴140的排口与过滤器40的气室66之间的大的间距促使了空气额外的夹带，将总的逆向流清洗脉冲量增加到从喷管124中开口160传送的空气量的二至五倍。因此，抽吸器180将喷嘴140的流体的清洗喷射效率提高一个量，该量在只通过喷管124开口传送的空气所传送清洗喷射效率的3％至40％范围内，优选在10％至30％范围内。
逆向脉冲喷射清洗系统100的致动器(未示出)提供了打开脉冲阀120的信号。当阀120打开时，压缩流体通过阀从歧管122流到喷管124。流体作为主流体喷射进入喷嘴140。然后主流体喷射由来自抽吸器180的辅助空气补充。增强的清洗脉冲被引入气室66，使得该脉冲充满过滤器40的气室66。该清洗脉冲允许将最大的清洗空气经济地引入过滤器40。
逆向脉冲喷射清洗系统100还包括与各喷嘴140相连的扩散器220。扩散器220通过如焊接永久地连接到喷管124与喷嘴140中至少之一。扩散器200将一部分清洗脉冲引起到过滤器40位于管板24附近的最接近部分50。这里通常是过滤器40最难以有效清洗的区域。这是因为进气流I(图1-2和4-5)将在清洗脉冲应用期间从过滤器40远离管板24的远端部分52去除的微粒重新沉积在过滤器位于管板附近的近端部分50上。扩散器200位于基本上相对于过滤器40的中心处，如图3中所示，或者位于轴线A上，如图5所示。
扩散器200将一部分清洗脉冲P1引导到过滤器40距管板24最近的近端部分50，这里相对于远端部分52需要另外的或专门的清洗。同时，过滤器40的其余部分或者远端部分52接收清洗脉冲40的剩余部分P2以清洗过滤器的远端部分。
根据本发明的一方面，扩散器200具有一对焊接在一起的相同的两半。扩散器的每一半都包括安装部分202。安装部分202通过焊接永久地连接到喷管124和喷嘴140上。管板24和过滤器40下游的所有部件都不能分离和进入位于下游的设备元件中，例如燃气轮机，这是非常重要的。这种设备元件维修起来成本高昂，当无法产生动力时会经历故障停工时间。
扩散器200的安装部分202图示为连接到喷管124，以不与抽吸器180的气流干涉。也就是说，安装部分202相对于喷嘴140安装到喷管124上，使得其与抽吸器180隔开。
扩散器200的每半都具有整体形成为与安装部分202一体的主体部分204。扩散器200沿着垂直于其轴向方向具有与过滤器40基本相同的横截面。例如，当完全组装时，扩散器200具有大致圆锥形形状，如图6-9中所示。
扩散器200还包括在各主体部分204中的喇叭状排气凹口222，以将清洗脉冲P2的另一部分引导到过滤器40远离管板24的远端部分52。各排气凹口222具有开口224，清洗脉冲的另一部分P2通过开口224流过主体部分204，并被引导到过滤器的远端部分52。应当理解，与喷嘴140和管板24隔开的圆锥形主体部分204的直径D1(图9)和长度D2以及排气凹口222和开口224的尺寸和形状被选择来建立清洗脉冲各部分P1、P2与它们所集中到过滤器40的各部分50、52的强度。
本发明的另一方面为清洗安装到管板24的过滤器40的方法。过滤器40限定了微粒从通过过滤器的流体流分离的上游侧46。过滤器40的下游侧48基本上没有微粒。喷管124供应增压流体。增压流体的一部分被从喷管140的出口端部分144引导进由过滤器40的下游侧48限定的气室66中，以便从上游侧46去除微粒。
除了从喷管124中的开口160传送到喷嘴140的流体之外，抽吸器180还传送另外的流体量。抽吸器180于喷嘴入口端部分142中形成在喷嘴140中。清洗脉冲的一部分P1由扩散器200引导到过滤器40位于管板24附近的近端部分50。
该方法还包括给扩散器200提供具有排气凹口222的主体部分204的步骤。另一清洗脉冲部分P2由排气凹口222引导到过滤器40的远端部分52。当清洗脉冲部分P2离开喷嘴140时，其基本上并不由扩散器200的主体部分204偏转。清洗脉冲部分P2流过排气凹口222中的开口224。
根据本发明的另一方面，扩散器300(图10-13)具有一对焊接在一起的相同的两半。扩散器300包括安装部分302。安装部分302通过焊接永久地连接到喷管124和喷嘴140上。扩散器300的每半都具有整体形成为与各自安装部分302一体的主体部分304。例如，当完全组装时，扩散器300具有大致矩形横截面，如图13中所示。
扩散器302的主体部分304具有非偏转表面306和偏转表面308。当从喷嘴140传送的清洗脉冲部分P2沿着非偏转表面306行进时，清洗脉冲部分P2不改变方向。从喷嘴140传送的沿着或被定向在偏转表面308处行进的清洗脉冲部分P1被引导到过滤器40距管板24最近的近端部分50。应当理解，非偏转表面306的最大尺寸D3(图13)和偏转表面308的最大尺寸D4及离喷嘴140的间隔被选择来建立清洗脉冲各部分P1、P2与它们集中在过滤器40的各部分50、52的强度。
根据本发明的另一方面，扩散器400(图14-15)具有一对焊接在一起的相同的两半。扩散器400包括安装部分402。安装部分402通过焊接永久地连接到喷管124和喷嘴140上。扩散器400的每半都具有整体形成为与各自安装部分402一体的主体部分404。例如，扩散器400具有大致菱形横截面，如图15中所示。
扩散器402的主体部分404具有非偏转表面406和偏转表面410。当从喷嘴140传送的清洗脉冲部分P2沿着非偏转表面406行进时，清洗脉冲部分P2不改变方向。从喷嘴140传送的沿着或被定向在偏转表面410处行进的清洗脉冲部分P1被引导到过滤器40距管板24最近的近端部分50。各主体部分的偏转表面410在顶点408汇合。应当理解，非偏转表面406的最大尺寸D5(图13)和偏转表面410的最大尺寸D6、以及偏转表面410沿着顶点408的最大尺寸D7以及离喷嘴140的间隔被选择来建立清洗脉冲各部分P1、P2与它们集中在过滤器40的各部分50、52的强度。
上述及图6-15中所示的方面描述的是对称的扩散器200、300、400。应当理解，具有非对称结构的扩散器也适用。例如，非对称扩散器设计成将更大部分的清洗脉冲P1、P2引向过滤器40上方的部分。这里是由于重力而聚积较大比例微粒的地方。
从上面对本发明至少一方面的描述，本领域的技术人员会认识到各种改进、变化和修改。在本领域技术范围内的这种改进、变化和修改由所附权利要求覆盖。
具体实施方式
过滤器系统              20
机架                    22
管板                    24
开口                    26
过滤器组件              40
第一过滤器元件          42
第二过滤器元件          44
上游侧                  46
下游侧                  48
(过滤器40的)近端部分    50
过滤器40的)远端部分     52
可移除端盖              60
气室                    66
脉冲喷射清洗系统        100
脉冲阀                  120
歧管                    122
喷管                    124
喷嘴                    140
入口或第一端部分        142
出口或第二端部分        144
开口                    160
抽吸器                  180
扩散器                  200
安装部分                202
主体部分                204
排气凹口                222
开口                  224
扩散器(第二实施例)    300
各自的安装部分        302
安装部分              302
主体部分              304
非偏转表面            306
偏转表面              308
扩散器(第三实施例)    400
安装部分              402
主体部分              404
非偏转表面            406
顶点                  408
偏转表面              410
清洗脉冲部分          P1
清洗脉冲部分          P2

Claims (10)

1.一种用于安装到管板(24)的过滤器(40)的清洗系统(100)，其中所述过滤器(40)限定有上游侧(46)和下游侧(48)，微粒在所述上游侧从通过所述过滤器的流体流分离，所述下游侧基本上没有微粒，所述清洗系统包括：
喷管(124)，用于供给增压流体；
一体式喷嘴(140)，由管状元件制成，所述管状元件具有沿着该管状元件长度延伸的基本上恒定的横截面，所述喷嘴在第一端部分(142)连接到所述喷管(124)，所述喷嘴与所述喷管流体连通，以将所述增压流体的清洗脉冲从相对的第二端部分(144)引导进所述过滤器(40)的所述下游侧，以便从所述上游侧去除微粒；
抽吸器(180)，位于与所述喷嘴(140)的所述第二端部分(144)隔开的上游位置，除了从所述喷管(124)传送到所述喷嘴的所述第一端部分(142)的流体之外，所述抽吸器还能够从所述喷嘴的所述第二端部分传送额外量的流体；以及
扩散器(200，300，400)，固定到所述喷管(124)与所述喷嘴(140)中至少之一，用于将所述清洗脉冲的部分(P1)引导到所述过滤器(40)位于所述管板(24)附近的近端部分(50)。
2.如权利要求1所述的清洗系统，其中所述扩散器(200)具有大致圆锥形形状。
3.如权利要求1所述的清洗系统，其中所述扩散器还包括主体(204，304，404)，该主体具有用于将所述清洗脉冲的另一部分(P2)引导到所述过滤器(40)与所述近端部分(50)隔开的远端部分(52)的部分(222，306，406)。
4.如权利要求3所述的清洗系统，其中用于将所述清洗脉冲的另一部分(P2)引导到所述过滤器(40)的远端部分(52)的所述主体(204，304，404)的所述部分(222，306，406)包括形成在所述主体中的凹口部分(222)和在所述凹口部分中的开口(224)。
5.如权利要求1所述的清洗系统，其中所述扩散器(300，400)具有从大致矩形和大致菱形中选择的横截面。
6.如权利要求1所述的清洗系统，其中所述扩散器(200，300，400)固定到所述喷管(124)与所述喷嘴(140)中至少之一。
7.如权利要求1所述的过滤器清洗系统，其中所述喷嘴(140)与所述扩散器(200，300，400)永久地连接到所述喷管(124)上。
8.如权利要求1所述的过滤器清洗系统，其中所述扩散器(200，300，400)永久地连接到所述喷管(124)和所述喷嘴(140)上。
9.如权利要求1所述的过滤器清洗系统(100)，用于清洗安装到所述管板(24)的燃气轮机进气过滤器(40)，所述清洗系统(100)包括：
所述喷嘴(140)在第一端部分(142)永久地连接到所述喷管(124)，所述喷嘴与所述喷管流体连通，以将所述增压流体的清洗脉冲从相对的第二端部分(144)引导进所述过滤器(40)的下游侧(48)，以便从上游侧(46)去除微粒；以及
扩散器(200，300，400)，固定到所述喷管(124)与所述喷嘴(140)中至少之一，所述扩散器将所述清洗脉冲的部分(P1)引导到所述过滤器(40)位于所述管板(24)附近的近端部分(50)。
10.一种使用如权利要求1所述的过滤器清洗系统(100)清洗燃气轮机进气过滤器(40)的方法，所述方法包括下列步骤：
在喷管(124)中供应增压流体；
将一部分增压流体从所述喷嘴(140)的出口端部分(144)引导进所述过滤器(40)的下游侧(48)，以便从上游侧(46)去除微粒，所述喷嘴为一体式，并由管状元件制成，所述管状元件具有沿着该管状元件长度延伸的基本上恒定的横截面，所述喷嘴在相对的进口端部分(142)永久地连接到所述喷管(124)，所述喷嘴与所述喷管流体连通；
将来自所述喷嘴(140)的清洗脉冲传送到所述过滤器(40)的下游侧(48)，以从上游侧(46)去除微粒，所述清洗脉冲包括从所述喷管(124)引导到所述喷嘴的流体和通过抽吸器(180)的额外量的流体，所述抽吸器在所述喷嘴与所述喷管相邻的末端部分(142)形成在所述喷嘴中；以及
将所述清洗脉冲的部分(P1)扩散至所述过滤器(40)位于所述管板(24)附近的近端部分(50)。
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