CN102465762A - 等离子处理式过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及等离子处理式过滤器。具体而言，一种方法包括将涡轮过滤器单元(11)收纳在等离子处理系统(70)中，其中该涡轮过滤器单元(11)包括与构架(126，128)组装的过滤器介质(11)，以及通过等离子处理系统(70)将至少一个等离子处理涂层施加到涡轮过滤器单元(11)上。

Description

等离子处理式过滤器

技术领域

本文所公开的主题涉及过滤器，并且更具体地涉及利用等离子处理的过滤器。

背景技术

燃气涡轮发动机燃烧燃料-空气混合物来产生热燃烧气体，该热燃烧气体驱动涡轮区段中的涡轮叶片旋转。燃气涡轮发动机可用于驱动发电机或其它负载。燃气涡轮发动机经由空气过滤器吸入空气，该空气过滤器除去微粒以保护燃气涡轮发动机的内部构件。令人遗憾的是，现有的空气过滤器可能不适于某些环境条件，例如浓雾、灰尘/沙暴，以及其它的恶劣条件。不适合的空气过滤器可导致涡轮的操作问题，例如未预见到的停机或性能劣化加大。因此，在此类恶劣条件下，已安装的空气过滤器将需要用其它更为适合的空气过滤器予以更换，从而导致已安装空气过滤器的浪费。

发明内容

在范围上与原来要求得到专利保护的本发明相当的一些实施例在下文中进行了概述。这些实施例并非意图限制要求得到专利保护的本发明的范围，而是这些实施例仅意图提供对本发明可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含与下文阐述的实施例可能相似或不同的多种形式。

在第一实施例中，一种方法包括将涡轮过滤器单元收纳在等离子处理系统中，其中涡轮过滤器单元包括与构架组装的过滤器介质，以及通过等离子处理系统将至少一个等离子处理涂层施加到涡轮过滤器单元上。

在第二实施例中，一种方法包括将预制的涡轮过滤器单元收纳在等离子处理系统中，以及通过等离子处理系统将至少一个等离子处理涂层施加到预制的涡轮过滤器单元上，其中该至少一个等离子处理涂层提供湿气阻挡层(barrier)以保护燃气涡轮发动机免受进气(air intake)中的湿气。

在第三实施例中，一种系统包括涡轮过滤器单元，该涡轮过滤器单元包括与构架组装的过滤器介质，其中该涡轮过滤器单元包括设置在过滤器介质和构架上的至少一个等离子处理涂层，以及该至少一个等离子处理涂层提供湿气阻挡层以保护燃气涡轮发动机免受进气中的湿气。

附图说明

当参照附图阅读如下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更容易理解，所有附图中相似的标号表示相似的零件，在附图中：

图1为具有等离子处理式涡轮空气过滤器的发电(或动力生成)设备的实施例的透视图；

图2为具有等离子处理式涡轮空气过滤器的图1中过滤器框架的实施例的透视图；

图3为示出用于处理燃气涡轮空气过滤器的等离子处理系统的实施例的框图；

图4为示出用于等离子处理燃气涡轮空气过滤器的工艺的实施例的流程图；

图5为等离子处理式涡轮空气过滤器的实施例的截面侧视图；

图6为等离子处理式涡轮空气过滤器的实施例的截面侧视图；以及

图7为具有多个涂层的等离子处理式涡轮空气过滤器的实施例的截面侧视图。

零件清单

10发电设备

11过滤器

12涡轮发动机

14空气压缩机

16进入空气

18空气导管

20过滤器壳体

22过滤器框架

26竖直支承面板

28水平支承面板

30过滤器室(cell)

32开孔

34密封面

36向外的面

38过滤器高度

40宽度

42过滤器深度

44密封凸缘

46本体

48闩锁件

70等离子处理系统

72腔室

74气阀

76通流阀

78真空泵

80过程气体

82电极

84高频发生器

86控制器

88框架

110过程

112方框

114方框

116方框

122前面

124后面

126第一框架部分

128第二框架部分

130第一等离子涂层

132第二等离子涂层

142第一侧

144第二侧

146第一端

148第二端

150凸起

152凹部

154涂层

156涂层

172前面

174后面

176第一框架部分

178第二框架部分

180第一等离子涂层

182第二等离子涂层

184第三等离子涂层

186第四等离子涂层

具体实施方式

下文将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供对这些实施例的简要描述，在说明书中可不描述实际实现方式的所有特征。应当认识到，在任何这些实际实现方式的开发中，如任何工程或设计项目中一样，必须作出许多特定实现方式的决定以实现开发者的特定目标，如遵循关于系统和有关商业的约束，这可从一种实现方式到另一种实现方式而变化。此外，应当认识到，这些开发工作可能很复杂和耗时，但对于受益于本公开内容的普通技术人员来说，仍为设计、制造和生产的常规事项。

在介绍本发明各种实施例的元件时，用词″一个″、″一种″、″该″和″所述″意在表示存在所述元件中的一个或多个。用语″包括″、″包含″和″具有″旨在为包括性的，且意为可存在除所列元件之外的附加元件。

本公开内容针对在制造后进行等离子处理的涡轮过滤器。换言之，涡轮过滤器可大致或完全由等离子涂层覆盖，等离子涂层可散布在过滤器介质和非过滤器介质(例如，框架)两者上。例如，涡轮过滤器可从供应商处购得，且然后由等离子涂层处理以提高某些特性。通过进一步举例，等离子涂层可在现场施加和/或响应于现场特定环境条件而施加，从而将现成的涡轮过滤器转变成定制的涡轮过滤器，而非废弃该过滤器。等离子涂层可为施加到所有空气过滤器上的公共涂层，或有助于特定类型环境的特定应用的涂层。例如，等离子涂层可为疏水性涂层、亲水性涂层，或它们的组合。在一些实施例中，过滤器可具有位于过滤器第一侧上的疏水性涂层和位于过滤器第二侧上的亲水性涂层。在另一些实施例中，过滤器可包括一个在另一个顶部上(或彼此叠置)的多个涂层。尽管等离子处理式过滤器以燃气涡轮发动机为背景阐述，但所公开的现成过滤器的等离子涂层可提供给任何行业中的任何类型的过滤器。

图1为使用等离子处理式过滤器11的发电设备10的实施例的透视图。发电设备10包括产生电功率的燃气涡轮发动机12。涡轮发动机12包括空气压缩机14，空气压缩机14将进入空气16从户外经由空气导管18吸入涡轮发动机12中。当进入空气16进入设备时，该空气首先穿过过滤器壳体20。在过滤器壳体20内部，由一个或多个过滤器框架22保持的过滤器11阵列过滤进入空气16，以便除去污染物，例如灰尘、污垢、湿气、盐、碳以及可能趋于降低涡轮12性能的任何其它污染物。过滤器壳体20可为数层(strory)高，且可收容多达数百个过滤器11，这些过滤器11可由若干过滤器框架22保持。如下文所述，各过滤器11均可在制造之后进行等离子处理，例如，在现场或响应于现场特定环境条件进行等离子处理。

图2为示出图1中的过滤器框架22的实施例的透视图。如图2中所示，过滤器框架22包括限定过滤器室30的一组竖直支承面板26和水平支承面板28。竖直支承面板26和水平支承面板28部分地用作位于过滤器室30之间的分隔件，各过滤器室30均保持单个的等离子处理式空气过滤器11。各过滤器室30均可包括开孔32以及密封面34，其中，过滤器11可穿过开孔32，并且过滤器11可压靠密封面34以阻碍空气围绕过滤器11流动。过滤器11可包括穿过开孔32的过滤器本体46，以及围绕过滤器本体46向外的面36的边沿设置的密封凸缘44。密封凸缘44可构造成用以配合在过滤器室30内，且可压靠密封面34。垫圈可设置在密封面34与过滤器凸缘44之间，以便在过滤器11与密封面34之间提供气密性密封。

过滤器11可为任何适合的类型，举例来说，例如袋滤器或小褶皱过滤器、脉冲筒式过滤器。在一些实施例中，过滤器11可为从General Electric(Schenectady，NewYork)获得的高效AltairSupernova^TM过滤器。此外，过滤器11还可为任何适合的尺寸。例如，在一些实施例中，过滤器高度38和宽度40可为大约600mm，过滤器深度42可为大约400毫米至500毫米，且各过滤器11均可重达大约15千克。此外，在一些实施例中，过滤器室30和/或过滤器框架22可提供用于湿气的适合排水装置(drainage)，该排水装置可聚集在过滤器11的外侧上。还包括在过滤器框架22中的是多个紧固件或闩锁件48，它们将过滤器11保持在框架内且向密封凸缘44提供足够的压缩以提供过滤器11与密封面34之间的气密性密封。另外，如下文所述，各过滤器11均可包括在过滤器介质和非过滤器介质两者上散布的一个或多个等离子涂层(例如，在制造后施加的)，其中，非过滤器介质例如为密封凸缘44、构架、支承结构或其它非过滤器元件。

图3为示出等离子处理系统70的实施例的框图。等离子处理系统70包括腔室72、气阀74、通流阀76、真空泵78、过程气体80、电极82、高频发生器84、控制器86，以及框架88。等离子处理系统70可使用各种步骤来涂敷过滤器11。在所示的实施例中，控制器86向真空泵78发信号以便抽空腔室72，从而在腔室72中产生阈值低压状态。在达到低压状态时，控制器86关闭真空泵78。在达到低压状态之后，控制器86开启阀74以将过程气体80供送到腔室72中，直到达到工作压力。在达到工作压力之后，控制器86开启激励电极82的高频发生器84。电极82电离过程气体80以产生等离子，然后等离子沉积在过滤器11上作为等离子涂层。例如，过程气体80可为经历反应且然后沉积在空气过滤器11表面上作为聚合物的等离子单体。单体类型和处理参数将确定最终产生的表面特性(例如，疏水性、亲水性等)。当气体电离并沉积在过滤器11上时，控制器86启动真空泵78而除去受污染的气体，同时过程气体80继续进入容器72。最后，在等离子涂敷过滤器11之后，控制器86使阀74闭合且关闭高频发生器84。然后，控制器86开启阀76以使过程气体80的腔室72通流。

如图所示，系统70包括框架88。框架88容许过滤器11的不同部分的等离子涂层为相同或不同的等离子涂层。例如，框架88容许等离子涂敷向外的面36，同时使本体46与等离子隔离。同样，在等离子涂敷向外的面36之后，过滤器11可在框架88和本体46中旋转，涂敷有相同或不同等离子涂层，同时隔离向外的面36。以此方式，向外的面36和本体46可由相同/不同的等离子涂层处理。

图4为示出用于等离子处理燃气涡轮空气过滤器11的工艺110的实施例的流程图。工艺110通过将涡轮过滤器11收纳在等离子处理系统中而开始(方框112)。一旦在等离子处理系统内，则将第一等离子处理涂层施加到过滤器11上(方框114)。在施加第一等离子处理之后，可施加第二等离子处理(方框116)。取决于实施例，第一等离子处理涂层可不同于第二等离子处理涂层。在具有不同等离子处理涂层的实施例中，第一等离子处理涂层和第二等离子处理涂层可施加到过滤器11的相同区或不同区上。例如，等离子处理涂层可施加到过滤器11的上游侧和下游侧上。在某些实施例中，可掩蔽第一区，同时将第二等离子处理涂层施加到第二区上，以及可掩蔽第二区，同时将第一等离子处理涂层施加到第一区上。然而，任何适合的工艺都可用于施加一个或多个等离子处理涂层。此外，涂层可在厚度、特性、材料或它们的组合上不同。在下文将详细描述不同涂层的施加。

图5为等离子处理式涡轮空气过滤器11的实施例的截面侧视图。过滤器11限定前面122(上游侧或进入侧)、后面124(下游侧或排出侧)、第一框架部分126以及第二框架部分128。第一等离子涂层130覆盖前面122，而第二等离子涂层132覆盖后面124。如图所示，涂层130和132在可为单个结构或单独结构的第一框架部分126和第二框架部分128上散布。取决于该实施例，第一等离子涂层130可与第二等离子涂层132相同或不同。这些等离子涂层可提供湿气阻挡层，提高强度、耐磨性、或不利环境条件(例如，沙暴、雹暴或暴风)下的抗磨耗性，加强对腐蚀环境(例如，盐水)的抵抗力，或它们的任何组合。例如，第一等离子涂层130可为疏水的，而第二等离子涂层132可为亲水的。结果，第一等离子涂层130(疏水的)阻挡或排斥水穿过过滤器11，而第二等离子涂层132(亲水的)吸收未由第一等离子涂层130排斥的水。由亲水性涂层132吸收的水然后可利用重力排出过滤器11。因此，涂敷有两种不同等离子涂层的过滤器11可通过同时地排斥和吸收湿气来有效地减少进入燃气轮机12的湿气量。在又一些实施例中，第一等离子涂层130和第二等离子涂层132可为相同的。例如，疏水性涂层和/或亲水性涂层可处在过滤器11的两侧上。以下的表1示出了等离子涂层的其它可能组合，但并非意图进行限制。

第一等离子涂层130	第二等离子涂层132
		耐磨性	疏水性
耐磨性	亲水性
		亲水性	疏水性
抗化学性/抗腐蚀性	疏水性
		抗化学性/抗腐蚀性	亲水性

表1

图6为没有框架的等离子处理式涡轮空气过滤器11的实施例的截面侧视图。过滤器11限定第一侧142(上游侧或进入侧)、第二侧144(下游侧或排出侧)、第一端146以及第二端148。如图所示，过滤器11限定锯齿形状，锯齿形状在第一端146与第二端148之间具有凸起150和凹部152。在某些实施例中，过滤器11可包括内部框架和/或过滤器介质。例如，框架可围绕包封锯齿形过滤器介质的过滤器11周界(parameter，例如端部146和148)延伸。尽管图6将过滤器11示为锯齿形状，但其可限定多种不同的形状(例如，抛物线、凹入的、平的、波状棱形、正弦曲线等)。如图所示，第一侧142和第二侧144包括相应的第一等离子涂层154和第二等离子涂层156。涂层154和156可为相同的涂层或不同的涂层。例如，涂层154和156可代表单个共同的等离子涂层。通过进一步举例，涂层154可为亲水的，而涂层156为疏水的，反之亦然。如上文所述，疏水性涂层和亲水性涂层的组合可更为有效地保护燃气轮机12免受湿气，胜于仅由疏水性涂层或亲水性涂层覆盖的过滤器11。

此外，第一等离子涂层154和第二等离子涂层156可增加过滤器11的强度、抗腐蚀性/抗化学性，以及抗磨耗性。例如，第一等离子涂层154和第二等离子涂层156可提高过滤器11的强度。因此，具有第一涂层154和第二涂层156的过滤器11可更好地耐受由大风如暴风所造成的应力。此外，第一等离子涂层154和第二等离子涂层156可提供对过滤器11的磨耗保护。例如，在沙漠环境中操作的过滤器11可经历由空气中的沙所引起的磨耗状态。因此，第一等离子涂层154和/或第二等离子涂层156可提供抗磨耗的外壳，该外壳限制磨损并延长过滤器11的寿命。第一涂层154和第二涂层156还可提供保护免受霉菌和霉点。例如，疏水性涂层可排斥水，从而减小在过滤器11中渗透湿气、霉菌和霉点的可能性。此外，第一等离子涂层154和第二等离子涂层156可提供在腐蚀环境例如盐性环境中的保护。

图7为等离子处理式涡轮空气过滤器11的实施例的侧视图。过滤器11限定前面172(上游侧或进入侧)、后面174(下游侧或排出侧)、第一框架部分176以及第二框架部分178。前面172由可彼此相同或不同的第一等离子涂层180和第二等离子涂层182覆盖。后面174由第三等离子涂层184和第四等离子涂层186覆盖。尽管图7示出了四个涂层，但过滤器11可由任何数目和布置的等离子涂层覆盖。例如，过滤器11可由可彼此相同或不同的1，2，3，4，5，6，7，8，9，10个或更多等离子涂层覆盖。

具体而言，第一等离子涂层180和第二等离子涂层182可为疏水性涂层，而第三等离子涂层184和第四等离子涂层186可为亲水性涂层。如上文所述，过滤器11前面172上的疏水性涂层阻挡或排斥湿气进入过滤器11，而后面174上的亲水性涂层吸收穿过疏水性涂层的湿气。以此方式，等离子涂层相组合以保护燃气轮机12免受湿气。

在又一些实施例中，第一等离子涂层180和第三等离子涂层184可加强过滤(例如，湿气或微粒)，而第二涂层182和第四涂层186则提高过滤器强度、提高抗化学性/抗腐蚀性、改善抗磨耗性，或它们的任何组合，或反之亦然。例如，第三等离子涂层182和第四等离子涂层186可为疏水性涂层，其在富含湿气的环境(例如，雾)中保护过滤器11。在又一些实施例中，第一等离子涂层180和第三等离子涂层184可为提高过滤器11强度的涂层，而第二等离子涂层182和第四等离子涂层186则加强过滤(例如，湿气或微粒)。在另一实施例中，第一等离子涂层180和第三等离子涂层184可加强过滤，而第二等离子涂层182和第四等离子涂层186则在磨耗环境(例如，沙漠环境)中保护第一涂层180和第三涂层184。以下的表2示出了等离子涂层的其它可能组合，但并非意图进行限制。

表2

本发明的技术效果包括在制造后使用等离子沉积技术提高过滤器特性的能力。过滤器可包括一个或多个等离子涂层，这些等离子涂层提高其过滤空气或改善其它特性的能力。如上文所述，过滤器可包括在诸如过滤器上游侧和下游侧的过滤器相同或不同区域上的2个或多个不同涂层。例如，过滤器可具有在过滤器一侧上的疏水性涂层以及在过滤器相对侧上的亲水性涂层。这些不同等离子涂层的组合可有利地协助从过滤器排斥和排出湿气。此外，不同的等离子涂层可改善强度、耐磨性、抗磨耗性、抗腐蚀性、抗化学性、抗生物性，或它们的任何组合。

本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例处在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种方法，包括：

将过滤器单元(11)收纳在等离子处理系统(70)中，其中所述涡轮过滤器单元(11)包括与构架(126，128)组装的过滤器介质(11)；以及

通过所述等离子处理系统(70)将至少一个等离子处理涂层施加到所述涡轮过滤器单元(11)上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，施加所述至少一个等离子处理涂层包括利用所述至少一个等离子处理涂层来覆盖整个所述过滤器单元(11)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，施加至少一个等离子处理涂层包括将第一等离子处理涂层和第二等离子处理涂层施加到所述过滤器单元(11)上。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，施加所述第一等离子处理涂层包括覆盖所述过滤器单元的第一区(36)，施加所述第二等离子处理涂层包括覆盖所述过滤器单元(11)的第二区(46)，所述第一区(36)和所述第二区(46)彼此不同，以及所述第一等离子处理涂层和所述第二等离子处理涂层彼此不同。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，覆盖所述过滤器单元(11)的第一区(36)包括由所述第一等离子处理涂层覆盖所述过滤器单元(11)的进入侧，以及覆盖所述过滤器单元的第二区(46)包括由所述第二等离子处理涂层覆盖所述过滤器单元(11)的排出侧。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一等离子处理涂层和所述第二等离子处理涂层包括不同的厚度、不同的特性、不同的材料，或它们的组合。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个等离子处理涂层包括亲水性涂层或疏水性涂层。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述过滤器单元(11)收纳在所述等离子处理系统(70)中之前从燃气轮机系统(10)移除所述过滤器单元(11)。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过滤器单元(11)在将所述过滤器单元(11)收纳在所述等离子处理系统(70)中之前已使用。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述至少一个等离子处理涂层施加到所述过滤器单元(11)上包括产生湿气阻挡层以保护燃气涡轮发动机(12)免受进气中的湿气。

Images