CN214019662U - 一种滤材及空气过滤器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种滤材，包括保护过滤层、预过滤层以及支撑过滤层，保护过滤层、支撑过滤层分别位于预过滤层的两侧，保护过滤层一侧形成进风侧，支撑过滤层一侧形成出风侧，保护过滤层、预过滤层以及支撑过滤层的过滤效率从进风侧至出风侧递增。一种空气过滤器，包括滤材骨架、滤材以及端盖。本实用新型根据EN1822:2009测试，比现有产品阻力更低，E10‑new效率符合85%（@0.3μm），以及E12‑new效率符合99.5%（@0.3μm）；提高燃气轮机以及透平设备吸入空气洁净度，延缓叶轮积垢甚至不积垢，提高燃气轮机的发电效益，降低透平设备的能耗，降低设备使用的综合成本。

Description

一种滤材及空气过滤器

技术领域

本实用新型属于净化设备领域，具体涉及一种滤材及空气过滤器。

背景技术

根据燃气轮机以及透平设备的基本设计，燃气轮机以及透平设备的运行需要吸入大量空气。例如，22MW太阳能涡轮机Titan250燃气轮机报告的排气流量为245665.22 kg/h（70°F，14.69psia，假设入口质量流量比排气流量小2%，体积流量为118214 acfm）。即使在相对清洁的环境中，燃气轮机每年也可能摄入数十公斤大小不等的异物。环境空气中1 ppm的颗粒物相当于5.76kg的颗粒物，每天以240751.83kg/h的质量流量进入未经过滤的燃气轮机以及透平设备，而且涡轮设计越先进，对吸入空气的质量就越敏感。因此需要对进气进行过滤，以防止受污染空气的影响。

来自世界各地不同环境的空气中的不同类型污染物可能会导致几种类型的问题，这些问题会对燃气轮机内部部件的可靠性、可用性和大修间隔时间产生负面影响。入口过滤的首要目的是满足设备基本需求的洁净空气，其次保持其过滤效率，特殊的过滤设计可防止各种尺寸和成分的颗粒。

目前全球空气过滤器市场范围内，大致分为三种材料：

木浆纤维：最细直径为3mm-10mm，纯木浆所制成的滤纸大多效率较低，一般只能过滤10-25μm以上的颗粒物，并且在遇到潮湿或者雨雪天气，纤维容易变形，无法保持原结构，导致效率下降，所以通常作为油的过滤材料。

化学纤维：化纤滤料传统上采用化学纤维经喷胶针刺所制，由于工艺限制其纤维直径较粗，直径在10µm以上。传统化纤喷胶无纺布纤维太粗且纤维数量少，因此机械过滤效率也较低，在不经过静电驻极的情况下，过滤最小的颗粒物只能达到2.5μm以上。随着现代工艺的改革，虽然采用的熔喷化纤滤料纤维也很细，能够达到F9（EN779:2012）的过滤效率，但是由于其质地很软，无法保持蓬松的状态，阻力上升非常快，无法保证使用寿命。

木浆纤维以及化学纤维的混合滤纸：

A．静电纺丝技术：

此类型的滤纸最典型的代表就是静电纺丝技术，采用高分子流体静电雾化，在木浆滤纸表面喷涂极细的化学纤维，最小直径为400nm，利用表面形成蜘蛛网结构的涂层进行拦截过滤，针对0.3μm的颗粒物效率可达80%以上，效率最高可达E10 (En1822:2009)；对于2.5μm以上的颗粒直径拦截在纤维表面，不会渗入纤维内，就是通常所说的表面过滤，相对于传统滤材，虽然压差较低，但是使用环境中含有大量2.5μm以下的颗粒，压差上升较快。

由于当代技术瓶颈，纳米技术只能形成一维结构，无法像传统滤材一样多维立体，无法吸纳更多的颗粒物，这也是此材料压差上升过快的原因。

B．熔喷与木浆复合：

这个是静电纺丝技术的上一代产物，在木浆滤纸表面喷涂静电驻极后的熔喷织物，实现高效低阻的效果；但是，大部分灰尘带负电荷，滤材由于静电携带负电荷，随着使用过程中滤材表面附着灰尘，正负电荷进行相互中和，使得滤材失去正电荷，从而导致效率下降，并且附着在滤材表面的灰尘进入到设备中去，无法起到真正的过滤效果。

化学纤维滤纸与玻纤复合：

此材料采用的是三明治结构，外侧两层是超细化学纤维滤料，克重大概在30g/㎡左右；中间是保证过滤效率的玻纤材料，克重为20g/㎡，厚度达到了0.5mm。由于过滤精细灰尘的过滤层克重太低，材料厚度限制了整个过滤器过滤面积的增加，从而导致过滤器容尘量较低，过滤效率最高可达E12(EN1822：2009)，但是初始压差过大。

因此以上材料都无法在保持空气通过的情况下阻隔水汽；由于燃气轮机吸入空气后，叶轮高速旋转对空气进行压缩，做功会产生大量热，会导致空气中的水分挥发结晶，析出的盐颗粒等形成二次污染，导致燃气轮机出力衰退。

根据GUIDELINE FOR GAS TURBINE INLET AIR FILTRATION SYSTEMS（RELEASE1.0，April 2010）中，第32页，当压降逐渐变大时，为了克服进气系统的损失，燃气轮机必须消耗更多的燃料，而且还大大降低了功率输出。与进气过滤系统和压力损失是直线如图5所示。这说明进气系统的压力损失增加，功率减小，和热损耗呈线性增加。50 PA（=0.2 inh2o）压力损失的减少可以导致0.1%功率输出的提高。

在燃气轮机运行中，需要克服阻力做功，往往人们认为降低阻力是有效提高燃气轮机做功的有效途径。

GUIDELINE FOR GAS TURBINE INLET AIR FILTRATION SYSTEMS（RELEASE 1.0，April 2010）中，第27页，经过此机构的测试，过滤效率对燃气轮机的出力有着深远的意义，使用F7虽然初始出力比F9以及E12高，但是随着灰尘进入到设备中，燃气轮机叶轮需要客服颗粒物做功，导致出力衰退，越来越低。相比较而言，使用F9跟E12过滤器的设备衰退大大降低，E12到达更换压差时，只衰退1.4%，如图6所示。

为了验证此机构的数据，将F7以及F9的过滤进行对比。如图7所示，在同一机组上所采集的对比数据。在初始状态下，F7等级的进气过滤器能够获得与F9几乎持平的运作效率，但由于F7的效率较低，随着时间的推移，叶片结垢导致出力迅速下降，远远低于F9。在一个运行周期内，计算得出，使用F9过滤器能够提高6%的发电效益，并且能够有效减少水洗次数，平均每年水洗只需1-2次。

同理，对于燃气轮机产生的发电效益，也就意味对于其他透平设备的节能，以及使用设备的综合成本降低。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种滤材，具体为多层介质滤材，应用于空气过滤器。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种滤材，包括保护过滤层、预过滤层以及支撑过滤层，所述的保护过滤层、支撑过滤层分别位于所述的预过滤层的两侧，所述的保护过滤层一侧形成进风侧，所述的支撑过滤层一侧形成出风侧，所述的保护过滤层、预过滤层以及支撑过滤层的过滤效率从所述的进风侧至所述的出风侧递增。

优选地，所述的滤材的过滤等级为E10（EN1822:2009），过滤的颗粒物的直径在0.3μm以上，初始压差小于180Pa。

优选地，所述的滤材的过滤等级为E12（EN1822:2009），过滤的颗粒物的直径在0.3μm以上，初始压差小于250Pa。

优选地，所述的滤材的总克重不大于200g/m2，所述的滤材的总厚度不大于0.5mm。

优选地，所述的保护过滤层的过滤等级为G1-G2（EN779:2012），克重为5-30g/㎡，厚度0.05mm-0.15mm，压差为0-5PA@5.32cm/s，透气度为7500l/m2s以上；

所述的预过滤层的颗粒物去除为2.5μm以上，厚度0.15mm-0.25mm，当所述的滤材过滤等级为E10（EN1822:2009）时：所述的预过滤层的过滤等级为M6（EN779:2012），克重为40-70g/㎡，压差为<15pa@5.32cm/s；当所述的滤材过滤等级为E12（EN1822:2009）时：所述的预过滤层的过滤等级为F7-F9（EN779:2012），克重为55-70g/㎡，压差为<50PA@5.32cm/s；

所述的支撑过滤层的颗粒物去除为0.3μm以上，厚度0.15mm-0.25mm，当所述的滤材过滤等级为E10（EN1822:2009）时：所述的支撑过滤层的过滤等级为E10（EN1822:2009），克重为<80g/㎡，压差为<50Pa@5.32cm/s；当所述的滤材过滤等级为E12（EN1822:2009）时：所述的支撑过滤层的过滤等级为E12（EN1822:2009），克重为<80g/㎡，压差为<50Pa@5.32cm/s。

优选地，所述的保护过滤层采用化学纤维。进一步优选地，化学纤维包括PET薄膜，聚己二酰己二胺、双组分无纺布。

优选地，所述的预过滤层采用不带静电、或者消除静电后效率不低于20%，去除颗粒物直径不低于0.4μm的化学纤维，防止在使用过程中对所述的支撑过滤层形成二次污染。进一步优选地，所述的预过滤层采用玻璃纤维、聚己二酰己二胺和双组分无纺布中的一者或者两者的混合物。

优选地，所述的支撑过滤层采用聚四氟乙烯膜、基纸不为木浆纤维的静电纺丝、PET材料、PA-6、双组分无纺布中的一种或混合物。

优选地，所述的滤材由所述的保护过滤层、预过滤层以及支撑过滤层组成，即三层结构。

优选地，所述的滤材呈褶皱状。

进一步优选地，所述的滤材的折距不小于2mm，防止所述的滤材折与折之间阻塞。

本实用新型的另一个目的是提供一种空气过滤器，具体为多层介质自洁式空气过滤器，应用于燃气轮机以及透平设备进气系统等，提高燃气轮机以及透平设备吸入空气洁净度，延缓叶轮积垢甚至不积垢，提高燃气轮机的发电效益，降低透平设备的能耗，降低设备使用的综合成本。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种空气过滤器，包括滤材骨架、设置在所述的滤材骨架外周的滤材、连接在所述的滤材骨架和滤材两端的端盖，所述的滤材包括保护过滤层、预过滤层以及支撑过滤层，所述的保护过滤层、支撑过滤层分别位于所述的预过滤层的两侧，所述的保护过滤层一侧形成进风侧，所述的支撑过滤层一侧形成出风侧，所述的保护过滤层、预过滤层以及支撑过滤层的过滤效率从所述的进风侧至所述的出风侧递增。

优选地，所述的滤材外周面缠绕有加强线。如缝纫线，以增加整体过滤器的强度

优选地，所述的滤材骨架和滤材两端通过胶水固化与所述的端盖相连接。进一步优选地，所述的胶水为聚氨酯胶水。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、本实用新型的滤材根据EN1822:2009测试，比现有产品阻力更低，E10-new效率符合85%（@0.3μm），以及E12-new效率符合99.5%（@0.3μm）；

2、本实用新型滤材的空气过滤器在应用于燃气轮机以及透平设备进气系统等时，提高燃气轮机以及透平设备吸入空气洁净度，延缓叶轮积垢甚至不积垢，提高燃气轮机的发电效益，降低透平设备的能耗，降低设备使用的综合成本。

附图说明

附图1为本实施例中空气过滤器的结构示意图；

附图2为E10-new与E10-old效率对比图；

附图3为E12-new与E12-old效率对比图；

附图4为E12-new与E12-old压差对比图；

附图5为过滤系统和压力损失图；

附图6为燃气轮机叶轮性能衰退图；

附图7为F7、F9过滤对比图。

以上附图中：1、保护过滤层；2、预过滤层；3、支撑过滤层；4、筒形网；5、端盖；6、缝纫线；

具体实施方式

下面将对结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种滤材，包括保护过滤层1、预过滤层2以及支撑过滤层3，本实施例中：滤材由保护过滤层1、预过滤层2以及支撑过滤层3组成，即三层结构，保护过滤层1、支撑过滤层3分别位于预过滤层2的两侧，保护过滤层1一侧形成进风侧，支撑过滤层3一侧形成出风侧，保护过滤层1、预过滤层2以及支撑过滤层3的过滤效率从进风侧至出风侧递增。三层材质可根据现场颗粒物分布自由组合，但是三层叠加后，总克重不超过200g/㎡，总厚度不超过0.5mm，防止三层厚度过大而导致过滤器的过滤面积不足。后期的生产应用中，可根据实际需要增加或减少过滤层，以达到低阻高效的目的。

本实施例的滤材的过滤等级达到E10（EN1822:2009），过滤效率85%，过滤的颗粒物的直径在0.3μm以上，初始压差小于180Pa，以及E12（EN1822:2009），过滤效率99.5%，过滤的颗粒物的直径在0.3μm以上，初始压差小于250Pa。

具体的说：

保护过滤层保护预过滤层，防止安装时磕碰，主要起到保护预过滤层的作用。保护过滤层采用高透气的化学纤维，尽量不给整个过滤器增加阻力。在本实施例中：滤材的过滤等级在E10以及E12（EN1822:2009）时：保护过滤层的过滤等级在G1-G2（EN779:2012），采用PET薄膜，厚度在0.1mm左右，克重为20g/㎡，在5.32cm/s的风速下，压差为0PA；1mbar的压力下，透气度达到7500l/m²s以上。

此外，保护过滤层还可以选择如聚己二酰己二胺、双组分无纺布等。

预过滤层起到为支撑过滤层分摊过滤的作用。预过滤层采用玻璃纤维，玻璃纤维的直径较细，挺度高，优异的抗湿性能，在使用过程中能够保持滤材本身的形态，主要起到去除2.5μm以上的颗粒物的作用，并保证压差平稳上升。在本实施例中：滤材的过滤等级在E10（EN1822:2009）时：采用M6 （EN779:2012）等级的玻璃纤维，厚度0.20mm 左右，65g/㎡，透气度极大，在5.32cm/s的风速下，压差仅为5PA；滤材的过滤等级在E12（EN1822:2009）时：选择的F7 （EN779:2012）等级的玻璃纤维，厚度0.20mm 左右， 66g/㎡，在5.32cm/s的风速下，压差为35PA左右。

此外，预过滤层也可以选择其他化学纤维材料，但是此材料不能够带有静电，或者消除静电后效率不低于20%（@0.4μm），防止在使用过程中对支撑过滤层形成二次污染，如聚己二酰己二胺和双组分无纺布中的一者或者两者的混合物。

支撑过滤层为聚四氟乙烯膜过滤材料(PTFE)，利用材料本身效率高，阻力极低和防水透气的属性，作为最后一道过滤层，阻隔水汽，去除0.3μm以上的颗粒物，并保证滤材的强度。滤材过滤等级在E10（EN1822:2009）时：采用E10(EN1822:2009)等级的聚四氟乙烯膜，厚度0.2mm左右，克重为65g/㎡，在5.32cm/s的风速下，压差为5Pa；滤材过滤等级在E12（EN1822:2009）时：采用E12(EN1822:2009)等级的聚四氟乙烯膜，厚度0.2mm左右，克重为60g/㎡，在5.32cm/s的风速下，压差为10Pa，

此外，支撑过滤层也可以使用静电纺丝，但是基纸不建议使用木浆纤维，主要由于木浆纤维厚度较大，会增加三层介质的总厚度，不利于加工以及增加有效过滤面积，可以考虑使用克重较低的PET材料，并且此基材还需要去做额外防水处理，以达到阻隔水汽的功效，或者如PET材料、PA-6、双组分无纺布等。

以下具体阐述下上述材料使用在空气过滤器时的应用：

使用专用打折设备，配置多层放料架，每层都需要有单独的张力控制装置，保证滤材送入设备中的平整度，利用滤材打折设备进行打折，根据端盖尺寸设置折高，支撑过滤层一侧喷涂热熔胶，保持滤材褶皱后的形态，保持滤材之间的折距，折距不低于2mm，防止滤材折与折之间阻塞，空气在保护层外侧形成紊流，导致筒式空气过滤压差高于滤材自身的阻力。

打折完成后，将其围成一个圆筒状，接头处用聚烯烃热熔胶拼接成一个密闭的筒形；将焊接好的滤材骨架，本实施例采用金属筒形网4，塞入密闭的筒形滤材内，在端盖中加入聚氨酯胶水，保证滤材与筒形网浸入端盖5内，等待一侧胶水完全固化后，用同样的方法将滤材另外一侧与另一只端盖5密封。

完成聚氨酯灌胶后，利用滤芯器绕线机，在滤筒外侧从上到下缠绕上胶后的缝纫线6，以增加整体滤芯的强度。

最后，在出气一侧的端盖贴上一圈一体成型的密封圈，保证过滤器安装时的密封性。

如图1所示，空气过滤器从保护过滤层1一侧形成进风侧，气体经过预过滤层2、支撑过滤层3进入筒形网4内，最后从端盖5的一侧或两侧出风。

以下给出本申请其他实施例的一些组合：

	实施例二	实施例三	实施例四	实施例五
					过滤等级	E10	E10	E12	E12
保护过滤层	G2，20g/cm<sup>2</sup> PET膜	G2，20g/cm<sup>2</sup>PET膜	G2，20g/cm<sup>2</sup> PET膜	G2，20g/cm<sup>2</sup> PET膜
					预过滤层	M6，66g/cm<sup>2</sup>玻璃纤维	M6，66g/cm<sup>2</sup>玻璃纤维	F7，66g/cm<sup>2</sup>，玻璃纤维与PA-6的混合物	F9，68g/cm<sup>2</sup>，玻璃纤维与PA-6的混合物
支撑过滤层	E10 ，70g/cm<sup>2</sup>静电纺丝处理后的PET膜（50g/cm<sup>2</sup>）	E10，PTFE70g/cm<sup>2</sup>	E12，PTFE76g/cm<sup>2</sup>	E12，PTFE76g/cm<sup>2</sup>

上述实施例中：

采用了仅为0.1mm厚度的PET膜，其耐破度可达58N/cm，透气量为7660l/m²，

采用玻璃纤维与PA-6的混合物，效率相当的情况下，阻力比市场是同级别材料低20%，具有低化学释气性，使得滤材强度比传统滤材高20%以上；

采用PTFE支撑过滤层，具有低化学释气性，使得滤材压差仅为传统材料的一半，能够有效阻隔水汽。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种滤材，其特征在于：包括保护过滤层、预过滤层以及支撑过滤层，所述的保护过滤层、支撑过滤层分别位于所述的预过滤层的两侧，所述的保护过滤层一侧形成进风侧，所述的支撑过滤层一侧形成出风侧，所述的保护过滤层、预过滤层以及支撑过滤层的过滤效率从所述的进风侧至所述的出风侧递增。

2.根据权利要求1所述的滤材，其特征在于：所述的滤材的过滤等级为E10，过滤的颗粒物的直径在0.3μm以上，初始压差小于180Pa。

3.根据权利要求1所述的滤材，其特征在于：所述的滤材的过滤等级为E12，过滤的颗粒物的直径在0.3μm以上，初始压差小于250Pa。

4.根据权利要求1所述的滤材，其特征在于：所述的滤材的总克重不大于200g/㎡，所述的滤材的总厚度不大于0.5mm。

5.根据权利要求1至4中任意一项权利要求所述的滤材，其特征在于：

所述的保护过滤层的过滤等级为G1-G2，克重为5-30g/㎡，厚度0.05mm-0.15mm，压差为0-5PA@5.32cm/s，透气度为7500l/m2s以上；

所述的预过滤层的颗粒物去除为2.5μm以上，厚度0.15mm-0.25mm，当所述的滤材过滤等级为E10时：所述的预过滤层的过滤等级为M6，克重为40-70g/㎡，压差为<15pa@5.32cm/s；当所述的滤材过滤等级为E12时：所述的预过滤层的过滤等级为F7-F9，克重为55-70g/㎡，压差为<50PA@5.32cm/s；

所述的支撑过滤层的颗粒物去除为0.3μm以上，厚度0.15mm-0.25mm，当所述的滤材过滤等级为E10时：所述的支撑过滤层的过滤等级为E10，克重为<80g/㎡，压差为<50Pa@5.32cm/s；当所述的滤材过滤等级为E12时：所述的支撑过滤层的过滤等级为E12，克重为<80g/㎡，压差为<50Pa@5.32cm/s。

6.根据权利要求1所述的滤材，其特征在于：所述的保护过滤层采用化学纤维。

7.根据权利要求1所述的滤材，其特征在于：所述的预过滤层采用玻璃纤维、聚己二酰己二胺和双组分无纺布中的一种。

8.根据权利要求1所述的滤材，其特征在于：所述的支撑过滤层采用聚四氟乙烯膜、基纸不为木浆纤维的静电纺丝、PET材料、PA-6、双组分无纺布中的一种。

9.根据权利要求1所述的滤材，其特征在于：所述的滤材由所述的保护过滤层、预过滤层以及支撑过滤层组成。

10.根据权利要求1所述的滤材，其特征在于：所述的滤材呈褶皱状。

11.根据权利要求10所述的滤材，其特征在于：所述的滤材的折距不小于2mm。

12.一种空气过滤器，包括滤材骨架、设置在所述的滤材骨架外周的滤材、连接在所述的滤材骨架和滤材两端的端盖，其特征在于：所述的滤材为权利要求1至11中任意一项权利要求所述的滤材。

13.根据权利要求12所述的空气过滤器，其特征在于：所述的滤材外周面缠绕有加强线。

14.根据权利要求12所述的空气过滤器，其特征在于：所述的滤材骨架和滤材两端通过胶水固化与所述的端盖相连接。

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