DE102012106057A1

DE102012106057A1 - Mehrschichtiger Filter, Gasturbine mit einem mehrschichtigen Filter und Filterungsverfahren

Info

Publication number: DE102012106057A1
Application number: DE102012106057A
Authority: DE
Inventors: Brad Aaron Kippel; Steve HINER
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: BHA Altair LLC
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2013-01-10
Also published as: CN102865142A; US20130011249A1; GB201211958D0; GB2492659A

Abstract

Es sind ein mehrschichtiger Filter, eine Gasturbine mit einem mehrschichtigen Filter und ein Filterungsverfahren offenbart. Der mehrschichtige Filter enthält eine Nanofaserschicht, die positioniert ist, um eine Luftströmung zu empfangen, eine koaleszierende Basismediumschicht und eine Membranschicht. Die koaleszierende Basismediumschicht und die Membranschicht sind positioniert, damit die Luftströmung durch die Nanofaserschicht und die koaleszierende Basismediumschicht und anschließend durch die Membranschicht strömt. Die Gasturbine enthält einen Einlass und den mehrschichtigen Filter in einem Filterabschnitt. Das Verfahren enthält ein Positionieren des mehrschichtigen Filters und Leiten einer Luftströmung durch den mehrschichtigen Filter.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf Luftfilterungssysteme und -verfahren gerichtet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Filter, Systeme, die Filter enthalten, und Verfahren zur Filterung.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Allgemein entfernen Luftfiltersysteme in Gasturbinen Salz, Staub, Korrosion verursachende Stoffe und andere unerwünschte Substanzen aus der Einlassluft, um ihr Eindringen in stromabwärtige Komponenten der Gasturbinen zu verhindern. Die Feuchtigkeit kann vom Regen, Nebel, Dunst, von der Wasserzerstäubung und von Kombination von diesen herrühren, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Bekannte Luftfiltersysteme bewältigen Feuchtigkeit und andere unerwünschte Substanzen, indem sie mehrere Stufen enthalten, die verschiedene bekannte Technologien nutzen. Filter können in einer oder mehreren dieser Stufen eingesetzt werden.
Der Einsatz mehrstufiger Luftfiltersysteme ermöglicht es, die unerwünschten Substanzen, einschließlich Feuchtigkeit, zu entfernen. Jedoch leiten mehrstufige Filtersysteme an den Nachteilen, dass sie kostspielig zu implementieren und/oder zu betreiben sind, dass sie in existierende Systeme, wie beispielsweise Gasturbinen, nicht leicht eingebaut werden können, dass sie zusätzliche Bauteile enthalten können, die zusätzlichen Raum einnehmen und/oder Investitionskosten steigern, und dass sie auch einen schweren Einlassdruckabfall zur Folge haben.
Bekannte Filter können unerwünschte Betriebseigenschaften aufweisen. Zum Beispiel können Filter aufgrund der Wechselwirkung zwischen Schmutz, Staub, Kohlewasserstoffen und Feuchtigkeit, die die Durchlässigkeit des Filters drosseln, eine kurze Nutzungslebungsdauer haben. Filter können keine Oberflächenbelastung unterstützen und folglich mit Selbstreinigungssystemen schwer zu reinigen sind, was eine kurze Nutzungslebensdauer ergibt. Filter können in Umgebungen mit starker Staubbelastung eine kurze Nutzungslebensdauer haben. Filtermedien können während des Herstellungsprozesses beschädigt werden, wie zum Beispiel Faltenspitzen beschädigt werden können, was zur Folge haben kann, dass Feuchtigkeit durch die Filter hindurchtritt.
Ein Filter, ein Gasturbineneinlasssystem, das einen Filter enthält, und ein Verfahren zur Filterung, die nicht die vorstehenden Nachteile aufweisen, würden in der Technik erwünscht sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform enthält ein mehrschichtiger Filter eine Nanofaserschicht, die positioniert ist, um eine Luftströmung zu empfangen, eine koaleszierende Basismediumschicht und eine Membranschicht. Die koaleszierende Basismediumschicht und die Membranschicht sind positioniert, damit die Luftströmung durch die Nanofaserschicht und die koaleszierende Basismediumschicht und anschließend durch die Membranschicht strömt.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform enthält ein Gasturbineneinlasssystem einen Turbinenabschnitt und einen Einlassabschnitt. Der Turbinenabschnitt enthält ein Verdichter, der positioniert ist, um eine Luftströmung von dem Einlassabschnitt zu empfangen, ein Verbrennungssystem, das konfiguriert ist, um die Luftströmung von dem Verdichter zu empfangen und um einen Brennstoff zu verbrennen, und eine Turbomaschine, die konfiguriert ist, um durch die Verbrennung des Brennstoffs durch das Verbrennungssystem angetrieben zu werden. Der Einlassabschnitt ist positioniert, um die Luftströmung zu dem Verdichter zu liefern. Der Einlassabschnitt enthält einen Lufteinlass und einen Filterabschnitt mit einem mehrschichtigen Filter. Der mehrschichtige Filter enthält eine Nanofaserschicht, die positioniert ist, um die Luftströmung zu empfangen, eine koaleszierende Basismediumschicht und eine Membranschicht. Die koaleszierende Basismediumschicht und die Membranschicht sind derart positioniert, dass die Luftströmung durch die Nanofaserschicht und die koaleszierende Basismediumschicht und anschließend durch die Membranschicht zu stromabwärtigen Komponenten der Gasturbine strömt.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform enthält ein Verfahren zur Filterung einer Luftströmung ein Positionieren eines mehrschichtigen Filters, Leiten einer Luftströmung durch eine Nanofaserschicht des mehrschichtigen Filters, durch ein koaleszierendes Basismedium des mehrschichtigen Filters, anschließend durch eine Membranschicht des mehrschichtigen Filters, Zulassen, dass Feuchtigkeit durch die Nanofaserschicht hindurchtritt, und Koaleszieren von Feuchtigkeit und Kohlenwasserstoffen mit dem koaleszierenden Basismedium
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die anhand eines Beispiels die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Gasturbine, die einen mehrschichtigen Filter mit einer Nanofaserschicht, einer koaleszierenden Basismediumschicht und einer Membranschicht aufweist.
2 zeigt eine Perspektivansicht eines mehrschichtigen Filters mit einer Nanofaserschicht, einer koaleszierenden Basismediumschicht und einer Membranschicht.
3 zeigt eine Perspektivansicht eines mehrschichtigen Filters mit einer Gitterstoffschicht, einer Nanofaserschicht, einer koaleszierenden Basismediumschicht und einer Membranschicht.
4 zeigt eine Perspektivansicht eines mehrschichtigen Filters mit einer Nanofaserschicht, einer koaleszierenden Basismediumschicht, einer Membranschicht und einer Gitterstoffschicht.
5 zeigt eine Perspektivansicht eines mehrschichtigen Filters mit einer ersten Gitterstoffschicht, einer Nanofaserschicht, einer koaleszierenden Basismediumschicht, einer Membranschicht und einer zweiten Gitterstoffschicht.
Wenn es möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen überhall in den Zeichnungen verwendet, um die gleichen Teile zu kennzeichnen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es sind ein mehrschichtiger Filter, ein Gasturbineneinlasssystem, das einen mehrschichtigen Filter enthält, und ein Verfahren zur Filterung geschaffen, die nicht einen oder mehrere der vorstehenden Nachteile aufweisen. Ausführungsformen des Offenbarungsgegenstandes entfernen Salz, Staub, korrosive Stoffe, Feuchtigkeit (z.B. Fluide, die Wasserteilchen enthalten) und andere unerwünschte Substanzen aus der Einlassluft, verhindern eine Beschmutzung stromabwärtiger Komponenten, ermöglichen einen Betrieb unter feuchten oder durch Kohlenwasserstoff belasteten Bedingungen, haben eine verlängerte nutzbare Lebensdauer, unterstützen eine Oberflächenbelastung in speziellen Abschnitten, sind in Umgebungen mit hoher Staubbelastung betreibbar, sind in der Lage, eine Beschädigung, beispielsweise an den Faltenspitzen, zu verhindern, können kostengünstig implementiert oder betrieben werden, können in existierende Gasturbineneinlasssysteme eingebaut werden, können arbeiten, ohne zusätzlichen Raum einzunehmen, und ermöglichen Kombinationen hiervon.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Gasturbineneinlasssystems 101. Das Gasturbineneinlasssystem 101 enthält einen Turbinenabschnitt 303, der einen Verdichter 105 enthält, der positioniert ist, um eine Luftströmung 104 von einem Einlassabschnitt 100 zu empfangen, ein Verbrennungssystem 111, das konfiguriert ist, um die Luftströmung 104 von dem Verdichter 105 zu empfangen und um einen (nicht veranschaulichten) Brennstoff zu verbrennen, und eine Turbomaschine 109, die konfiguriert ist, um durch die Verbrennung des Brennstoffs durch das Verbrennungssystem 111 angetrieben zu werden.
Der Einlassabschnitt 100 ist positioniert, um die Luftströmung 104 dem Verdichter 105 zuzuführen. In einer Ausführungsform liefert die Luftströmung 104 Luft zu einzelnen Filtern 102, die in der Lage sind, Luft in eine Menge zwischen im Wesentlichen etwa 50 Kubikfuß pro Minute bis etwa 5000 Kubikfuß pro Minute mit einer Anströmgeschwindigkeit zwischen etwa 1 m/s und etwa 15 m/s während des Betriebs zu bewältigen. In dem hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Ausdruck „Luft“ atmosphärisches Gas und mitgeführte Substanzen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Feuchtigkeit, Staub, Schmutz, Salz, Kohlenwasserstoffe und nichtatmosphärische Gase. Obwohl das Gasturbineneinlasssystem 101 veranschaulicht und beschrieben ist, wird erkannt, dass andere Systeme zum Empfang der Luftströmung 104 in Verbindung mit dem Einlassabschnitt 100 verwendet werden können.
Der Einlassabschnitt 100 enthält einen mehrschichtigen Filter 102 (zum Beispiel wie in 2 veranschaulicht), um unerwünschte Substanzen oder Stoffe aus der Luftströmung 104 zu entfernen. In anderen Ausführungsformen wird der mehrschichtige Filter 102 bei anderen Komponenten verwendet, die in Verbindung mit der Luftströmung 104 betrieben werden können. Andere geeignete Komponenten sind Teile von oder enthalten einen Generatorluftfilter für Gasturbinen, einen Zementwerkfilter, einen Fahrzeugfilter, einen Industriefilter zum Schweißen, einen industriellen Luftbehandlungsfilter zur Reinigung eines Produktionsgebäudes, Lüftungsanlagen für Großgebäude oder andere geeignete Systeme. Die Luftströmung 104 wird zu dem Einlass 106 geleitet oder zugeführt. Der Einlass 106 enthält einen beliebigen, geeigneten Mechanismus zur Leitung und/oder Behandlung der Luft innerhalb der Luftströmung 104. Zum Beispiel enthalten geeignete Mechanismen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, eine Wetterschutzhaube, einen Schaufel-Abscheider, einen Feuchtigkeitsabscheider, einen Tropfenabscheider, einen Koaleszenzfilter und Kombinationen von diesen, um zusätzliche Feuchtigkeit am Eintreten in den Einlass 106 zu hindern, ein Anti-Vereisungssystem zur Entfernung oder Beseitigung von Eis und ein Koaleszierensystem zur Abführung von Wasser, das in den Einlass 106 eindringt, oder Feuchtigkeit, die nach Eintritt in den Einlass 106 kondensiert. Nach Eintritt in den Einlass 106 wird die Luftströmung 104 zu dem Filterabschnitt 108 geleitet, wo ein Teil der oder die gesamte Luftströmung 104 durch einen oder mehrere der mehrschichtigen Filter 102 gefiltert wird.
Der Filterabschnitt 108 enthält den mehrschichtigen Filter 102. Der mehrschichtige Filter 102 entfernt Substanzen bzw. Stoffe aus der Luft innerhalb der Luftströmung 104, wodurch behandelte Luft einem Kanal 107 zugeführt wird, der zu stromabwärtigen Komponenten, wie beispielsweise einem (nicht veranschaulichten) Schalldämpfer in dem Einlassabschnitt 100, führt. Der mehrschichtige Filter 102 kann ein Taschenfilter, ein Mini-Faltfilter mit V-Zellen, ein gefalteter Filtereinsatz oder jeder beliebige sonstige geeignete Filter oder Kombinationen von diesen sein. Wie in 2 veranschaulicht, strömt die Luftströmung 104 in einer Ausführungsform innerhalb des mehrschichtigen Filters 102 durch eine Nanofaserschicht 110 und eine koaleszierende Basismediumschicht 112 und anschließend stromabwärts durch eine hydrophobe Membranschicht 114. In dem hierin verwendeten Sinne beziehen sich die Ausdrücke „stromabwärts“ und „stromaufwärts“ auf die Position in Bezug auf die Richtung der Luftströmung 104. Erneut bezugnehmend auf 1 strömt die Luftströmung 104 z.B. stromabwärts in Richtung auf den Kanal 107 von einer stromaufwärtigen Position, wie beispielsweise dem Einlass 106, aus.
Die Nanofaserschicht 110 innerhalb des mehrschichtigen Filters 102 ist in der Nähe des Einlasses 106 positioniert und konfiguriert, um die Luftströmung 104 von dem Einlass 106 zu empfangen. Nanofasern innerhalb der Nanofaserschicht 110 sind beliebige geeignete Nanofasern, die innerhalb eines Materials verteilt oder durch eine beliebige geeignete Methode angeordnet sind. In dem hierin verwendeten Sinne bezieht sich der Ausdruck „Nanofaser“ auf eine beliebige Faser mit einer Dimension, die in der Größenordnung von Nanometern (10^–9 Metern) liegt. Einzeln sind die Nanofasern visuell nicht unterscheidbar. Zum Beispiel weisen die Nanofasern in Ausführungsformen des vorliegenden Offenbarungsgegenstandes einen Durchmesser von weniger als etwa 1500 Nanometern, einen Durchmesser von weniger als etwa 100 Nanometern, einen Durchmesser von weniger als etwa 50 Nanometern, einen Durchmesser von weniger als etwa 10 Nanometern, einen Durchmesserbereich von etwa 10 Nanometern bis etwa 1500 Nanometern, einen Durchmesserbereich von etwa 10 Nanometern bis etwa 1000 Nanometern, einen Durchmesserbereich von etwa 20 Nanometern bis etwa 500 Nanometern, einen Durchmesserbereich von etwa 50 Nanometern bis etwa 500 Nanometern, einen Durchmesserbereich von etwa 100 Nanometern bis etwa 500 Nanometern, einen Durchmesserbereich von etwa 20 Nanometern bis etwa 400 Nanometern oder einen Durchmesserbereich von etwa 40 Nanometern bis etwa 200 Nanometern auf, wobei der Durchmesser über zentrale 20%, 50%, 80% oder die Gesamtheit der Nanofaser gemessen wird, wie dies z.B. durch mit Elektronenmikroskopie gekoppelte Bildanalysewerkzeuge gemessen werden kann. Zusätzlich oder alternativ weisen die Nanofasern in Ausführungsformen des vorliegenden Offenbarungsgegenstands eine Dimensionsabweichung von weniger als 20%, eine Dimensionsabweichung von weniger als 5% oder eine Dimensionsabweichung von weniger als 1% über dem Bereich mit der größten Abweichung auf.
In einer Ausführungsform enthält die Nanofaserschicht 110 Nanofasern, die in einem geeigneten Medium ausgebildet sind. In einer Ausführungsform werden die Nanofasern in der Nanofaserschicht 110 als eine schmelzgeblasene Bahn, durch Schmelzspinnverfahren, Elektrospinnverfahren oder andere geeignete Verfahren, die zufällige Faserbahnen bilden, gebildet. In einer Ausführungsform enthalten die Nanofasern ein Polymermaterial, wie z.B. Homopolymere, Copolymere (z.B. Block-, Pfropf-, statistische bzw. Random- und alternierende Copolymere), Polyethylen, Polypropylen, Terpolymere, Polylactide, Polymilchsäuren, Polyeolefine, Polyacrylnitril, Polyurethan, Polycarbonat, Polycaprolacton, Polyvinylalkohol, Chitosan-Nylon, Polystyrol, Proteine, Poly(diallyl-dimethyl-Ammoniumchlorid), Polyacrylsäure, Poly(allylamin-Hydrosulfat), Poly(4-Styrolsulfonsäure), Poly(vinylsulfat)-Kaliumsalz, 4-Styrolsulfonsäure-Natriumsalzhydrat, Polystyrolsulfonat, Polyethylenimin, geradkettige Polyethyleneimin-Rückgrate, ein Blockkopolymer aus einem Block geradkettiger Polyethylenimin-Rückgrate, einen wasserlösbaren Polymerblock (zum Beispiel Polyethylenglycol, Poly(propionyl)ethylenimin und/oder Polyacrylamid), einen hydrophoben Polymerblock (z.B. Polystyrol oder Polyoxazolin, einschließlich Polyphenyloxazolin, Polyoctyloxazolin und Polydodecyloxazolin), Polyacrylate (z.B. Polymethylmethacrylat und Polybutylmethacrylat) und Kombinationen von diesen. In einer Ausführungsform enthalten die Nanofasern Metall oder andere nichtpolymere Teilchen.
Das Medium und/oder die Nanofasern innerhalb der Nanofaserschicht 110 sind ausgewählt, um gewünschte Eigenschaften zum Empfang der Luftströmung 104 zu schaffen. In einer Ausführungsform unterstützt die Nanofaserschicht 110 eine Oberflächenbelastung. In einer Ausführungsform ermöglicht die Nanofaserschicht 110, dass Feuchtigkeit durch die Nanofaserschicht hindurchtreten kann. In einer Ausführungsform ist die Nanofaserschicht 110 an die koaleszierende Basismediumschicht 112 gebunden. In dieser Ausführungsform kann die koaleszierende Basismediumschicht 112 einen Teil des Mediums der Nanofaserschicht 110 bilden.
Die koaleszierende Basismediumschicht bzw. Koaleszenz-Basismediumschicht 112 innerhalb des mehrschichtigen Filters 102 ist stromaufwärts von der hydrophoben Membranschicht 114 positioniert. Die koaleszierende Basismediumschicht 112 sorgt für eine Feuchtigkeits- und Kohlenwasserstoff-Koaleszenz (Zusammenführung, Vereinigung) und/oder Drainage sowie eine Berstdruckfestigkeit. In dem hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Ausdruck „Koaleszenz“ bzw. „koaleszieren“ das Ausbilden großer Feuchtigkeitstropfen aus kleineren Tropfen und/oder aus Nebel bzw. Dunst. In einer Ausführungsform ist die koaleszierende Basismediumschicht 112 für eine Tiefenbelastung konfiguriert. In einer Ausführungsform ist die koaleszierende Basismediumschicht 112 eine schmelzgeblasene Spinnflies-Bahn. In einer Ausführungsform, in der die koaleszierende Basismediumschicht 112 keinen Teil des Mediums der Nanofaserschicht 110 bildet, bildet die koaleszierende Basismediumschicht 112 eine gesonderte Schicht benachbart zu der Nanofaserschicht 110. In dieser Ausführungsform enthält die koaleszierende Basismediumschicht 112 ebenfalls ein Polymermaterial, wie z.B. Homopolymere, Copolymere (z.B. Block-, Pfropf-, statistische bzw. Random- und alternierende Copolymere), Terpolymere, Polylactide, Polymilchsäuren, Polyeolefine, Polyacrylnitril, Polyurethan, Polycarbonat, Polycaprolacton, Polyvinylalkohol, Zellulose, Chitosan-Nylon, Polystyrol, Proteine, Poly(diallyl-dimethyl-Ammoniumchlorid), Polyacrylsäure, Poly(allylamin-Hydrosulfat), Poly(4-Styrolsulfonsäure), Poly(vinylsulfat)-Kaliumsalz, 4-Styrolsulfonsäure-Natriumsalzhydrat, Polystyrolsulfonat, Polyethylenimin, geradkettige Polyethylenimin-Rückgrate, ein Blockkopolymer aus einem Block geradkettiger Polyethylenimin-Rückgrate, einen wasserlöslichen Polymerblock (zum Beispiel Polyethylenglycol, Poly(propionyl)ethylenimin und/oder Polyacrylamid), einen hydrophoben Polymerblock (z.B. Polystyrol oder Polyoxazolin, einschließlich Polyphenyloxazolin, Polyoctyloxazolin und Polydodecyloxazolin), Polyacrylat (z.B. Polymethylmethacrylat und Polybutylmethacrylat) und Kombinationen von diesen.
Die hydrophobe Membranschicht 114 innerhalb des mehrschichtigen Filters 102 ist in der Nähe des Kanals 107 positioniert. Die hydrophobe Membranschicht 114 wandelt die Luft in der Luftströmung 104 in Luft mit vorbestimmten Partikeleigenschaften um. Zum Beispiel ermöglicht der Filter in einer Ausführungsform die Erzeugung einer hocheffizienten Partikelluft (HEPA, High Efficiency Particulate Air), indem er einen Integralwert von etwa 85%, 95% oder 99,95% Abscheidegrad bei der am meisten durchdringenden Partikelgröße, einen Integralwert von etwa 0,05% Durchlassgrad/Penetration, einen Lokalwert von etwa 99,75% Abscheidegrad und einen Lokalwert von etwa 0,05% Penetration. In einer weiteren Ausführungsform ermöglicht der Filter die Erzeugung von HEPA, indem er einen Integralwert von etwa 99,995% Abscheidegrad, einen Integralwert von etwa 0,005% Penetration, einen Lokalwert von etwa 99,975% Abscheidegrad und einen Lokalwert von etwa 0,025% Penetration aufweist. In einer Ausführungsform enthält oder ist die Membranschicht 114 aus Polytetrafluorethylen, expandiertem Polytetrafluorethylen und/oder Polyethylen. In einer Ausführungsform ist die Membranschicht 114 hydrophob oder oleophob.
In einer Ausführungsform enthält der mehrschichtige Filter 102 ferner eine oder mehrere Gitterstoffschichten 116. In dem hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Ausdruck „Gitterstoffschicht“ eine Verarbeitungshilfsstruktur, die die Fähigkeit aufweist, die Oberflächenspannung, z.B. im Wasser, aufzubrechen, so dass das Wasser weniger dazu neigt, auf einer Oberfläche abzuperlen. Die eine oder mehreren Gitterstoffschichten 116 verändern die Topografie der Oberfläche. In einer Ausführungsform, bei der die eine oder mehreren Gitterstoffschichten 116 stromaufwärts positioniert sind, liegen die eine oder mehreren Gitterstoffschichten 116 in Nanogröße vor. In einer Ausführungsform, bei der die eine oder mehreren Gitterstoffschichten 116 stromabwärts positioniert sind, bilden die eine oder mehreren Gitterstoffschichten 116 eine Schutzschicht, jedoch eine Opferschicht, wodurch zusätzliche Festigkeit erzielt wird. Bezugnehmend auf 3 enthält der mehrschichtige Filter 102 in einer Ausführungsform die Gitterstoffschicht 116, die in der Nähe der Nanofaserschicht 110 positioniert ist, so dass die Luftströmung 104 durch die Gitterstoffschicht 116, anschließend stromabwärts durch die Nanofaserschicht 110, die koaleszierende Basismediumschicht 112 und die hydrophobe oder oleophobe Membranschicht 114 strömt. In dieser Ausführungsform erzielt die Gitterstoffschicht 116 Schutz gegen Nebel oder Dunst für die Nanofaserschicht 110.
Bezugnehmend auf 4 enthält der mehrschichtige Filter 102 in einer Ausführungsform die Gitterstoffschicht 116 in der Nähe der hydrophoben oder oleophoben Membranschicht 114, so dass die Luftströmung 104 durch die Nanofaserschicht 110, die koaleszierende Basismediumschicht 112 und die hydrophobe oder oleophobe Membranschicht 114 und anschließend durch die Gitterstoffschicht 116 strömt. In dieser Ausführungsform reduziert oder eliminiert die Gitterstoffschicht 116 eine auf das Falten zurückzuführende Beschädigung der Membranschicht 114, wodurch eine hydrophobe oder oleophobe Schicht ergeben ist. Bezugnehmend auf 5 enthält der mehrschichtige Filter 102 in einer Ausführungsform zwei Gitterstoffschichten 116, die auf gegenüberliegenden Oberflächen des mehrschichtigen Filters 102 positioniert sind. In dieser Ausführungsform ist eine erste Gitterstoffschicht 116 in der Nähe der Nanofaserschicht 110 positioniert, während eine zweite Gitterstoffschicht 116 in der Nähe der hydrophoben oder oleophoben Membranschicht 114 positioniert ist. Die Luftströmung 104 strömt stromabwärts durch die erste Gitterstoffschicht 116, anschließend durch die Nanofaserschicht 110, die koaleszierende Basismediumschicht 112 und die hydrophobe oder oleophobe Membranschicht 114 und dann durch die zweite Gitterstoffschicht 116.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, wird von Fachleuten auf dem Gebiet verstanden, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können und ihre Elemente durch äquivalente Mittel ersetzt werden können, ohne dass von dem Umfang der Erfindung abgewichen wird. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Folglich besteht die Absicht, dass die Erfindung nicht auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt werden soll, die als die beste Ausführungsart offenbart ist, die zur Ausführung dieser Erfindung vorgesehen ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Es sind ein mehrschichtiger Filter, eine Gasturbine mit einem mehrschichtigen Filter und ein Filterungsverfahren offenbart. Der mehrschichtige Filter enthält eine Nanofaserschicht, die positioniert ist, um eine Luftströmung zu empfangen, eine koaleszierende Basismediumschicht und eine Membranschicht. Die koaleszierende Basismediumschicht und die Membranschicht sind positioniert, damit die Luftströmung durch die Nanofaserschicht und die koaleszierende Basismediumschicht und anschließend durch die Membranschicht strömt. Die Gasturbine enthält einen Einlass und den mehrschichtigen Filter in einem Filterabschnitt. Das Verfahren enthält ein Positionieren des mehrschichtigen Filters und Leiten einer Luftströmung durch den mehrschichtigen Filter.

Claims

Mehrschichtiger Filter, der aufweist: eine Nanofaserschicht, die positioniert ist, um eine Luftströmung zu empfangen; eine koaleszierende Basismediumschicht; und eine Membranschicht; wobei die koaleszierende Basismediumschicht und die Membranschicht derart positioniert sind, dass die Luftströmung durch die Nanofaserschicht und die koaleszierende Basismediumschicht und anschließend durch die Membranschicht strömt.
Filter nach Anspruch 1, wobei die Nanofaserschicht eingerichtet und angeordnet ist, um eine Oberflächenbelastung zu unterstützen.
Filter nach einem der Ansprüche 1–2, wobei die Nanofaserschicht eingerichtet und angeordnet ist, um Feuchtigkeit zu gestatten, durch die Nanofaserschicht hindurchzutreten.
Filter nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die Nanofaserschicht an die koaleszierende Basismediumschicht gebunden ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die koaleszierende Basismediumschicht für eine Tiefenbelastung und Berstdruckfestigkeit eingerichtet ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die koaleszierende Basismediumschicht Wasser und Kohlenwasserstoffe koalesziert.
Filter nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Membranschichat Polytetrafluorethylen, expandiertes Polytetrafluorethylen oder Polyethylen enthält.
Filter nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Membranschicht hydrophob ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die Membranschicht einen Abscheidegrad von wenigstens 85% bei der am meisten penetrierenden Partikelgröße, einen Integralwert von etwa 0,05% Penetration, einen Lokalwert von etwa 99,75% Abscheidegrad und einen Lokalwert von etwa 0,25% Penetration ergibt.
Filter nach einem der Ansprüche 1–9, der ferner eine Gitterstoffschicht aufweist, wobei die Gitterstoffschicht derart positioniert ist, dass die Luftströmung durch die Gitterstoffschicht und anschließend durch die Nanofaserschicht strömt.
Filter nach einem der Ansprüche 1–9, der ferner eine Gitterstoffschicht aufweist, wobei die Gitterstoffschicht derart positioniert ist, dass die Luftströmung durch die Membranschicht und anschließend durch die Gitterstoffschicht strömt.
Filter nach einem der Ansprüche 1–9, der ferner eine erste Gitterstoffschicht und eine zweite Gitterstoffschicht aufweist, wobei die erste Gitterstoffschicht in der Nähe der Nanofaserschicht positioniert ist und die zweite Gitterstoffschicht in der Nähe der Membranschicht positioniert ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–12, wobei sich die Luftströmung innerhalb eines Gasturbineneinlasssystems befindet.
Gasturbineneinlasssystem, das aufweist: einen Turbinenabschnitt, der aufweist: einen Verdichter, der positioniert ist, um eine Luftströmung von einem Einlassabschnitt zu empfangen; ein Verbrennungssystem, das konfiguriert ist, um eine Luftströmung von dem Verdichter zu empfangen und einen Brennstoff zu verbrennen; und eine Turbomaschine, die konfiguriert ist, um durch die Verbrennung des Brennstoffs durch das Verbrennungssystem angetrieben zu sein; einen Einlassabschnitt, der positioniert ist, um die Luftströmung zu dem Verdichter zu liefern, wobei der Einlassabschnitt aufweist: einen Lufteinlass; einen Filterabschnitt, wobei der Filterabschnitt einen mehrschichtigen Filter aufweist, wobei der mehrschichtige Filter aufweist: eine Nanofaserschicht, die positioniert ist, um die Luftströmung zu empfangen; eine koaleszierende Basismediumschicht; und eine Membranschicht; wobei die koaleszierende Basismediumschicht und die Membranschicht derart positioniert sind, dass die Luftströmung durch die Nanofaserschicht und die koaleszierende Basismediumschicht und anschließend durch die Membranschicht zu stromabwärtigen Komponenten der Gasturbine strömt.
Turbineneinlasssystem nach Anspruch 14, wobei die Membranschicht hydrophob ist.
Turbineneinlasssystem nach einem der Ansprüche 14–15, wobei die Membranschicht oleophob ist.
Turbineneinlasssystem nach einem der Ansprüche 14–16, wobei die koaleszierende Basismediumschicht eine(n) oder mehrere von Feuchtigkeit und Kohlenwasserstoffen koalesziert.
Turbineneinlasssystem nach einem der Ansprüche 14–17, wobei die koaleszierende Basismediumschicht für Tiefenbelastung und Berstdruckfestigkeit eingerichtet ist.
Turbineneinlasssystem nach einem der Ansprüche 14–18, wobei die Membranschicht Polytetrafluorethylen, expandiertes Polytetrafluorethylen oder Polyethylen enthält.
Verfahren zur Filterung einer Luftströmung, wobei das Verfahren aufweist: Positionieren eines mehrschichtigen Filters, wobei der mehrschichtige Filter aufweist: eine Nanofaserschicht, die positioniert ist, um eine Luftströmung zu empfangen; eine koaleszierende Basismediumschicht; und eine Membranschicht; Leiten der Luftströmung durch die Nanofaserschicht, durch die koaleszierende Basismediumschicht und anschließend durch die Membranschicht; Zulassen, dass Feuchtigkeit durch die Nanofaserschicht hindurchtritt; und Koaleszieren einer/eines oder mehrerer von Feuchtigkeit und Kohlenwasserstoffen mit der koaleszierenden Basismediumschicht.