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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystem und ein Filtereinheit-Qualitätsmanagementverfahren für ein Qualitätsmanagement einer Filtereinheit zum Entfernen von Fremdstoffen, die in einem durch einen Einlassdurchgang strömenden Einlassgas enthalten sind.
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HINTERGRUND
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Allgemein umfassen einige Maschinen, die Gas, wie etwa Luft oder Gas, durch einen Einlassdurchgang einsaugen, eine Filtervorrichtung zum Entfernen von Fremdstoffen, wie etwa Staub, die in dem Gas enthalten sind. Die Filter-Lebensdauer (Zeit, bis der maximal verfügbare Druckverlust erreicht ist) der Filtervorrichtung nimmt aufgrund der Akkumulation von Fremdstoffen, die bezüglich des Filterelements aufgenommen sind, graduell ab, wenn die Maschine verwendet wird. Deshalb ist es zum geeigneten Verwalten der Filter-Lebensdauer notwendig, die Filterleistung zu überwachen und eine Wartung, wie etwa einen Austausch des Filterelements zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, durchzuführen, um die Qualität zu verwalten.
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Beispielsweise umfasst die Patentschrift 1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen des in einem Einlassdurchgang eines Verbrennungsmotors angeordneten Filterelements. In diesem Dokument werden der Einlassdruck und der Auslassdruck des Filterelements gemessen, und der Zustand des Filterelements wird basierend auf dem Differenzialdruck zwischen ihnen bewertet.
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Patentschrift 2 offenbart ein Verfahren zur Messung des Luftmassenstroms in einem Verdichterabschnitt eines Gasturbinentriebwerks. Luft wird in eine Kammer stromaufwärts von einem Einlass des Verdichterabschnitts eingeleitet. Die Kammer enthält Filterpakete, wobei mindestens einige der Filterpakete einen Strömungssensor und eine Filterstruktur enthalten, wobei die Filterstruktur die Luft filtert. Die Strömungssensoren messen die Geschwindigkeit der Luft, die durch das entsprechende Filterpaket strömt. Ein Steuergerät verwendet die Signaldaten der Luftströmungssensoren, um ein zweidimensionales Strömungsfeld durch die Kammer zu charakterisieren. Außerdem sind in den Filterpaketen mehrere Temperatur-, Feuchtigkeits- und statische Drucksensoren angeordnet. Das Steuergerät verwendet die Signaldaten der Temperatur-, Feuchtigkeits- und statischen Drucksensoren, um ein zweidimensionales Dichtefeld durch die Kammer zu charakterisieren. Das Steuergerät kombiniert das Strömungsfeld mit dem Dichtefeld, um ein zweidimensionales Luftmassenstromfeld zu berechnen.
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Patentschrift 3 offenbart Verfahren, Vorrichtungen und Systeme zur Erzeugung einer Warnmeldung basierend auf einer festgestellten Überschreitung einer Gewichtsschwelle eines Filters.
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Patentschrift 4 offenbart ein System, das einen Ansaugbereich mit einem Filter und einem oder mehreren Dehnungsmessern umfasst. Das System umfasst auch einen Prozessor, der konfiguriert ist, um Dehnungsinformationen für den Filter von dem einen oder den mehreren Dehnungsmessern zu empfangen und einen Betriebszustand des Filters zumindest teilweise basierend auf den Dehnungsinformationen zu bestimmen.
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Zitierliste
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Patentliteratur
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ZUSAMMENFASSUNG
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Zu lösende Probleme
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Solche Maschinen, die mit einer Filtervorrichtung versehen sind, umfassen eine Maschine, die größer als ein in Patentschrift 1 beschriebener Verbrennungsmotor sind, z.B. eine Gasturbine. In solch einer großen Maschine wird ein Einlassdurchgang mit großem Durchmesser mit einer Zunahme der Einlassmenge verwendet, so dass die in dem Einlassdurchgang angeordnete Filtervorrichtung dazu neigt, der Größe nach zuzunehmen.
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Hier wird mit Bezug auf 14 und 15 ein Beispiel eines Qualitätsmanagementverfahrens für eine in einem Einlassdurchgang einer großen Maschine verwendete Filtervorrichtung, insbesondere eine Gasturbine, beschrieben. 14 ist ein schematisches Querschnittskonfigurationsdiagramm einer in einem Einlassdurchgang 1 einer Gasturbine angeordneten Filtereinheit 10. 15 ist eine Draufsicht einer von Filterschichten 12, die in der Filtereinheit 10 von 14 enthalten sind, von der stromaufwärtigen Seite des Einlassdurchgangs 1 aus betrachtet.
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Der Einlassdurchgang 1 ist ein mit der Einlassseite der Gasturbine verbundener Kanal und führt von außen genommenes Gas in die Gasturbine ein. Der Einlassdurchgang 1 ist mit einer Filtereinheit 10 als eine Filtervorrichtung zum Entfernen von Fremdstoffen, wie etwa in dem Gas enthaltener Staub, versehen. Die Filtereinheit 10 umfasst eine Vielzahl von entlang der Strömungsrichtung des Einlassgases angeordneten Filterschichten 12 einschließlich einer primären Filterschicht 12a, einer sekundären Filterschicht 12b und einer tertiären Filterschicht 12c in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite.
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Wie in 15 gezeigt, weist der Einlassdurchgang 1 eine Innenwand 1a auf, die einen Durchflussdurchgangsquerschnitt einer im wesentlichen quadratischen Form definiert. Jede in der Filtereinheit 10 enthaltene Filterschicht 12 weist eine Außenform korrespondierend zu diesem Querschnitt auf, und das durch den Einlassdurchgang 1 strömende Gas verläuft durch jede Filterschicht 12 und wird der Gasturbine an der stromabwärtigen Seite zugeführt.
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Jede Filterschicht 12 umfasst eine Vielzahl von Filtern 14, die entlang der Querschnittsrichtung des Einlassdurchgangs 1 angeordnet sind. Jeder der Filter 14 umfasst ein in einem Gehäuse untergebrachtes Filterelement und wird durch einen in einer Gitterform ausgebildeten Rahmen 16 zwischen Innenwänden 1a gehalten, die in einem im Wesentlichen vertikalen Querschnitt des Einlassdurchgangs 1 einander zugewandt sind. Die Anzahl an in jeder Filterschicht 12 enthaltenen Filter 14 hängt von den Spezifikationen der Maschine ab; sie kann bis zu mehreren hundert in einer großen Maschine, wie etwa einer Gasturbine, erreichen.
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Die Filter-Lebensdauer der Filtereinheit 10 mit solch einer Konfiguration kann beispielsweise durch Messen des Differenzialdrucks zwischen dem stromaufwärtigen Raum und dem stromabwärtigen Raum von jeder Filterschicht 12 bewertet werden. 14 stellt einen ersten Differenzialdruckmesser 13a zum Messen des Differenzialdrucks zwischen dem stromaufwärtigen Raum und dem stromabwärtigen Raum der primären Filterschicht 12a, einen zweiten Differenzialdruckmesser 13b zum Messen des Differenzialdrucks zwischen dem stromaufwärtigen Raum und dem stromabwärtigen Raum der sekundären Filterschicht 12b, und einen dritten Differenzialdruckmesser 13c zum Messen des Differenzialdrucks zwischen dem stromaufwärtigen Raum und dem stromabwärtigen Raum der tertiären Filterschicht 12c dar. Erfassungswerte dieser Differenzialdruckmesser werden in eine Verarbeitungsvorrichtung (z.B. eine Steuereinheit einer Gasturbine) eingegeben, die aus einer elektronischen Berechnungsvorrichtung, wie etwa einem Computer, gebildet ist, und werden mit einem Bezugswert korrespondierend zu der Verwendungsbeschränkung verglichen, um die Filter-Lebensdauer von jeder Filterschicht 12 zu bewerten.
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Bei diesem Filter-Lebensdauer-Bewertungsverfahren wird allerdings, da das Verfahren basierend auf dem Differenzialdruck zwischen dem stromaufwärtigen Raum und dem stromabwärtigen Raum von jeder Filterschicht 12 durchgeführt wird, die Leistung durch jede Filterschicht 12 bewertet. Deshalb ist es notwendig, wenn eine Verringerung der Filter-Lebensdauer in einer spezifischen Filterschicht 12 bestätigt ist, alle Filter 14 der bestätigten Filterschicht 12 auszutauschen. Da allerdings jede Filterschicht 12 hunderte von Filtern 14 umfasst, wie vorstehend beschrieben, erfordert der Austausch eine große Anzahl an Arbeitern. Außerdem erfordert der Austausch, dass die Maschine für eine lange Zeit stoppt. Somit ist die Last auf den Benutzer sowohl ökonomisch als auch arbeitstechnisch groß.
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Die Last auf den Benutzer kann verringert werden, indem der Filter 14 vorzugsweise in einem Bereich der Filterschicht 12 ausgetauscht wird, in dem die Menge an Fremdstoffen, die in dem Einlassgas enthalten sind, erwartungsgemäß groß ist, aber in der Praxis nicht auf einer genauen quantitativen Bewertung basiert.
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Wenn eine Leistungsverringerung in einer spezifischen Filterschicht 12 bestätigt wird, kann die fortlaufende Verwendung, so wie sie ist, zu einem Fehler, wie etwa einer Beschädigung, führen. Deshalb sind frühe Gegenmaßnahmen erforderlich. Allerdings stellt ein Vorbereiten einer großen Anzahl an Austauschfiltern 14 im Voraus eine hohe finanzielle Belastung für den Nutzer dar. Besonders wenn der Filter 14 eine Einzelfertigung darstellt, ist eine Vorlaufzeit von mehreren Monaten erforderlich, um eine große Austauschmenge vorzubereiten. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Filter-Lebensdauer von jeder Filterschicht 12 kontinuierlich zu überwachen und vorherzusagen, wenn die Nutzungsbeschränkung erreicht wird, um eine Austauschmenge im Voraus vorzubereiten. Da allerdings die Verringerungstendenz der Filter-Lebensdauer exponentiell beschleunigt wird, wenn die Nutzungsbeschränkung erreicht ist, ist es schwierig, sie genau vorherzusagen. Ferner weist der Filter 14 individuelle Unterschiede der Sammeleffizienz und Kapazität in Abhängigkeit von der Faserdurchmesserverteilung und dem Basisgewicht von Fasern, die das Filterelement bilden, auf. Außerdem umfasst die große Anzahl an Filtern 14 Produkte, die in verschiedenen Posten hergestellt sind. Solche eine Situation stellt auch einen Faktor dar, der bei der Bewertung der Filterleistung nicht ignoriert werden kann.
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Zumindest ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Anbetracht des vorstehenden gemacht worden, und eine Aufgabe desselben besteht darin, ein Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystem und ein Filtereinheit-Qualitätsmanagementverfahren bereitzustellen, die eine genaue Qualitätssteuerung durch quantitatives Bewerten der Leistung von jedem Filter in einer Filtereinheit mit einer Vielzahl von Filtern ermöglichen.
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Lösung der Probleme
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystem gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und ein Filtereinheit-Qualitätsmanagementverfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10 bereitgestellt. Vorteilhafte Modifikationen befinden sich in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 9. (1) Zur Lösung des vorstehenden Problems sieht zumindest ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystem zum Verwalten der Qualität einer Filtereinheit vor, die in einem Einlassdurchgang angeordnet ist und zumindest eine Filterschicht mit einer Vielzahl von Filtern, die entlang einer Querschnittsrichtung des Einlassdurchgangs angeordnet sind, umfasst, aufweisend: eine Vielzahl von Bewertungsparameter-Erfassungseinheiten, von denen jede korrespondierend zu jedem von zumindest einem Teil der Vielzahl von Filtern angeordnet und konfiguriert ist, um einen Bewertungsparameter bezogen auf eine Filter-Lebenszeitdauer des korrespondierenden Filters zu erfassen; und eine Qualitätsbewertungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Verteilung des Bewertungsparameters in der Vielzahl von Filtern basierend auf Erfassungswerten der Vielzahl von Bewertungsparameter-Erfassungseinheiten zu bestimmen und die Qualität der zumindest einen Filterschicht basierend auf der Verteilung zu bewerten.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (1) ist die Bewertungsparameter-Erfassungseinheit zum Erfassen des Bewertungsparameters bezogen auf die Filter-Lebensdauerzeit für jeden von zumindest einem Teil der Vielzahl von Filtern, die in der Filtereinheit enthalten sind, vorgesehen. Die Qualitätsbewertungseinheit bestimmt die Verteilung des Bewertungsparameters in der Vielzahl von Filtern basierend auf dem in jedem Filter erfassten Bewertungsparameter und bewertet die Qualität der Filterschicht basierend auf der Verteilung. Wenn demgemäß eine Verringerung der Filter-Lebensdauer in einer spezifischen Filterschicht erfasst wird, dann kann basierend auf jedem Filter quantitativ bewertet werden, in welchem Bereich der Filterschicht die Filter-Lebensdauer verringert worden ist. Somit kann ein Qualitätsmanagement mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
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(2) In einigen Ausführungsbeispielen der vorstehenden Konfiguration (1) bewertet die Qualitätsbewertungseinheit einen Verstopfungsgrad von jedem der Vielzahl von Filtern basierend auf einer Übergangsänderung des Bewertungsparameters.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (2) kann die Qualitätsbewertungseinheit den Verstopfungsgrad von jedem Filter bewerten, indem eine Übergangsänderung des Bewertungsparameters in jedem Filter überwacht wird.
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(3) In einigen Ausführungsbeispielen der vorstehenden Konfiguration (2) weist jeder der Vielzahl von Filtern ein in einem Gehäuse untergebrachtes Filterelement auf, und der Bewertungsparameter ist ein Filterdifferenzialdruck in dem Gehäuse.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (3) kann der Verstopfungsgrad von jedem Filter bewertet werden, indem eine Übergangsänderung des Differenzialdrucks in jedem Filter überwacht wird.
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(4) In einigen Ausführungsbeispielen der vorstehenden Konfiguration (3) ist der Bewertungsparameter ein Dehnungsgrad des Gehäuses.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (4) kann der Verstopfungsgrad von jedem Filter bewertet werden, indem eine Übergangsänderung des Dehnungsgrades in jedem Filter überwacht wird.
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(5) In einigen Ausführungsbeispielen einer der vorstehenden Konfigurationen (2)-(4) bewertet die Qualitätsbewertungseinheit, dass eine Verstopfung in dem ersten Filter aufgetreten ist, wenn ein erster Filter vorliegt, in dem der Bewertungsparameter zeitweilig zunimmt.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (5) kann in dem verstopften ersten Filter, da der Bewertungsparameter aufgrund einer Abnahme der Permeabilität des Einlassgases zeitweilig zunimmt, die Qualitätsbewertungseinheit durch Erfassen dieses Verhaltens das Vorliegen oder das Fehlen der Verstopfung bestimmen.
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(6) In einigen Ausführungsbeispielen der vorstehenden Konfiguration (5) verifiziert die Qualitätsbewertungseinheit ein Bewertungsergebnis des ersten Filters basierend darauf, ob der Bewertungsparameter in einem zweiten Filter neben dem ersten Filter mit einer Verzögerung von dem ersten Filter zunimmt.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (6) kann die Qualitätsbewertungseinheit in dem zweiten Filter neben dem ersten Filter das Bewertungsergebnis des ersten Filters, da der Bewertungsparameter aufgrund der Einströmung des Einlassgases, das nicht durch den verstopften ersten Filter verlaufen kann, zunimmt, durch Erfassen dieses Verhaltens verifizieren. Somit ist es möglich, ein zuverlässigeres Qualitätsmanagement durchzuführen.
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(7) In einigen Ausführungsbeispielen der vorstehenden Konfiguration (1) bewertet die Qualitätsbewertungseinheit den Verstopfungsgrad von jedem der Vielzahl von Filtern basierend auf einem Absolutwert des Bewertungsparameters.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (7) kann der Verstopfungsgrad von jedem Filter bewertet werden, indem ein Absolutwert des Bewertungsparameters in jedem Filter überwacht wird.
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(8) In einigen Ausführungsbeispielen der vorstehenden Konfiguration (7) ist der Bewertungsparameter eine Einlassgas-Durchflussrate in den Filtern.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (8) kann der Verstopfungsgrad von jedem Filter bewertet werden, indem ein Absolutwert der Einlassgas-Durchflussrate in jedem Filter überwacht wird.
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(9) In einigen Ausführungsbeispielen der vorstehenden Konfiguration (7) oder (8) bewertet die Qualitätsbewertungseinheit, wenn ein erster Filter vorliegt, in dem der Bewertungsparameter abnimmt, dass eine Verstopfung in dem ersten Filter aufgetreten ist.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (9) kann die Qualitätsbewertungseinheit in dem verstopften ersten Filter den verstopften ersten Filter identifizieren, da der Bewertungsparameter aufgrund einer Abnahme der Permeabilität des Einlassgases abnimmt, indem dieses Verhalten erfasst wird.
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(10) In einigen Ausführungsbeispielen der vorstehenden Konfiguration (9) verifiziert die Qualitätsbewertungseinheit ein Bewertungsergebnis des ersten Filters basierend darauf, ob der Bewertungsparameter in einem zweiten Filter neben dem ersten Filter mit einer Verzögerung von dem ersten Filter zunimmt.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (10) kann die Qualitätsbewertungseinheit in dem zweiten Filter neben dem ersten Filter das Bewertungsergebnis des ersten Filters verifizieren, da der Bewertungsparameter aufgrund einer Einströmung des Einlassgases, das nicht durch den verstopften ersten Filter verlaufen kann, zunimmt, indem dieses Verhalten erfasst wird. Somit ist es möglich, ein zuverlässigeres Qualitätsmanagement durchzuführen.
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(11) In einigen Ausführungsbeispielen der vorstehenden Konfiguration (1) weist jeder der Vielzahl von Filtern ein in einem Gehäuse untergebrachtes Filterelement auf, der Bewertungsparameter umfasst einen Filterdifferenzialdruck in dem Gehäuse und eine Einlassgas-Durchflussrate, die durch die Filter verläuft, und die Qualitätsbewertungseinheit bewertet einen Verstopfungsgrad von jedem der Vielzahl von Filtern basierend auf einem Durchflusswiderstand, der aus dem Differenzialdruck und der Einlassgas-Durchflussrate berechnet ist.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (11) werden der Differenzialdruck und die Einlassgas-Durchflussrate als der Bewertungsparameter in jedem Filter erfasst. Die Qualitätsbewertungseinheit berechnet den Durchflusswiderstand unter Verwendung des erfassten Differenzialdrucks und der Einlassgas-Durchflussrate. Somit ist es möglich, die Filter-Lebensdauer von jedem Filter direkt zu verwalten.
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(12) In einigen Ausführungsbeispielen einer der vorstehenden Konfigurationen (1)-(11) sind die Bewertungsparameter-Erfassungseinheiten in allen Filtern, die in der zumindest einen Filterschicht enthalten sind, angeordnet.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (12) ist es möglich, die Qualität aller Filter zu verwalten, da die Bewertungsparameter-Erfassungseinheit für alle zu verwaltenden Filter, die die Filterschicht bilden, vorgesehen ist.
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(13) In einigen Ausführungsbeispielen einer der vorstehenden Konfigurationen (1)-(11) sind die Bewertungsparameter-Erfassungseinheiten in Filtern in einem Teilbereich der zumindest einen Filterschicht angeordnet.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (13) ist die Bewertungsparameter-Erfassungseinheit für einen Teilbereich der Vielzahl von zu verwaltenden Filtern, die die Filterschicht bilden, beschränkt vorgesehen. Somit ist es möglich, ein Qualitätsmanagement effektiv durchzuführen, während die Kosten verringert werden, wenn alle Filter verwaltet werden.
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(14) In einigen Ausführungsbeispielen einer der vorstehenden Konfigurationen (1)-(13) umfasst die zumindest eine Filterschicht eine Vielzahl von Filterschichten, die entlang dem Einlassdurchgang angeordnet sind, und die Bewertungsparameter-Erfassungseinheiten sind in zumindest einer am weitesten stromabwärts gelegenen Filterschicht der Vielzahl von Filterschichten angeordnet.
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Da mit der vorstehenden Konfiguration (14) die Bewertungsparameter-Erfassungseinheit für die stromabwärtige Filterschicht, in der die erforderliche Leistung für den Filter strikt ist und der Einheitspreis teuer zu sein neigt, selektiv vorgesehen ist, ist es möglich, ein Qualitätsmanagement effektiv durchzuführen, während die Kosten verringert werden.
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(15) In einigen Ausführungsbeispielen einer der vorstehenden Konfigurationen (1)-(14) sind die Bewertungsparameter-Erfassungseinheiten mit der Qualitätsbewertungseinheit drahtlos verbunden.
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Sogar wenn mit der vorstehenden Konfiguration (15) die Bewertungsparameter-Erfassungseinheit für eine große Anzahl an Filtern vorgesehen ist, da jede Bewertungsparameter-Erfassungseinheit mit der Qualitätsbewertungseinheit drahtlos verbunden ist, ist es nicht notwendig, ein Kommunikationskabel oder dergleichen zwischen der Bewertungsparameter-Erfassungseinheit und der Qualitätsbewertungseinheit vorzusehen. Somit ist es möglich, Platz zu sparen. Da außerdem die Tätigkeit zum Anordnen des Kommunikationskabels nicht erforderlich ist, ist es möglich, die Effizienz zu verbessern und eine fehlerhafte Verdrahtung zu verhindern.
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(16) In einigen Ausführungsbeispielen einer der vorstehenden Konfigurationen (1)-(15) ist der Einlassdurchgang mit einem Einlassanschluss einer Gasturbine verbunden.
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Mit der vorstehenden Konfiguration (16) ist es möglich, die Qualität einer Filtereinheit, die auf eine Gasturbine angewendet wird, die eine große Maschine darstellt, in geeigneter Weise zu verwalten.
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(17) Zur Lösung des vorstehenden Problems sieht zumindest ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Filtereinheit-Qualitätsmanagementverfahren zum Verwalten der Qualität einer Filtereinheit vor, die in einem Einlassdurchgang angeordnet ist und zumindest eine Filterschicht mit einer Vielzahl von Filtern, die entlang einer Querschnittsrichtung des Einlassdurchgangs angeordnet sind, umfasst, aufweisend: Erfassen eines Bewertungsparameters bezogen auf einen Verstopfungsgrad von jedem von zumindest einem Teil der Vielzahl von Filtern; Bestimmen einer Verteilung des Bewertungsparameters in der Vielzahl von Filtern basierend auf jedem der erfassten Bewertungsparameter; und Bewerten der Qualität der zumindest einen Filterschicht basierend auf der Verteilung.
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Das vorstehende Verfahren (17) kann durch das vorstehend beschriebene Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystem (einschließlich verschiedener Ausführungsbeispiele) in geeigneter Weise durchgeführt werden.
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Vorteilhafte Effekte
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Zumindest ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht ein Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystem und ein Filtereinheit-Qualitätsmanagementverfahren vor, die eine genaue Qualitätssteuerung ermöglichen, indem die Leistung von jedem Filter in einer Filtereinheit einschließlich einer Vielzahl von Filtern quantitativ bewertet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG VON ZEICHNUNGEN
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- 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
- 2 ist eine Draufsicht von einer von Filterschichten, die in der Filtereinheit von 1 bei Betrachtung von der stromaufwärtigen Seite des Einlassdurchgangs enthalten sind.
- 3 ist ein Querschnittskonfigurationsdiagramm eines in einer Filterschicht der Filtereinheit von 1 enthaltenen Filters.
- 4 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines durch die Analyseeinheit von 1 durchgeführten Qualitätsbewertungsverfahrens zeigt.
- 5 ist ein Beispiel einer zeitlichen Änderung des in Schritt S10 von 4 akquirierten Differenzialdrucksensors.
- 6 ist ein Querschnittskonfigurationsdiagramm eines Filters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
- 7 ist ein Beispiel einer zeitlichen Änderung des durch den Dehnungssensor von 6 erfassten Dehnungsgrades.
- 8 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Filtereinheit-Verwaltungsverfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 9 ist ein Querschnittskonfigurationsdiagramm eines Filters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
- 10 ist ein Beispiel einer zeitlichen Änderung der durch den Differenzialdrucksensor von 9 erfassten Durchflussrate.
- 11 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Filtereinheit-Verwaltungsverfahrens gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 12 ist ein Querschnittskonfigurationsdiagramm eines Filters gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
- 13 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Filtereinheit-Verwaltungsverfahrens gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 14 ist ein schematisches Querschnittskonfigurationsdiagramm einer in einem Einlassdurchgang einer Gasturbine angeordneten Filtereinheit.
- 15 ist eine Draufsicht von einer von Filterschichten, die in der Filtereinheit von 14 bei Betrachtung von der stromaufwärtigen Seite des Einlassdurchgangs enthalten sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es ist allerdings beabsichtigt, sofern nicht besonders identifiziert, dass Dimensionen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Komponenten lediglich darstellend zu interpretieren sind und nicht beabsichtigen, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
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Beispielsweise sollen Ausdrücke einer relativen oder absoluten Anordnung, wie etwa „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „axial", nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie lediglich die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinne anzeigen, sondern auch einen Zustand umfassen, in dem die Anordnung um eine Abweichung oder um einen Winkel oder eine Entfernung relativ verschoben ist, wodurch es möglich ist, dieselbe Funktion zu erzielen.
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Ferner soll ein Ausdruck einer Form, wie etwa eine rechteckige Form oder eine zylindrische Form, nicht als lediglich die streng geometrische Form ausgelegt werden, sondern auch eine Form mit einer Unebenheit oder abgeschreckten Ecken innerhalb des Bereichs umfassen, in dem derselbe Effekt erzielt werden kann.
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Andererseits sollen Ausdrücke, wie etwa „aufweisen“, „umfassen“, „haben“, „enthalten“ und „bilden“, andere Komponenten nicht ausschließen.
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<Erstes Ausführungsbeispiel>
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1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystems 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 2 ist eine Draufsicht von einer von Filterschichten 12, die in der Filtereinheit 10 von 1 bei Betrachtung von der stromaufwärtigen Seite des Einlassdurchgangs 1 enthalten sind. 3 ist ein Querschnittskonfigurationsdiagramm eines in einer Filterschicht 12 der Filtereinheit 10 von 1 enthaltenen Filters 14.
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Wie in 1 gezeigt, ist der Einlassdurchgang 1 ein Kanal, der mit der Einlassseite der Gasturbine verbunden ist und von außen entnommenes Gas in die Gasturbine einführt. Der Einlassdurchgang 1 ist mit einer Filtereinheit 10 als eine Filtervorrichtung zum Entfernen von Fremdstoffen, wie etwa in dem Gas enthaltener Staub, versehen. Die Filtereinheit 10 umfasst eine Vielzahl von Filterschichten 12, die entlang der Durchflussrichtung des Einlassgases angeordnet sind, einschließlich einer primären Filterschicht 12a, einer sekundären Filterschicht 12b und einer tertiären Filterschicht 12c in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite.
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Wie in 2 gezeigt, weist der Einlassdurchgang 1 eine Innenwand 1a auf, die einen Durchflussdurchgangsquerschnitt mit im Wesentlichen quadratischer Form definiert. Jede in der Filtereinheit 10 enthaltene Filterschicht 12 weist eine Außenform korrespondierend zu dem Durchflussquerschnitt des Einlassdurchgangs 1 auf, und das durch den Einlassdurchgang 1 strömende Gas verläuft durch jede Filterschicht 12 und wird der Gasturbine an der stromabwärtigen Seite zugeführt.
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Jede Filterschicht 12 umfasst eine Vielzahl von Filtern 14, die entlang der Querschnittsrichtung des Einlassdurchgangs 1 angeordnet sind. Wie in 3 gezeigt, umfasst jeder der Filter 14 ein in einem Gehäuse 15 untergebrachtes Filterelement 17 und wird in einer Matrixform durch einen Rahmen 16 gehalten, der in einer Gitterform zwischen Innenwänden 1a ausgebildet ist, die in einem im Wesentlichen vertikalen Querschnitt des Einlassdurchgangs 1 einander zugewandt sind.
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In einem Spalt zwischen dem Gehäuse 15 und dem Rahmen 16 ist eine Dichtung 19 angeordnet, um zu verhindern, dass Gas durch den Spalt austritt.
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Der Filter 14 in jeder Filterschicht 12 hat eine im Wesentlichen quadratische Form mit einer Seite L1 von z.B. etwa 600 mm. Die Tiefe der primären Filterschicht 12a beträgt 100 mm oder weniger, und die Tiefen der sekundären Filterschicht 12b und der tertiären Filterschicht 12c betragen etwa 300 mm. Die Anzahl an Filtern 14 von jeder Filterschicht 12 hängt von der Querschnittsfläche des Einlassdurchgangs 1 ab. Sie kann z.B. mehrere hundert betragen.
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Der Filter 14, der die am Weitesten stromaufwärts in der Filtereinheit 10 angeordnete primäre Filterschicht 12a bildet, weist ein Filterelement 17 zum Aufnehmen von Fremdstoffen mit einer relativ groben Teilchengröße (z.B. 10 µm oder mehr) auf. Der Filter 14, der die stromabwärts des primären Filters 12a angeordnete sekundäre Filterschicht 12b bildet, weist ein Filterelement 17 auf, das ein Mediumeffizienzfilter zum Aufnehmen von Fremdstoffen mit einer Teilchengröße kleiner als für den primären Filter 12a (z.B. etwa 1 µm) ist. Der Filter 14, der die stromabwärts des sekundären Filters 12b angeordnete tertiäre Filterschicht 12c bildet, weist ein Filterelement 17 auf, das ein HEPA-Filter zum Aufnehmen von Fremdstoffen mit einer Teilchengröße kleiner als für den sekundären Filter 12b (z.B. Submikron-Größenordnung) ist. Somit verläuft das in die Filtereinheit 10 eingeführte Gas durch die Filterschichten 12, um Fremdstoffe zu entfernen, es wird sauber, und es wird stromabwärts ausgestoßen.
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Da eine höhere Filterleistung an der stromabwärtigen Seite erforderlich ist, neigt im Allgemeinen ein Austausch der Filter 14, die die Filterschicht 12 an der stromabwärtigen Seite bilden, dazu, teuer zu sein.
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Die Qualität der Filtereinheit 10 mit dieser Konfiguration wird durch das Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystem 100 gesteuert. Das Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystem 100 umfasst einen Differenzialdrucksensor 102, der eine Bewertungsparameter-Erfassungseinheit darstellt, die korrespondierend zu dem Filter 14 der Filterschicht 12 vorgesehen ist, und eine Analyseeinheit 104 zum Durchführen einer Analyse basierend auf Erfassungswerten des Differenzialdrucksensors 102. Der Differenzialdrucksensor 102 ist in dem Gehäuse 15 von jedem Filter 14, wie in 3 gezeigt, oder an einer Außenfläche des Gehäuses 15 angeordnet. Der Differenzialdrucksensor 102 erfasst, als einen Bewertungsparameter bezogen auf den Verstopfungsgrad des korrespondierenden Filters 14, den Differenzialdruck des Filters 14 (wie in 3 gezeigt, ist der Differenzialdrucksensor 102 konfiguriert, um in der Lage zu sein, den Differenzialdruck von einem an einem Druckauslass an dem stromaufwärtigen Ende des Filters über ein Rohr 102a akquirierten Druck und einem an einem Druckauslass an dem stromabwärtigen Ende des Filters über ein Rohr 102b akquirierten Druck zu erfassen).
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere der Differenzialdrucksensor 102 mit der Analyseeinheit 104 durch drahtlose Kommunikation verbunden. Somit wird der Raum nicht durch Kommunikationskabel oder dergleichen belegt, sogar wenn der Differenzialdrucksensor 102 für eine große Anzahl an Filtern 14, die jede Filterschicht 12 bilden, vorgesehen ist.
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Die Analyseeinheit 104 ist z.B. aus einer elektronischen Berechnungsvorrichtung, wie etwa einem Computer, gebildet, und akquiriert Erfassungswerte des Differenzialdrucksensors 102, um die Qualität der Filterschicht 12 zu bewerten. Die interne Konfiguration der Analyseeinheit 104 umfasst eine Qualitätsbewertungseinheit 106 zum Bewerten der Qualität der Filterschicht 12 basierend auf Erfassungswerten des Differenzialdrucksensors 102, wie in einem funktionalen Block in 1 gezeigt. Die Analyseeinheit 104 ist beispielsweise durch Lesen eines Programms zum Ausführen eines nachstehend beschriebenen Qualitätsbewertungsverfahrens, das auf einem vorbestimmten Aufzeichnungsmedium in einem Computer aufgezeichnet ist, und durch Installieren des Programms konfiguriert.
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Die Analyseeinheit 104 kann mit einer Steuereinheit (nicht gezeigt) der Gasturbine ganzheitlich ausgebildet sein.
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4 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines durch die Analyseeinheit 104 von 1 durchgeführten Qualitätsbewertungsverfahrens zeigt. Die Analyseeinheit 104 akquiriert Erfassungswerte des in dem Filter 14 von jeder Filterschicht 12 angeordneten Differenzialdrucksensors 102 kontinuierlich (Schritt S10). Somit akquiriert die Analyseeinheit 104 eine zeitliche Änderung des Differenzialdrucks von jedem Filter 14 von jeder Filterschicht 12.
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Dann bestimmt die Qualitätsbewertungseinheit 106, ob eine Übergangsänderung in der zeitlichen Änderung des durch den Filter 14 erfassten Differenzialdrucks vorliegt, basierend auf in Schritt S10 akquirierten Erfassungswerten des Differenzialdrucksensors (Schritt S11). Es wird bestimmt, ob eine Übergangsänderung vorliegt, indem beispielsweise Erfassungswerte des Differenzialdrucksensors 102 kontinuierlich überwacht werden und bestimmt wird, ob der Änderungsbetrag des Differenzialdrucks einen Bezugswert innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer überschreitet.
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Falls bestimmt wird, dass eine Übergangsänderung vorliegt (Schritt S11: JA), bestimmt dann die Qualitätsbewertungseinheit 106 eine Verteilung des Differenzialdrucks in der Vielzahl von Filtern 14 basierend auf den Erfassungswerten des Differenzialdrucksensors 102 (Schritt S12). 5 ist ein Beispiel einer in Schritt S10 von 4 akquirierten zeitlichen Änderung des Differenzialdrucksensors 102. Hier wird der Fall betrachtet, dass unter der Vielzahl von Filtern 14 von jeder Filterschicht 12 ein spezifischer erster Filter 14a, wie in 2 gezeigt, verstopft ist. In 5 wird die zeitliche Änderung des Differenzialdrucks in dem verstopften ersten Filter 14a durch die durchgezogene Linie angezeigt, und die zeitliche Änderung des Differenzialdrucks in einem zweiten Filter 14b neben dem ersten Filter 14a wird durch die gestrichelte Linie angezeigt.
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Sobald in dem ersten Filter 14a eine Verstopfung zum Zeitpunkt t0 auftritt, nimmt der Durchflusswiderstand des ersten Filters 14a zu, so dass der Differenzialdruck zeitweilig zunimmt. Da zu diesem Zeitpunkt die Einströmungsmenge in den Filter 14a aufgrund der Zunahme des Durchflusswiderstands des Filters 14a abnimmt, nimmt der zeitweilig zugenommene Differenzialdruck nach Erreichung des Maximums zum Zeitpunkt t1 ab. Andererseits wird in den zweiten Filter 14b neben dem ersten Filter 14a das Gas, das nicht durch den ersten Filter 14a verlaufen kann, eingeführt, so dass der Differenzialdruck zunimmt. Solch eine Zunahme des Differenzialdrucks des zweiten Filters 14b tritt zum Zeitpunkt t2 auf, welcher nach dem Zeitpunkt t1 liegt.
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In der folgenden Beschreibung wird die zeitliche Änderung des Differenzialdrucks korrespondierend zu dem verstopften ersten Filter 14a als Muster A bezeichnet, und die zeitliche Änderung des Differenzialdrucks korrespondierend zu dem ersten Filter 14b wird als Muster B bezeichnet.
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Wie vorstehend beschrieben, nimmt der Durchflusswiderstand des ersten Filters 14a zu, wenn der erste Filter 14a verstopft ist, so dass die Durchflussrate des ersten Filters 14a abnimmt, und die Durchflussratenzuweisung ändert sich derart, dass der Differenzialdruck in jedem Filter 14 egalisiert wird. Dieser Einfluss erstreckt sich auf den benachbarten zweiten Filter 14b, und somit ändert sich die Filterverteilung. In Schritt S12 wird die Verteilung erzeugt, indem die zeitliche Änderung des Differenzialdrucks in jedem Filter 14 bewertet und der erste Filter 14a oder der zweite Filter 14b, in dem die Übergangsänderung mit dem Muster A oder B aufgetreten ist, abgebildet wird. 2 zeigt ein Beispiel der somit erzeugten Verteilung, in der der zweite Filter 14 so angeordnet ist, um den verstopften ersten Filter 14a zu umgeben.
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Anschließend identifiziert die Qualitätsbewertungseinheit 106 den verstopften ersten Filter 14a basierend auf der in Schritt S12 erzeugten Verteilung (Schritt S13), und sie identifiziert den zweiten Filter 14b basierend auf der in Schritt S12 erzeugten Verteilung (Schritt S14). Dann wird die Filter-Lebensdauer von jeder Filterschicht 12 durch jeden Filter 14 basierend auf den Identifikationsergebnissen der Schritte S13 und S14 bewertet (Schritt S15). Somit bestimmt die Qualitätsbewertungseinheit 106, welcher Filter 14 in jeder Filterschicht 12 mit einer großen Anzahl an Filtern 14 verstopft ist.
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Obwohl in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste Filter 14a und der zweite Filter 14b aus der Verteilung identifiziert werden können, wenn der zweite Filter 14b nicht identifiziert werden kann, dann kann nur durch den ersten Filter 14a ein Bereich identifiziert werden, in dem eine Verstopfung aufgetreten ist. Wenn hingegen der erste Filter 14a nicht identifiziert werden kann, dann kann die Verteilung des zweiten Filters 14b identifiziert werden, um den ersten Filter 14a neben dem zweiten Filter 14b indirekt zu identifizieren.
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Obwohl in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel alle Filter 14 den Differenzialdrucksensor 102 aufweisen, wenn nur ein Teil der Filter 14 den Differenzialdrucksensor 102 aufweist, in Abhängigkeit von der Position des Filters 14, in dem der Differenzialdrucksensor 102 angeordnet ist, dann ist es ferner möglich, dass sowohl der erste Filter 14a als auch der zweite Filter 14b nicht direkt identifiziert werden können. Allerdings kann sogar in diesem Fall, wie vorstehend beschrieben, ein Bereich, in dem eine Verstopfung aufgetreten ist, nur durch den ersten Filter 14a identifiziert werden, oder die Verteilung des zweiten Filters 14b kann identifiziert werden, um den ersten Filter 14a neben dem zweiten Filter 14b indirekt zu identifizieren.
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Der Differenzialdrucksensor 102 für ein Qualitätsmanagement der Filtereinheit 10 kann für alle Filterschichten 12 (primäre Filterschicht 12a, sekundäre Filterschicht 12b und tertiäre Filterschicht 12c), die die Filtereinheit 10 bilden, vorgesehen sein, oder er kann für einen Teil der Filterschichten 12 vorgesehen sein. In dem letzten Fall kann der Differenzialdrucksensor 102 vorzugsweise in zumindest der tertiären Filterschicht 12c an der am weitesten stromabwärts gelegenen Seite angeordnet sein. Da in diesem Fall die stromabwärtige Filterschicht 12, welche hohe Kosten für einen Austausch erfordert, selektiv verwaltet wird, ist es möglich, ein Qualitätsmanagement im Vergleich zu dem Fall, in dem alle Filterschichten 12 verwaltet werden, effektiv durchzuführen. Außerdem ist die tertiäre Filterschicht 12c an der am weitesten stromabwärts gelegenen Seite bei dem Betrieb der Turbine, der das Einlassgas zugeführt wird, von hoher Wichtigkeit, und falls diese Filterschicht beschädigt ist, wird der Betrieb der Turbine wahrscheinlich beeinträchtigt. Es ist somit vorzuziehen, dass die stromabwärtige Filterschicht 12 vorzugsweise verwaltet wird.
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In jeder Filterschicht 12 kann der Differenzialdrucksensors 102 für alle Filter 14, die die Filterschicht 12 bilden, vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Qualität aller Filter 14, die die Filterschicht 12 bilden, trotz hoher Kosten gesteuert werden.
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Alternativ kann in jeder Filterschicht 12 der Differenzialdrucksensor 102 in Filtern 14 in einem Teilbereich unter den die Filterschicht 12 bildenden Filtern 14 beschränkt angeordnet sein. In diesem Fall kann der Bereich, in dem der Differenzialdrucksensor 102 angeordnet ist, als ein Bereich aus vergangenen Daten und Erfahrung geschätzt werden, in dem eine Verstopfung wahrscheinlich auftreten wird. Beispielsweise ist die Filtereinheit 10 manchmal in einer Einlassfilterkammer einer mehrseitigen, mehrstöckigen Struktur vorgesehen. In diesem Fall werden Ruß und Staub, die von umgebenden Fabriken und Lastwagen, die häufig auf Hauptstraßen fahren, emittiert werden, in der Umgebung der Turbine aufziehen, so dass die Menge an Staub und Ruß dazu neigt, an der Seite der Fabriken und der Hauptstraßen zuzunehmen. Außerdem neigt die Menge dazu, in den unteren Stockwerken aufgrund des Einflusses der Schwerkraft zuzunehmen. Indem der Bereich, in dem der Differenzialdrucksensor 102 angeordnet ist, basierend auf solch einer Situation ausgewählt wird, kann die Anzahl an Differenzialdrucksensoren 102 unterdrückt werden, und es kann ein effektives Management mit verringerten Kosten durchgeführt werden.
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<Zweites Ausführungsbeispiel>
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6 ist ein Querschnittskonfigurationsdiagramm des Filters 14 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Konfiguration der Filtereinheit 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht der des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels, sofern nicht anderweitig spezifiziert, und korrespondierende Komponenten sind durch gemeinsame Bezugszeichen bezeichnet.
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Wie in 6 gezeigt, ist der Filter 14 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem Dehnungssensor 110 zum Erfassen des Dehnungsgrades des Gehäuses 15 des durch den Rahmen 16 gehaltenen Filters 14 anstelle des Differenzialdrucksensors 102 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel versehen. Der Dehnungssensor 110 ist zwischen dem Rahmen 16 und dem Gehäuse 15 so angeordnet, dass er neben der Dichtung 19 liegt, und er erfasst den Dehnungsgrad zwischen dem Rahmen 16 und dem Gehäuse 15.
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Der Dehnungssensor 110 ist mit der Analyseeinheit 104 durch drahtlose Kommunikation verbunden. Somit ist der Raum nicht durch Kommunikationskabel oder dergleichen belegt, sogar wenn der Dehnungssensor 110 für eine große Anzahl an Filtern 14, die jede Filterschicht 12 bilden, vorgesehen ist.
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Wenn der erste Filter 14a verstopft ist, dann nimmt der Durchflusswiderstand dieses Filters 14 zu, so dass die von dem Einlassgas durch den ersten Filter 14 empfangene Last zunimmt. Diese Last ändert die Dehnung zwischen dem Rahmen 16 und dem Gehäuse 15.
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7 ist ein Beispiel der zeitlichen Änderung des durch den Dehnungssensor 110 von 6 erfassten Dehnungsgrades. Hier wird wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall berücksichtigt, dass unter der Vielzahl von Filtern 14 für jede Filterschicht 12 ein spezifischer erster Filter 14a verstopft ist. In 7 wird die zeitliche Änderung des Dehnungsgrades in dem verstopften ersten Filter 14a durch die durchgezogene Linie angezeigt, und die zeitliche Änderung des Dehnungsgrades in einem zweiten Filter 14b neben dem ersten Filter 14a wird durch die gestrichelte Linie angezeigt. Wie aus dem Vergleich zwischen 5 und 7 ersichtlich, zeigt die zeitliche Änderung des durch den Dehnungssensor 110 erfassten Dehnungsgrades dieselbe Tendenz wie die zeitliche Änderung des durch den Differenzialdrucksensor 102 des ersten Ausführungsbeispiels erfassten Differenzialdrucks.
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8 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Filtereinheit-Managementverfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Wie in den Schritten von 8 gezeigt, ist es durch Behandeln der Übergangsänderung des durch den Dehnungssensor 110 erfassten Dehnungsgrades auf dieselbe Weise wie die Übergangsänderung des durch den Differenzialdrucksensor 102 erfassten Differenzialdrucks möglich, die Qualität der Filter 14 von jeder Filterschicht 12 zu verwalten.
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Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel den Fall zeigt, dass das Erfassungsziel des Dehnungssensors 110 eine Dehnung darstellt, die durch eine Zunahme des Durchflusswiderstands des Filters 14 bewirkt wird, der Fremdstoffe aufnimmt, kann das Ziel eine Dehnung sein, die durch eine Gewichtszunahme des Filters 14 bewirkt wird, der Fremdstoffe aufnimmt. Dieser Fall kann auch auf dieselbe wie die vorstehend beschriebene Weise behandelt werden.
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<Drittes Ausführungsbeispiel>
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9 ist ein Querschnittskonfigurationsdiagramm des Filters 14 gemäß einem nicht beanspruchten dritten Ausführungsbeispiel. Die Konfiguration der Filtereinheit 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht der des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels, sofern nicht anderweitig spezifiziert, und korrespondierende Komponenten werden durch gemeinsame Bezugszeichen bezeichnet.
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Wie in 9 gezeigt, ist der Filter 14 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel mit einem Differenzialdrucksensor 120 zum Erfassen der Einlassgas-Durchflussrate des Filters 14 anstelle des Differenzialdrucksensors 102 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel versehen. Der Differenzialdrucksensor 120 weist eine Öffnung 122 an der stromabwärtigen Seite des Gehäuses 15 des Filters 14 auf, und er ist konfiguriert, um in der Lage zu sein, die Durchflussrate des durch den Filter 14 verlaufenden Gases basierend auf dem Differenzialdruck über der Öffnung 122 zu erfassen.
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Der Differenzialdrucksensor 120 ist mit der Analyseeinheit 104 durch drahtlose Kommunikation verbunden. Somit wird der Raum nicht durch Kommunikationskabel oder dergleichen belegt, sogar wenn der Differenzialdrucksensor 120 für eine große Anzahl an Filtern 14, die jede Filterschicht 12 bilden, vorgesehen ist.
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10 ist ein Beispiel einer zeitlichen Änderung der durch den Differenzialdrucksensor 120 von 9 erfassten Durchflussrate. Hier wird wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fall betrachtet, dass unter der Vielzahl von Filtern 14 von jeder Filterschicht 12 ein spezifischer erster Filter 14a verstopft ist. In 10 wird die zeitliche Änderung der Durchflussrate in dem verstopften ersten Filter 14a durch die durchgezogene Linie angezeigt, und die zeitliche Änderung der Durchflussrate in einem zweiten Filter 14b neben dem ersten Filter 14a wird durch die gestrichelte Linie angezeigt.
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Sobald in dem ersten Filter 14a eine Verstopfung zum Zeitpunkt t0 auftritt, nimmt die Einlassgas-Durchflussrate des ersten Filters 14a ab. Die Abnahme der Einlassgas-Durchflussrate des ersten Filters 14a wird nach dem Zeitpunkt t0 fortgesetzt, sofern die Verstopfung des ersten Filters 14a nicht eliminiert ist. Andererseits wird in dem zweiten Filter 14b neben dem ersten Filter 14a das Gas, das nicht durch den ersten Filter 14a verlaufen kann, eingeführt, so dass die Einlassgas-Durchflussrate zunimmt. Die Zunahme der Einlassgas-Durchflussrate des zweiten Filters 14b wird auch nach dem Zeitpunkt t0 fortgesetzt, sofern die Verstopfung des ersten Filters 14a nicht eliminiert ist.
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In dem dritten Ausführungsbeispiel wird die zeitliche Änderung der Einlassgas-Durchflussrate korrespondierend zu dem verstopften ersten Filter 14a als Muster C bezeichnet, und die zeitliche Änderung der Einlassgas-Durchflussrate korrespondierend zu dem zweiten Filter 14b wird als Muster D bezeichnet. Die Verstopfung von jedem Filter 14 kann verifiziert werden, indem bewertet wird, ob die Einlassgas-Durchflussrate in jedem Filter 14 das Muster C oder D ist.
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Da insbesondere, wie vorstehend mit Bezug auf 10 beschrieben, die Zunahme oder Abnahme der Einlassgas-Durchflussrate zum Zeitpunkt t0 sogar nach dem Zeitpunkt t0 fortgesetzt wird, indem ein Erfassungswert des Differenzialdrucksensors 120 mit einer Bezugsdurchflussrate korrespondierend zu dem Normalzustand verglichen wird, kann die Verstopfung durch einen Absolutwert bewertet werden. Anders ausgedrückt, während in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel die Verstopfung basierend auf einer Übergangsänderung bewertet wird, kann die Verstopfung in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel basierend auf einem Absolutwert und nicht auf der Übergangsänderung bewertet werden.
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11 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Filtereinheit-Managementverfahrens gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. Die Analyseeinheit 104 akquiriert Erfassungswerte des in dem Filter 14 von jeder Filterschicht 12 angeordneten Differenzialdrucksensors 120 (Schritt S30). Somit akquiriert die Analyseeinheit 104 die Einlassgas-Durchflussrate von jedem Filter 14, der jede Filterschicht 12 bildet.
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Dann bestimmt die Qualitätsbewertungseinheit 106 eine Verteilung der Einlassgas-Durchflussrate in der Vielzahl von Filtern 14 basierend auf den in Schritt S30 akquirierten Erfassungswerten der Differenzialdrucksensoren 120 (Schritt S31). Solch eine Verteilung der Einlassgas-Durchflussrate wird erzeugt, indem die Erfassungswerte von jedem Differenzialdrucksensor 120 in Muster C oder D abgebildet werden.
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Anschließend identifiziert die Qualitätsbewertungseinheit 106 den verstopften ersten Filter 14a basierend auf der in Schritt S31 erzeugten Verteilung (Schritt S32), und sie identifiziert den zweiten Filter 14b basierend auf der in Schritt S31 erzeugten Verteilung (Schritt S33). Dann wird die Filter-Lebensdauer von jeder Filterschicht 12 durch jeden Filter 14 basierend auf den Identifikationsergebnissen von Schritten S32 und S33 bewertet (Schritt S34). Somit bestimmt die Qualitätsbewertungseinheit 106, welcher Filter 14 in jeder Filterschicht 12 mit einer großen Anzahl an Filtern 14 verstopft ist.
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<Viertes Ausführungsbeispiel>
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12 ist ein Querschnittskonfigurationsdiagramm des Filters 14 gemäß einem nicht beanspruchten vierten Ausführungsbeispiel. Die Konfiguration der Filtereinheit 10 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel entspricht der des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels, sofern nicht anderweitig spezifiziert, und korrespondierende Komponenten werden durch gemeinsame Bezugszeichen bezeichnet.
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Wie in 12 gezeigt, umfasst der Filter 14 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl denselben Differenzialdrucksensor 102 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel als auch denselben Differenzialdrucksensor 120 wie in dem dritten Ausführungsbeispiel. Die Analyseeinheit 104 akquiriert den Differenzialdruck in dem Gehäuse 15 von jedem Filter 14 unter Verwendung des Differenzialdrucksensors 120, und sie akquiriert die Durchflussrate von Einlassgas, das durch jeden Filter 14 verläuft, unter Verwendung des Differenzialdrucksensors 120, um den Durchflusswiderstand von jedem Filter 14 basierend auf dem Differenzialdruck und der Durchflussrate zu berechnen. Der somit berechnete Durchflusswiderstand ist ein Bewertungsparameter, der die Leistung von jedem Filter 14 direkt anzeigt und eine Bewertung des Verstopfungsgrades mit hoher Genauigkeit ermöglicht.
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13 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Filtereinheit-Managementverfahrens gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt. Die Analyseeinheit 104 akquiriert Erfassungswerte des Differenzialdrucksensors 102 und des Differenzialdrucksensors 120, die in dem Filter 14 von jeder Filterschicht 12 angeordnet sind (Schritt S40). Somit akquiriert die Analyseeinheit 104 den Differenzialdruck und die Einlassgas-Durchflussrate von jedem Filter 14, der jede Filterschicht 12 bildet.
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Dann berechnet die Qualitätsbewertungseinheit 106 den Durchflusswiderstand von jedem Filter 14 basierend auf den in Schritt S40 akquirierten Erfassungswerten des Differenzialdrucksensors 102 und des Differenzialdrucksensors 120 (Schritt S41), und sie bestimmt eine Verteilung des Durchflusswiderstands in der Vielzahl von Filtern 14 (Schritt S42) .
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Anschließend identifiziert die Qualitätsbewertungseinheit 106 den verstopften ersten Filter 14a basierend auf der in Schritt S42 erzeugten Verteilung (Schritt S43). Die Identifikation des ersten Filters 14a wird z.B. basierend darauf durchgeführt, ob der Durchflusswiderstand einen Bezugswert überschreitet.
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Wie vorstehend beschrieben, sehen die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele das Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystem und das Einheit-Qualitätsmanagementverfahren vor, die eine genaue Qualitätssteuerung durch quantitatives Bewerten der Leistung von jedem Filter 14 in der Filtereinheit 14 einschließlich der Vielzahl von Filtern 14 ermöglichen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Zumindest ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann auf ein Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystem und ein Filtereinheit-Qualitätsmanagementverfahren für das Qualitätsmanagement einer Filtereinheit zum Entfernen von Fremdstoffen, die in Einlassgas enthalten sind, das durch einen Einlassdurchgang strömt, angewendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einlassdurchgang
- 1a
- Innenwand
- 10
- Filtereinheit
- 12
- Filterschicht
- 14
- Filter
- 15
- Gehäuse
- 16
- Rahmen
- 17
- Filterelement
- 19
- Dichtung
- 100
- Filtereinheit-Qualitätsmanagementsystem
- 102
- Differenzialdrucksensor
- 104
- Analyseeinheit
- 106
- Qualitätsbewertungseinheit
- 110
- Dehnungssensor
- 120
- Differenzialdrucksensor
- 122
- Öffnung
