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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Fluidströmungs-Steuerungssysteme
und auf mechanische Folgeschadensicherungs- oder Abschalt- bzw.
Absperrvorrichtungen zum Verhindern des Strömens von Fluiden (z. B. Gas-
oder Flüssigkeitsströme) bei
Bruch bzw. Bruchschaden oder Fehlfunktion bzw. Störung von
Bestandteilen in dem System, derart wie Filter oder andere Bestandteile.
Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf Vorrichtungen zum
Verhindern des Strömens
von Gasströmen
von hoher Temperatur (z. B. bis zu 982,2°C (1800°F)) bei Filterschaden.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Industrielle
Systeme, bei denen Fluide strömen
(derart wie Gasturbinen-Kraftwerke bzw. -Antriebsmaschinen, Flüssigtreibstoff
verarbeitende Betriebe, hydraulische Systeme, pneumatische Systeme
und dergleichen), und bei welchen Gase üblicherweise von mitgenommenen
bzw. darin enthaltenen Feststoffen bzw. Schwebstoffen gereinigt
werden oder vor dem in Berührung
kommen mit Systembestandteilen behandelt werden, die anfällig für solche Feststoffe
bzw. Schwebstoffe sind, wobei üblicherweise
Filtration zum Entfernen von Verunreinigungen und/oder Beschränken der
Strömung
auf Systemkonstruktionsniveaus bzw. -ebenen vorgesehen werden. Um
Schaden bei Systembestandteilen und/oder der Umwelt zu verhindern,
werden derartige Systeme oft mit Strömungsbeschränkungs- oder Abschalt- bzw.
Sperrventilmechanismen versehen. Bei dem Auftreten von Schaden,
Bruchschaden oder Entfernen bzw. Ausbau von Filterbestandteilen,
stoppen diese Abschalt- bzw. Absperrmechanismen die Strömung des
Fluides durch das System.
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Insbesondere
sind Hochtemperatur- und Hochdruck-Barrierefiltersysteme kritisch
bei der erfolgreichen Verwertung von PFBC- und IGCC-Kraftwerkssystemen
auf der Basis von Kohle. Gegenwärtig
sind die meisten handelsüblichen
bzw. verarbeitungsbereiten Barrierefiltersysteme auf der Basis der Kerzenfiltertechnologie.
Diese Barrierefiltersysteme verwenden im Allgemeinen eine große Anzahl
von einzelnen porösen
Kerzenfilterelementen parallel.
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Systeme
auf der Grundlage von Anzeige- bzw. Überwachungsskala-Kerzenfiltern
sind gezeigt worden, um Feststoffe bzw. Schwebstoffe herab auf eine
Konzentration von weniger als 1 ppm (Teile pro Million) zu entfernen,
wenn sie in guten Betriebsbedingungen sind. In dem Fall der Fehlfunktion
bzw. Störung
von selbst einem einzigen bzw. einzelnen Filterelement jedoch wird
sich die Filtersystem-Auslassstaubbelastung erhöhen und dadurch die Gasturbinenblätter bzw.
-schaufeln potenziell beschädigen, andere
stromabwärts
gelegene Verfahren bzw. Arbeitsverläufe verunreinigen und die Verfügbarkeit des
Energiesystems bzw. -netzes beschränken. Eine Filterfehlfunktions-Folgeschadensicherungseinrichtung,
welche das Strömen
von teilchengeladenem Gas durch die fehlerhafte Filterelementstelle
verhindern würde,
würde dazu
dienen, den potenziellen Schaden bei stromabwärts gelegener Ausrüstung zu minimieren,
Staubemissionen minimieren und dem Kraftwerk ermöglichen, den Betrieb fortzusetzen,
bis ein günstiger
oder planmäßiger Stillstand
durchgeführt
werden kann.
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Verschiedene
Typen von Strömungsbeschränkungs-/Abschalt-
bzw. Absperrmechanismen sind im Stand der Technik bekannt, siehe
US-Patent Nrn. 5,242,581; 3,261,146; 2,892,512; 2,833,117; 2,687,745;
2,680,451; 2,635,629; 1,983,791. Derartige Mechanismen sind durch
ihren komplizierten Aufbau, eine große Anzahl von beweglichen Teilen, Schwierigkeit
bei der Installation, beschränkte
Betriebstemperaturbereiche und/oder Abhängigkeit von der Konzentration
mitgenommener Teilchen zur Aktivierung der Abschalt- bzw. Absperreigenschaft
gekennzeichnet.
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Es
verbleibt eine Notwendigkeit bei der Technik zur Verbesserung des
Aufbaus der mechanischen Fluidströmungsabschalt- bzw. Absperrvorrichtungen.
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DE-A-25
47 470 offenbart ein Sicherheitsventil, das einen stationären Scheibenabschnitt 4 und
einen beweglichen Scheibenabschnitt 6 hat, die sich in
einem Strömungskanal 2 befinden.
Die Scheibe 6 ist normalerweise gegen die stationäre Scheibe 4 durch
eine Kugelreibkupplung 8 verrastet, die durch eine Mitnehmerstange 12b am
Platz gehalten wird. Die Scheibe 6 wird durch eine Schraubenfeder 7 gespannt.
Wenn Druck des Gases, das in dem Kanal strömt, eine vorherbestimmte Größenordnung
gegenüber
der Oberfläche 121 überschreitet,
veranlasst er die Stange, sich nach rechts zu bewegen, wobei die
Kugelkupplung 8 freigegeben wird und die Feder 7 veranlasst
wird, die bewegliche Scheibe 6 in Richtung des Endes des
Ventils zu drängen,
so dass die Ventilscheibe 61 gegen den Ventilsitz 11 geschlossen
bzw. abgedichtet wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Vollströmungs-Folgeschadensicherungseinrichtung für ein Fluidströmungssystem
vorgesehen, die aufweist: eine Schale, die eine innere Wand aufweist, und
die Öffnungen
an jedem von deren Enden hat, um es einem Fluidstrom zu ermöglichen,
da hindurch zu strömen,
wobei eine erste von den Öffnungen
einen Fluidstrom in die Folgeschadensicherungseinrichtung ermöglicht und
eine zweite eine der Öffnungen
dem Fluidstrom erlaubt, die Folgeschadensicherungseinrichtung zu
verlassen; einen Dichtstopfen, der beweglich innerhalb der Schale
positionierbar ist, wobei der Dichtstopfen aufweist, eine untere
Oberfläche
und eine obere Oberfläche,
wobei der Dichtstopfen in einer ersten Position während des
normalen Fluidstroms des Systems orientiert ist, um einen Fluidstrom
durch die Schale zu ermöglichen,
und in eine zweite Position bewegbar ist, wobei die obere Oberfläche des
Dichtstopfens einen dichtenden Kontakt zu der zweiten einen der Öffnungen
bildet; und gekennzeichnet durch: der Dichtstopfen ist durch eine erhöhte Fluidgeschwindigkeit
bewegbar, wobei die erhöhte
Fluidgeschwindigkeit von einer Größenordnung ist, die einen unangemessenen
Betrieb des Systems anzeigt, und ferner aufweisend zumindest einen
Schließmechanismus,
wobei der Schließmechanismus
zwischen der inneren Wand und der unteren Oberfläche des Dichtstopfens angeordnet
ist, wodurch der Dichtstopfen in der ersten Stellung unterstützt wird,
wobei der Schließmechanismus
eine geneigte innere Oberfläche
der Schale unter Gravitation in eine Schließposition zum Schließen des
Dichtstopfens in der zweiten Position in Reaktion auf die Bewegung
des Dichtstopfens nach unten bewegbar ist.
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Verbesserung des Standes der Technik
vor, und zwar durch Vorsehen gemäß eines
Ausführungsbeispiels
einer Vollströmungs-Folgeschadensicherungseinrichtung, die
ein Filterelement, um mitgerissene Partikel aus einem strömenden Fluidstrom
zu filtern, eine Schale enthält,
die Öffnungen
an jedem von deren Enden hat, um es dem Fluidstrom zu ermöglichen,
da hindurch zu strömen,
wobei eine erste der Öffnungen
an das Filterelement gekoppelt ist, wobei ein Dichtstopfen innerhalb
der Schale beweglich positioniert ist, wobei der Dichtstopfen in
einer ersten Position während
des normalen Betriebs des Filterelements positioniert ist, um Fluidstrom
durch die Schale zu ermöglichen,
und bei Fehlfunktion bzw. Störung
oder Bruchschaden des Filterelements durch erhöhte Fluidgeschwindigkeit in
eine zweite Position bewegt wird, wobei der Dichtstopfen einen dichtenden
Kontakt mit einer zweiten einen der Öffnungen bildet, und ein Schließmechanismus,
der den Dichtstopfen in der ersten Position unterstützt und
in eine Schließposition
zum Befestigen bzw. Sichern des Dichtstopfens in der zweiten Position
in Reaktion auf die Bewegung des Dichtstopfens bewegt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung kann vollständiger aus der ausführlichen
Beschreibung verstanden werden, die nachstehend in Verbindung mit
den beigefügten
Zeichnungen gegeben wird. Diese sind nur zur Veranschaulichung vorgesehen,
und es ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung zu beschränken, und
wobei:
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1 ist
eine Schnittdarstellung einer mechanischen Vollströmungs-Folgeschadensicherungseinrichtung 100 gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und zwar in einer nicht aktiven Betriebsart (ermöglicht normale
Fluidströmung);
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2 ist
eine Schnittdarstellung einer mechanischen Vollströmungs-Folgeschadensicherungseinrichtung
gemäß der Erfindung
in einer aktiven Betriebsart, welche die Strömung des Fluides durch ein
beschädigtes
Filterelement 110 hindert;
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3 ist
eine Draufsicht der geneigten unteren Oberfläche der Folgeschadensicherungseinrichtungsschale,
die das Vorhandensein von Rillen bzw. Gräben 109 zum Schließen bzw.
Verrasten der Kugeln bzw. Sphären 107 zeigt
(nur eine von Ihnen ist gezeigt);
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4 ist
eine Seitenansicht des Dichtstopfens 105 mit einer hemisphärischen
Dichtoberfläche 310,
mit einer vergrößerten Schnittansicht
der konischen Oberfläche 201,
die das Vorhandensein einer konkaven Vertiefung 202 zum
Beibehalten der Schließ-
bzw. verschließenden
Kugeln bzw. Sphären 107 am
Platz bei der nicht aktiven Betriebsart zeigt; und
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5 ist
eine Draufsicht des Rahmens 316, welcher die Ausrichtung
des Stiftes 205 zu der Schale 101 sichert und
richtiges Positionieren des Ausrichtstifts einrichtet.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Bezugnehmend
auf 1, ist die mechanische Vollströmungs-Folgeschadensicherungseinrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung insbesondere für Kerzenfiltersysteme angepasst,
die Kerzenfilter 110 enthalten. Derartige Kerzenfiltersysteme
werden z. B. in Kraftwerken zum Entfernen von Staub und anderen
festen Partikel-Schadstoffen oder -Schmutzstoffen von Gasen verwendet,
und zwar bei Temperaturen bis zu etwa 898,9°C (1650°F), die durch verschiedene Stufen
der Kraftwerksausrüstung
strömen.
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Es
gibt zwei Hauptursachen für
Staub, der die reine Seite der Filtersysteme auf der Basis von Kerzen
erreicht. Die erste ist das Vorhandensein von kleinen Lecks um die
Dichtungen oder Verschlüsse der
Filterelemente herum, was von fehlerhaften Dichtungsbestandteilen
oder unsachgemäßer Installation resultiert.
In einem derartigen Fall würde
der Strömungsweg
des staubbeladenen Gases, das über
die Heizrohrwand 302 leckt bzw. austritt, das Kerzenfilterelement 110 und
seine Sicherungsvorrichtung umgehen. Die einzige Abhilfe für eine Fehlfunktion
bzw. Störung
dieses Typs ist Verhinderung durch Qualitätskontrolle der Dichtungsmaterialien
und der Installationsabläufe.
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Die
zweite Ursache ist der Fall, wobei feste Partikel die Rohrwand bzw.
Heizrohrwand 302 durchbrechen, und zwar als ein Ergebnis
einer katastrophalen Fehlerfunktion bzw. Störung oder Bruchschadens von
einem oder mehreren Kerzenfilterelementen 110. Fehlerfunktionen
bzw. Störungen
dieses Typs sind bei vielen Überwachungs-
und Vorführungsskalen
der Heißgas-Reinigungs-(HGCU)-Filtersysteme
erlebt worden und verkörpern
das Hauptproblem für
Systemzuverlässigkeit,
auf die die vorliegende Erfindung gerichtet ist.
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Die
mechanische Folgeschadensicherungsvorrichtung 100 gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung enthält eine
zylindrische Schale 101 mit etwa 7,62 cm (3 Inch) im Durchmesser
und etwa 10,16 bis 12,7 cm (4 bis 5 Inch) in der Höhe. Öffnungen 102 und 103 sind an
dem oberen Teil und unteren Teil der Schale 101 zentriert
und ermöglichen
gefiltertem Rauchgas bzw. Abgas, aufwärts durch die Vorrichtung in
einer Strömungsrichtung
zu strömen,
die durch Pfeile 104 bezeichnet wird, und zwar während dem
Normalbetrieb, und pulsierendem gereinigtem Gas nach unten durch die
Vorrichtung in einer entgegengesetzten Richtung zu strömen, wenn
ein intaktes und betriebsbereites Filterelement 110 mit
der Folgeschadensicherungseinrichtung verbunden ist.
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Ein
Dichtstopfen 105 ist in dem Inneren der zylindrischen Schale 101 vorgesehen.
Der Dichtstopfen 105 ist im Wesentlichen in der Form einer
Halbkugel, die an ihrer unteren flachen Oberfläche mit der flachen Oberfläche eines
Konus verbunden ist, der von gleichem Durchmesser wie die Halbkugel
ist. Der Dichtstopfen 105 wird in der Schale durch drei Schließkugeln
bzw. -sphären 107 unterstützt (nur eine
von ihnen ist zur Vereinfachung gezeigt), und zwar bevorzugt 120° voneinander
um den konischen Abschnitt des Dichtstopfens herum positioniert.
Die Kugeln bzw. Sphären
rasten in Rillen bzw. Gräben oder
Kanälen 109 bei
einer konischen Oberfläche 108 in
dem Schaleninneren und berühren
ebenfalls die innere winklige bzw. abgewinkelte Oberfläche 311 der
Schale 101. Wie dies in 3 gezeigt
ist, sind die Rillen bzw. Gräben 109 in
die Oberflächen 108 unterhalb
der Sphären
bzw. Kugeln 107 geschnitten bzw. eingearbeitet, um ihre
Bewegung zu führen,
wenn die mechanische Folgeschadensicherungseinrichtung aktiviert
ist, wie dies weiter unten erklärt
wird. Außerdem,
wie dies in 4 gezeigt ist, ist eine kontinuierliche
Vertiefung 202 um den Umfang der unteren Oberfläche 201 herum
des Dichtstopfens herum gebildet, und zwar bei einer Position, wo
die Vertiefung 202 die Sphären bzw. Kugeln berührt, wie
dies in 1 gezeigt ist, um beim Halten des
Dichtstopfens in der nicht aktiven Position während des Auftretens von Schwingungen
zu unterstützen,
was in dem Filtergefäß während der
Installation und dem Normalbetrieb erlebt werden kann.
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Der
Durchmesser der Sphären
bzw. Kugeln 107, die Abmessungen der Schale 101,
des Dichtstopfens 105, der konischen Oberflächen 108 und 201,
der Öffnungen 102, 103 und
der ringförmigen Lücke bzw. Öffnung 304 zwischen
der inneren Oberfläche
der Schale 101 und dem Dichtstopfen 105 sind an
ihrer breitesten Abmessung derart gestaltet, dass mit der normalen
Strömungsgeschwindigkeit
bzw. Durchsatz des gefilterten Gases nach oben durch die Folgeschadensicherungseinrichtung
der nach oben gerichtete Druck an dem Dichtstopfen 105 nicht
ausreichend sein wird, um den Dichtstopfen 105 aus seiner
Rastposition an den Sphären
bzw. Kugeln 107 zum Ansteigen zu veranlassen, wenn das Filterelement 110 intakt
ist. Das Gewicht des Dichtstopfens 105 kann während der
Gestaltung bzw. Konstruktion durch Justieren der Größe des inneren
Volumens 303 ausgewählt
werden oder, mit anderen Worten, ein Abschnitt des Inneren des Dichtstopfens
kann voll bzw. geschlossen sein, um das optimale Gewicht einzurichten,
um die richtige Stabilität
des Stopfens an den Sphären
bzw. Kugeln während
des normalen Betriebes für
die speziellen Strömungsparameter
des Systems zu sichern, in welchem er installiert ist.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie
dies in den 1, 2 und 4 gezeigt
ist, ist der Halbkugelabschnitt 312 des Stopfens als ein Stück, getrennt
von dem konischen Abschnitt 313, vorgesehen. Dies ermöglicht,
den Wert bzw. Inhalt des inneren Volumens 303 bei der Herstellungsstufe auszuwählen, und
zwar entweder durch Herstellen konischer Abschnitte 313 von
variierendem inneren Volumen oder durch Füllen des inneren Volumens 303 mit
einer geeigneten Menge eines passenden Materials zum Justieren des
Gewichtes des Dichtstopfens 105. Die zwei Stücke 310 und 313 werden dann
miteinander verbunden. Wie dies in 1 gezeigt
ist, kann für
diesen Zweck eine Gewindeverbindung 314 vorgesehen werden;
andere Verbindungsverfahren können
entsprechend verwendet werden. Das Gewicht des Dichtstopfens wird
ebenfalls durch den Grad bestimmt, mit dem die nach oben gerichtete
Strömung
ansteigen muss (wie dies bei einer Fehlfunktion bzw. Störung auftreten
würde),
um den Dichtstopfen anzuheben und die Folgeschadensicherungseinrichtung
zu aktivieren (wie dies in 2 gezeigt
ist). Für
eine spezifische Barrierefilter-Installationsanwendung,
wie diese in 1 gezeigt ist, sind das Gewicht
des Dichtstopfens und die Abmessung der Lücke bzw. Öffnung 304 so festgelegt,
dass nur die Strömungsgeschwindigkeit
bzw. Durchsatz, die bzw. der bei einer Fehlfunktion bzw. Störung des Filterelements
auftritt, ausreichend sein wird, um den Dichtstopfen genügend anzuheben,
um die Folgeschadensicherungsvorrichtung zu aktivieren.
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Wie
dies in 1 gezeigt ist, ist die Folgeschadensicherungseinrichtung 100 an
der Rohrwand bzw. Heizrohrwand 302 mit der Hilfe einer
Montageauflage oder Flansch 114 angebracht. Andere Anbringungsmechanismen
können
verwendet werden, abhängig
von der Rohrwandgestaltung. Eine Dichtung 106a ist zwischen
der Folgeschadensicherungseinrichtung und dem Filter vorgesehen
und eine zusätzliche
Dichtung 106b kann zwischen dem Filterelement 110 und
der Rohrwand 302 vorgesehen werden. Dichtungen 106a und 106b können aus
Nextel® oder ähnlichem
Material hergestellt werden.
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Die
Schale 101 kann aus zwei getrennten Stücken aufgebaut sein, die zusammen
an Flansch 307 verbunden werden oder durch andere entsprechende
Verbindungseinrichtungen, um Installation und Entfernen des Dichtstopfens
und der schließenden
Sphären
bzw. Kugeln zu ermöglichen.
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Die Öffnungen 102, 103 und
die ringförmige Lücke bzw. Öffnung 304 sollten
derart dimensioniert werden, dass ausreichende Strömungswege
innerhalb der Folgeschadensicherungseinrichtung aufrecht erhalten
werden, und zwar für
den Durchgang von gefiltertem Rauchgas bzw. Abgas und pulsierendem
gereinigtem Gas, um die Hinzufügung
von Strömungswiderstand
bei dem System durch die Folgeschadensicherungseinrichtung während entweder Filter-
oder pulsierenden Reinigungsvorgängen
zu minimieren.
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Bei
der inaktiven bzw. nicht aktiven (das heißt normalen) Betriebsart sieht
die nach oben gerichtete Strömung 104 des
gefilterten Rauchgases bzw. Abgases einen angestiegenen Druck in
dem unteren Abschnitt der Folgeschadensicherungseinrichtung 100 vor,
der eine Größenordnung
hat, die durch die Geschwindigkeit ν und die Dichte ρ des Gases gemäß dem Bernoullischen
Terminus bzw. Gleichung ½ ρν2 bestimmt
wird. Eine großer
Teil bzw. Prozentsatz dieses Druckes wird durch die ringförmige Lücke bzw. Öffnung 304 abgeleitet
werden. Einengungen bei der ringförmigen Lücke bzw. Öffnung wirken als eine ringförmige Öffnung für Gasströmung; und
zwar je kleiner diese ringförmige Öffnung ist,
umso mehr Druck wird abgeleitet, wenn das Gas durch sie hindurch
führt.
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Während der
Anwendung umgekehrter Gasimpulse, die verwendet werden, um die Filterelemente
zu reinigen, oder in anderen Fällen,
wo nach unten geladene bzw. belastete Strömung die normale Strömungsrichtung
ist, wird der nach unten gerichtete Druck durch die Strömung 305 von
derartigen Impulsen auf den Stopfen ausgeübt oder Strömung wird durch die Sphären bzw.
Kugeln 107 auf die innere Wand 311 und die geneigte
innere Oberfläche 108 der
Schale übertragen.
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Wenn
das Filterelement 110 bricht, wie dies in 2 gezeigt
ist, ändern
sich zwei Bedingungen in der Nähe
der mechanischen Folgeschadensicherungseinrichtung 100.
Die erste ist, dass die nach oben gerichtete Geschwindigkeit des
Gases durch den verbliebenen bzw. aufrecht erhaltenen Teil des gebrochenen
Filterelementes und die mechanische Folgeschadensicherungseinrichtung
sehr schnell zunimmt, und zwar getrieben durch den Druckabfall bzw.
Druckverlust der Rohrwand (nicht gezeigt) zum Zeitpunkt des Bruches.
Die zweite ist, dass partikelgeladenes oder ungefiltertes oder ungereinigtes
Gas von dem Punkt des Bruches des Filterelements 110 in
Richtung des oberen Teiles Kerzenfilterelements und der mechanischen
Folgeschadensicherungseinrichtung 100 vordringt. Weil die
Folgeschadensicherungseinrichtung wünschenswerterweise beinahe sofort
aktiviert wird, und zwar als Antwort auf das schnelle Ansteigen
der nach oben gerichteten Gasgeschwindigkeit, was bei einer Fehlfunktion
bzw. Störung
eines Filterelements erlebt wird, wird wenig oder kein partikelgeladenes
Gas oder unbehandeltes Gas erwartet, das an dem oberen Teil der
Folgeschadensicherungseinrichtung austritt, bevor die Folgeschadensicherungseinrichtung
völlig
aktiviert ist und die Strömung
des Gases abgestellt wird.
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In
dem Fall eines Filterelementbruches erzeugt die angestiegene Gasgeschwindigkeit
durch die mechanische Folgeschadensicherungseinrichtung 100 einen
signifikant höheren
Druckabfall zwischen den ringförmigen Öffnungen
um den Dichtstopfen herum, wodurch der nach oben gerichtete Druck
an dem Dichtstopfen selbst signifikant ansteigt. Der Grad, bis zu
welchem sich die Geschwindigkeit des Gases erhöhen wird, das in die mechanische
Folgeschadensicherungseinrichtung eindringt, und zwar bei dem Bruch
eines Filterelements, ist hauptsächlich
von dem Rohrwand-Druckabfall und den Abmessungen des Abschnittes
des gebrochenen Filterelements abhängig, das an der Rohrwand angebracht
bleibt. Berechnungen haben gezeigt, dass, folgend auf den Bruch
eines Filterelementes, die Geschwindigkeit des Gases durch die mechanische
Folgeschadensicherungseinrichtung durch einen Faktor von 10 oder
größer erhöht werden
könnte (mit
der gleichzeitigen Erhöhung
des nach oben gerichteten Druckes an dem Dichtstopfen, erhöht durch einen
Faktor von 100 oder größer).
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Bei
dem Auftreten eines ausreichend höheren Druckabfalls durch die
ringförmige Öffnung um den
Dichtstopfen herum, wie sich dies bei dem Bruch eines Filterelements 110 ereignen
würde,
wird der angestiegene, nach oben gerichtete Gasdruck an dem Dichtstopfen
den Dichtstopfen von seiner Rastposition an den Sphären bzw.
Kugeln anheben. Der Stopfen wird fortfahren, sich nach oben zu bewegen, bis
er die obere Dichtoberfläche 306 um
die obere Öffnung 102 herum
berührt,
wie dies in 2 gezeigt ist. Der Durchmesser
dieser oberen Dichtoberfläche ist
gleich dem Durchmesser der halbkugelförmigen Oberfläche des
Dichtstopfens hergestellt, so dass eine Dichtung von hoher Qualität ausgebildet
wird, wenn diese zwei Oberflächen
einander in der aktivierten Betriebsart berühren, wie dies in 2 gezeigt
ist.
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Wie
dies in 1 gezeigt ist, kann das Innere
der Schale derart geformt sein, dass der Druck durch die ringförmige Öffnung,
die an dem breitesten Abschnitt des Dichtstopfens angrenzt, ansteigen würde, wenn
der Stopfen nach oben wandert, und zwar durch Herstellen der ringförmigen Lücke bzw. Öffnung kleiner
als den Stopfen nahe der Dichtoberfläche 306 an der oberen
Seite der Schale 101.
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Wenn
der Dichtstopfen einmal die obere Seite der Schale erreicht und
die Dichtoberfläche 306 völlig berührt, ist
die Gasströmung
vollständig
blockiert und die nach oben gerichtete Kraft ist auf Null verringert.
Genau vor diesem Zeitpunkt beginnen die Sphären bzw. Kugeln 107,
die geneigte Oberfläche 108 in
einer geraden Richtung herunter zu rollen, und zwar mit Hilfe der
Rillen bzw. Gräben 109,
wie dies in 2 gezeigt ist, bis die Sphären bzw.
Kugeln in einer Position an dem unteren Teil des Dichtstopfens 105 an
der Stelle 319 geklemmt werden, und zwar zwischen dem Stopfen
und den Rillen bzw. Gräben 109 an
der geneigten Oberfläche
der Schale. In dieser Hinsicht sind die Abmessungen der Sphären bzw. Kugeln,
der Schale und des Dichtstopfens gestaltet, um die Sphären bzw.
Kugeln am Herabfallen durch die Öffnung 103 an
dem unteren Teil der Schale zu hindern (siehe 1).
Wenn die Sphären
bzw. Kugeln ihre endgültige
Position erreichen, wie dies in 2 gezeigt
ist, dienen sie als Verschluss- bzw. Sperreinrichtungen, die den
Dichtstopfen gegen die Dichtoberfläche 306 der oberen Öffnung 102 der Schale
sichern bzw. befestigen, um dadurch die Strömung von Staub und/oder unbehandeltem
Gas nach bzw. vorbei an der Folgeschadensicherungseinrichtung zu
verhindern, und ebenfalls den Dichtstopfen vom zurück gedrängt werden
nach unten in die Schale durch den Druck von umgekehrter Strömung der Gasreinigungsimpulse
zu hindern.
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Wie
dies in 2 gezeigt ist, kann ein optionaler
axialer Ausrichtungsstift 205 an dem oberen Teil der Schale
angebracht werden und erstreckt sich in den Körper des Dichtstopfens durch
ein Führungsloch 308 mit
genauer Toleranz und durch den Körper in
ein zweites Führungsloch 309.
Wie dies in 5 gezeigt ist, kann der Ausrichtstift
an dem oberen Teil der Schale mit einem Rahmen 316 durch
eine Gewindeverbindung 318 angebracht werden. Der Rahmen 316 kann
mit Schrauben 317 an der Schale angebracht werden. Der
Ausrichtstift kann alternativ an dem Dichtstopfen angebracht werden
und sich durch Führungslöcher in
der Schale erstrecken. Der Ausrichtstift 205 unterstützt bei
dem richtigen Aufsetzen des Dichtstopfens gegen die Dichtoberfläche 306 der Schale.
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Ferner
kann während
der Installation bei dem Filtergefäß eine kleine Menge Paraffin
verwendet werden, um den Dichtstopfen und die Sphären bzw.
Kugeln in ihren richtigen Positionen innerhalb der Schale zu halten,
und zwar durch Anwendung bei den berührenden Oberflächen der
Sphären
bzw. Kugeln. Das Paraffin wird schmelzen und abbrennen, wenn das
Filtersystem während
eines Anfahrverfahrens vorgewärmt
bzw. vorgeheizt wird. Nochmalige Anwendung von Paraffin würde nicht
notwendig sein, außer
wo eine Folgeschadensicherungseinrichtung entfernt, überholt
und nach Aktivierung durch die Fehlfunktion bzw. Störung von
ihrem Filterelement wieder installiert werden müsste.
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Die
mechanische Vollströmungs-Folgeschadensicherungseinrichtung
der vorliegenden Erfindung sieht verschiedene Vorteile gegenüber Folgeschadensicherungseinrichtungen
vor, die Gebrauch von mitgerissenen bzw. mitgenommenen Partikeln
in dem strömenden
Gas machen, um eine Dichtung bzw. einen Verschluss auszubilden.
Die Bildung einer Dichtung bzw. eines Verschlusses durch Verwenden derartiger
mitgerissener bzw. mitgenommener Partikel findet allmählich statt,
wohingegen die mechanische Folgeschadensicherungseinrichtung der
Erfindung die Strömung
von partikelgeladenem Gas beinahe unverzüglich bei Filterfehlfunktion
abstellt. Die Wirksamkeit der mechanischen Folgeschadensicherungseinrichtung
ist folglich unabhängig
von Partikelkonzentration. Ferner können Dichtungen, die vom Verstöpseln von
Strömungswegen
mit mitgerissenen Partikeln abhängig
sind, durch die Anwendung von periodisch umgekehrten Strömungsreinigungsgasimpulsen
beeinträchtigt
werden. Im Gegensatz dazu sieht die Folgeschadensicherungseinrichtung
der vorliegenden Erfindung eine bestimmte bzw. zwangsläufige Dichtung
gegen die Kraft vor, die durch derartige Reinigungsimpulse ausgeübt wird.
In dem Fall, dass eine Fehlfunktion während der Anwendung eines Reinigungsimpulses
auftritt, wird die Folgeschadensicherungseinrichtung aktiviert,
sobald die normale Fluidströmungsrichtung
wieder eingerichtet ist.
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Wieder
Instandsetzen bzw. Erneuern von aktivierten Folgeschadensicherungseinrichtungen
ist völlig
einfach. Alle Bestandteile sind bevorzugt aus passendem Material
hergestellt (derart wie 310-SS-Stahl, welcher gut zu HGCU-Filteranwendungen
passt), welches gewaschen, getrocknet, in einer nicht aktiven Betriebsart
neu konfiguriert werden und wieder installiert werden kann.
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Die
Grundprinzipien der mechanischen Vollströmungs-Folgeschadensicherungseinrichtung
können
an alternative Ausführungsbeispiele
für Anwendungen
angepasst werden, und zwar anders als die HGCU-Partikelfiltration.
Zum Beispiel können
einfache Vorrichtungen von viel größerem Ausmaß bzw. Umfang bei einer Öl- oder
Gaspipeline bzw. -fernleitung verwendet werden. Die Folgeschadensicherungseinrichtungen
würden
in periodischen Intervallen bzw. Abständen entlang derartiger Pipelines
bzw. Fernleitungen positioniert werden, und zwar in kurzen vertikalen
Reihen bzw. Folgen, wo die Strömungsrichtung
nach oben ist. In dem Fall von Pipelinefehlfunktionen würde sich
die Fluidströmung
direkt unmittelbar stromaufwärts
von der Folgeschadensicherungseinrichtung erhöhen, sie aktivieren und die
Strömung
abstellen, wobei folglich der Fluidverlust minimiert wird, ebenso
gut wie potenzielle Sicherheits- und Umweltgefährdungen.
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Ein
anderes alternatives Ausführungsbeispiel
der Erfindung könnte
derart konfiguriert bzw. aufgebaut sein, dass sogar eine kleine,
nach oben gerichtete Fluidströmung
die Vorrichtung aktivieren würde.
Dieses Ausführungsbeispiel
würde zweckdienlich
zur Verhinderung einer rückwärts gerichteten Strömung in
einem System sein, wo die normale Fluidströmungsrichtung nach unten war.