FI124913B - Kaasunsuodatinlaite ja menetelmä kaasunsuodatinlaitteen valmistamiseksi - Google Patents

Description

Kaasunsuodatinlaite ja menetelmä kaasunsuodatinlaitteen valmistamiseksi.

[001] Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen kaasunsuodatinlaitteeseen ja patenttivaatimuksen 5 johdanto-osan mukaiseen menetelmään kaasunsuodatinlaitteen valmistamiseksi.

[002] Tekniikan tasosta on tunnettu kaasunsuodatinlaite, joka käsittää runkorakenteen oleellisesti kaasutiiviin katto-osan ja pohjaosan, joiden väliin on järjestetty vinosti kaasun päävirtaussuuntaan nähden useita tasomaisia suodatuselementtejä siten, että suodatuselementit muodostavat kiilamaisesti sulkeutuvia / avautuvia rinnakkaisia tiloja, jotka rajoittuvat yhtäältä katto-osaan ja pohja-osaan ja toisaalta suodatuselementtei-hin. Tämän tyyppinen kaasunsuodatinlaite on tunnettu mm. julkaisusta US4129429.

[003] Julkaisussa WO 9420193 A1 on tunnettu kaasunsuodatuslaite, joka käsittää runkorakenteen, joka muodostuu oleellisesti kaasutiiviistä katto-osasta ja pohjaosasta, joiden väliin on järjestetty tasomaisia suodatuselementtejä siten, että suodatuselementit muodostavat virtaavan kaasun tulopuolelle useita kiilamaisesti sulkeutuvia rinnakkaisia tiloja ja samanaikaisesti virtaavan kaasun lähtöpuolelle useita kiilamaisesti avautuvia rinnakkaisia tiloja ja jossa vierekkäisiä suodatuselementtejä on yhdistetty toisiinsa kaasun virtaussuunnassa ensimmäiseltä reunaltaan katto-osalta pohja-osaan ulottuvalla ensimmäisellä päätyosalla, ja kaasun virtaussuunnassa toiselta reunaltaan katto-osalta pohja-osaan ulottuvalla toisella päätyosalla, ja jossa toisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys on suurempi kuin ensimmäisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys.

[004] Useat laitteet, joissa käytetään ilmaa työaineena tai joissa ilma osallistuu laitteessa toteutettavaan prosessiin, asettavat rajoitteita käytet tävän ilman epäpuhtauksien määrälle. Esimerkiksi kaasuturbiinilaitteistot, joissa koneikko on järjestetty pyörimään hyvinkin suurella nopeudella, ovat hyvin herkkiä palamisilman kiintoaineen läsnäololle. Tämä pätee myös monille muille lämpövoimakoneille. Tämän vuoksi tällaisessa laitteissa on tyypillisesti suurikokoiset palamisilmasuodatuslaitteet, joissa ilman sisältämät partikkelit poistetaan kulloisenkin tarpeen mukaan.

[005] Erityisesti suuria ilmavirtausmääriä suodatettaessa painehäviön merkitys on suuri, sillä tällöin myös painehäviön vaikutus hyötysuhteeseen on merkittävä. Suodatin elementtien painehäviö kasvaa epäpuhtauksien kertyessä suodatinpinnalle, jolloin myös suodatinelementtiin kohdistuva voima kasvaa. Koska suodatinelementit vaihdetaan vain tietyin välein esimerkiksi vasta, kun paine-ero saavuttaa tietyn sallitun ylärajan, on edullista, jos epäpuhtauksien kerääntyminen vaikuttaa suodati-nelementin painehäviöön mahdollisimman vähän.

[006] Toisaalta suodatinelementin on kestettävä myös epäpuhtauksien kertymisen aiheuttaman paine-eron kasvun lisävoima, joka suodatinelementtiin käytön aikana väistämättä kohdistuu. Paksumpi suodatinele-mentti kestää paremmin mainittua lisävoimaa, mutta ongelmaksi voi muodostua kasvava painehäviö.

[007] Keksinnön tavoitteena on aikaansaada kaasunsuodatin vihaavan ilman puhdistamiseksi epäpuhtauksista, jonka aiheuttama painehäviö on entistä pienempi epäpuhtauksien erotuskyvyn kuitenkaan oleellisesti heikentymättä.

[008] Keksinnön tavoitteena on myös aikaansaada menetelmä kaasun-suodatinlaitteen valmistamiseksi, jolla aikaansaadaan kaasunsuodatin vihaavan ilman puhdistamiseksi epäpuhtauksista, jonka aiheuttama painehäviö on entistä pienempi epäpuhtauksien erotuskyvyn kuitenkaan oleellisesti heikentymättä.

[009] Edellä mainitut tavoitteet saavutetaan pääasiassa patenttivaatimuksissa 1 ja 5 esitetyllä ratkaisulla.

[0010] Muut keksinnölle ominaiset lisätunnuspiirteet käyvät ilmi oheisista patenttivaatimuksista ja seuraavasta kuvioiden suoritusmuotojen selityksestä.

[0011] Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan kaasun-suodatinlaite käsittää oleellisesti kaasutiiviin katto-osan ja pohjaosan, joiden väliin on järjestetty tasomaisia suodatuselementtejä siten, että suodatuselementit muodostavat virtaavan kaasun tulopuolelle useita kii-lamaisesti sulkeutuvia rinnakkaisia tiloja ja samanaikaisesti virtaavan kaasun lähtöpuolelle useita kiilamaisesti avautuvia rinnakkaisia tiloja, ja siten että vierekkäisiä suodatuselementtejä on yhdistetty toisiinsa kaasun virtaussuunnassa ensimmäiseltä reunaltaan katto-osalta pohja-osaan ulottuvalla ensimmäisellä päätyosalla, ja kaasun virtaussuunnassa toiselta reunaltaan katto-osalta pohja-osaan ulottuvalla toisella päätyosalla ja jossa toisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys on suurempi kuin ensimmäisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys ja jossa suodatinelementtien kiinnityksen katto-osasta ja pohjaosasta muodostuvaan runkorakenteeseen ja päätyosiin on järjestetty muodostamaan yhtenäinen kokonaisuus.

[0012] Tällaisella kaasunsuodatinlaitteella, jossa suodatinelementtejä erottava etäisyys toisen päätyosan kohdalla on suurempi kuin ensimmäisen päätyosan kohdalla, saavutetaan samanaikaisesti suhteellisen alhainen painehäviö ja kuitenkin parannettu jäykkyys paine-erosta johtuvan suodatinelementtiin kohdistuvan voiman vaikutuksen kestämiseksi.

[0013] Erään edullisen suoritusmuodon mukaan toisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys on 4 - 10 % suodatinelementin pituudes ta. Tällä tavoin suodatinlaitteen toiminta on erityisen edullista. Tässä yhteydessä on ymmärrettävä, että päätyosa on edullisesti leveämpi kuin sen suodatinelementtejä erottava leveys, joka määrittää suodatinele-menttien pintojen välisen etäisyyden suodatinelementtien päissä, sillä päätyosa toimii myös suodatinelementin kiinnityksessä.

[0014] Edullisesti suodatinelementti muodostuu suodatinmateriaalista vekkaamalla aikaansaadusta tasomaisesta elementistä, jonka paksuus on yli 10 % suodatinelementin pituus.

[0015] Suodatinlaitteella on kaasun virtaussuunnassa tulopuolella ja poistopuolella otsapinnat, ja tulopuolen otsapinnasta ensimmäisen pää-tyosan peittämän pinta-alan osuus on pienempi kuin poistopuolen otsa-pinnasta toisen päätyosan peittämän pinta-alan osuus.

[0016] Keksinnön kohteena on myös menetelmä kaasunsuodatinlaitteen valmistamiseksi, jossa menetelmässä oleellisesti kaasutiiviin katto-osan ja pohjaosan väliin järjestetään useita tasomaisia suodatuselementtejä siten, että suodatuselementit järjestetään muodostamaan virtaavan kaasun tulopuolelle kiilamaisesti sulkeutuvia rinnakkaisia tiloja, jotka rajoittuvat yhtäältä katto-osaan ja pohja-osaan ja toisaalta suodatuselementtei-hin, ja jossa menetelmässä suodatuselementit järjestetään muodostamaan samanaikaisesti virtaavan kaasun lähtöpuolelle kiilamaisesti avautuvia rinnakkaisia tiloja, ja jossa ainakin kaksi vierekkäistä suodatusele-menttiä yhdistetään toisiinsa kaasun virtaussuunnassa ensimmäiseltä reunaltaan katto-osalta pohja-osaan ulottuvalla ensimmäisellä päätyosal-la, ainakin kaksi vierekkäistä suodatuselementtiä yhdistetään toisiinsa kaasun virtaussuunnassa jälkimmäiseltä, toiselta reunaltaan katto-osalta pohja-osaan ulottuvalla toisella päätyosalla. Menetelmässä toisen pääty-osan suodatinelementtejä erottava leveys järjestetään suuremmaksi kuin ensimmäisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys ja suodatinelementtien kiinnityksen katto-osasta ja pohjaosasta muodostuvaan runkorakenteeseen ja päätyosiin on järjestetty muodostamaan yhtenäinen kokonaisuus.

[0017] Edullisesti kaksi vierekkäistä suodatuselementtiä yhdistetään toisiinsa kaasun virtaussuunnassa jälkimmäiseltä, toiselta reunaltaan etäisyyden päähän toisistaan, joka etäisyys on 4-10% suodatinelementin pituudesta.

[0018] Seuraavassa keksintöä ja sen toimintaa selostetaan viittaamalla oheisiin kaaviomaisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviomaisesti erästä suoritusmuotoa keksinnön mukaisesta kaasunsuodatuslaitteesta, kuvio 2 esittää kuvion 1 kaasunsuodatuslaitetta kaasun virtaussuunnassa sen edestä ja kuvio 3 esittää erästä esimerkkiä keksinnön mukaisen kaasunsuodatin-laitteen toiminnasta.

[0019] Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty kaaviomaisesti eräs keksinnön edullisen suoritusmuodon mukainen kaasunsuodatuslaite 10 siten, että kuvio 1 esittää kaasunsuodatuslaiteen poikkileikkausta l-l ja kuvio 2 esittää kuvion 1 kaasunsuodatuslaitetta kaasun virtaussuunnassa sen edestä. Tässä esitetty kaasunsuodatuslaite on erityisesti ilmansuodatuslaite, joka on erityisen sovelias kaasuturbiinikoneikon palamisilman suodattamiseen. Seuraavassa kaasunsuodatuslaitteesta 10 käytetäänkin nimitystä ilmansuodatuslaite.

[0020] Ilmansuodatuslaite 10 käsittää runkorakenteen 12, joka muodostuu mm. katto-osasta 12” ja pohjaosasta 12’. Runkorakenteen yhteyteen on järjestetty tasomaisia suodatuselementtejä 14. Suodatuselementtien 14 määrä voi vaihdella sovelluksen mukaan.

[0021] Suodatuselementit 14 ovat tasomaisia suorakaiteen muotoisia ja ne on aikaansaatu vekkaamalla suodatinmatosta tai vastaavasta niin sanotuksi vekkipakaksi. Tällä tavoin vekkipakan suodatuspinta-ala kasvaa. Samalla sen paksuus kasvaa, mikä jäykistää rakennetta ja parantaa sen kykyä käytössä syntyvän paine-eron aiheuttaman voiman vastaanottamiseen. Suodatuselementit ovat oleellisesti samankokoisia. Suodatusele-mentin 14 paksuus s määräytyy monista seikoista kuten sallittavasta painehäviöstä ja tarvittavasta suodatuskyvystä.

[0022] Suodatinelementit on kiinnitetty kahdelta vastakkaiselta sivultaan katto-osaan 12” ja pohjaosaan 12’ siten, että suodatinelementtien suunta 14’ poikkeaa runkorakenteen pääasiallisesta pituussuunnasta 12’” joka toinen eri suuntaan.

[0023] Suodatuselementit 14 muodostavat vihaavan kaasun tulopuolelle 16 kiilamaisesti sulkeutuvia tiloja 20, jotka rajoittuvat sekä katto-osaan 12” että pohjaosaan. Sulkeutuvaa tilaa 20 rajoittaa kaksi suodatinele-menttiä 14. Suodatuselementtien 14 kaasun virtaussuunnassa toiselle puolelle, lähtöpuolelle 18, muodostuu vastaavalla tavalla kiilamaisesti avautuvia rinnakkaisia tiloja 22.

[0024] Suodatinlaitteen 10 reunimmaisia suodatinelementtejä lukuun ottamatta jokaiset kaksi vierekkäistä suodatinelementtiä on yhdistetty toisiinsa kaasun virtaussuunnassa ensimmäiseltä reunalta 14.1 ensimmäisellä päätyosalla 24. Ensimmäinen päätyosa ulottuu katto-osan 12” ja pohjaosan 12’ välillä siten, että suodatinelementtien liityntä toisiinsa on oleellisesti kaasutiivis.

[0025] Vastaavalla tavalla suodatinlaitteen 10 kaksi vierekkäistä suodatinelementtiä on yhdistetty toisiinsa kaasun virtaussuunnassa toiselta reunalta 14.2 toisella päätyosalla 26. Myös toinen päätyosa ulottuu katto-osan 12” ja pohjaosan 12’ välillä siten, että suodatinelementtien liityntä toisiinsa on oleellisesti kaasutiivis. Käytännössä suodatinelementtien kiinnitykseen runkorakenteeseen 12 ja päätyosiin tehdään edullisesti liimaamalla, jolloin suodatinlaite muodostaa yhtenäisen kokonaisuuden. Molemmat, sekä ensimmäinen että toinen päätyosa ovat oleellisesti kaa-sutiiviitä ja niiden liitos suodatinelementteihin on oleellisesti kaasutiivis.

[0026] Toisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys L26 on suurempi kuin ensimmäisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys l_24. Tämä vaikuttaa sulkeutuvan tilan 20 ja suodatinelementin 14 virtausominaisuuksiin painehäviötä alentaen. Tällöin voidaan suodatinelementin paksuus s valita riittävän suureksi kuitenkaan aiheuttamatta liiallista paine-eron kasvua suodatinlaitteen ylitse. Edullisesti toisen pääty-osan suodatinelementtejä erottava leveys L26 määritellään suhteessa suodatinelementin pituuteen Lu. Edullisesti leveys L26 on 4 - 10% suodatinelementin pituudesta. Järjestämällä toisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys L26 tällä tavoin leveämmäksi kuin ensimmäisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys voidaan suodatinelementin paksuutta kasvattaa suuremman jäykkyyden aikaansaamiseksi pai-nehäviön kuitenkaan kasvamatta liiallisesti.

[0027] Kuviossa 3 on esitetty eräs koe-esimerkki keksinnön mukaisen kaasunsuodatinlaitteen toiminnasta. Kuviossa 4 on vaaka-akselilla suodatinlaitteen läpivirtaavan ilman nopeus (m/s) ja pystyakselilla painehä-viö. Viitenumerolla 40 on esitetty mittaustulokset tekniikan tason mukaiselle kaasunsuodatinlaitteelle. Viitenumerolla 42 on esitetty mittaustulokset rakenteeltaan muutoin tekniikan tason mukaiselle suodatinelementille sillä erolla viitenumerolla 40 esitettyyn, että suodatinelementin paksuus on noin kaksinkertainen. Kuviosta on nähtävissä selkeästi suodatinelementin paksuuden kasvatus mittasarjojen 40, 42 välisenä paine-eron kasvuna.

[0028] Viitenumerolla 41 on esitetty mittaustulokset erään keksinnön suoritusmuodon mukaiselle kaasunsuodatinlaitteelle, jossa suodatinele-mentin paksuus on sama kuin mittasarjan 42 antavassa suodatinlaittees-sa, mutta jossa toisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys l_26 on suurempi kuin ensimmäisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys L24. Mittasarjan 41 antavassa suodatinelementissä toisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys on noin 5% suodatinele-mentin pituudesta.

[0029] Viitenumerolla 41’ on esitetty mittaustulokset erään suoritusmuodon mukaiselle kaasunsuodatinlaitteelle, jossa toisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys L26 on noin 12 % suodatinelementin pituudesta. Jotta keksinnön vaikutukset ovat edullisimmillaan, on suodatinelementin toisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys 4-10 % suodatinelementin pituudesta Lu.

[0030] Kuvion 3 kuvaamissa käytännön kokeissa on havaittu, että toisen päätyosan suodatinelementtejä erottava leveys on edullisesti noin 20 -40 mm.

[0031] On huomattava, että edellä on esitetty vain muutamia keksinnön edullisimpia suoritusmuotoja. Siten on selvää, että keksintö ei ole rajoitettu edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan soveltaa monin tavoin oheisten vaatimusten määrittämissä puitteissa. Eri suoritusmuotojen yhteydessä esitettyjä piirteitä voidaan keksinnön perusajatuksen puitteissa niin ikään käyttää muiden suoritusmuotojen yhteydessä ja/tai yhdistellä esitetyistä piirteistä erilaisia kokonaisuuksia, mikäli niin halutaan ja tekniset mahdollisuudet tähän ovat olemassa.

Claims (6)

1. Kaasunsuodatinlaite, joka käsittää runkorakenteen (12), joka käsittää oleellisesti kaasutiiviin katto-osan (12”) ja pohjaosan (12’), joiden väliin on järjestetty tasomaisia suodatuselementtejä (14) siten, että suodatuselementit muodostavat virtaavan kaasun tulopuolelle (16) useita kiilamaisesti sulkeutuvia rinnakkaisia tiloja (20) ja samanaikaisesti virtaavan kaasun lähtöpuolelle useita kiilamaisesti avautuvia rinnakkaisia tiloja (22), ja jossa vierekkäisiä suodatuselementtejä (14) on yhdistetty toisiinsa kaasun virtaussuunnassa ensimmäiseltä reunaltaan katto-osalta (12”) pohja-osaan (12’) ulottuvalla ensimmäisellä päätyosalla (24), ja kaasun virtaussuunnassa toiselta reunaltaan katto-osalta pohja-osaan ulottuvalla toisella päätyosalla (26), ja jossa toisen päätyosan suodatinelementtejä (14) erottava leveys (Ι_2β) on suurempi kuin ensimmäisen päätyosan suodatinelementtejä (14) erottava leveys (L24), tunnettu siitä, että suo-datinelementtien kiinnitys runkorakenteen (12) katto-osaan (12”) ja pohjaosaan (12’) ja päätyosiin (24,26) on järjestetty liimaamalla suodatinlaite yhtenäiseksi kokonaisuudeksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasunsuodatinlaite, tunnettu sitä, että suodatinelementti (14) muodostuu suodatinmateriaalista vekkaamalla aikaansaadusta tasomaisesta elementistä, jonka paksuus (S) on yli 10 % suodatinelementin pituus (Lu).

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kaasunsuodatinlaite, tunnettu siitä, että suodatinlaitteella on kaasun virtaussuunnassa tulopuolella (16) ja poistopuolella (18) otsapinnat, ja että tulopuolen otsapinnasta ensimmäisen päätyosan (24) peittämän pinta-alan osuus on pienempi kuin poistopuolen otsapinnasta toisen päätyosan (26) peittämän pinta-alan osuus.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kaasunsuoda-tinelementti, tunnettu siitä, että toisen päätyosan (26) suodatinelement-tejä erottava leveys on noin 4 - 10% suodatinelementin pituudesta (Lu).

5. Menetelmä kaasunsuodatinlaitteen valmistamiseksi, jossa menetelmässä oleellisesti kaasutiiviin katto-osan (12”) ja pohjaosan (12’) väliin järjestetään useita tasomaisia suodatuselementtejä (14) siten, että suodatuselementit järjestetään muodostamaan viilaavan kaasun tulopuolelle (16) kiilamaisesti sulkeutuvia rinnakkaisia tiloja (20), jotka rajoittuvat yhtäältä katto-osaan ja pohja-osaan ja toisaalta suodatuselement-teihin, ja jossa menetelmässä suodatuselementit (14) järjestetään muodostamaan samanaikaisesti virtaavan kaasun lähtöpuolelle kiilamaisesti avautuvia rinnakkaisia tiloja (22), ja jossa ainakin kaksi vierekkäistä suo-datuselementtiä (14) yhdistetään toisiinsa kaasun virtaussuunnassa ensimmäiseltä reunaltaan (14.1) katto-osalta pohja-osaan ulottuvalla ensimmäisellä päätyosalla (24), ainakin kaksi vierekkäistä suodatusele-menttiä yhdistetään toisiinsa kaasun virtaussuunnassa jälkimmäiseltä, toiselta reunaltaan (14.2) katto-osalta pohja-osaan ulottuvalla toisella päätyosalla (26), jonka toisen päätyosan (26) suodatinelementtejä erottava leveys (Ι_2β) järjestetään suuremmaksi kuin ensimmäisen päätyosan (24) suodatinelementtejä erottava leveys (L24), tunnettu siitä, että suo-datinelementit on liimattu runkorakenteen (12) katto-osaan (12”) ja pohjaosaan (12’) ja päätyosiin (24,26) yhtenäiseksi kokonaisuudeksi.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu sitä, että kaksi vierekkäistä suodatuselementtiä (14) yhdistetään toisiinsa kaasun virtaussuunnassa jälkimmäiseltä, toiselta reunaltaan (14.2) etäisyyden päähän toisistaan, joka etäisyys on 4-10% suodatinelementin pituudesta (Lu).