KR20220140752A - 필터 세정 시스템용 펄스 노즐 - Google Patents

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Abstract

필터 세정 시스템용 노즐은 입구 개구 및 출구 개구를 갖는 스터브 부분, 및 스터브 부분의 하류에 위치된 스플리터 부분을 갖는다. 스플리터 부분은 3개 이상의 상이한/개별 기류에서 스터브 부분 출구를 빠져나가는 공기 유동을 지향시키도록 배열된 편향기 표면을 갖고, 이 기류의 각각은 스터브 부분 출구 개구를 빠져나가는 공기 유동의 축방향으로부터 축방향 외향으로 경사지게 지향된다. 스플리터 노즐 부분의 다양한 파라미터는 요구되는 제트 형상 및 혼입 특성을 제공하도록 맞춤화될 수 있다. 노즐 디자인의 유리한 특징은 제트 혼입 및 유동의 재조합이 상이한 형상의 필터에 대해 지정될 수 있다는 것이다.

Description

필터 세정 시스템용 펄스 노즐
본 발명은 필터 세정 시스템용 펄스 노즐, 및 이러한 펄스 노즐을 사용하는 필터 세정 시스템에 관한 것이다.
공기 필터용 펄스 세정 시스템은 필터 내의 정상 공기 유동을 역전시키고 필터 매체로부터 먼지를 제거하기 위해 압축 공기의 짧은 펄스를 사용한다. 이러한 시스템은 역류 필터 세정 시스템이라 칭한다. 공기는 노즐을 통해 전달되는데, 노즐은 생성된 제트 내로의 혼입량 및 따라서 필터를 통한 역 공기 유동을 증가시키도록 특별히 설계될 수도 있다.
형성된 인벨로프 내의 주어진 필터 형상에 대한 세정 유동을 최적화/최대화하기 위해, 노즐의 형상과 분포 및 생성된 제트의 속도 프로파일을 고려해야 할 필요가 있다.
예를 들어, US 8440002에 개시된 것과 같은 피라미드 필터는 원통형 또는 원추형 필터에 통상적으로 사용되는 바와 같은, 원형 제트 또는 분기된 제트로 효과적으로 세정되지 않을 수도 있는 3면 또는 4면 구성을 사용한다. 또한, 혼입률을 증가시키는 것은 노즐 출구 평면과 필터 사이의 거리 및 따라서 필터 하우스의 전체 크기 및 비용을 감소시키면서, 노즐(들)이 효과적으로 세정되는 것을 가능하게 할 수도 있다.
US7195659는 도 11에 본 발명이 개선하고자 추구하는 펄스 노즐의 다양한 구성을 개시하고 있다.
이전의 작업은 원형 카트리지 필터의 노즐 디자인을 개선하기 위해 수행되었고 광범위한 상이한 디자인이 사용 중이다. 예시적인 디자인은 예를 들어 US7585343에 개시되어 있다.
US2007/0137151호에서, 노즐 구성은 대형 V 형상 필터에 대해 유사한 효과를 시도하기 위해 얇은 웨지를 가로질러 펄스 공기를 지향시키는 다수의 출구를 사용한다.
개선된 장치가 이제 안출되었다.
개선된 노즐은:
i) 입구 개구 및 출구 개구를 갖는 스터브 부분; 및
ii) 스터브 부분의 하류에 위치된 스플리터 부분으로서; 스플리터 부분은 3개 이상의 상이한/개별 기류에서 스터브 부분 출구를 빠져나가는 공기 유동을 지향시키도록 배열된 편향기 표면을 갖고, 이 기류의 각각은 스터브 부분 출구를 빠져나가는 공기 유동의 축방향으로부터 축방향 외향으로 경사지게 지향되는, 스플리터 부분을 포함한다.
각각의 기류를 지향시키는 편향기 표면은 실질적으로 평면형인 것이 바람직하다.
각각의 기류에 대해, 하나 이상의 교차점에서 만나는 2개 이상의 경사진 편향기 표면이 제공되는 것이 바람직하다.
교차점은 선형이고 바람직하게는 스터브 부분의 축방향으로부터 축방향 외향으로 경사지는 것이 바람직하다.
스터브 부분은 단일/공통 출구 개구를 갖고, 이 단일/공통 출구는 공기 유동을 각각의 편향기 표면 상으로 지향시키는 것이 바람직하다.
스터브 부분의 출구 개구는 원형 구멍을 포함하는 것이 바람직하다.
스플리터 부분은 상이한/개별 기류를 분리하기 위한 스페이서 섹션(브리지, 벽, 또는 웨브와 같은)을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
스페이서 섹션은 상이한/개별 기류의 인접한 편향기 표면 사이에서 연장하여 존재하는 것이 바람직하다.
스페이서 섹션은 스플리터 부분의 길이를 따라 종방향으로 연장되고 스터브 축으로부터 축방향 외향으로 경사지는 것이 바람직하다.
스페이서 섹션은 각각 동일한 경사각으로 축방향으로 경사지는 것이 바람직하다.
스페이서 섹션은 스터브 부분으로부터 연장되는 것이 바람직하다.
각각의 기류에 대한 편향기 표면은 기류 채널을 형성하는 것이 바람직하다.
각각의 기류 채널은 노즐의 다른 개별 기류 채널과 동일한 형상 및 구성을 갖는 것이 바람직하다.
스플리터 부분은 스터브 출구를 빠져나가는 공기 유동이 노즐의 종축을 따른 공통 지점에서 상이한/개별 기류로 분할되는 편향기 표면 선단 에지 구성을 갖는 것이 바람직하다.
스플리터 부분은 스터브 출구를 빠져나가는 공기 유동이 상이한/개별 기류로 분할되는 편향기 표면 선단 에지 구성을 갖고, 선단 에지는 스터브 부분의 출구 개구와 인접하여(또는 가깝게) 위치되는 것이 바람직하다. '가깝게'라는 것은 실질적으로 10 mm 이하의 거리로 이해되어야 한다.
스플리터 부분은 스터브 출구를 빠져나가는 공기 유동이 상이한/개별 기류로 분할되는 편향기 표면 선단 에지 구성을 갖고, 편향기 표면 선단 에지 구성은 스터브 부분의 출구 개구의 전체를 가로질러 횡방향으로 연장하는 것이 바람직하다.
노즐은 필터 세정 시스템의 부분으로서 제공되고 시스템은 압축 공기의 소스 및 압축 공기를 노즐로 전달하기 위한 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
시스템은 노즐로 전달되는 공기를 펄스화하기 위한 펄스화 시스템을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명이 이제 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 더 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 필터 세정 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 노즐의 실시예의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 노즐의 제2 실시예의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 노즐의 대안적인 구성의 노즐 기하학 구조의 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 예시적인 3방향 스플리터 노즐의 노즐 기하학 구조의 도면이다.
도 6은 도 3에 도시되어 있는 것과 같은 4방향 스플리터 노즐을 통한 단면도이다.
역류 펄스 필터 세정 시스템이 도 1에 도시되어 있다. 이 시스템은 예를 들어, 가스 터빈 시스템용 가스 흡입 시스템을 위해 제공된 필터 장치를 세정하기 위한 US7195659에 설명된 것과 같은 일반적으로 알려진 산업 용례와 관련하여 사용하기에 적합하다. 도 1에 도시되어 있는 역류 펄스 필터 세정 시스템은 그 각각이 블로우파이프(3)에 연결되어 있는 다수의 펄스 밸브(2)를 갖는 압축 공기 헤더(1)를 포함한다. 블로우파이프(3)는 압축 공기의 짧은 펄스를 하나 이상의 노즐(4)로 전달한다. 각각의 노즐은 단일 필터(5)를 통해 공기 유동을 역전시키는 이러한 방식으로 생성된 펄스 제트를 지향한다. 노즐은 새들(6으로 도시되어 있는 바와 같이)을 통해 블로우파이프의 측면에 부착되거나 블로우파이프의 개방 단부에 직접 결합될 수도 있다.
도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에서 노즐은 별형상 또는 피라미드형 웨지를 갖는 스플리터 노즐 부분(7) - 통상적으로, 그러나 비배타적으로, 3 또는 4개의 점/측면을 가짐 - 을 이용한다. 스플리터 노즐 부분(7)은 단일 수렴 또는 수렴-발산(통상적으로) 원형 스터브 노즐(8)의 유동 방향 하류에 배치된다. 스플리터의 선단 에지는 노즐 출구 평면과 일치하거나 하류에서 수(예를 들어, 5 내지 15) 밀리미터일 수도 있다. 스플리터는 단일 노즐에서 발생하는 유동을 편향시키고 노즐 축(9)으로부터 이격하여 각형성된 다수의(3개 이상) 스트림으로 분할하고, 따라서 전단층의 증가된 표면적으로 인해 증가된 혼입을 허용한다. 측면 플레이트 스페이서(10)는 스플리터를 스터브 노즐에 부착하는 데 사용될 수도 있다. 몇몇 구성에서, 이들은 또한 제트/기류 분리를 돕는다.
제트/기류가 발산하는 각도는, 이후에 재조합하여 비원형 단면을 갖는 단일 제트를 형성하는지 여부 및 경우에, 스플리터 각도, 길이, 위치, 단면 형상 및 (선택적으로) 측면 플레이트 스페이서(10)에 의해 제어된다. CFD 시뮬레이션 및 실험 테스트가 혼입비 및 제트 단면에 대한 이들 파라미터의 영향을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이 방식으로, 이들 파라미터의 특정 값을 갖는 노즐이 주어진 필터 크기 및/또는 형상에 대해 최적의 세정 유동을 제공하는 데 사용될 수 있다.
스플리터 노즐 부분(7)의 다양한 파라미터, 스터브 노즐 부분(8)으로부터의 간격 및 스터브 노즐 부분(8)의 기하학 구조는 요구되는 제트 형상 및 혼입 특성을 제공하도록 맞춤화될 수 있다. 노즐 디자인의 유리한 특징은 제트 혼입 및 유동의 재조합이 상이한 형상의 필터에 대해 지정될 수 있다는 것이다.
이제 도 2의 특정 노즐 구성을 참조하면, 장치는 블로우파이프(3)에 장착을 위한 새들(6)을 갖고, 축(9)은 블로우파이프(3)의 출구 구멍의 축과 동시 정렬된다. 스플리터 부분(7)은 측면 플레이트 스페이서(10)에 의해 스터브 노즐 부분에 장착되고 스플리터 부분(7)은 스터브 노즐 부분(8)을 빠져나가는 공기 유동의 축방향으로부터 축방향 외향으로 경사진 편향기 표면(7a, 7b)을 갖는다. 도 2에 도시되어 있는 장치에서, 스플리터 부분(7)의 편향기 표면은 스터브 노즐 부분(8)을 빠져나가는 실질적으로 모든 공기를 3개의 개별 스트림(A, B, C)으로 지향시키고, 이 기류의 각각은 스터브 노즐(8)을 빠져나가는 공기 유동의 축방향으로부터 축방향 외향으로 경사지게 지향된다. 개별 쌍의 편향기 표면(7a, 7b)은 각각의 기류(A, B, C)에 대해 개별 기류 채널을 효과적으로 형성한다. 따라서, 스터브 노즐(8)을 빠져나가는 실질적으로 모든 축방향 유동 공기는 3개의 공기 유동(A, B, C)의 각각에 대해 균일한 기류 방향으로 축방향 외향으로 편향된다(개별 각각의 기류 채널 내에서). 축방향 외향으로 경사진 편향기 표면(7a, 7b)은 또한 스터브 노즐 부분(8)을 빠져나가는 공기 유동의 축방향으로부터 축방향 외향으로 경사지는 종방향 연장 교차 라인(7c)에서 교차한다.
이 실시예에서, 개별 기류는 스터브 노즐 부분(8)의 단일 출구 개구와 인접한 스플리터 부분(7)의 공통 선단 에지(7d)에서 분리된다. 어느 정도로 이는 공통 선단 에지(7d)에서 공기 유동을 개별 기류(A, B, C)로 분리하는 스페이서 측면 플레이트(10)에 의해 향상된다. 각각의 기류(A, B, C)에 대한 편향기 표면(7a, 7b)은 교차 라인(7c) 및 측면 플레이트 스페이서(10)와 마찬가지로, 공통 경사각으로 경사진다. 측면 플레이트 스페이서(10)의 폭, 표면(7a, 7b) 및/또는 측면 플레이트 스페이서(10)의 경사는 주어진 유량에서 노즐에 대한 혼입 특성 및 하류 기류 재조합 특성을 수정하도록 맞춤화될 수 있다. 스플리터 노즐 부분(7)은 후단 에지(7e)를 갖고, 초기 제트/기류 궤적은 기류가 후단 에지(7e)를 통과하기 전에 편향기 표면(7a, 7b)에 의해 설정된다.
이 실시예는 삼각형 단면 테이퍼링 필터를 세정하도록 설계된 시스템에서 사용을 위해 특히 적합하다. 그러나, 실시예는 또한 원통형 또는 원추형 필터와 함께 사용하기에 적합하다.
도 3에 도시되어 있는 실시예는 피라미드 기하학 구조 필터와 같은 정사각형 단면 필터를 세정하는 데 특히 적합하고 도 2의 노즐 실시예와 많은 특성을 공유한다. 장치는 후단 에지(7e)에 대해 축방향 외향으로 경사진 평면형 편향기 표면(7f)으로 유도되도록 공기 유동을 지향시키는 스플리터 표면(7a, 7b)을 갖는 스플리터 부분(7)을 갖도록 배열된다. 도 3에 도시되어 있는 장치에서, 스플리터 부분(7)의 편향기 표면은 스터브 노즐 부분(8)을 빠져나가는 실질적으로 모든 공기를 4개의 개별 스트림(A, B, C, D)으로 지향시키고, 이 기류의 각각은 스터브 노즐(8)을 빠져나가는 공기 유동의 축방향으로부터 축방향 외향으로 경사지게 지향된다. 개별 그룹의 스플리터 및 편향기 표면(7a, 7b, 7f)은 각각의 기류(A, B, C, D)에 대해 개별 기류 채널을 효과적으로 형성한다. 따라서, 스터브 노즐(8)을 빠져나가는 실질적으로 모든 축방향 유동 공기는 4개의 공기 유동(A, B, C, D)의 각각에 대해 균일한 기류 방향으로 축방향 외향으로, 개별 각각의 기류 채널 내에서 편향된다. 이 실시예에서, 개별 기류는 스터브 노즐 부분(8)의 단일 출구 개구와 인접한 스플리터 부분(7)의 선단 에지(7d)에서 분리된다. 이는 선단 에지(7d)에서 공기 유동을 개별 기류(A, B, C, D)로 분리하는 스페이서 측면 플레이트(10)에 의해 향상/유지된다. 각각의 기류(A, B, C, D)에 대한 편향기 표면(7f)은 측면 플레이트 스페이서(10)와 마찬가지로, 공통 경사각으로 경사진다. 측면 플레이트 스페이서(10)의 폭, 표면(7f) 및/또는 측면 플레이트 스페이서(10)의 경사는 모두 주어진 유량에서 노즐에 대한 혼입 특성 및 하류 기류 재조합 특성을 수정하도록 맞춤화될 수 있다. 스플리터 노즐 부분(7)은 후단 에지(7e)를 갖고, 초기 제트/기류 궤적은 기류가 후단 에지(7e)를 통과하기 전에 편향기 표면에 의해 설정된다.
도 4는 공기 유동을 4개의 개별 기류(A, B, C, D)로 분할하는 데 사용될 수 있는 대안적인 노즐 스플리터 부분(7)의 기하학 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 장치는 스터브 노즐 부분(8)을 빠져나가는 공기 유동의 축방향으로부터 축방향 외향으로 경사진 편향기 표면(7a, 7b)을 갖는 스플리터 부분(7)을 갖도록 배열된다. 도 4에 도시되어 있는 장치에서, 스플리터 부분(7)의 편향기 표면은 스터브 노즐 부분(8)을 빠져나가는 실질적으로 모든 공기를 4개의 개별 스트림(A, B, C, D)으로 지향시키고, 이 기류의 각각은 스터브 노즐(8)을 빠져나가는 공기 유동의 축방향으로부터 축방향 외향으로 경사지게 지향된다. 개별 쌍의 편향기 표면(7a, 7b)은 각각의 기류(A, B, C, D)에 대해 개별 각각의 기류 채널을 효과적으로 형성한다. 따라서, 스터브 노즐(8)을 빠져나가는 실질적으로 모든 축방향 유동 공기는 4개의 공기 유동(A, B, C, D)의 각각에 대해 균일한 기류 방향으로 축방향 외향으로 편향된다(개별 각각의 기류 채널 내에서). 이 실시예에서, 개별 기류는 스터브 노즐 부분(8)의 단일 출구 개구와 인접한 스플리터 부분(7)의 선단 에지(7d)에서 분리된다. 이는 선단 에지(7d)에서 공기 유동을 개별 기류(A, B, C, D)로 분리하는 스페이서 측면 플레이트(10)에 의해 달성된다. 각각의 기류(A, B, C, D)에 대한 편향기 표면(7a, 7b)은 측면 플레이트 스페이서(10)와 마찬가지로, 공통 경사각으로 경사진다. 측면 플레이트 스페이서(10)의 폭, 표면(7a, 7b) 및/또는 측면 플레이트 스페이서(10)의 경사는 모두 주어진 유량에서 노즐에 대한 혼입 특성 및 하류 기류 재조합 특성을 수정하도록 맞춤화될 수 있다. 스플리터 노즐 부분(7)은 후단 에지(7e)를 갖고, 초기 제트/기류 궤적은 기류가 후단 에지(7e)를 통과하기 전에 편향기 표면에 의해 설정된다. 이 실시예에서, 측면 플레이트 스페이서(10)는 도 2의 실시예와 유사한 방식으로 스터브 부분(8) 부근의 비교적 더 좁은 부분으로부터 후단 에지(7e)를 향한 비교적 더 넓은 부분으로 테이퍼진다.
도 4의 노즐의 기하학 구조는 다음과 같은 파라미터에 의해 정의된다:
De 스터브 노즐 부분(8) 출구 직경
Lh 스플리터 노즐 부분(7) 절반 높이
Ls 스플리터 부분(7) 길이
Rs 스플리터 부분 선단 에지(7d)를 둘러싸는 원의 반경
Xo 스터브 노즐 부분(8) 출구 평면과 스플리터 노즐 부분(7) 선단 에지 사이의 축방향 거리
α1 스플리터 절반 각도
α 2 스플리터 발산 절반 각도
Rs > De/2
Tan(α) = Lh/Ls
이들 기하학적 파라미터는 각각의 이들 도면에 각각 도시되어 있는 노즐 디자인에 대해 도 5 및 도 6에 또한 식별되어 있다.
스플리터 노즐의 다양한 파라미터는 요구되는 제트 형상 및 혼입 특성을 제공하도록 맞춤화될 수 있다.
도 6에는 노즐을 통한 단면도를 통한 공기 유동이 도시되어 있다.

Claims (20)

  1. 필터 세정 시스템용 노즐이며,
    i) 입구 개구 및 출구 개구를 갖는 스터브 부분; 및
    ii) 스터브 부분의 하류에 위치된 스플리터 부분으로서; 스플리터 부분은 3개 이상의 상이한/개별 기류에서 스터브 부분 출구를 빠져나가는 공기 유동을 지향시키도록 배열된 편향기 표면을 갖고, 이 기류의 각각은 스터브 부분 출구를 빠져나가는 공기 유동의 축방향으로부터 축방향 외향으로 경사지게 지향되는, 스플리터 부분을 포함하는, 노즐.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 기류를 지향시키는 편향기 표면은 실질적으로 평면형인, 노즐.
  3. 제2항에 있어서, 각각의 기류에 대해, 하나 이상의 교차점에서 만나는 2개 이상의 경사진 편향기 표면이 제공되는, 노즐.
  4. 제3항에 있어서, 교차점은 선형이고 바람직하게는 스터브 부분의 축방향으로부터 축방향 외향으로 경사지는, 노즐.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 스터브 부분은 단일/공통 출구 개구를 갖고, 이 단일/공통 출구는 공기 유동을 각각의 편향기 표면 상으로 지향시키는, 노즐.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스터브 부분의 출구 개구는 원형 구멍을 포함하는, 노즐.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 스플리터 부분은 상이한/개별 기류를 분리하기 위한 스페이서 섹션을 갖도록 형성되는, 노즐.
  8. 제7항에 있어서, 스페이서 섹션은 상이한/개별 기류의 인접한 편향기 표면 사이에서 연장되는, 노즐.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 스페이서 섹션은 스플리터 부분의 길이를 따라 종방향으로 연장되고 스터브 축으로부터 축방향 외향으로 경사지는, 노즐.
  10. 제9항에 있어서, 스페이서 섹션은 각각 동일한 경사각으로 축방향으로 경사지는, 노즐.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 스페이서 섹션은 스터브 부분으로부터 연장되는, 노즐.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 기류에 대한 편향기 표면은 기류 채널을 형성하는, 노즐.
  13. 제12항에 있어서, 각각의 기류 채널은 노즐의 다른 개별 기류 채널과 동일한 형상 및 구성을 갖는, 노즐.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 스플리터 부분은 스터브 출구를 빠져나가는 공기 유동이 노즐의 종축을 따른 공통 지점에서 상이한/개별 기류로 분할되는 편향기 표면 선단 에지 구성을 갖는, 노즐.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 스플리터 부분은 스터브 출구를 빠져나가는 공기 유동이 상이한/개별 기류로 분할되는 편향기 표면 선단 에지 구성을 갖고, 선단 에지는 스터브 부분의 출구 개구와 인접하여 위치되는, 노즐.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 스플리터 부분은 스터브 출구를 빠져나가는 공기 유동이 상이한/개별 기류로 분할되는 편향기 표면 선단 에지 구성을 갖고, 편향기 표면 선단 에지 구성은 스터브 부분의 출구 개구의 전체를 가로질러 횡방향으로 연장하는, 노즐.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 노즐을 포함하는, 필터 세정 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 압축 공기의 소스 및 압축 공기를 노즐로 전달하기 위한 수단을 더 포함하는, 필터 세정 시스템.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 노즐로 전달되는 공기를 펄스화하기 위한 펄스화 시스템을 더 포함하는, 필터 세정 시스템.
  20. 제17항에 따른 필터 세정 시스템에 인접하여 필터 하우징에 장착된 필터를 포함하는, 필터 시스템.
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