帶有高溫聚合物保持帶的過濾元件及製造方法
2023-10-07 23:39:29
專利名稱：帶有高溫聚合物保持帶的過濾元件及製造方法
技術領域：
本發明的領域大體涉及高溫過濾元件，且更具體地講，涉及包括高溫聚合物保持 帶的高溫過濾元件。
背景技術：
一些已知的過濾元件具有帶皺褶的過濾介質，以用於從裝載有顆粒的流體流中過 濾顆粒，該流體流沿著一個方向移動經過過濾元件。一些已知的裝載有顆粒的流體流包括 與燃煤鍋爐、水泥窯及浙青廠相關的熱氣體流。這樣的熱氣體流可具有延長的、氣流溫度處 在從大約275° F至500° F(大約135°C至260°C)範圍內的時間段。還有，過濾元件經常 承受清潔流體脈衝，該脈衝沿著與裝載有顆粒的流體流移動的方向相反的方向以短時間段 移動經過過濾介質。這樣的過濾元件稱作「脈衝皺褶」過濾元件。為了防止過濾介質在暴 露於清潔流體脈衝期間的過度運動，一些過濾元件具有環繞著脈衝皺褶過濾元件的部分的 保持帶。用於脈衝皺褶過濾元件的一些已知的保持帶難以安裝到過濾元件上，並且可能不 會保留在其初始被安放的相對軸向位置上。例如，一些已知的保持帶必須以手動方式纏繞 在過濾元件的過濾介質周圍。這樣的保持帶通常以手動方式緊固，並且保持帶的端部交疊。 然後，保持帶的端部粘接或固定到一起，同時，所需的張力以手動方式保持在保持帶上。將保持帶保持在沿著過濾元件的預定的相對軸向位置上便於保護過濾介質在暴 露於清潔流體脈衝期間免於進行過度運動。這一點通常通過使用已知的粘接劑來實現。然 而，在保持帶上使用的粘接劑中的一些可能具有較短的預期壽命，尤其是處在一些熱氣流 工業應用中所使用的大約375° F至500° F(大約190°C至260°C )的升高溫度下時。
發明內容
在一方面，提供了一種用於從裝載有顆粒的流體流中移除顆粒的過濾元件。該過 濾元件包括過濾介質，該過濾介質形成為管狀構造以及多個沿周向間隔開的皺褶。該過濾 元件還包括至少一個熔融_擠制的保持帶，該保持帶圍繞著過濾介質沿周向延伸，以便在 直至大約500° F的操作溫度下限制過濾介質的徑向運動。各熔融_擠制的保持帶由可熔 融擠制的非結晶熱塑性聚醯亞胺形成。在另一方面，提供了一種製造過濾元件的方法，該過濾元件用於從裝載有顆粒的 流體流中移除顆粒。該方法包括提供形成為管狀構造並包括多個沿周向間隔開的皺褶的過 濾介質。該方法還包括圍繞著過濾介質的一部分沿周向擠出非結晶熱塑性聚醯亞胺，以便 形成保持帶，該保持帶在過濾介質周圍沿周向延伸，以便在直至大約500° F的操作溫度下 限制過濾介質的徑向運動。
圖1是一個示範性的過濾元件的示意透視圖。
3
圖2是顯示在圖1中的過濾元件的示意側視圖。圖3是沿著線3-3得到的顯示在圖2中的過濾元件的截面示意圖。圖4是一個備選的過濾元件的截面示意圖。圖5是一個示範性的擠制設備構造的示意側視圖，該擠制設備可用來製造顯示在 圖1-4中的過濾元件。圖6是顯示在圖5中的擠制設備構造的示意俯視圖。部件列表
具體實施例方式下面詳細描述了包括高溫聚合物保持帶的過濾元件及製造該過濾元件的方法。該 過濾元件適合在直至大約500° F(大約260°C)的熱氣體工業過濾應用中使用。保持帶由 擠制的非結晶熱塑性聚醯亞胺聚合物形成，或者由非結晶熱塑性聚醯亞胺聚合物與聚醚醯 亞胺聚合物或聚醚醚酮聚合物的混合物形成。保持帶在脈衝_噴射過濾集塵室環境中出現 的機械力下，提供帶皺褶的介質的剛性穩定條件。而且，擠制聚合物保持帶使過濾介質的單 獨的皺褶保持分開並且穩定。另外，來自熔融擠制的保持帶的帶皺褶的介質的穩定性，通過 減少彎曲和應力來提高過濾介質壽命及性能。參照附圖，圖1是一個示範性的過濾元件20的示意透視圖，圖2是過濾元件20的 示意側視圖，而圖3是過濾元件20的截面示意圖。過濾元件20可用來從沿著一個方向流 動經過過濾元件20的、裝載有顆粒的流體流中移除顆粒。在該示範性的實施例中，過濾元 件20尤其適合於在空氣汙染控制應用(包括但不限於從與燃煤爐相關的煙氣流中基本移 除顆粒物的集塵室)中使用。另外，在該示範性的實施例中，過濾元件20可操作地連接至 定位於集塵室的風室中的管板22。備選地，過濾元件20可在需要從流體流中移除顆粒的任何應用中使用。此外，過 濾元件20是「脈衝皺褶」型的過濾元件，其周期性地承受沿著與裝載有顆粒的流體流的流 動方向相反的方向流動的脈衝式的清潔流體。例如，在該示範性的實施例中，該脈衝式的清 潔流體是經壓縮的、高壓的、基本上無顆粒的空氣。備選地，脈衝式的清潔流體是便於過濾 元件20如本文所述的操作的任何流體。過濾元件20可在其大約3年的使用壽命中承受超 過300，000次清潔脈衝。過濾元件20包括過濾介質24，該過濾介質24形成為大體圓筒形的管狀構造，其具 有縱向中心軸線A。過濾介質24包括繞著過濾元件20的周緣25沿周向間隔開的多個皺 褶26。各皺褶26包括尖端42和一對側邊44，該尖端42形成於皺褶26的徑向最外部的位 置，該側邊44從各尖端42沿徑向向內延伸。安裝結構62位於過濾元件20的第一軸向端部部分。安裝結構62便於在形成於
5管板22中的開口 64處安裝及密封過濾元件20。開口 64便於裝載有顆粒的流體及脈衝流 體流流動經過過濾元件20。端罩66位於過濾元件20的沿軸向相對的第二軸向端部部分 處。在該示範性的實施例中，安裝結構62和端罩66由金屬材料製成，該金屬材料包括但不 限於經電鍍的鋼材料。備選地，結構62和端罩66由便於過濾元件20如本文所述的操作的 任何材料製成。過濾介質24通過安裝結構62和端罩66定位並保持在大體管狀的構造中。 可滲透的支承件68位於過濾介質24的徑向內部，以便防止過濾介質24在暴露於待過濾的 裝載有顆粒的流體流期間向內坍縮。過濾介質24中的皺褶26不一定堅硬及堅固，因此，在沒有約束器件的情況下，皺 褶26傾向於在清潔流體脈衝流動經過介質24期間沿徑向向外移動。過濾介質24的過渡的 徑向向外移動可降低過濾元件20的過濾效率。相鄰的皺褶26也可能坍縮，並在清潔脈衝 期間或在典型的過濾循環期間暫時彼此接合。當相鄰的皺褶26彼此接合時，清潔脈衝或過 濾操作可能將並非完全有效，因為經過過濾介質24的那部分的氣流可能暫時被堵塞。過濾 元件20包括多個保持帶82，以便繞著周緣25約束過濾介質24，以便於減少過濾介質24的 過度徑向運動或皺褶26的坍縮。保持帶82繞著過濾元件的周緣25延伸，並沿著過濾元件 20的長度等距離地定位。當承受周期性的清潔流體流時，保持帶82限制過濾介質24在沿 徑向向外的方向上的徑向運動，且由此限制皺褶爆裂或毀滅性的變形的可能性。保持帶82 還形成預定的間隔，並使相鄰的皺褶26繞著過濾元件20的周緣25保持處於預定的間隔。在該示範性的實施例中，各保持帶82由能夠承受較高溫度(在一個實施例中，直 至大約500° F (大約260°C )，而在另一個實施例中，從大約375° F至大約500° F (大約 190°C至大約260°C))操作的可熔融-擠制的聚合物材料製成。這樣的材料具有足夠的強 度、耐疲勞性、耐化學性及耐溫性，以限制過濾介質24在清潔脈衝期間的過度徑向運動，並 且從而使皺褶26的尖端24保持處於預定的間隔。例如，該可熔融_擠制的聚合物材料便 於在具有直至大約500° F(大約260°C )(例如從大約375° F至大約500° F(大約190°C 至大約260°C))的升高的操作溫度的環境中延長保持帶82的預定使用壽命。另外，保持帶 82便於在惡劣的操作環境中延長預定的使用壽命，該惡劣的操作環境包括但不限於定期暴 露於溼氣及腐蝕性的化學品中。在該示範性的實施例中，保持帶82由可熔融擠制的非結晶熱塑性聚醯亞胺聚合 物製成，該聚合物包括可熔融擠制的非結晶熱塑性聚醯亞胺聚合物與其它高溫聚合物(例 如聚醚醯亞胺和聚醚醚酮(PEEK))的混合物或共聚物。在一個實施例中，非結晶熱塑性聚 醯亞胺及聚醚醯亞胺或PEEK的混合物包括按重量計大約40%到少於大約100%的非結晶 熱塑性聚醯亞胺，在另一個實施例中，該混合物包括按重量計大約60%到少於大約100% 的非結晶熱塑性聚醯亞胺，且在另一個實施例中，該混合物包括按重量計大約80%到少於 大約100%的非結晶熱塑性聚醯亞胺。可熔融擠制的非結晶熱塑性聚醯亞胺聚合物可從 SABIC Innovative Plastics IP BV按商標EXTEM 商購獲得。可熔融擠制的聚醚醯亞 胺聚合物可從SABIC Innovative Plastics IP BV按商標ULTEM 商購獲得。PEEK聚合 物可從Victrex pic商購獲得。非結晶熱塑性聚醯亞胺與可熔融擠制的聚醚醯亞胺的一種 尤其適合的共聚物是可從SABIC Innovative Plastics IP BV商購獲得的KKTEM EXUM VHO173共聚物。表1列出了EXTEM EXUM VHO173共聚物的物理特性。 表 1在該示範性的實施例中，在持續浸入具有直至大約500° F(大約260°C )的溫度 的環境中時，保持帶82能夠承受超過300，000次清潔脈衝並繼續運行，使用壽命為大約三 年，而並不喪失其強度，並且不從其初始安放的位置沿著過濾元件20沿軸向移動。保持帶82圍繞著周緣25延伸，接合併粘接至皺褶26的尖端42。而且，保持帶82 可粘接至皺褶26的側邊44。這種接合使皺褶26的尖端42沿徑向向外的移動最小化，以便 於將皺褶26保持為處於其預定的間隔，而並不在暴露於壓力及清潔流體流的流動期間坍 縮而彼此抵靠。這種粘接便於保持帶82在其整個使用壽命中保持處在其初始安放的相對 軸向位置。在該示範性的實施例中，保持帶82在擠制操作期間被敷貼到過濾元件20上。保 持帶82在擠制操作期間粘接至過濾介質24，使其並不沿平行於軸線A的方向沿著過濾元件 20的周緣25移動。另外，在擠制操作期間，保持帶82的多個部分84形成，這些部分84至 少部分地延伸到各相鄰的皺褶26之間的區域中。形成部分84便於在皺褶26之間形成一 些結構，由此減輕相鄰的皺褶26彼此接合及坍縮的傾向。還有，部分84允許保持帶82如 上所述接合併粘接至皺褶26的尖端42和/或側邊44，使得保持帶82保持在預定的軸向位 置。敷貼至周緣25之後，保持帶82的聚合物材料冷卻，直到固化，使得保持帶82具有足以 承受在其使用壽命期間將暴露於其中的操作環境的硬度和強度。減輕保持帶82沿著周緣 25的縱向運動便於消除過濾介質24的機械磨損和磨蝕。這種磨蝕可通常在如本文所述的標準流動操作及脈衝式操作期間由帶82與介質24之間的過度及有害的縱向和徑向運動導致。圖4是一個備選的過濾元件90的截面示意圖。除了過濾元件90包括根據本發明 的另一個實施例的備選的保持帶92之外，過濾元件90類與過濾元件20類似。保持帶92 包括增強結構94，該增強結構94由任何適當的材料製成，包括(例如)編織的玻璃纖維氈 和其它適當的織物。增強結構94在擠制操作期間被引入。例如，在該示範性的實施例中， 增強結構94在通過將結構94壓入聚合物擠出物中而形成單個擠出通道之後大致立即被引 入。備選地，結構94在任何兩個單獨的擠出通道之間引入。圖5是示範性的聚合物施料裝置100的示意側視圖，該聚合物施料裝置100可用 來製造過濾元件20和90 (顯示在圖1-4中)。圖6是聚合物施料裝置100的示意俯視圖。 聚合物施料裝置100包括擠出機102、與擠出機102相對地定位的可樞轉的施料輥104、定 位於擠出機102與輥104之間的切斷機構106及與熱源、熔化的高溫可熔融擠制的聚合物 材料流體連通地聯接的施料桶120。在另一個實施例中，裝置100還包括用於施用增強結構 94(顯示在圖4中)的增強施料器。聚合物施料裝置100還包括支承機構122，在敷貼擠制的保持帶82期間，該支承 機構122保持過濾元件20，並使過濾元件20轉動。支承機構122包括安裝結構支持器124 和端罩支持器126。安裝結構支持器124大小設置成以摩擦配合的方式配合在過濾元件20 的安裝結構62中，並對過濾元件20的安裝結構62進行支承。端罩支持器126大小設置成 通過摩擦配合對過濾元件20的端罩66進行支承。支承機構122對過濾元件20進行定位， 使得過濾元件20的縱向中心軸線A沿著垂直於擠出機102的桶120的方向延伸。支持器 124或126中的任一個或兩個支持器可轉動地與驅動機構聯接，以便使受支承的過濾元件 20在擠出機102的桶120下方沿著如由圖5中所示箭頭R所顯示的順時針方向轉動。製造帶有保持帶82的過濾元件20的方法包括提供形成為多個皺褶26的具有大 致為管狀的構造的過濾介質24，其中多個皺褶26的各皺褶26之間具有預定的周向間隔。 該方法還包括將至少一個保持帶82連接到過濾介質24上。過濾元件20通過支承機構122保持在擠出機102附近。過濾元件20在擠出機 102的桶120下方轉動，同時，一條非結晶熱塑性聚醯亞胺聚合物擠出物144敷貼到過濾元 件20的周緣25上。施料輥104被加載到預定的力，使得聚合物擠出物144的部分84被強 迫進入過濾介質24的相鄰的皺褶26之間。施料輥104還迫使聚合物擠出物144接觸皺褶 26的尖端42和側邊44，以便接合併粘接到過濾介質24上。聚合物擠出物144隨後冷卻， 固化，以便形成保持帶82。在一個備選的實施例中，增強結構94被引入保持帶92中。將增強結構94引入保 持帶92中的一種方法是將第一層聚合物擠出物144敷貼至周緣25上。增強結構94通過 可選的增強施料器引入擠出物144中。施料輥104將織物增強結構94壓入第一層聚合物 擠出物144中。然後，後續的聚合物擠出物144層形成於增強結構94上以及周圍。將增強 結構94引入保持帶92中的另一種方法是使用如上所述大致類似的方法將增強結構94安 放在聚合物擠出物144任何兩個單獨的層之間。當聚合物擠出物144的沿周向相對的端部交疊時，切斷機構106啟動，以將大致平 行於如圖5中的雙箭頭所示的軸線A移動的聚合物擠出物144切斷。然後，施料輥104形成聯合的一件式保持帶82 (或90)，該保持帶82 (或90)基本保持在預定的軸向位置處，並 便於支承皺褶26，以及防止相鄰的皺褶26之間的接合。以上對與過濾元件相關的高溫帶的示範性的實施例進行了詳細描述。方法、裝置 和系統既不受限於本文所描述的具體實施例，也不受限於所示的具體過濾元件和帶。該書面描述使用實例來公開本發明，包括最佳模式，並且還使本領域的技術人員 能夠實踐本發明，包括製造及使用任何設備或系統，以及執行任何所結合的方法。本發明 的可獲得專利保護的範圍由權利要求限定，並且可包括本領域的技術人員所想到的其它實 例。如果這樣的實例具有與權利要求的字面語言沒有區別的結構元件，或者如果它們包括 與權利要求的字面語言沒有實質性差別的等效的結構元件，則這些其它實例意圖處於權利 要求的範圍內。
權利要求
一種過濾元件(20)，包括過濾介質(24)，所述過濾介質(24)形成為管狀構造，並包括多個沿周向間隔開的皺褶(26)；和至少一個熔融 擠制的保持帶(82，92)，所述保持帶(82，92)圍繞著所述過濾介質沿周向延伸，以在直至大約500°F的操作溫度下限制所述過濾介質的徑向運動，所述至少一個熔融 擠制的保持帶包括可熔融擠制的非結晶熱塑性聚醯亞胺。
2.根據權利要求1所述的過濾元件(20)，其特徵在於，所述過濾元件(20)還包括在所述過濾元件的第一軸向端部處的安裝結構(62)；以及 >在所述過濾元件的第二軸向端部處的端罩(66)，所述過濾介質(24)在所述安裝結構 與所述端罩之間延伸。
3.根據權利要求1所述的過濾元件(20)，其特徵在於，所述非結晶熱塑性聚醯亞胺包 括非結晶熱塑性聚醯亞胺聚合物與選自由聚醚醯亞胺聚合物和聚醚醚酮聚合物組成的組 的另一種聚合物的共聚物或混合物。
4.根據權利要求3所述的過濾元件(20)，其特徵在於，所述共聚物或混合物包括按重 量計大約40%到少於大約100%的所述非結晶熱塑性聚醯亞胺聚合物。
5.根據權利要求3所述的過濾元件(20)，其特徵在於，所述共聚物或混合物包括按重 量計大約80%到少於大約100%的所述非結晶熱塑性聚醯亞胺聚合物。
6.根據權利要求1所述的過濾元件(20)，其特徵在於，所述多個皺褶(26)中的至少一 個包括形成至少一個尖端(42)的一對大致傾斜的側邊，所述保持帶(82，92)聯接到所述尖 端中的至少一個上。
7.根據權利要求6所述的過濾元件(20)，其特徵在於，所述至少一個保持帶(82，92) 聯接到所述大致傾斜的側邊(44)中的至少一個上。
8.根據權利要求1所述的過濾元件(20)，其特徵在於，所述至少一個保持帶(82，92) 包括在相鄰的皺褶(26)之間延伸的部分。
9.根據權利要求1所述的過濾元件(20)，其特徵在於，所述至少一個保持帶(82，92) 還包括增強結構(94)。
10.根據權利要求1所述的過濾元件(20)，其特徵在於，至少一個所述熔融擠制的保持 帶(82，92)圍繞著所述過濾介質(24)沿周向延伸，以在大約375° F至大約500° F的操 作溫度下限制所述過濾介質的徑向運動。
全文摘要
本發明涉及帶有高溫聚合物保持帶的過濾元件及製造方法。提供了一種過濾元件(20)。該過濾元件(20)包括過濾介質(24)，過濾介質(24)形成為管狀構造，並包括多個沿周向間隔開的皺褶(26)以及至少一個熔融-擠制的保持帶(82，92)，該保持帶(82，92)圍繞著過濾介質沿周向延伸，以在直到大約500°F的操作溫度下限制過濾介質的徑向運動，該至少一個熔融-擠制的保持帶包括可熔融擠制的非結晶熱塑性聚醯亞胺。
文檔編號B29C47/02GK101898063SQ200910246418
公開日2010年12月1日 申請日期2009年11月20日 優先權日2008年11月21日
發明者A·斯米蒂斯, J·梅, T·戈帕庫馬 申請人:Bha控股公司