带有高温聚合物保持带的过滤元件及制造方法 技术领域 本发明的领域大体涉及高温过滤元件， 且更具体地讲， 涉及包括高温聚合物保持 带的高温过滤元件。
背景技术 一些已知的过滤元件具有带皱褶的过滤介质， 以用于从装载有颗粒的流体流中过 滤颗粒， 该流体流沿着一个方向移动经过过滤元件。一些已知的装载有颗粒的流体流包括 与燃煤锅炉、 水泥窑及沥青厂相关的热气体流。 这样的热气体流可具有延长的、 气流温度处 在从大约 275° F 至 500° F( 大约 135℃至 260℃ ) 范围内的时间段。还有， 过滤元件经常 承受清洁流体脉冲， 该脉冲沿着与装载有颗粒的流体流移动的方向相反的方向以短时间段 移动经过过滤介质。这样的过滤元件称作 “脉冲皱褶” 过滤元件。为了防止过滤介质在暴 露于清洁流体脉冲期间的过度运动， 一些过滤元件具有环绕着脉冲皱褶过滤元件的部分的 保持带。
用于脉冲皱褶过滤元件的一些已知的保持带难以安装到过滤元件上， 并且可能不 会保留在其初始被安放的相对轴向位置上。例如， 一些已知的保持带必须以手动方式缠绕 在过滤元件的过滤介质周围。 这样的保持带通常以手动方式紧固， 并且保持带的端部交叠。 然后， 保持带的端部粘接或固定到一起， 同时， 所需的张力以手动方式保持在保持带上。
将保持带保持在沿着过滤元件的预定的相对轴向位置上便于保护过滤介质在暴 露于清洁流体脉冲期间免于进行过度运动。这一点通常通过使用已知的粘接剂来实现。然 而， 在保持带上使用的粘接剂中的一些可能具有较短的预期寿命， 尤其是处在一些热气流 工业应用中所使用的大约 375° F 至 500° F( 大约 190℃至 260℃ ) 的升高温度下时。
发明内容
在一方面， 提供了一种用于从装载有颗粒的流体流中移除颗粒的过滤元件。该过 滤元件包括过滤介质， 该过滤介质形成为管状构造以及多个沿周向间隔开的皱褶。该过滤 元件还包括至少一个熔融 - 挤制的保持带， 该保持带围绕着过滤介质沿周向延伸， 以便在 直至大约 500° F 的操作温度下限制过滤介质的径向运动。各熔融 - 挤制的保持带由可熔 融挤制的非结晶热塑性聚酰亚胺形成。
在另一方面， 提供了一种制造过滤元件的方法， 该过滤元件用于从装载有颗粒的 流体流中移除颗粒。 该方法包括提供形成为管状构造并包括多个沿周向间隔开的皱褶的过 滤介质。该方法还包括围绕着过滤介质的一部分沿周向挤出非结晶热塑性聚酰亚胺， 以便 形成保持带， 该保持带在过滤介质周围沿周向延伸， 以便在直至大约 500° F 的操作温度下 限制过滤介质的径向运动。 附图说明
图 1 是一个示范性的过滤元件的示意透视图。图 2 是显示在图 1 中的过滤元件的示意侧视图。
图 3 是沿着线 3-3 得到的显示在图 2 中的过滤元件的截面示意图。
图 4 是一个备选的过滤元件的截面示意图。
图 5 是一个示范性的挤制设备构造的示意侧视图， 该挤制设备可用来制造显示在 图 1-4 中的过滤元件。
图 6 是显示在图 5 中的挤制设备构造的示意俯视图。
部件列表 ：
20 22 24 25 26 42 44 62 64 66 68 82 84 90 92 94 100 102过滤元件 管板 过滤介质 周缘 皱褶 尖端 侧边 安装结构 开口 端罩 可渗透的支承件 保持带 部分 过滤元件 保持带 增强结构 聚合物施料装置 挤出机4CN 101898063 A说104 106 120 122 124 126 144 施料辊 切断机构 下桶 支承机构 安装结构支持器 端罩支持器 聚合物挤出物明书3/7 页
具体实施方式 下面详细描述了包括高温聚合物保持带的过滤元件及制造该过滤元件的方法。 该 过滤元件适合在直至大约 500° F( 大约 260℃ ) 的热气体工业过滤应用中使用。保持带由 挤制的非结晶热塑性聚酰亚胺聚合物形成， 或者由非结晶热塑性聚酰亚胺聚合物与聚醚酰 亚胺聚合物或聚醚醚酮聚合物的混合物形成。保持带在脉冲 - 喷射过滤集尘室环境中出现 的机械力下， 提供带皱褶的介质的刚性稳定条件。 而且， 挤制聚合物保持带使过滤介质的单 独的皱褶保持分开并且稳定。 另外， 来自熔融挤制的保持带的带皱褶的介质的稳定性， 通过 减少弯曲和应力来提高过滤介质寿命及性能。
参照附图， 图 1 是一个示范性的过滤元件 20 的示意透视图， 图 2 是过滤元件 20 的 示意侧视图， 而图 3 是过滤元件 20 的截面示意图。过滤元件 20 可用来从沿着一个方向流 动经过过滤元件 20 的、 装载有颗粒的流体流中移除颗粒。在该示范性的实施例中， 过滤元 件 20 尤其适合于在空气污染控制应用 ( 包括但不限于从与燃煤炉相关的烟气流中基本移 除颗粒物的集尘室 ) 中使用。另外， 在该示范性的实施例中， 过滤元件 20 可操作地连接至 定位于集尘室的风室中的管板 22。
备选地， 过滤元件 20 可在需要从流体流中移除颗粒的任何应用中使用。此外， 过 滤元件 20 是 “脉冲皱褶” 型的过滤元件， 其周期性地承受沿着与装载有颗粒的流体流的流 动方向相反的方向流动的脉冲式的清洁流体。 例如， 在该示范性的实施例中， 该脉冲式的清 洁流体是经压缩的、 高压的、 基本上无颗粒的空气。备选地， 脉冲式的清洁流体是便于过滤 元件 20 如本文所述的操作的任何流体。过滤元件 20 可在其大约 3 年的使用寿命中承受超 过 300,000 次清洁脉冲。
过滤元件 20 包括过滤介质 24， 该过滤介质 24 形成为大体圆筒形的管状构造， 其具 有纵向中心轴线 A。过滤介质 24 包括绕着过滤元件 20 的周缘 25 沿周向间隔开的多个皱 褶 26。各皱褶 26 包括尖端 42 和一对侧边 44， 该尖端 42 形成于皱褶 26 的径向最外部的位 置， 该侧边 44 从各尖端 42 沿径向向内延伸。
安装结构 62 位于过滤元件 20 的第一轴向端部部分。安装结构 62 便于在形成于
管板 22 中的开口 64 处安装及密封过滤元件 20。开口 64 便于装载有颗粒的流体及脉冲流 体流流动经过过滤元件 20。端罩 66 位于过滤元件 20 的沿轴向相对的第二轴向端部部分 处。在该示范性的实施例中， 安装结构 62 和端罩 66 由金属材料制成， 该金属材料包括但不 限于经电镀的钢材料。备选地， 结构 62 和端罩 66 由便于过滤元件 20 如本文所述的操作的 任何材料制成。过滤介质 24 通过安装结构 62 和端罩 66 定位并保持在大体管状的构造中。 可渗透的支承件 68 位于过滤介质 24 的径向内部， 以便防止过滤介质 24 在暴露于待过滤的 装载有颗粒的流体流期间向内坍缩。
过滤介质 24 中的皱褶 26 不一定坚硬及坚固， 因此， 在没有约束器件的情况下， 皱 褶 26 倾向于在清洁流体脉冲流动经过介质 24 期间沿径向向外移动。 过滤介质 24 的过渡的 径向向外移动可降低过滤元件 20 的过滤效率。相邻的皱褶 26 也可能坍缩， 并在清洁脉冲 期间或在典型的过滤循环期间暂时彼此接合。当相邻的皱褶 26 彼此接合时， 清洁脉冲或过 滤操作可能将并非完全有效， 因为经过过滤介质 24 的那部分的气流可能暂时被堵塞。过滤 元件 20 包括多个保持带 82， 以便绕着周缘 25 约束过滤介质 24， 以便于减少过滤介质 24 的 过度径向运动或皱褶 26 的坍缩。保持带 82 绕着过滤元件的周缘 25 延伸， 并沿着过滤元件 20 的长度等距离地定位。当承受周期性的清洁流体流时， 保持带 82 限制过滤介质 24 在沿 径向向外的方向上的径向运动， 且由此限制皱褶爆裂或毁灭性的变形的可能性。保持带 82 还形成预定的间隔， 并使相邻的皱褶 26 绕着过滤元件 20 的周缘 25 保持处于预定的间隔。 在该示范性的实施例中， 各保持带 82 由能够承受较高温度 ( 在一个实施例中， 直 至大约 500° F( 大约 260℃ )， 而在另一个实施例中， 从大约 375° F 至大约 500° F( 大约 190℃至大约 260℃ )) 操作的可熔融 - 挤制的聚合物材料制成。这样的材料具有足够的强 度、 耐疲劳性、 耐化学性及耐温性， 以限制过滤介质 24 在清洁脉冲期间的过度径向运动， 并 且从而使皱褶 26 的尖端 24 保持处于预定的间隔。例如， 该可熔融 - 挤制的聚合物材料便 于在具有直至大约 500° F( 大约 260℃ )( 例如从大约 375° F 至大约 500° F( 大约 190℃ 至大约 260℃ )) 的升高的操作温度的环境中延长保持带 82 的预定使用寿命。 另外， 保持带 82 便于在恶劣的操作环境中延长预定的使用寿命， 该恶劣的操作环境包括但不限于定期暴 露于湿气及腐蚀性的化学品中。
在该示范性的实施例中， 保持带 82 由可熔融挤制的非结晶热塑性聚酰亚胺聚合 物制成， 该聚合物包括可熔融挤制的非结晶热塑性聚酰亚胺聚合物与其它高温聚合物 ( 例 如聚醚酰亚胺和聚醚醚酮 (PEEK)) 的混合物或共聚物。在一个实施例中， 非结晶热塑性聚 酰亚胺及聚醚酰亚胺或 PEEK 的混合物包括按重量计大约 40％到少于大约 100％的非结晶 热塑性聚酰亚胺， 在另一个实施例中， 该混合物包括按重量计大约 60％到少于大约 100％ 的非结晶热塑性聚酰亚胺， 且在另一个实施例中， 该混合物包括按重量计大约 80％到少于 大约 100％的非结晶热塑性聚酰亚胺。可熔融挤制的非结晶热塑性聚酰亚胺聚合物可从
SABIC Innovative Plastics IP BV 按商标商购获得。可熔融挤制的聚醚酰亚 商购获得。PEEK 聚合 EXUM胺聚合物可从 SABIC Innovative Plastics IP BV 按商标物可从 Victrex plc 商购获得。非结晶热塑性聚酰亚胺与可熔融挤制的聚醚酰亚胺的一种 尤其适合的共聚物是可从 SABIC Innovative Plastics IP BV 商购获得的 VH0173 共聚物。表 1 列出了
6EXUM VH0173 共聚物的物理特性。CN 101898063 A说特性 拉伸模量 拉伸强度 @ 屈服 特性 延伸率 @ 断裂 弯曲模量 弯曲应力 @ 屈服 热变形温度 缺口冲击 Rev- 缺口冲击强度 Rev- 缺口％延展性明书VH0173 3430 96.3 VH0173 42.7 2840 147 243 1.94 32.0 805/7 页单位 MPa MPa 单位 ％ MPa MPa ℃ Ft-lb/in Ft-lb/in ％
表1
在该示范性的实施例中， 在持续浸入具有直至大约 500° F( 大约 260℃ ) 的温度 的环境中时， 保持带 82 能够承受超过 300,000 次清洁脉冲并继续运行， 使用寿命为大约三 年， 而并不丧失其强度， 并且不从其初始安放的位置沿着过滤元件 20 沿轴向移动。
保持带 82 围绕着周缘 25 延伸， 接合并粘接至皱褶 26 的尖端 42。而且， 保持带 82 可粘接至皱褶 26 的侧边 44。这种接合使皱褶 26 的尖端 42 沿径向向外的移动最小化， 以便 于将皱褶 26 保持为处于其预定的间隔， 而并不在暴露于压力及清洁流体流的流动期间坍 缩而彼此抵靠。这种粘接便于保持带 82 在其整个使用寿命中保持处在其初始安放的相对 轴向位置。
在该示范性的实施例中， 保持带 82 在挤制操作期间被敷贴到过滤元件 20 上。保 持带 82 在挤制操作期间粘接至过滤介质 24， 使其并不沿平行于轴线 A 的方向沿着过滤元件 20 的周缘 25 移动。另外， 在挤制操作期间， 保持带 82 的多个部分 84 形成， 这些部分 84 至 少部分地延伸到各相邻的皱褶 26 之间的区域中。形成部分 84 便于在皱褶 26 之间形成一 些结构， 由此减轻相邻的皱褶 26 彼此接合及坍缩的倾向。还有， 部分 84 允许保持带 82 如 上所述接合并粘接至皱褶 26 的尖端 42 和 / 或侧边 44， 使得保持带 82 保持在预定的轴向位 置。敷贴至周缘 25 之后， 保持带 82 的聚合物材料冷却， 直到固化， 使得保持带 82 具有足以 承受在其使用寿命期间将暴露于其中的操作环境的硬度和强度。减轻保持带 82 沿着周缘 25 的纵向运动便于消除过滤介质 24 的机械磨损和磨蚀。这种磨蚀可通常在如本文所述的
标准流动操作及脉冲式操作期间由带 82 与介质 24 之间的过度及有害的纵向和径向运动导 致。
图 4 是一个备选的过滤元件 90 的截面示意图。除了过滤元件 90 包括根据本发明 的另一个实施例的备选的保持带 92 之外， 过滤元件 90 类与过滤元件 20 类似。保持带 92 包括增强结构 94， 该增强结构 94 由任何适当的材料制成， 包括 ( 例如 ) 编织的玻璃纤维毡 和其它适当的织物。增强结构 94 在挤制操作期间被引入。例如， 在该示范性的实施例中， 增强结构 94 在通过将结构 94 压入聚合物挤出物中而形成单个挤出通道之后大致立即被引 入。备选地， 结构 94 在任何两个单独的挤出通道之间引入。
图 5 是示范性的聚合物施料装置 100 的示意侧视图， 该聚合物施料装置 100 可用 来制造过滤元件 20 和 90( 显示在图 1-4 中 )。图 6 是聚合物施料装置 100 的示意俯视图。 聚合物施料装置 100 包括挤出机 102、 与挤出机 102 相对地定位的可枢转的施料辊 104、 定 位于挤出机 102 与辊 104 之间的切断机构 106 及与热源、 熔化的高温可熔融挤制的聚合物 材料流体连通地联接的施料桶 120。 在另一个实施例中， 装置 100 还包括用于施用增强结构 94( 显示在图 4 中 ) 的增强施料器。
聚合物施料装置 100 还包括支承机构 122， 在敷贴挤制的保持带 82 期间， 该支承 机构 122 保持过滤元件 20， 并使过滤元件 20 转动。支承机构 122 包括安装结构支持器 124 和端罩支持器 126。安装结构支持器 124 大小设置成以摩擦配合的方式配合在过滤元件 20 的安装结构 62 中， 并对过滤元件 20 的安装结构 62 进行支承。端罩支持器 126 大小设置成 通过摩擦配合对过滤元件 20 的端罩 66 进行支承。支承机构 122 对过滤元件 20 进行定位， 使得过滤元件 20 的纵向中心轴线 A 沿着垂直于挤出机 102 的桶 120 的方向延伸。支持器 124 或 126 中的任一个或两个支持器可转动地与驱动机构联接， 以便使受支承的过滤元件 20 在挤出机 102 的桶 120 下方沿着如由图 5 中所示箭头 R 所显示的顺时针方向转动。
制造带有保持带 82 的过滤元件 20 的方法包括 ： 提供形成为多个皱褶 26 的具有大 致为管状的构造的过滤介质 24， 其中多个皱褶 26 的各皱褶 26 之间具有预定的周向间隔。 该方法还包括将至少一个保持带 82 连接到过滤介质 24 上。
过滤元件 20 通过支承机构 122 保持在挤出机 102 附近。过滤元件 20 在挤出机 102 的桶 120 下方转动， 同时， 一条非结晶热塑性聚酰亚胺聚合物挤出物 144 敷贴到过滤元 件 20 的周缘 25 上。施料辊 104 被加载到预定的力， 使得聚合物挤出物 144 的部分 84 被强 迫进入过滤介质 24 的相邻的皱褶 26 之间。施料辊 104 还迫使聚合物挤出物 144 接触皱褶 26 的尖端 42 和侧边 44， 以便接合并粘接到过滤介质 24 上。聚合物挤出物 144 随后冷却， 固化， 以便形成保持带 82。
在一个备选的实施例中， 增强结构 94 被引入保持带 92 中。将增强结构 94 引入保 持带 92 中的一种方法是将第一层聚合物挤出物 144 敷贴至周缘 25 上。增强结构 94 通过 可选的增强施料器引入挤出物 144 中。施料辊 104 将织物增强结构 94 压入第一层聚合物 挤出物 144 中。然后， 后续的聚合物挤出物 144 层形成于增强结构 94 上以及周围。将增强 结构 94 引入保持带 92 中的另一种方法是使用如上所述大致类似的方法将增强结构 94 安 放在聚合物挤出物 144 任何两个单独的层之间。
当聚合物挤出物 144 的沿周向相对的端部交叠时， 切断机构 106 启动， 以将大致平 行于如图 5 中的双箭头所示的轴线 A 移动的聚合物挤出物 144 切断。然后， 施料辊 104 形成联合的一件式保持带 82( 或 90)， 该保持带 82( 或 90) 基本保持在预定的轴向位置处， 并 便于支承皱褶 26， 以及防止相邻的皱褶 26 之间的接合。
以上对与过滤元件相关的高温带的示范性的实施例进行了详细描述。方法、 装置 和系统既不受限于本文所描述的具体实施例， 也不受限于所示的具体过滤元件和带。
该书面描述使用实例来公开本发明， 包括最佳模式， 并且还使本领域的技术人员 能够实践本发明， 包括制造及使用任何设备或系统， 以及执行任何所结合的方法。本发明 的可获得专利保护的范围由权利要求限定， 并且可包括本领域的技术人员所想到的其它实 例。如果这样的实例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件， 或者如果它们包括 与权利要求的字面语言没有实质性差别的等效的结构元件， 则这些其它实例意图处于权利 要求的范围内。