DE3730980C2 - Mit einer Selbstreinigungseinrichtung ausgestatteter Filterapparat für einen Gasstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Filterapparat nach dem Ober­ begriff von Anspruch 1.

Ein Filterapparat dieser Art ist aus der US-PS 2,474,478 bekannt. Bei diesem bekannten Filterapparat wird die Ab­ luft eines Textilmaschinensaales durch ein Sieb hindurch geführt, auf dessen Zuströmseite sich Fasern und Staub ab­ setzen.

Das Sieb bildet hierbei den Mantel einer dauernd umlaufen­ den zylindrischen Trommel, deren Inneres mit der Saugseite eines Gebläses verbunden ist. An die Druckseite des Ge­ bläses ist die gegen die Abströmseite des Siebes gerichte­ te stationäre Blasdüse angeschlossen. Das der Blasdüse ge­ genüberliegende ebenfalls stationäre Mundstück ist Teil eines Auffangkastens, an welchen eine Leitung zum Weg­ führen der vom Sieb abgeblasenen Verunreinigungen ange­ schlossen ist.

Der vorerwähnte bekannte Filterapparat arbeitet insofern zufriedenstellend, als beim Durchtritt der Luft durch das Sieb nur ein kleiner Druckverlust in Kauf genommen werden muß und andererseits die Selbstreinigungseinrichtung das Sieb wirksam von den Fasern befreit; hat nämlich die Druckluft, die aus der Blasdüse austritt, die Fasern ein­ mal von der Sieboberfläche gelöst, so gelangen diese Fasern in den Auffangkasten und können sich am Sieb nicht erneut ablagern, wenn sie über die an dem Auffangkasten angeschlossene Leitung abgeführt werden. In bezug auf die Reinigung der Luft ist der bekannte Filterapparat aller­ dings nur beschränkt wirksam, indem insbesondere Staub am Sieb nur in geringem Ausmaß zurückgehalten wird. Werden höhere Anforderungen an den Reinheitsgrad der gereinigten Luft gestellt, so kommt der bekannte Filterapparat nicht in Betracht.

Zur Erreichung eines solchen höheren Reinheitsgrades wäre es notwendig, anstelle des Siebes ein entsprechendes Filtermedium einzusetzen, mit der Konsequenz, daß bei gleicher Geschwindigkeit und gleicher Anordnung ein er­ heblich vergrößerter Druckverlust eintreten würde, als mit einer entsprechenden unzulässigen Vergrößerung des Energieaufwandes für den Transport der Luft verbunden wäre. Alternativ müßte ein niedriger Druckverlust bei Verwendung eines solchen Filtermediums mit einer erheb­ lichen Vergrößerung der Filterfläche und damit mit einer erheblichen Vergrößerung des Raumbedarfes des Filter­ apparates erkauft werden, womit auch der apparative Aufwand zunehmen würde.

Aus der CH-PS 55 498 ist ein Luftfilter bekannt, der eine mit Filterstoff überzogene Trommel verwendet und mit einer Selbst­ reinigungseinrichtung ausgestattet ist. Der Filterstoff wird offensichtlich in genau der gleichen Weise verwendet, wie das Filtersieb des gattungsgemäßen Filterapparates und ist mit den gleichen Problemen hinsichtlich der Filterwirksamkeit behaf­ tet. Darüber hinaus erfordert die Verwendung eines Filtertuches anstelle des gattungsgemäßen Filtersiebes offensichtlich einen erhöhten konstruktiven Aufwand. So ist den Zeichnungen zu ent­ nehmen, daß das Filtertuch durch punktweise vom Trommelumfang vorstehende Halterungen getragen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einem Filter­ apparat der angegebenen Art die Filterfläche im Verhältnis zum Raumbedarf desselben in einem wesentlichen Ausmaß zu steigern und dabei die Selbstreinigungseinrichtung zu er­ leichtern.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens von Anspruch 1 gelöst.

Durch die Fältelung des Filtermediums, insbesondere eine Zick-Zack-Fältelung, kann bei einer gegebenen Abmessung des Filters offensichtlich eine massive Vergrößerung der Filterfläche erreicht werden. Dabei ist es allerdings überraschend, daß obwohl sich die Falten des Filterme­ diums zur Strömungsrichtung der Luft aus der Blasdüse als nur schwach angestellte Flächen darbieten, eine ver­ gleichsweise sehr gute Abreinigung des Filtermediums er­ reicht werden kann. Während eine abschließende Erklärung für diese überraschende Reinigungswirkung noch nicht vor­ handen ist, steht zu vermuten, daß sie einerseits mit einer Vibration in den Faltenflanken, die bei einem aus­ reichend starken Luftstrom von Auge sichtbar wird, in Zu­ sammenhang steht. Die Vibrationen tragen dann dazu bei, die Verunreinigung dadurch abzulösen, daß deren mechani­ scher Verbund unter sich und mit dem Filtermaterial aufge­ brochen wird. Es ist denkbar, daß die Reinigung durch die bei der Relativbewegung zwischen Filtermedium und Blasdüse sich ergebenden Veränderung der Druckbelastung an den Faltenflanken, zu denen die Blasdüse sich etwa parallel erstreckt, unterstützt wird.

Der Gasfilter des Filterapparates läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch aufbauen, daß eine Mehr­ zahl von Plattenelementen eine annähernd zusammenhängende Filterfläche bilden, wobei die Plattenelemente eben sind, und das Filtermedium in diesen zickzackförmig verläuft. Solche Plattenelemente sind bekannt, und werden beispiels­ weise in der Reinraumtechnik zum Aufbau von Filterdecken von Räumen verwendet.

Eine in bezug auf den Raumbedarf vorteilhafte Ausgestaltung des Gasfilters liegt darin, daß die Filterfläche den Umfangsmantel einer Filtertrommel bildet, der im Querschnitt ein regelmäßiges Vieleck darstellt, wobei die Längsachse der Filtertrommel rechtwinklig zum Querschnitt verläuft. Dabei ist vorzugsweise die Filtertrommel, die als Prisma ausgebildet sein kann, um ihre Längsachse drehbar gelagert, wobei Blasdüse und Saugmundstück stationär angeordnet sind. Es hat sich dabei gezeigt, daß wenn die Eckenzahl des Pris­ mas größer als etwa zehn gewählt wird, die Abstandsverän­ derung zwischen den Filterplatten und der Blasdüse einer­ seits und dem Mundstück andererseits, die beim Umlauf des Prismas eintritt, für die Reinigungswirkung vernachlässig­ bar ist.

Nachfolgend ist eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterapparates für die Reinigung der Ansaugluft einer Gasturbinenanlage anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Filter­ apparate;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Filtertrommel, und

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab gezeichnet einen Aus­ schnitt aus Fig. 2.

Mit 1 ist in der Zeichnung ein Filterapparat bezeichnet, der an ein Eintrittsgehäuse 2 einer Gasturbinenanlage (nicht dargestellt) angeschlossen ist. Der Filterapparat umfaßt einen im Querschnitt quadratischen länglichen Kasten 3, der mindestens an einer seiner Längsseiten 4 eine nicht gezeigte, z. B. mit einem Gitter bedeckte An­ saugöffnung für Umgebungsluft aufweist.

Im Innern des Kastens 3 ist eine längliche ein Gasfilter bildende Filtertrommel - allgemein mit 5 bezeichnet - ange­ ordnet, deren Längsachse mit der Längsachse des Kastens 4 etwa zusammenfallend verläuft. Die zum Eintrittsgehäuse 2 hin offene Filtertrommel 5 weist zwei an ihrem Umfang ver­ laufende, voneinander in Längsrichtung distanzierte Lauf­ ringe 6 und 7 auf, mit welchen dieselbe auf Paaren von drehbaren Rollen 8 abgestützt ist. Die am Kasten 4 in nicht dargestellter Weise gelagerten Rollen 8 bilden Dreh­ lager der Filtertrommel 5, an deren luftdichter Stirnwand 9 ein schematisch dargestellter die Antriebsmittel bilden­ der Drehantrieb 10 angreift. Der Drehantrieb 10, der sei­ nerseits an der Stirnwand 11 des Kastens 4 befestigt ist, kann beispielsweise einen mit einem Untersetzungsgetriebe versehenen Elektromotor umfassen, wobei ein an der An­ triebswelle des Getriebes vorgesehenes Ritzel mit einem an der Stirnwand 9 der Filtertrommel 5 vorgesehenen Zahnkranz (nicht dargestellt) kämmen kann.

Im Inneren der Filtertrommel 5 verläuft parallel zu deren Längsachse und benachbart der Innenseite des Umfangsman­ tels 12 derselben eine Blasdüse 13 (Fig. 2), die aus einem Rohr 14 radial gegen den Umfangsmantel 12 gerichtet aus­ mündet. Die Blasdüse 13 erstreckt sich mit dem Rohr 14 zu­ sammen über die volle Länge des Umfangsmantels 12 und steht über das Rohr 14 an ihrem der Stirnwand 9 abgekehr­ ten Ende mit einer Druckluftquelle 15 in Verbindung.

Benachbart der Außenseite des Umfangmantels 12 und parallel zur Längsachse der Filtertrommel 5 erstreckt sich über die volle Länge der Blasdüse 13 ein diesem gegenüber­ liegend angeordnetes längliches Saugmundstück 16, das ge­ gen den Umfangsmantel offen ist. Das Saugmundstück mündet in ein Absaugrohr 17 ein, das an seinem der Stirnwand 11 zugekehrten Seitenende mit einer Unterdruckquelle 18 ver­ bunden ist. Über deren Öffnung 19 steht die Unterdruck­ quelle 18 mit einem nicht dargestellten Abscheider-Sammler für Verunreinigungen in Verbindung, der außerhalb des Kastens 3 angeordnet ist.

An seinem dem Eintrittsgehäuse 2 zugekehrten Ende weist der Kasten 3 eine Trennwand 20 auf, die eine etwa dem In­ nendurchmesser des Laufringes 6 entsprechend kreisrunde Öffnung (nicht dargestellt) besitzt. Die Öffnung ist konzentrisch zur offenen Stirnseite der Filtertrommel an­ geordnet, wobei zwischen Laufring 6 und Trennwand 20 eine den Laufspiel-Spalt abdichtende Dichtung vorgesehen ist.

Wie aus den Fig. 2 und 3 deutlicher ersichtlich ist, bil­ det der Umfangsmantel 12 der Filtertrommel 5 erfindungsgemäß ein Prisma, das im dargestellten Ausführungsbei­ spiel zwölf Ecken aufweist. Die Seiten des Prismas sind von Längsreihen von rechteckigen ebenen Plattenelementen 21 gebildet, wobei die Plattenelemente der Reihen unter­ einander in nicht näher dargestellter Weise luftdicht verbunden sind. An ihren Längsseiten sind die Plattenele­ mente 21 an Längsstegen 22 abgestützt und befestigt, die parallel zur Längsachse der Filtertrommel verlaufen und gleichzeitig die Laufringe 6 und 7 und die Stirnwand 9 miteinander verbinden. Dabei sind die lösbar befestigten Plattenelemente 21 entlang ihren Längsseiten mit den Längsstegen 22 sowie die entsprechenden Plattenelemente entlang den Breitseiten untereinander und mit den Lauf­ ringen bzw. der Stirnwand 9 luftdicht verbunden und bilden mithin eine zusammenhängende Filterfläche. Jedes Platten­ element 21 ist aus einem in Zickzackform gefalteten Staub­ filtermedium, z. B. aus Glasfaserzellulose, und einem das­ selbe luftdicht einfassenden Rahmen gebildet. Solche auch als Plattfilter bezeichnete Elemente sind bekannt und wer­ den mit gleicher Art und ähnlicher Qualität des Filterme­ diums, beispielsweise in der Reinraumtechnik, z. B. bei Filterdecken von Reinräumen verwendet. Solche Filter­ platten 21 weisen nahe benachbarte Falten mit von diesem begrenzten relativ tiefen Taschen auf, wobei die Flanken­ teile der Falten zueinander nahezu parallel verlaufen. Be­ nachbarte Flankenteile der Falten sind durch über die Länge der Falten verteilt angeordnete Abstandshalter mit­ einander verbunden, die die Taschen überbrücken und in Längsrichtung unterteilen. Die Falten 23 des Filtermediums welche in Fig. 3 schematisch dargestellt sind, verlaufen in Längsrichtung der Plattenelemente und damit parallel zur Längsachse der Filtertrommel; somit erstrecken sich die Falten ebenfalls parallel zur Längsachse des Austritt­ schlitzes der Blasdüse 13. Mit 24 sind die zwischen den Falten 23 liegenden Taschen bezeichnet.

Die Blasdüse 13, das Rohr 14 und die Druckluftquelle 15 sowie das Saugmundstück 17 mit den Teilen 17 und 18 gehö­ ren gemeinsam zur Selbstreinigungseinrichtung des Filter­ apparates, die überdies den Antrieb 10 sowie eine nicht dargestellte Steuerschaltung für denselben umfaßt, um die Filtertrommel 5 entweder periodisch oder in Abhängigkeit vom Druckabfall im Innern der Filtertrommel jeweils für eine Umdrehung in Drehung zu setzen und wieder anzuhalten. Die Steuerschaltung wirkt ebenfalls auf die Druckluft­ quelle 15 und die Unterdruckquelle 18 ein, um diese für die Dauer der Drehung der Trommel in Betrieb zu setzen. Die Blasdüse 13 und das Mundstück 16 sind über die Teile 14 und 17 in nicht dargestellter Weise am Kasten 3 abge­ stützt.

Im Betrieb der Gasturbinenanlage wird Frischluft ange­ saugt, die nach Eintritt in den Kasten 3 am Umfang der Filtertrommel 5 verteilt durch das Filtermedium der Plattenelemente 21 hindurchströmt und aus dem Innern der Filtertrommel in das Eintrittsgehäuse 2 gelangt. Beim Durchtritt der Luft durch das Filtermedium werden in dieser enthaltene Verunreinigungen wie z. B. Sand und Staub unter Ablagerung an dessen Außenseite zurückgehalten. Wenn beispielsweise der Druckabfall durch zunehmende Be­ setzung des Filtermediums mit Verunreinigungen bei fort­ gesetztem Betrieb ein bestimmtes Maß erreicht hat, wird die Selbstreinigungseinrichtung über die Steuerschaltung in Betrieb gesetzt.

Bei der Drehung der Filtertrommel wandern die Falten 23 des Filtermediums unter der radial gerichteten Blasdüse 13 durch, wobei die Falten 23 bzw. deren die Taschen 24 be­ grenzenden Flanken vom Druckluftstrom nacheinander auf ihrer ganzen Länge (entgegengesetzt zum Frischluftstrom) beaufschlagt werden. Es zeigt sich im Betrieb, daß zumin­ dest in den Faltenflanken Schwingungen entstehen, da der Luftstrom bei dieser Beaufschlagung infolge seiner haupt­ sächlich radialen Richtung in die Taschen 24 eindringt. Dabei lösen sich die an der Außenseite des Filtermediums angelagerten Verunreinigungen von dessen Oberfläche, so daß diese von der in das Saugmundstück eintretenden Luft mitgerissen und abgeführt werden können.

Die Wirksamkeit der Selbstreinigungseinrichtung ist sehr hoch, was schon aus den langen Standzeiten der Plattenele­ mente ersichtlich ist. Selbstverständlich sind relativ hohe Ausblasgeschwindigkeiten aus der Düse, vorzugsweise größer als 80 m/sek sowie eine langsame Relativbewegung zum Filtermedium, z. B. cm/sek, notwendig, um eine aus­ reichende Reinigung zu erzielen.

Wie die vorstehenden Erläuterungen zeigen, ist der Auf­ wand, den die Selbstreinigungseinrichtung mit sich bringt, verglichen mit der Größe der wirksamen Filterfläche klein; diese Filterfläche kann im Vergleich mit dem Filter einer zylindrischen Umfangsfläche gleicher Abmessungen leicht das Zwanzig- bis Dreißigfache überschreiten.

Dank der lösbaren Befestigung der Plattenelemente lassen sich diese im Falle einer Beschädigung einzeln austau­ schen. Die Plattenelemente könnten selbstverständlich auch eine Krümmung aufweisen, deren Radius dem Radius einer be­ stimmten Filtertrommel entspricht. Andererseits wäre es auch denkbar, die Plattenelemente zu einer Filterwand oder -decke zusammenzubauen und die Blasdüse und das Saugmund­ stück entlang derselben fahrbar anzuordnen.

Der erfindungsgemäße Filterapparat kann offensichtlich auch zur Reinigung eines anderen Gases als Luft eingesetzt werden.

Claims (7)

1. Mit einer Selbstreinigungseinrichtung ausgestatteter Filterapparat für einen Gasstrom, mit einem im Gas­ strom angeordneten Gasfilter, dem in bezug auf die Strömungsrichtung des Gasstromes eine entgegengesetzt gerichtete, schlitzförmige Blasdüse nachgeschaltet und ein dem Gasfilter zugekehrtes, der Blasdüse gegenüber angeordnetes Mundstück vorgeschaltet ist, wobei Mund­ stück und Blasdüse gemeinsam relativ zum Gasfilter quer beweglich und Antriebsmittel zur Erzeugung der Relativbewegung vorgesehen sind, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gasfilter mindestens ein Plattenelement (21) mit einem Falten (23) bildenden Feinstaubfilterme­ dium umfaßt und daß die Blasdüse (13) sich etwa parallel zu den Falten des Filtermediums über deren Länge erstreckt und die Richtung der Relativbewegung quer zu den Falten verläuft, wobei das Mundstück (16) mit einer Unterdruckquelle verbunden ist.

2. Filterapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Plattenelementen (21) eine an­ nähernd zusammenhängende Filterfläche (5) bilden, und die Plattenelemente eben sind.

3. Filterapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterfläche den Umfangsmantel einer Filter­ trommel (5) bildet, der im Querschnitt ein regelmäßiges Vieleck darstellt, wobei die Längsachse der Filtertrommel rechtwinklig zum Querschnitt verläuft.

4. Filterapparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsmantel ein Prisma darstellt, wobei die Filtertrommel (5) um deren Längsachse drehbar gelagert ist, wobei Blasdüse (13) und Saugmundstück (16) sta­ tionär angeordnet sind.

5. Filterapparat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strömungsrichtung des Gasstromes durch den Mantel des Hohlkörpers von außen nach innen verläuft.

6. Filterapparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung vorgesehen ist, um die An­ triebsmittel (10) zur Drehung der Filtertrommel um mindestens einen Teil ihres Umfanges zu veranlassen sowie weitere Mittel, um während der Drehbewegung der Blasdüse Druckgas zuzuführen und am Saugmundstück die Unterdruckquelle zur Einwirkung zu bringen.

7. Filterapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Filterfläche (5) bildenden Plattenelemen­ te (21) lösbar miteinander verbunden sind.