气体过滤系统的制作方法

1.示例性实施例涉及气体过滤领域，并且具体地涉及增加旋流器以便在气体进入过滤器元件之前移除颗粒。


背景技术：

2.过滤器的用途非常多。在一种示例中，为了使得自然的气体或其他流体运动，离心式压缩机使用容纳在外壳内的旋转盘或叶轮来增加过程气体的压力。通过受到外部马达驱动的旋转轴来提供盘/叶轮的旋转。轴能够配合到承载盘/叶轮的压缩机的转子。干气体密封件在转子进入外壳处或附近围绕转子以便形成防止过程气体从该位置逸出的密封件。为了正确操作，这样的密封件需要具有干净的无污染气体，并且过滤器和过滤器系统被用于帮助确保气体的品质。
3.在干气体密封件情况以及其他情况中，为了减少或者消除流体/污染物，能够提供分液（knock-out）过滤器以便使得液体与气体分离。
4.这样的过滤器通常包括具有入口的外部外壳，气体通过该入口被接收并且被引导通过过滤器介质。这些过滤器从气体移除小颗粒和大颗粒二者。


技术实现要素：

5.公开了一种气体过滤系统和过滤气体的方法。公开的实施例能够被用于气体将要被过滤的任意位置。一种示例是过滤在干气体密封件中使用的气体。另一些示例包括在任意碳氢化合物运输或精炼过程中过滤气体。
6.在一种实施例中，公开一种气体过滤系统。系统包括过滤器和过滤器外壳。过滤器外壳围绕或以其他方式装纳过滤器并且具有入口和出口。过滤器也具有入口（过滤器入口）。旋流分离器被置于至过滤器容器的入口和过滤器容器之间。旋流器通过旋流适配器和锥体形成。旋流适配器可以是转弯适配器的形式。轴衬被提供在入口和旋流器入口之间。轴衬在入口处接收流体并且以促进在锥体内的圆形空气运动的方式将该流体提供到旋流分离器中。在一种实施例中，轴衬具有圆形入口，该圆形入口在轴衬的出口处改变成正方形或矩形形状。出口能够是偏轴的以便促进气体打旋。
7.在一种实施例中，公开了包括允许气体进入系统的入口和气体通过其离开系统的出口的气体过滤系统。系统也包括：过滤器，其包括过滤器介质，该过滤器介质限定中空内部区域，随着气体从入口流动到出口，该气体进入该中空内部区域内；以及流动矫直器，其被置于入口和中空内部区域之间，使得在气体进入中空内部区域之前，气体的流动路径穿过流动矫直器。系统也包括旋流分离器，其联接在入口和过滤器之间，旋流分离器在气体到达流动矫直器之前使得气体打旋。
8.在任何之前的系统中，旋流分离器能够包括旋流适配器和轴衬，并且适配器包括与过滤器配合的配合元件。
9.在任何之前的系统中，流动矫直器能够位于适配器中或者过滤器中。
10.在任何之前的系统中，轴衬能够位于入口和适配器之间，并且使得在入口处提供的气体在适配器的内部容积内打旋。
11.在任何之前的系统中，系统能够进一步包括围绕过滤器和旋流分离器的封罩，并且轴衬能够穿过封罩。
12.在任何之前的系统中，轴衬能够包括圆形入口和矩形出口。
13.在任何之前的系统中，进入入口的气体在入口方向上进入并且在与入口方向不同的出口方向上离开出口。在一种示例中，在入口方向和出口方向之间为角度α。
14.在任何之前的系统中，轴衬能够具有纵向轴线，并且适配器具有纵向轴线，并且轴衬的纵向轴线与适配器的纵向轴线交叉。
15.也公开了一种过滤气体的方法，其包括：提供气体至气体过滤系统的入口以允许气体进入系统；使得气体穿过旋流分离器以便向气体施加打旋运动；在使得气体穿过旋流分离器之后，使得气体穿过流动矫直器；在使得气体穿过流动矫直器之后，将气体引导到过滤器的内部中空区域，该过滤器包括限定中空内部区域的过滤器介质；使得气体在中空内部区域内部穿过过滤器；以及将已经穿过过滤器的气体提供到气体密封装置。
16.根据任何之前的方法，旋流分离器能够包括旋流适配器和轴衬，并且适配器包括与过滤器配合的配合元件，其中使得气体穿过旋流分离器包括：使得气体穿过轴衬以便在适配器的内部容积内施加打旋运动。
17.根据任何之前的方法，气体系统能够进一步包括围绕过滤器和旋流分离器的封罩，其中随着气体穿过轴衬，其也穿过封罩。
18.根据任何之前的方法，轴衬能够包括圆形入口和矩形出口，并且进入入口的气体在入口方向上进入并且在与入口方向不同的出口方向上离开出口。在入口方向和出口方向之间能够建立角度α。
19.根据任何之前的方法，轴衬能够具有纵向轴线，并且适配器具有纵向轴线，并且轴衬的纵向轴线与适配器的纵向轴线交叉。
20.本实用新型还公开了如下技术方案：
21.方案1. 一种气体过滤系统，包括：
22.入口，其允许气体进入所述系统；
23.出口，气体通过所述出口离开所述系统；
24.过滤器，其包括限定中空内部区域的过滤器介质，随着气体从所述入口流动到所述出口，气体进入所述中空内部区域内；
25.流动矫直器，其设置在所述入口和所述中空内部区域之间，使得在所述气体进入所述中空内部区域之前，所述气体的流动路径穿过所述流动矫直器；以及
26.旋流分离器，其联接在所述入口和所述过滤器之间，所述旋流分离器在气体到达所述流动矫直器之前使得气体打旋。
27.方案2. 根据方案1所述的气体过滤系统，其中，所述旋流分离器包括旋流适配器和轴衬，并且所述适配器包括与所述过滤器配合的配合元件。
28.方案3. 根据方案2所述的气体过滤系统，其中，所述流动矫直器位于所述适配器中。
29.方案4. 根据方案2所述的气体过滤系统，其中，所述流动矫直器位于所述过滤器
中。
30.方案5. 根据方案2所述的气体过滤系统，其中，所述轴衬位于所述入口和所述适配器之间，并且使得所述入口处提供的所述气体在所述适配器的内部容积内打旋。
31.方案6. 根据方案2所述的气体过滤系统，进一步包括围绕所述过滤器和所述旋流分离器的封罩，其中，所述轴衬穿过所述封罩。
32.方案7. 根据方案2所述的气体过滤系统，其中，所述轴衬包括圆形入口和矩形出口。
33.方案8. 根据方案7所述的气体过滤系统，其中，进入所述入口的气体在入口方向上进入，并且在与所述入口方向不同的出口方向上离开所述出口。
34.方案9. 根据方案8所述的气体过滤系统，其中，在所述入口方向和所述出口方向之间为角度α。
35.方案10. 根据方案2所述的气体过滤系统，其中，所述轴衬具有纵向轴线，并且所述适配器具有纵向轴线，并且所述轴衬的所述纵向轴线与所述适配器的所述纵向轴线交叉。
36.方案11. 一种过滤气体的方法，所述方法包括：
37.提供气体至气体过滤系统的入口以允许气体进入所述系统；
38.使得所述气体穿过旋流分离器以便向所述气体施加打旋运动；
39.在使得所述气体穿过所述旋流分离器之后，使得所述气体穿过流动矫直器；
40.在使得所述气体穿过所述流动矫直器之后，将所述气体引导到过滤器的内部中空区域，该过滤器包括限定所述中空内部区域的过滤器介质；
41.使得所述气体在所述中空内部区域内部穿过所述过滤器；以及
42.将已经穿过所述过滤器的所述气体提供到所述气体密封装置。
43.方案12. 根据方案11所述的方法，其中，所述旋流分离器包括旋流适配器和轴衬，并且所述适配器包括与所述过滤器配合的配合元件，其中，使得所述气体穿过所述旋流分离器包括：使得所述气体穿过所述轴衬以便在所述适配器的内部容积内施加所述打旋运动。
44.方案13. 根据方案12所述的方法，进一步包括围绕所述过滤器和所述旋流分离器的封罩，其中，随着所述气体穿过所述轴衬，所述气体也穿过所述封罩。
45.方案14. 根据方案13所述的方法，其中，所述轴衬包括圆形入口和矩形出口，并且进入所述入口的气体在入口方向上进入，并且在与所述入口方向不同的出口方向上离开所述出口。
46.方案15. 根据方案14所述的方法，其中，在所述入口方向和所述出口方向之间为角度α。
47.方案16. 根据方案15所述的方法，其中，所述轴衬具有纵向轴线，并且所述适配器具有纵向轴线，并且所述轴衬的所述纵向轴线与所述适配器的所述纵向轴线交叉。
附图说明
48.以下描述不应被视为以任何方式限制。参考附图，类似元件被类似地编号：
49.图1示出能够与这里描述的旋流器结合的气体过滤系统的示例；
50.图2是能够在包括旋流分离器的气体过滤系统中使用的封罩的示例；
51.图3a和图3b示出具有关于适配器及其轴衬的细节的旋流分离器的不同剖切立体图；
52.图4a是根据一种实施例的流动矫直器的俯视图；
53.图4b是根据一种实施例的流动矫直器的剖切立体图；
54.图4c示出可以在根据一种实施例的流动矫直器中实施的流动通路的示例；
55.图4d是根据一种实施例的流动矫直器的立体图；
56.图4e是图4d的流动矫直器的一部分的放大图；
57.图5是根据一种实施例的过滤器的示例的横截面；以及
58.图6a和图6b示出能够在一些实施例的过滤器中实施的梯形孔；
59.图7示出能够被应用到这里公开的任意类型的孔的圆形孔之间的间距的变化；
60.图8和图9分别示出具有圆形孔和梯形孔的变化设置的过滤器；以及
61.图10a和图10b示出形成旋流分离器的一部分的轴衬的不同视图。
具体实施方式
62.本文参考附图通过示例而非限制来给出对所公开的设备和方法的一种或更多种实施例的详细描述。
63.许多先前的过滤器组件包括一个或更多个过滤器外壳并且通常针对其预期目的工作良好。每个外壳围绕从气体移除液体的过滤器元件。
64.为了在此说明实施例，图1中示出了气体过滤系统（或者过滤器组件）100。这种系统能够被修改以包括这里公开的旋流器。
65.过滤器组件100包括两个过滤器外壳102、104。这里的实施例能够包括具有单个过滤器外壳或多于两个的过滤器外壳的过滤器组件。当提供两个过滤器外壳时，过滤器组件100可以被称为双过滤器组件。不管构造如何，过滤器组件均包括入口106和出口108。在正常操作中，气体在入口106处进入过滤器组件100并且在出口108处离开其。随着气体从入口106行进到出口108，其将穿过过滤器外壳102、104中的至少一个。通常，在操作期间，气体将仅穿过过滤器外壳102、104中的一个。当然，在穿过组件100的同时，气体将穿过在过滤器外壳102、104中的任意过滤器的过滤器介质。
66.虽然没有在图1中被具体示出，不过过滤器组件100能够包括传送阀107，其选择气体穿过哪个过滤器外壳102、104。当正更换一个过滤器外壳中的过滤器元件时具有两个过滤器外壳102、104能够允许不间断地操作过滤器组件100。即，当过滤器外壳102（也被称为第一过滤器外壳102）中的过滤器元件正被更换时，气体将穿过另一过滤器外壳104（也被称为第二过滤器外壳104）。
67.第一过滤器外壳102包括第一过滤器外壳入口120和第一过滤器外壳出口122。类似地，第二过滤器外壳104包括第二过滤器外壳入口130和第二过滤器外壳出口132。第一和第二过滤器外壳入口120、130与过滤器组件100的入口106流体连通。如上文讨论的，在操作期间转向阀将气体引导到第一和第二过滤器外壳入口120、130中的一个。第一和第二过滤器外壳出口122、132与过滤器组件100的出口108流体连通。
68.每个过滤器外壳102、104包括被置于其内的过滤器元件140。在操作中，从入口106
流到出口108的气体将穿过一个过滤器元件。
69.过滤器元件140包括中空内部区域142。每个过滤器外壳102、104包括将相应过滤器外壳入口120、130流体连接到其内包含的过滤器元件140的适配器。如所示，第一过滤器外壳102包括第一适配器160并且第二过滤器外壳104包括第二适配器162。如所示，第一和第二适配器160、162彼此不同地构造。在这里包括两个过滤器外壳的任意实施例中，第一和第二适配器能够是相同类型。即，在一种实施例中，第一和第二过滤器外壳102、104二者能够包括第一适配器160或者在另一实施例中二者能够包括第二适配器162。
70.如图1大体所示，适配器将使得进入它们的流动a/b方向改变90度。转弯越急，则能够产生更多涡旋。因此，在一种实施例中，第一适配器160将被选择成其具有更加平缓的转弯。
71.虽然图1中示出了某些适配器，不过这里公开了向过滤器元件140中提供流体（例如，气体）的不同方法。如图2所示，不是经由适配器160提供，而是经由旋流器200提供流体。图2中所示的过滤器外壳200能够代替图1中所示的任一个或两个外壳。
72.如前所述，在这里的实施例中，过滤器外壳200能够包括过滤器组件，该过滤器组件包括单个过滤器外壳200或两个以上的过滤器外壳。在正常操作中，气体在入口106处进入过滤器组件并且在出口108处离开。随着气体从入口106行进到出口108其将穿过过滤器外壳200。
73.过滤器外壳200包括过滤器外壳入口202和过滤器外壳出口204。过滤器外壳入口202与入口106流体连通，并且过滤器外壳出口204与出口108流体连通。
74.如前所述，过滤器外壳200包括被置于其内的过滤器元件140。在操作中，从入口106流到出口108的气体将穿过过滤器元件140。
75.外壳200也包括在其内形成的旋流分离器220。旋流分离器220包括旋流适配器240、锥体241和旋流器轴衬242。在气体被提供到过滤器之前，旋流分离器220可以从气体移除液体或固体。虽然图2中未示出，不过应该理解的是，在外壳200内能够提供移除这样的液体/固体的排出件。
76.如所示，旋流适配器240和锥体241被形成为不同件。不过，它们可以是单件。旋流适配器240的大小和构造被设计成使得其能够与过滤器元件140配合。旋流适配器240和过滤器元件140中的一个能够包括被支撑在其内的流动矫直器250。流动矫直器250在下文将被更具体讨论，并且通常被提供用于移除或减少通过旋流分离器220增加到穿过系统的气体的圆形或漩涡运动。
77.锥体241被成形且设置在外壳200内使得进入外壳200的流体能够根据图2中的弯曲箭头大体所示的路径而围绕锥体241的内部打旋且之后进入过滤器元件140。如将理解的，这样的打旋路径能够使得在流体穿过适配器240并进入过滤器140之前从流体移除液体或固体颗粒。在图2中，打旋路径大体被示为内漩涡243和外漩涡244。这样的流动在本领域中被大体称为旋流。
78.适配器240用于将锥体231连接到过滤器元件140并且能够保持流动矫直器250。也提供被置于入口106和旋流分离器220之间的轴衬245。
79.图3a和图3b示出了被连接到轴衬245的旋流分离器220的剖切立体图。适配器240包括适配器入口302和出口304，来自入口106的气体能够通过该适配器入口302进入旋流分
离器220，并且气体能够通过该出口304离开旋流器。适配器240也包括气体出口管306，其被置于适配器的内部容积v内并且将内部容积v连接到出口304。虽然未示出，不过出口304的外侧能够包括螺纹或其他紧固手段以便连接到过滤器元件140。
80.将理解的是，旋流分离器220位于腔室200内并且大小被设计成接触腔室200的壁。作为参考在图3b中以假想线大致示出了腔室200的一部分。轴衬245被置于入口106和适配器入口302之间并且流体连接这二者。
81.如图3b所示，轴衬245具有中央纵向轴线a。旋流分离器220也具有纵向轴线b。在典型的现有技术旋流器中，这两个轴线不交叉，相反，现有技术入口是切向入口。然而，由于轴衬的某些改进，其能够提供一种纵向轴线a，其使得旋流分离器220的纵向轴线b与轴衬245的中央纵向轴线a相交。这能够允许利用标准外壳200。
82.如图3b所示，气体以打旋方式离开出口304。打旋特性能够导致产生涡流并且气体中能够产生局部湍流区域。这样的涡流和局部湍流区域能够导致气体在过滤器元件中且在过滤器介质上的不均等分布。不均等流动能够使得过滤器元件上的压力损失并且也影响凝聚效率并增加过滤器下游液滴再次夹带的风险。
83.图4a示出能够被包括在过滤器外壳200中的流动矫直器250的俯视图。流动矫直器250在一种实施例中位于过滤器元件140中或者在另一种实施例中位于旋流适配器220中。
84.不管位置如何，流动矫直器250均包括外周边402。在一种实施例中，外周边402是圆的，不过可以想到其他形状。如所示，外周边402围绕矫直区域404，该矫直区域404包括在其内形成的多个流动通路并且可以被称为流动矫直通路。通路410大体包括由分隔壁界定的中空流动区域。随着气体流动通过流动矫直器250，减少或消除了气体中的打旋漩涡样式。
85.外周边402包括内壁412，其限定流动矫直器250的流动矫直区域404的直径d。
86.如图4b所示，流动矫直器250的流动矫直区域404具有厚度t。在任意实施例的过滤器中，厚度t被限定在流动矫直区域404的两个相反侧面450、452之间。这两个侧面450、452是基本平坦的并且在一种实施例中限定平行平面。这两个平行侧面彼此间隔开（例如，厚度t）以便施加所需“矫直”量。这不同于例如具有不平坦侧面的交织线网。
87.在一种实施例中，t是（0.12）d。当然，可以存在其他比。例如，t能够小于0.2 d。在另一实施例中，0.05 d《t《0.2 d。
88.在具体实施例中，在一种实施例中，d是31.5毫米并且t是3.7毫米。
89.在图4b中通路410是蜂窝形的。如图4c所示，蜂窝形通路410能够在相反侧面之间具有距离d
hc
。在一种实施例中d
hc
是大约2毫米。每个蜂窝形通路410能够具有壁厚wt。在一种实施例中，wt在0.15毫米和0.30毫米之间。在一种实施例中，wt是大约0.25毫米。
90.在图4b中，外周边402包括高度h以及第一和向外突起440、442二者。在一种实施例中，高度h能够被限制成使得其与流动矫直器250的矫直区域404的厚度t相同。图4d中示出了这种流动矫直器250的示例。从图4d所示的实施例，将理解到在任意实施例中向外突起中的一个或两个是可选的。
91.在替代性实施例中且如图4e所示，不是具有蜂窝图案，而是矫直通路410能够是圆形的。在这种实施例中，厚度t能够与直径具有相同或类似的关系，如上所述。在具体实施例中，t是3.7毫米。在这些通路之间的壁430在一种实施例中具有大约0.1毫米的最大厚度。
92.不管如何成形，如上文讨论的，流动矫直器250均能够位于任一适配器160、162中或者位于过滤器元件140中。
93.图5示出根据一种实施例的过滤器元件140的示例。过滤器元件140包括配合区域502，其包括一个或更多个配合元件504以便与之前描述的旋流适配器相配合。如所示，配合元件504是螺纹。在一种实施例中，配合区域由金属形成。
94.参考图1和图5二者，过滤器元件140包括过滤器介质144，其至少能够从过程气体过滤出流体。过滤器介质144限定中空内部区域142，气体在向外穿过过滤器介质144之前进入该中空内部区域142（分别由箭头e和f指示）。
95.在这种示例中，过滤器元件140包括流动矫直器250。流动矫直器250能够是任一之前公开的流动矫直器或其变型。流动矫直器250被设置在过滤器元件140内，使得进入中空内部区域142的任意气体首先穿过流动矫直器250。具体地，流动矫直器250被置于中空内部区域142的“上游”，使得在气体在操作期间能够进入中空内部区域或穿过过滤器介质144之前气体穿过流动矫直器250。如上文讨论的，以这种方式操作增强了经过过滤器元件140（即，在中空内部区域142中）的流动。这能够在所有区域中、而不仅在通向中空内部区域142的入口510（在此也被称为过滤器元件入口）附近，导致在过滤器介质144中和通过过滤器介质144的改进的流动分布。
96.中空内部区域142包括直径d和长度l。这两个值之间的比（l/d）小于5并且在一种实施例中具体地在4和5之间。在另一实施例中，其在4.2和4.6之间。这样的比已经被建模为在中空内部区域的长度l上具有更均匀的流动分布。这不同于使用小直径和相对较大长度以增加表面面积的现有技术方法。即，在现有技术中，l/d通常远大于5。
97.上文讨论了具有蜂窝或圆形孔的不同类型的过滤器构造。这些形状不是唯一的可能形状。例如，孔可以具有任意几何形状，包括但不限于图6a中所示的梯形孔602。相关地，如图6b所示，孔可以是包括圆角的梯形孔604。孔602、604均具有长边602a、604a和短边602b、604b。长和短边在每幅图中分别具有长度la/lb。当被形成为过滤器中时，长边602a、604a比短边602b、604b更靠近外周边402。
98.进一步应该理解的是，在任意实施例中，随着孔从流动矫直过滤器250的中心进一步向外移动，孔的大小能够增加。这在图7中被示出，其中每个后续的径向向外孔（例如，702a、702b、702c）具有更大直径（da、db、dc）。在图7中，外周边402在图的左侧，并且过滤器的中心大体由中心点704示出。同样，在相继的径向向外孔702之间的距离能够是恒定的、减小或者增加的。在图7中，间距是恒定的，但是这不意味着是限制性的。同样的间距和大小调整能够被应用到这里描述的所有类型的孔。在图7中，示出了一些特定尺寸，不过它们仅是说明性的。
99.图8和图9分别针对圆形孔和梯形孔示出了这些设置中的一些。
100.图10a和图10b示出根据一种实施例的轴衬245的不同视图。轴衬245包括入口1000和出口1002。在入口1000处进入轴衬245的流体大体沿着纵向轴线a行进并且在不同方向上离开出口1002。方向变化在图10b中由两个箭头示出。如图3a最佳所示，方向能够分离角度α，并且这种分离能够导致在适配器中的打旋流动而不需要具有切向定位的适配器入口。
101.如图10a和图10b所示，入口1000是大体圆形的并且出口1002是大体矩形的。出口1002是大体偏心的并且可以不与出口面1006的中心线c交叉。
102.术语“大约”旨在包括与基于提交申请时可用的设备的具体量的测量相关的误差程度。
103.本文中使用的术语只是为了说明特定实施例的目的，且并不旨在限制本公开。如这里所用，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文明确指出是单个。将进一步理解，当用于本说明书时，术语“包括”和/或“包含”表明存在所列出的特征、整数、步骤、操作、整体物和/或部件，但是不排除存在或还有一个或更多个其他特征、整体物、步骤、操作、元件、部件和/或其集合。
104.虽然已经参考一个或更多个示例性实施例描述了本公开，不过本领域技术人员将理解在不背离本公开范围的情况下可以做出各种修改并且其元素可以被等价物替代。此外，在不背离其实质范围的情况下可以对本公开的教导做出许多改良以便适应具体情况或材料。因此，本公开不旨在被限制于被公开为被设想用于执行本公开的最佳模式的具体实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。