(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械で使用されるようなパルスフィルタの除氷のための方法およびシステムを提供する。【解決手段】フィルタバッグが収縮位置にあるようにフィルタバッグをパルスフィルタ２０４に結合するステップであって、フィルタバッグは、フィルタバッグがパルスフィルタ２０４の空気流断面を占めるように、パルスフィルタ２０４に対して相補的形状を有し、フィルタバッグは、親水性材料、疎水性材料、または疎油性材料のうちの１つから構成される、ステップと、フィルタバッグが膨張してフィルタバッグの外面から氷を除去するように、ガスタービン１０４の動作中にパルスフィルタ２０４およびフィルタバッグを通して圧縮空気を脈動させるステップと、を含むことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンのタービン部品（１０４）への入口（２０２）内に配置されたパルスフィルタ（２０４）を除氷する方法であって、前記方法は、
フィルタバッグ（２２４）が収縮位置にあるように前記フィルタバッグ（２２４）を前記パルスフィルタ（２０４）に結合するステップであって、前記フィルタバッグ（２２４）は、前記フィルタバッグ（２２４）が前記パルスフィルタ（２０４）の空気流断面を占めるように、前記パルスフィルタ（２０４）に対して相補的形状を有し、前記フィルタバッグ（２２４）は、親水性材料、疎水性材料、または疎油性材料のうちの１つから構成される、ステップと、
前記フィルタバッグ（２２４）が膨張して前記フィルタバッグ（２２４）の外面から氷（２２８）を除去するように、前記ガスタービンの動作中に前記パルスフィルタ（２０４）および前記フィルタバッグ（２２４）を通して圧縮空気を脈動させるステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記フィルタバッグ（２２４）を前記パルスフィルタ（２０４）に結合した後に、周囲温度が０℃未満の環境内で前記ガスタービンの動作を開始するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記膨張したフィルタバッグ（２２４）は、前記パルスフィルタ（２０４）および前記フィルタバッグ（２２４）を通る圧縮空気の前記脈動中に波状表面領域を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記フィルタバッグ（２２４）は、前記パルスフィルタ（２０４）および前記フィルタバッグ（２２４）を通る圧縮空気の前記脈動中に前記パルスフィルタ（２０４）に結合されたままである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記フィルタバッグ（２２４）は、膨張可能な布地と、前記膨張可能な布地の外面に親水性表面処理（２２６）を含み、前記親水性表面処理（２２６）は、前記外面に形成された膜または化学処理のうちの一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記膨張可能な布地は、ポリカーボネートトラッチエッチ（ＰＣＴＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
圧縮空気を脈動させる前記ステップは、前記ガスタービンの動作中に前記パルスフィルタ（２０４）を通る作動流体の流れと反対に前記圧縮空気の流れを発生させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記パルスフィルタ（２０４）は、前記ガスタービンの前記タービン部品（１０４）への前記入口（２０２）内に配置された複数のパルスフィルタ（２０４）のうちの１つであり、前記結合するステップは、複数のフィルタバッグ（２２４）の各々を前記複数のパルスフィルタ（２０４）のそれぞれに結合するステップをさらに含み、圧縮空気を脈動させる前記ステップは、前記複数のパルスフィルタ（２０４）および前記複数の結合されたフィルタバッグ（２２４）の各々を通る前記圧縮空気を実質的に同時に脈動させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記フィルタバッグ（２２４）を前記パルスフィルタ（２０４）に結合する前記ステップは、前記フィルタバッグ（２２４）を前記パルスフィルタ（２０４）の支持部材（２３０）に結合するステップをさらに含み、前記支持部材（２３０）は、前記パルスフィルタをフィルタ処理アセンブリ（２０９）のパルスライン（２１６）に機械的に結合する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
所定値を超える前記パルスフィルタ（２０４）の圧力降下に基づいて、前記パルスフィルタ（２０４）および前記フィルタバッグ（２２４）を通る前記圧縮空気の前記脈動を調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
タービン濾過システムであって、
ガスタービンのタービン部品（１０４）への入口（２０２）のためのパルスフィルタ（２０４）と、
前記パルスフィルタ（２０４）に結合され、親水性フィルタバッグ（２２５）が前記パルスフィルタ（２０４）の空気流断面を占めるように、前記パルスフィルタ（２０４）に対して相補的形状を有する前記親水性フィルタバッグ（２２５）と、を含み、前記パルスフィルタ（２０４）および前記親水性フィルタバッグ（２２５）は、前記ガスタービン内の圧縮空気のリザーバとそれぞれ流体連通する、タービン濾過システム。
【請求項１２】
前記パルスフィルタ（２０４）の前記空気流断面における作動流体の温度は０℃未満である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記親水性フィルタバッグ（２２５）の前記相補的形状は、波状表面領域を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記親水性フィルタバッグ（２２５）は、膨張可能な布地と、前記膨張可能な布地の外面に親水性表面処理（２２６）を含み、前記親水性表面処理（２２６）は、前記外面に形成された膜または化学処理のうちの一方を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記膨張可能な布地は、ポリカーボネートトラッチエッチ（ＰＣＴＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、例えばガスタービンなどのターボ機械におけるタービン部品と共に使用するように構成された１つまたは複数のパルスフィルタを処理することに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、パルスフィルタに結合されたフィルタバッグと、フィルタバッグを使用してパルスフィルタから氷を除去する方法と、を含むことができる。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械、および内部にタービン部品を含む他の機械アセンブリは、様々な顧客グループに役立つ多数の環境に配備することができる。平均周囲温度が０℃未満の環境などの極端な状況では、タービン部品への入口を通過する作動流体の圧力降下が増加し、タービンまたは機械アセンブリによって生成される出力に影響を及ぼす可能性がある。場合によっては、タービン部品への入口の１つまたは複数の部品上に氷が形成されると、このような動作上の差異がより顕著になる可能性がある。タービン部品への入口から氷を除去するための従来の方法は、入口内の下位部品の除去および／または交換を必要とすることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第９２００５６８号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本開示の第１の態様は、ガスタービンのタービン部品への入口内に配置されたパルスフィルタを除氷する方法を提供し、本方法は、フィルタバッグが収縮位置にあるようにフィルタバッグをパルスフィルタに結合するステップであって、フィルタバッグは、フィルタバッグがパルスフィルタの空気流断面を占めるように、パルスフィルタに対して相補的形状を有し、フィルタバッグは、親水性材料、疎水性材料、または疎油性材料のうちの１つから構成される、ステップと、フィルタバッグが膨張してフィルタバッグの外面から氷を除去するように、ガスタービンの動作中にパルスフィルタおよびフィルタバッグを通して圧縮空気を脈動させるステップと、を含む。
【０００５】
本開示の第２の態様は、タービン濾過システムを提供し、本システムは、ガスタービンのタービン部品への入口のためのパルスフィルタと、パルスフィルタに結合され、親水性フィルタバッグがパルスフィルタの空気流断面を占めるように、パルスフィルタに対して相補的形状を有する親水性フィルタバッグと、を含み、パルスフィルタおよび親水性フィルタバッグは、ガスタービン内の圧縮空気のリザーバとそれぞれ流体連通する。
【０００６】
本開示の第３の態様は、システムを提供し、本システムは、ガスタービンのタービン部品への入口のためのパルスフィルタと、パルスフィルタに結合され、親水性フィルタバッグがパルスフィルタの空気流断面を占めるように、パルスフィルタに対して相補的形状を有する親水性フィルタバッグと、を含み、パルスフィルタおよび親水性フィルタバッグは、ガスタービン内の圧縮空気のリザーバとそれぞれ流体連通する。
【０００７】
本発明のこれらのおよび他の特徴は、本発明の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本発明の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来のターボ機械の概略図である。
【図２】本開示の実施形態によるタービン部品入口およびパルスフィルタの概略図である。
【図３】本開示の実施形態による親水性フィルタバッグを有するパルスフィルタの斜視図である。
【図４】本開示の実施形態による、パルスフィルタおよび収縮した親水性フィルタバッグを有するシステムの斜視図である。
【図５】本開示の実施形態による、パルスフィルタおよび膨張した親水性フィルタバッグを有するシステムの斜視図である。
【図６】本開示の実施形態による、波状表面領域を有する膨張した親水性フィルタバッグの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の図面は必ずしも一定の比率ではないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面においては、図面間で類似する符号は類似する要素を示す。
【００１０】
以下の説明では、説明の一部をなす添付の図面を参照し、図面には、本教示が実施され得る特定の例示的な実施形態が例として示される。これらの実施形態は、当業者が本教示を実施できるように十分に詳細に記載されており、本教示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を使用してもよく、また変更が行われてもよいことを理解されたい。したがって、以下の説明は単なる例示である。
【００１１】
ある要素または層が別の要素または層に対して「上に」、「係合される」、「係合解除される」、「接続される」、または「結合される」と言及される場合には、他の要素または層に対して直接的に上に、係合され、接続され、または結合されてもよいし、あるいは介在する要素または層が存在してもよい。逆に、別の要素または層に対して「直接上に」、「直接係合される」、「直接接続される」または「直接結合される」と言及される場合には、介在する要素または層は存在しなくてもよい。要素間の関係を記述するために使用される他の単語も同様なやり方（例えば、「間に」対「直接間に」、「隣接する」対「直接隣接する」など）で解釈するべきである。本明細書において、用語「および／または」は、関連する列挙された項目のいずれかおよび１つもしくは複数の全ての組み合わせを含む。
【００１２】
図１は、従来のターボ機械１００を示し、これは、共用の圧縮機シャフト／タービンシャフト１０６を介してタービン部品（「タービン」）１０４に動作可能に連結された圧縮機１０２を備えている。ターボ機械１００は、図１ではガスタービンの形態で示されているが、本開示の実施形態では、ガスタービンの代わりに他の種類の機械（例えば、蒸気タービン、水力タービン等）が用いられてもよいことが理解されよう。より一般的には、圧縮機１０２の実施形態を含む任意の機械を、本明細書で説明するように使用、修正、および／または制御することができる。圧縮機１０２は、例えば燃焼器アセンブリ１０８を介して、タービン１０４に流体的に接続することができる。燃焼器アセンブリ１０８は、１つまたは複数の燃焼器１１０を含む。燃焼器１１０は、これに限定されないが、カニュラ型（ｃａｎ−ａｎｎｕｌａｒ）配列で配置されることを含み、広範囲な構成でターボ機械１００に取り付けられてもよい。圧縮機１０２は、複数の圧縮機ロータホイール１１２を含む。圧縮機ロータホイール１１２は、第１段圧縮機ロータホイール１１４を含み、これは、各々が関連する翼形部１１８を有する、複数の第１段圧縮機ロータブレード１１６を有する。同様に、タービン１０４は、複数のタービンホイール部品１２０を含み、これは、対応する１組のタービンロータブレード１２４を有する、１つまたは複数のロータホイール１２２を有する。
【００１３】
動作中に、燃焼した高温ガスなどの作動流体は、燃焼器１１０からタービン１０４内に流れることができる。タービン１０４内の作動流体は、タービンホイール１２２に取り付けられ、連続する段の群に配置された、複数のロータブレード１２４を通過することができる。ホイール１２２とシャフト１０６とに連結された第１の組のタービンブレード１２４は、ターボ機械１００の「第１段」として識別することができ、タービンブレード１２４の隣の組は、ターボ機械１００の「第２段」としてなど、ターボ機械１００の最終段のタービンブレード１２４の最後の組までが識別される。ターボ機械１００の最終段は、ターボ機械１００内の最大サイズ、および／または最大半径のタービンブレード１２４を含むことができる。ターボ機械１００の各段の間に複数の個別のノズル（図示せず）を配置して、ターボ機械１００を通る流路の段間部分を画定してもよい。各タービンブレード１２４上を流れる作動流体は、熱的および機械的エネルギーを付与することによってブレード１２４を回転させることができ、これによってターボ機械１００のシャフト１０６を回転させる。したがって、回転するシャフト１０６を発電機部品１３０に機械的に連結して発電することができ、発電機１３０は、発電機１３０に接続された機器に電力を供給するために、シャフト１０６の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する。発電機１３０によって生成される電気エネルギーの量は、ターボ機械１００によって生成される仕事量および／または動力として、例えば、ジュール（Ｊ）で測定することができる。
【００１４】
図２を参照すると、本開示によるシステム２００は、ターボ機械１００（図１）のタービン１０４への入口２０２（前部入口２０２ａおよび後部入口２０２ｂに分割される）を含む、および／またはそれと流体連通することができ、本明細書で説明するように、タービン１０４と共に使用されるパルスフィルタ２０４の除氷を提供する。タービン１０４へ導かれる作動流体は、前部入口２０２ａを通過して、その後に前部入口２０２ａを後部入口２０２ｂから分離するパルスフィルタ２０４を通過することができる。各パルスフィルタ２０４は、本明細書の他の箇所に記載するように、複数の下位部品で構成することができる。後部入口２０２ｂは、作動流体（例えば、周囲から得られる未燃焼空気）をタービン１０４に導くために、移行部２０８と流体連通することができる。
【００１５】
これらの本開示は、入口２０２内に含まれる、および／または入口２０２に結合されるフィルタ処理アセンブリ２０９の実施形態を含む、および／または使用することができる。フィルタ処理アセンブリ２０９は、例えばターボ機械１００の圧縮機１０２（図１）などの機械の部品によって生成された圧縮空気を含むことができる、タービン１０４の出口に配置された圧縮空気源２１０を含むことができる。圧縮空気源２１０は、例えば、タービン１０４を通る流れから独立した圧縮作動流体の経路を含むことができ、かつ／あるいは、圧縮機１０２または他の装置から得られる圧縮空気の独立した供給源として具体化することができる。フィルタ処理アセンブリ２０９の導管２１２は、圧縮空気源２１０と他の部品との間の流体連通を提供することができ、制御バルブ２１４は、圧縮空気源２１０から導管２１２を通る圧縮空気の流れを制御することができる。オペレータが圧縮空気源２１０からの圧縮空気をパルスフィルタ２０４に選択的に導くことができるように、１つまたは複数のパルスライン２１６を後部入口２０２ｂ内に配置し、パルスフィルタ２０４からの出口と実質的に整列させることができる。動作中に、フィルタ処理アセンブリ２０９は、圧縮空気を導管２１２を介してパルスフィルタ２０４内に選択的に脈動させ、本明細書で説明するパルスフィルタ２０４の下位部品から氷を除去することができる。
【００１６】
１つまたは複数のパルスフィルタ２０４は、タービン１０４に入る作動流体を濾過するための流路内に配置することができる。各パルスフィルタ２０４は、タービン１０４への後部入口２０２ｂから前部入口２０２ａを構造的に分離することができる。パルスフィルタ２０４の数およびサイズは、入口２０２内の作動流体の実質的に全てがパルスフィルタ２０４を通過して、それがタービン１０４に入る前に（例えば、塵、排気、気体燃料等の）何らかの汚染物質を除去するように選択することができる。タービン１０４は、特に、零下環境（すなわち、約０℃未満の周囲温度を有する環境）で動作するターボ機械１００（図１）の場合には、移行部２０８からタービン１０４へ送られる作動流体の圧力および他の特性に敏感であり得る。
【００１７】
零下環境に配置されたターボ機械１００（図１）の結果として、タービン１０４からの出口は、動作中に０℃未満の平均周囲温度を有することがある。零下環境に配備されたターボ機械１００のパルスフィルタ２０４には、氷の残量が形成されることがある。特に、パルスフィルタ２０４の設計形状は、零下環境において動作中に氷が形成され得る表面を提供することがある。とりわけ、本開示の実施形態は、ターボ機械１００のパルスフィルタ２０４から氷を除去する（すなわち、「除氷する」）ためのシステムおよび方法を提供する。ターボ機械１００の除氷は、ターボ機械１００の動作中に、ターボ機械１００がオフラインである間に、および／またはターボ機械１００の過渡動作状態中に行うことができる。本明細書の他の箇所で説明したように、前部入口２０２ａおよび後部入口２０２ｂを通過する作動流体は、氷形成の結果としてパルスフィルタ２０４で著しい圧力降下を示すことがある。前部入口２０２ａおよび後部入口２０２ｂは、パルスフィルタ２０４を通過する前後の作動流体の圧力を測定するための１つまたは複数の圧力センサ２１８（例えば、気圧計、圧力計、圧力トランスデューサなど）を含むことができる。
【００１８】
システム２００（図２）の実施形態におけるパルスフィルタ２０４の特徴および下位部品を示すために、図３に１つのパルスフィルタ２０４の斜視図を示す。パルスフィルタ２０４は、部分的または実質的に円筒形の幾何学的形状を含むように製造することができ、その形状は、その中に同様の形状または異なる形状の下位部品を含むことができる。場合によっては、パルスフィルタ２０４は、様々なターボ機械１００（図１）および／または動作設定に適応するように、実質的に長方形、三角形、および／または複雑な多角形の外形を代替的に含むことができる。パルスフィルタ２０４は、本明細書では、例示および実証の目的のためにのみ、相補的な円筒形および円錐形の形状を含むものとして示し、説明している。しかし、他のパルスフィルタ２０４は、例えば、円筒形、円錐形、矩形、トロイダル形、円錐台形、および／または他の複雑な三次元形状をそれぞれ有する複数の本体を含むことができる。
【００１９】
例示的な実施形態では、各パルスフィルタ２０４は、第１の端部Ｆ1から第２の端部Ｆ2まで延在する本体２２０を含むことができる。本体２２０はメッシュに構成された剛性材料から構成することができ、本体２２０のメッシュ構造がパルスフィルタ２０４を通過する作動流体から汚染物質を捕捉して除去する。より具体的には、本体２２０は、ガラス、合成繊維、セルロース、および／または他のフィルタ材料などの１つまたは複数のプリーツおよび／またはプリーツされていない材料を含む繊維質で多孔質のフィルタ材料を含むことができる。他の実施形態では、本体２２０は、多孔質のメッシュに形成された金属、プラスチック、および／または他の従来の硬質構造材料のメッシュで構成することができ、その上に外装シート、膜、表面処理剤などとしてフィルタ材料の層が設けられている。パルスフィルタ２０４を通る作動流体の流れが第１の端部Ｆ1から第２の端部Ｆ2まで本体２２０を通過することができ、本体２２０が作動流体から汚染物質を選択的に除去する。本体２２０の材料組成物の多孔度および形状ならびにその上の表面処理は、パルスフィルタ２０４の意図する用途、それを透過する作動流体などに基づいて変化し得る。本体２２０の外形は、入口２０２（図２）の形状に基づいて変化し得ることも理解される。例えば、図４〜図５に示し、本明細書の他の箇所で説明するように、本体２２０の第１の端部Ｆ1は、第２の端部Ｆ2よりも狭い断面を有することができる。第１の端部Ｆ1と第２の端部Ｆ2との間の断面積の差により、本体２２０の外面が、例えば一様な方法で、または階段状の外形を含むことによってテーパ状にされてもよい。本体２２０の２つの端部Ｆ1、Ｆ2の間の断面積の差にかかわらず、例えば、本体２２０の第１の端部Ｆ1と第２の端部Ｆ2との間の断面積の約１０パーセント未満の減少を有することにより、本体２２０は、概して、円筒形状（例えば、部分的に円錐形の外形を含む）に類似してもよい。本体２２０は、例えば、第１の端部Ｆ1が第２の端部Ｆ2によって示される全断面積の少なくとも約９０％を示すように成形することができる。あるいは、パルスフィルタ２０４の外部ハウジングは、他のタイプの幾何学的形状、テーパ付き側壁などを含むことができることも理解される。
【００２０】
本明細書の他の箇所で説明するように、フィルタ処理アセンブリ２０９からの圧縮空気は、パルスライン２１６を通過することができ、パルスライン２１６は、空気がパルスフィルタ２０４を通る作動流体の流れと反対の方向にパルスフィルタ２０４を通って導かれるように、チャネル２２２と実質的に整列させることができる。各パルスフィルタ２０４のチャネル２２２は、剛性構造部材、例えば、各パルスフィルタ２０４間の入口２０２の断面を通って延在するように配置された固体表面によって、互いに横方向に分離されてもよい。パルスフィルタ２０４の本体２２０は、対応する各チャネル２２２の所望の断面積を画定するように成形することができる。
【００２１】
フィルタバッグ２２４は、パルスフィルタ２０４の本体２２０を囲むことができる。膨張していない場合には、フィルタバッグ２２４は、実質的に円筒形および／またはパルスフィルタ２０４の本体２２０を囲む形状にすることができる。フィルタバッグ２２４は、フィルタバッグ２２４がチャネル２２２内に配置されないように、一方の端部で開口することができる。本体２２０および／またはその一部が、その第１の端部Ｆ1と第２の端部Ｆ2との間の断面積の差の結果としてテーパの付いた形状を含むように成形される場合には、フィルタバッグ２２４もまた、その反対側の端部で変化する断面積を有するテーパの付いた形状を有することができる。あるいは、フィルタバッグ２２４は、本体２２０がテーパ付き形状を含むかどうかにかかわらず、パルスフィルタ２０４の表面輪郭を補完する（すなわち、ほぼ模倣する）形状を有することができる。フィルタバッグ２２４は、入口２０２（図２）内の作動流体もまた、パルスフィルタ２０４を通過するときにフィルタバッグ２２４を通過するように、本体２２０の円周方向の端部に流体密封することができる。フィルタバッグ２２４の内部は、例えば、パルスライン２１６からの出口から排出される圧縮空気の流れを受けるようにパルスライン２１６からの出口と実質的に直線的に整列されて、フィルタ処理アセンブリ２０９と流体連通することができる。システム２００において複数のパルスフィルタ２０４が使用される場合には、各々は、対応するパルスライン２１６および／または単一パルスライン２１６の一部と流体連通するそれぞれのチャネル２２２を有することができる。
【００２２】
フィルタバッグ２２４は、本体２２０内および／または本体２２０上の任意の材料とは異なる材料から構成することができる。フィルタバッグ２２４は、固有の親水性、疎水性、および／または疎油性の特性を示す１つまたは複数の膨張可能な布地から構成することができる。それに加えてまたはそれに代えて、フィルタバッグ２２４は、親水性、疎水性、および／または疎油性の特性を有する表面処理２２６でコーティングすることができる。したがって、フィルタバッグ２２４および／または表面処理２２６の組成物は、現在知られているまたは後に開発される１つまたは複数の疎水性材料、親水性材料、および／または疎油性材料を含むことができる。表面処理２２６は、例えば、化学的処理（例えば、フィルタバッグ２２４の外面に施されたコーティング）、フィルタバッグ２２４上に配置され、フィルタバッグ２２４をコンフォーマルにコーティングする膜などの形態で提供されてもよい。表面処理２２６は、例えば積層、スプレーコーティング、および／または堆積などの、膨張可能な布地に表面処理を施すための現在知られているまたは今後開発される１つまたは複数の技術によって、フィルタバッグ２２４上に形成することができる。このような膜および化学的処理は、本明細書では、まとめて表面処理２２６と呼ぶ。
【００２３】
疎水性を有するフィルタバッグ２２４または表面処理２２６の場合には、フィルタバッグ２２４の膨張可能な布地の組成は、例えば、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエステルなどの膨張可能な布地、および／または膨張可能な組成を有する他の類似の布地を含むことができる。あるいは、フィルタバッグ２２４および／または表面処理２２６は、例えば、ポリカーボネートトラッチエッチ（ＰＣＴＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ＰＴＦＥ、および／または他の類似の布地を含むことができる親水性材料を含むことができる。さらに別の実施形態では、フィルタバッグ２２４または表面処理２２６の組成は、１つもしくは複数の疎油性（すなわち、オイル恐怖）材料および／または布地、例えばＰＴＦＥおよび／または他の耐油性ポリマーベースの布地を含むことができる。親水性材料で構成されたフィルタバッグ２２４および／または表面処理２２６は、氷２２８が他のプロセスステップにおいてフィルタバッグ２２４から除去され得るように、水および／または氷（まとめて「氷」）２２８を内部に閉じ込めるように構成することができる。疎水性および／または疎油性材料からなるフィルタバッグ２２４および／または表面処理２２６は、ターボ機械１００の動作中にフィルタバッグ２２４の表面上に氷２２８をビードさせる（例えば、球状堆積物として形成する）。フィルタバッグ２２４または表面処理２２６の組成にかかわらず、本開示による方法は、氷２２８を表面処理２２６および／またはフィルタバッグ２２４上に形成させて、フィルタ処理アセンブリ２０９が、本明細書に記載の他のプロセスにおいて、氷２２８をフィルタバッグ２２４から直接除去することを可能にする。
【００２４】
選択された組成にかかわらず、フィルタバッグ２２４は、非膨張材料または布地と比較して、その構造組成に対する１つまたは複数の摂動（例えば、空気、流体などの流れによって与えられる圧力）に応答して膨張するように構成することができる。表面処理２２６の組成は、フィルタバッグ２２４の組成と異なってもよく、かつ／あるいは、同じ材料、例えば親水性、疎水性、および／または疎油性のポリエステル、ポリウレタン、および／または他のポリマーもしくはポリマーベースの材料を含んでもよい。動作中には、フィルタバッグ２２４および／またはその表面処理２２６は、氷２２８および／または混合された汚染物質（集合的に「氷」）を捕捉して、それがパルスフィルタ２０４の部分、例えば本体２２０上に形成されることを防止する。これにより、フィルタバッグ２２４は、氷２２８が最終的に各パルスフィルタ２０４の状態または動作に影響を及ぼすことなく形成され得る部品を提供し、本明細書の他の箇所で説明するように、フィルタ処理アセンブリ２０９から送出された圧縮空気によって満たされ膨張されるのに応じてフィルタバッグ２２４が膨張するときに、フィルタバッグ２２４から氷を除去することができる。
【００２５】
図４を参照すると、システム２００の部分斜視図が示され、本開示の実施形態による、各パルスフィルタ２０４の構造的特徴、および氷２２８を除去するプロセスをさらに強調している。本明細書の他の箇所で説明するように、パルスフィルタ２０４の本体２２０は、入口２０２を通過する作動流体の流れＱｆからいくらかの汚染物質を除去するための繊維質で多孔質の材料を含むことができる。空気流断面Ａf内の大部分または実質的に全ての作動流体がパルスフィルタ２０４および対応するチャネル２２２を通過するように、１つまたは複数のパルスフィルタ２０４を入口２０２内に配置することができる。したがって、パルスフィルタ２０４およびそれらのそれぞれのフィルタバッグ２２４のアレイは、パルスフィルタ２０４の間に横方向に配置され、かつＦ2の第２の端部に接続された静的表面が存在するために、入口２０２内の空気流断面Ａfの実質的に全体を占めることができることが理解される。システム２００のパルスフィルタ２０４は、各パルスフィルタ２０４の第１および第２の端部Ｆ1、Ｆ2が実質的に整列するように横並びに配列されてもよいが、パルスフィルタ２０４の他の配列および／または向きが考えられることが理解される。
【００２６】
例示的な実施形態では、各パルスフィルタ２０４は、例えば、パルスフィルタ２０４の第２の端部Ｆ2に配置された基準面などで、本体２２０内に配置され、かつ入口２０２に機械的に結合された１つまたは複数の支持部材２３０を含むことができる。支持部材２３０は、パルスフィルタ２０４の本体２２０を入口２０２内に配置されたシステム２００の他の要素に半径方向および／または軸方向に結合することができる支持体２３２（例えば、ガスケット、マウント、タブ、固定構造部材など）の群を任意選択的に含むことができる。例えば、本体２２０は、チャネル２２２と同心の実質的に円形の端部を含むことができ、支持部材２３０は、第１の端部Ｆ1に近接する本体２２０および第２の端部Ｆ2に近接する入口２０２の一部に接続されている。
【００２７】
図４および図５を参照すると、本開示の実施形態におけるパルスフィルタ２０４を除氷する方法が示されている。図４は、収縮位置にあるフィルタバッグ２２４を示しており、図５（および本明細書の他の箇所に記載する図６）は、膨張位置にあるフィルタバッグ２２４の実施形態を示している。図４に示す収縮位置のフィルタバッグ２２４は、それがパルスフィルタ２０４の円錐形および／または円筒形の本体２２０を押圧するので、逆方向に崩壊または拡張することができない。ターボ機械１００（図１）の動作中に、例えば、内部の親水性材料の組成物に埋め込まれるか、あるいは疎水性／または疎油性材料の外側にビーディングされることによって、表面処理２２６および／またはフィルタバッグ２２４上に１つまたは複数の氷２２８の堆積物が形成され得る。フィルタバッグ２２４は、パルスフィルタ２０４を円周方向に囲むことができ、それによって、氷２２８がパルスフィルタ２０４の本体２２０上に形成されるのを妨げ、または防止する。フィルタ処理アセンブリ２０９は、圧縮空気がフィルタバッグ２２４を選択的に膨張させて、表面処理２２６および／またはフィルタバッグ２２４から氷２２８を除去することができるように、パルスライン２１６を介して各パルスフィルタ２０４に結合することができる。本明細書の他の箇所で説明するように、フィルタ処理アセンブリ２０９は、導管２１２およびパルスライン２１６に流体接続された圧縮空気源２１０を含むことができる。その結果、これらの部品は、例えばチャネル２２２と流体連通することによって、システム２００のパルスフィルタ２０４およびフィルタバッグ２２４と流体連通することができる。制御バルブ２１４は、導管２１２に結合され、導管２１２を通ってパルスライン２１６に至る圧縮空気の流れを制御するように構成することができる。フィルタ処理アセンブリ２０９は、単一のターボ機械１００および／または入口２０２ａ、２０２ｂ内のいくつかのフィルタ処理アセンブリ２０９のうちの１つであってもよい。
【００２８】
動作中に、ユーザは、制御バルブ２１４の位置を調節して、パルスライン２１６からの圧縮空気Ｑc（図４のみ）の流れを脈動させることができる。圧縮空気源２１０と入口２０２との間の正の圧力差によって、制御バルブ２１４が開いたときに、圧縮空気が圧縮空気源２１０から導管２１２を通って入口２０２に流れることができる。正の圧力差は、パルスライン２１６からの圧縮空気Ｑcの流れを、パルスフィルタ２０４を通る作動流体Ｑfの流れと反対に導くことができる。圧縮空気Ｑcの流れは、図４に示すように、フィルタバッグ２２４の布地を膨張させることができ、それによって、フィルタバッグ２２４の表面処理２２６の表面から氷２２８を物理的に取り除くことができる。除去された氷２２８は、例えば、除去された氷を受け入れるためのレセプタクル（図示せず）内に収集することができ、かつ／または後続のプロセスでタービン１０４（図１、図２）の入口２０２ａ、２０２ｂから取り除くことができる。フィルタ処理アセンブリ２０９がパルスフィルタ２０４を通る圧縮空気を脈動させると、フィルタバッグ２２４は、例えば支持部材２３０を介してパルスフィルタ２０４に結合されたままであり、それにより、親水性フィルタバッグ２２５をタービン１０４（図１、図２）を除氷する複数の場合に使用することが可能になる。
【００２９】
本開示による方法は、零下の温度を有する環境において機械の動作中にパルスフィルタ２０４から氷２２８を除去することができる。この動作設定を反映するために、本開示による方法は、零下環境における機械（例えば、ターボ機械１００（図１）および／またはタービン１０４（図１、図２））の動作の開始を含むことができる。本明細書で説明する追加の処理ステップは、零下環境における機械の動作を開始することと独立に、および／またはそれと連続的に実施することができる。その後、ユーザは、フィルタバッグ２２４をそれぞれのパルスフィルタ２０４に、例えば、チャネル２２２の境界に近接して、および／または支持部材２３０に機械的に結合させることができる。タービン１０４が零下環境で動作すると、時間の経過とともに最終的に氷２２８がフィルタバッグ２２４上に形成される。氷２２８を除去するために、ユーザは、パルスフィルタ２０４および／またはフィルタバッグ２２４を通る圧縮空気を定期的に脈動させて、そこから氷２２８を除去することができる。本開示による方法は、本明細書の他の箇所に記載したフィルタ処理アセンブリ２０９の助けを借りて実施することができ、これは、技術者および／またはコンピューティングデバイスが制御バルブ２１４を調整することによって制御して、圧縮空気が圧縮空気源２１０から導管２１２を通ってパルスライン２１６に流れることを可能にし、または禁止することができる。パルスライン２１６から出た圧縮空気の流れは、フィルタバッグ２２４を膨張させ、フィルタバッグ２２４から氷２２８を取り除くことができる。
【００３０】
代替的な実施形態では、圧縮空気の脈動は、システム２００の他の物理的特性に条件付けられてもよい。圧縮空気の脈動を、例えば、他の目的のために圧縮空気源２１０内の圧縮空気を保存するために、フィルタバッグ２２４上に相当量の氷２２８が形成される状況に制限することが望ましい場合がある。この特徴を提供するために、本開示による方法は、例えば、圧力センサ２１８（図２）を使用して、パルスフィルタ２０４の前後の入口２０２ａ、２０２ｂの間の圧力降下を測定することを含むことができる。圧力の測定は、システム２００の使用を積極的に制御するためにリアルタイムで実行することができる。ユーザおよび／またはコンピュータシステムは、測定された圧力降下が、例えばユーザによって設定されるか、またはコンピューティングデバイスのメモリに格納された所定のしきい値を超えるかどうかを判定することができる。パルスフィルタ２０４の前後の圧力降下がしきい値より低い場合には、圧力降下の追加の測定値が収集される。圧力降下が１つまたは複数の所定のしきい値を超える場合には、圧縮空気は、パルスフィルタ２０４および／またはフィルタバッグ２２４を通して脈動され、表面処理２２６から氷を除去することができる。本開示の例示的な実施形態では、ユーザおよび／またはシステムは、パルスフィルタ２０４のしきい値圧力降下を、例えば、０．３０キロパスカル（ｋＰａ）と規定することができる。圧力センサ２１８が例えば０．３５ｋＰａの圧力降下を測定した場合には、パルスフィルタ２０４を通して空気を脈動させて、表面処理２２６から氷を除去することができる。圧力センサ２１８が例えば０．２５ｋＰａの圧力降下を測定した場合には、氷の形成がわずかであることを示すこの圧力差の結果として、追加の測定値を収集することができる。
【００３１】
図６を参照すると、本開示の実施形態は、膨張したときに表面積を増加させて、フィルタバッグ２２４上の氷２２８の形成をより良好に壊して除去するように構成された代替的な形状を有するフィルタバッグ２２４を含むことができる。特に、各フィルタバッグ２２４は、拡張したときに、その外面が波状または「モミの木」形状を呈するように成形することができる。このようなフィルタバッグ２２４の波形の形状は、例えば、フィルタバッグ２２４上に形成され、そこから除去される氷２２８の量を増加させるために、対応するパルスフィルタ２０４よりも大きな表面積を提供することができる。各フィルタバッグ２２４の波状の外面は、意図する用途および／または動作に基づいて変化し得るが、各フィルタバッグ２２４の外面は、例えば、パルスフィルタ２０４（例えば、本体２２０上の）の外面よりも２倍、３倍、５倍大きい表面積を含むように成形され得ることが理解される。図６に示すフィルタバッグ２２４の波状の外面に加えて、代替的な実施形態は、対応するパルスフィルタ２０４の外面形状に模倣しないか幾何学的に対応しない、フィルタバッグ２２４のための様々な他の外面形状を提供することができる。
【００３２】
本開示の実施形態は、いくつかの技術的および商業的利点を提供することができ、そのいくつかは、例示のために本明細書で説明されている。本明細書に記載した方法およびシステムの実施形態は、零下環境で動作する場合に、パルスフィルタ２０４における圧力降下が特定の値、例えば安全限界を超えることを防止することによって、ターボ機械の性能および寿命を改善することができる。さらに、本開示の実施形態によるフィルタバッグ２２４を適用することにより、氷２２８がパルスフィルタ２０４の敏感な部品上に形成されるのを防止し、その代わりに氷をフィルタバッグ２２４上にのみ形成させ、例えばフィルタ処理アセンブリ２０９を使用して、そこから氷を除去することができる。本開示によるシステムおよび方法は、パルスフィルタ２０４を取り外す必要なしに、容易に清掃および／または交換することができる再使用可能な部品（例えば、フィルタバッグ２２４、表面処理２２６など）を提供することができる。さらに、本開示の実施形態は、様々な材料組成（例えば、親水性、疎水性、および／または疎油性材料）による表面処理（複数可）２２６を想定し、氷２２８がいくつかの方法で（例えば、フィルタバッグ２２４の内部に閉じ込められるか、またはフィルタバッグ２２４の外部にビーディングされて）、および様々な動作設定で除去されるように、フィルタバッグ２２４上に氷２２８を形成させることができる。
【００３３】
本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本開示を限定することを目的とするものではない。本明細書で用いられるように、文脈で別途明確に指示しない限り、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は複数形も含むものとする。「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および／または「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または部品の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、部品、および／またはそれらのグループの存在、または追加を排除するものではないことが、さらに理解されるであろう。
【００３４】
本明細書は、最良の形態を含む本発明を開示するために、かつ当業者が、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、本発明を実施することができるように例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含むことができる。このような他の例が特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的な差異のない等価な構造要素を含む場合には、このような他の例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
ガスタービンのタービン部品（１０４）への入口（２０２）内に配置されたパルスフィルタ（２０４）を除氷する方法であって、前記方法は、
フィルタバッグ（２２４）が収縮位置にあるように前記フィルタバッグ（２２４）を前記パルスフィルタ（２０４）に結合するステップであって、前記フィルタバッグ（２２４）は、前記フィルタバッグ（２２４）が前記パルスフィルタ（２０４）の空気流断面を占めるように、前記パルスフィルタ（２０４）に対して相補的形状を有し、前記フィルタバッグ（２２４）は、親水性材料、疎水性材料、または疎油性材料のうちの１つから構成される、ステップと、
前記フィルタバッグ（２２４）が膨張して前記フィルタバッグ（２２４）の外面から氷（２２８）を除去するように、前記ガスタービンの動作中に前記パルスフィルタ（２０４）および前記フィルタバッグ（２２４）を通して圧縮空気を脈動させるステップと、を含む方法。
［実施態様２］
前記フィルタバッグ（２２４）を前記パルスフィルタ（２０４）に結合した後に、周囲温度が０℃未満の環境内で前記ガスタービンの動作を開始するステップをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記膨張したフィルタバッグ（２２４）は、前記パルスフィルタ（２０４）および前記フィルタバッグ（２２４）を通る圧縮空気の前記脈動中に波状表面領域を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
前記フィルタバッグ（２２４）は、前記パルスフィルタ（２０４）および前記フィルタバッグ（２２４）を通る圧縮空気の前記脈動中に前記パルスフィルタ（２０４）に結合されたままである、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
前記フィルタバッグ（２２４）は、膨張可能な布地と、前記膨張可能な布地の外面に親水性表面処理（２２６）を含み、前記親水性表面処理（２２６）は、前記外面に形成された膜または化学処理のうちの一方を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
前記膨張可能な布地は、ポリカーボネートトラッチエッチ（ＰＣＴＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、実施態様５に記載の方法。
［実施態様７］
圧縮空気を脈動させる前記ステップは、前記ガスタービンの動作中に前記パルスフィルタ（２０４）を通る作動流体の流れと反対に前記圧縮空気の流れを発生させるステップを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
前記パルスフィルタ（２０４）は、前記ガスタービンの前記タービン部品（１０４）への前記入口（２０２）内に配置された複数のパルスフィルタ（２０４）のうちの１つであり、前記結合するステップは、複数のフィルタバッグ（２２４）の各々を前記複数のパルスフィルタ（２０４）のそれぞれに結合するステップをさらに含み、圧縮空気を脈動させる前記ステップは、前記複数のパルスフィルタ（２０４）および前記複数の結合されたフィルタバッグ（２２４）の各々を通る前記圧縮空気を実質的に同時に脈動させるステップを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
前記フィルタバッグ（２２４）を前記パルスフィルタ（２０４）に結合する前記ステップは、前記フィルタバッグ（２２４）を前記パルスフィルタ（２０４）の支持部材（２３０）に結合するステップをさらに含み、前記支持部材（２３０）は、前記パルスフィルタをフィルタ処理アセンブリ（２０９）のパルスライン（２１６）に機械的に結合する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
所定値を超える前記パルスフィルタ（２０４）の圧力降下に基づいて、前記パルスフィルタ（２０４）および前記フィルタバッグ（２２４）を通る前記圧縮空気の前記脈動を調整するステップをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１１］
タービン濾過システムであって、
ガスタービンのタービン部品（１０４）への入口（２０２）のためのパルスフィルタ（２０４）と、
前記パルスフィルタ（２０４）に結合され、親水性フィルタバッグ（２２５）が前記パルスフィルタ（２０４）の空気流断面を占めるように、前記パルスフィルタ（２０４）に対して相補的形状を有する前記親水性フィルタバッグ（２２５）と、を含み、前記パルスフィルタ（２０４）および前記親水性フィルタバッグ（２２５）は、前記ガスタービン内の圧縮空気のリザーバとそれぞれ流体連通する、タービン濾過システム。
［実施態様１２］
前記パルスフィルタ（２０４）の前記空気流断面における作動流体の温度は０℃未満である、実施態様１１に記載のシステム。
［実施態様１３］
前記親水性フィルタバッグ（２２５）の前記相補的形状は、波状表面領域を含む、実施態様１１に記載のシステム。
［実施態様１４］
前記親水性フィルタバッグ（２２５）は、膨張可能な布地と、前記膨張可能な布地の外面に親水性表面処理（２２６）を含み、前記親水性表面処理（２２６）は、前記外面に形成された膜または化学処理のうちの一方を含む、実施態様１１に記載のシステム。
［実施態様１５］
前記膨張可能な布地は、ポリカーボネートトラッチエッチ（ＰＣＴＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、実施態様１４に記載のシステム。
［実施態様１６］
前記パルスフィルタ（２０４）は、前記ガスタービンの前記タービン部品（１０４）への前記入口（２０２）内に配置された複数のパルスフィルタ（２０４）を含み、前記複数のパルスフィルタ（２０４）の各々は、それぞれの親水性フィルタバッグ（２２５）に結合される、実施態様１１に記載のシステム。
［実施態様１７］
前記パルスフィルタ（２０４）をフィルタ処理アセンブリ（２０９）のパルスライン（２１６）に機械的に結合する支持部材（２３０）をさらに含み、前記親水性フィルタバッグ（２２５）は前記支持部材（２３０）に結合される、実施態様１１に記載のシステム。
［実施態様１８］
システムであって、
入口（２０２）を含むタービン部品（１０４）と、
前記タービン部品（１０４）の前記入口（２０２）内に配置されたパルスフィルタ（２０４）と、
前記パルスフィルタ（２０４）に結合され、親水性フィルタバッグ（２２５）が前記パルスフィルタ（２０４）の空気流断面を占めるように、前記パルスフィルタ（２０４）に対して相補的形状を有する前記親水性フィルタバッグ（２２５）と、
前記パルスフィルタ（２０４）および前記親水性フィルタバッグ（２２５）と流体連通するフィルタ処理アセンブリ（２０９）と、を含み、前記フィルタ処理アセンブリ（２０９）は、
前記入口（２０２）と圧縮空気のリザーバとの間に流体結合されたパルスライン（２１６）と、前記パルスライン（２１６）と前記圧縮空気リザーバとの間に配置された制御バルブ（２１４）と、を含み、前記制御バルブ（２１４）は、前記リザーバからの圧縮空気の流れを、前記パルスライン（２１６）から、前記タービン部品（１０４）への前記入口（２０２）を通る作動流体の流れと反対に、前記パルスフィルタ（２０４）および前記親水性フィルタバッグ（２２５）へ流すことを選択的に可能にする、システム。
［実施態様１９］
前記親水性フィルタバッグ（２２５）は、膨張可能な布地と、前記膨張可能な布地の外面に親水性表面処理（２２６）を含み、前記親水性表面処理（２２６）は、前記外面に形成された膜または化学処理のうちの一方を含む、実施態様１８に記載のシステム。
［実施態様２０］
前記膨張可能な布地は、ポリカーボネートトラッチエッチ（ＰＣＴＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、実施態様１９に記載のシステム。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ターボ機械
１０２  圧縮機
１０４  タービン部品、タービン
１０６  圧縮機シャフト／タービンシャフト
１０８  燃焼器アセンブリ
１１０  燃焼器
１１２  圧縮機ロータホイール
１１４  第１段圧縮機ロータホイール
１１６  第１段圧縮機ロータブレード
１１８  翼形部
１２０  タービンホイール部品
１２２  ロータホイール、タービンホイール
１２４  タービンブレード、ロータブレード、タービンロータブレード
１３０  発電機部品、発電機
２００  システム
２０２  入口
２０４  パルスフィルタ
２０８  移行部
２０９  フィルタ処理アセンブリ
２１０  圧縮空気源
２１２  導管
２１４  制御バルブ
２１６  パルスライン
２１８  圧力センサ
２２０  本体
２２２  チャネル
２２４  フィルタバッグ
２２５  親水性フィルタバッグ
２２６  表面処理
２２８  氷
２３０  支持部材
２３２  支持体
２０２ａ  前部入口
２０２ｂ  後部入口
【図１】
2018009572.tif 000003
【図２】
2018009572.tif 000004
【図３】
2018009572.tif 000005
【図４】
2018009572.tif 000006
【図５】
2018009572.tif 000007
【図６】
2018009572.tif 000008
【外国語明細書】
2018009572000001.pdf