СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ УЛАВЛИВАНИЯ ФИЛЬТРОВАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING COLLECTION EFFICIENCY OF FILTER DEVICE

Введение
Предлагаемое изобретение относится к способу определения степени улавливания и/или проверки герметичности фильтровального устройства для улавливания пыли и аэрозолей из объемного потока газа, при этом в поток неочищенного газа посредством подающего устройства перед фильтрующим элементом, если смотреть в направлении потока, подают тестовый аэрозоль и осуществляют замер числа частиц или определение концентрации частиц в потоке очищенного газа за фильтрующим элементом, если смотреть в направлении потока, при этом подачу аэрозоля осуществляют посредством распределительного устройства подающего устройства и из распределительного устройства в поток неочищенного газа вводят множество содержащих тестовый аэрозоль частичных объемных потоков, при этом частичные объемные потоки вводят в неочищенный поток газа в месте, в котором поперечное сечение потока неочищенного газа отклоняется максимально на 20%, предпочтительно максимально на 10% от входного поперечного сечения фильтрующего элемента фильтровального устройства, при этом частичные объемные потоки вводят с равномерным распределением по поперечному сечению потока посредством по меньшей мере одного копья. Далее, предметом изобретения является устройство, при помощи которого вышеназванный способ может быть реализован.
Фильтровальное устройство включает согласно предлагаемому изобретению корпус с соединительными патрубками со стороны неочищенного газа и со стороны очищенного газа и расположенным в корпусе фильтровальным устройством, которое установлено в уплотнительной рамке, причем она содержит пропускное отверстие, соответствующее поперечному сечению фильтровального устройства.
Уровень техники
Способ и устройство для определения степени улавливания или для проверки герметичности уже известны из уровня техники.
Например, более ранняя патентная заявка DE 10 2008008804 раскрывает соответствующий способ, а также устройство, в котором ввод тестового аэрозоля в пространство с неочищенным газом осуществляется посредством подающего элемента, который перемещается посредством соответствующего передвижного устройства по высоте корпуса фильтра. На находящейся в направлении потока за фильтрующим элементом стороне очищенного газа также расположен перемещающийся по высоте фильтрующего элемента заборный элемент, так что посредством известного устройства всегда может быть протестировано поперечное сечение в виде полоски (“тестовая полоска”) фильтра. Описанный в документе DE 102008008804 способ, а также соответствующее устройство могут, в частности, использоваться в фильтровальных устройствах, которые из-за стесненных условий имеют лишь небольшое пространство на стороне неочищенного газа, так что равномерное распределение тестового аэрозоля по всему поперечному сечению потока неочищенного газа иным образом практически невозможно как в случае корпусов фильтра для приема нескольких подключенных параллельно фильтрующих элементов. Недостаток этого способа заключается в том, что передвижные устройства на стороне неочищенного и очищенного пространства представляются относительно дорогостоящими, а также требующими интенсивного техобслуживания, в частности в отношении их подвижных компонентов.
Из патентной публикации WO 2007/021333 А2 известно помещенное в корпусе фильтра фильтровальное устройство, в котором кольцеобразное подающее устройство для тестового аэрозоля расположено внутри соединительного патрубка. В области, в которой сечение соединительного патрубка переходит в сечение корпуса фильтра, находится распределительное устройство для тестового аэрозоля, которое отвечает за завихрение потока неочищенного газа в пространстве неочищенного газа. Здесь возникают проблемы в отношении равномерности распределения тестового аэрозоля, так что невозможно получить в достаточной степени надежную информацию о его концентрации, а также о степени улавливания фильтрующего элемента.
Патентный документ US 4055075 А относится к фильтровальному устройству с корпусом, в котором подключено несколько фильтров НЕРА один возле другого и в ряд. Для проведения теста на герметичность в фильтровальном устройстве перед каждым фильтрующим элементом имеется подающее устройство для подачи тестового аэрозоля, при этом распределительный канал подающего устройства проходит по всей ширине соответствующего фильтрующего элемента. В середине каждого фильтрующего элемента расположено распределительное устройство в виде копья, которое проходит в направлении потока и содержит некоторое число распределенных по его периферии отверстий. Для получения различных подаваемых образцов тестового аэрозоля направление, в котором частицы вытекают из отверстий, изменяют посредством издающего электрическое излучение устройства. Но даже с этим подающим устройством с трудом удается получить максимально возможное однородное распределение тестового аэрозоля.
Задача
С учетом вышеописанного уровня техники задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способ и приспособление для определения степени улавливания или для проверки герметичности фильтровального устройства для улавливания пыли и аэрозолей из объемного потока газа, которые отличаются высокой эффективностью затрат. Далее необходимо получить точные свидетельства относительно степени улавливания протестированных фильтрующих элементов.
Решение
В соответствии с заявленным способом эта задача решается тем, что продольное направление по меньшей мере одного копья проходит перпендикулярно направлению течения потока неочищенного газа.
Согласно изобретению тестовый аэрозоль подается одновременно по всей зоне перед входным сечением, так что измерение для определения степени улавливания фильтрующего элемента или для проверки его герметичности может быть осуществлено путем соотношения замера неочищенного и очищенного газа. Измерение концентрации аэрозоля на стороне неочищенного газа может быть осуществлено по DIN EN 1822-4 по меньшей мере в девяти равномерно распределенных по сечению потока местах замера или зондах отбора.
Онлайновое измерение на стороне неочищенного газа содержит опасность загрязнений. При фактически воспроизводимых условиях генерирования определенных данных о частицах тестового аэрозоля и их однородного распределения во время регулярной эксплуатации фильтровальных устройств можно отказаться от измерения неочищенного газа.
Цикл измерений состоит из вышеописанных “тестовых полосок” на стороне очищенного газа, которые в соответствии с определением степени улавливания или герметичности сопоставляются с соответствующими замерами неочищенного газа. При квалифицированной в достаточной степени подаче и распределении тестового аэрозоля достаточно одного полученного базового значения концентрации неочищенного газа, которое сопоставляется с отдельными “тестовыми полосками” замера очищенного газа.
Если подача тестового аэрозоля проводится в потоке неочищенного газа на месте, в котором преобладают равномерные аэродинамические условия и в котором поперечное сечение потока неочищенного газа примерно соответствует входному поперечному сечению фильтрующего элемента, то тестовый аэрозоль предпочтительно подают в равномерно движущийся объемный поток без по существу воздействующих на распределение тестового аэрозоля турбулентностей. Далее, в равномерно текущий объемный поток едва ли вносит аэродинамические помехи подача самого тестового аэрозоля с несколькими равномерно распределенными по поперечному сечению потока неочищенного газа частичными объемными потоками, так что даже после подачи тестового аэрозоля образуется равномерное течение без особых турбулентностей. Под “примерно” одинаковым сечением в рамках предлагаемой заявки понимаются также возможные отклонения в пределах примерно 20%.
Кроме того, в способе согласно изобретению образуется равномерное распределение тестового аэрозоля в потоке неочищенного газа, вследствие чего значительно упрощается оценка измерений и более надежным становится их результат. В частности, ввиду подачи тестового аэрозоля при помощи копья, которое расположено перпендикулярно направлению течения потока неочищенного газа, частичные объемные потоки, во-первых, вводятся равномерно по высоте сечения потока и, во-вторых, подаются непосредственно в направлении потока неочищенного газа, что исключает завихрения при подаче тестового аэрозоля.
При вышеназванных условиях согласно изобретению не требуется принятия каких-либо особых мер, чтобы сделать однородным обогащенный тестовым аэрозолем поток неочищенного газа на пути от места подачи до входа в фильтровальное устройство. Помехи, влияющие на аэродинамические условия из-за изменений сечения, сопутствующих конструктивных элементов и т.п., могут быть компенсированы, например, за счет установки одной или нескольких спрямляющих решеток, например в виде перфорированных пластин, в направлении потока до и/или после подачи аэрозоля.
Для поддержания по возможности равномерного течения на всей стороне неочищенного газа предпочтительно предусмотрено, что поперечное сечение потока по существу не изменяется от подачи до входа в фильтровальное устройство. Это относится как к форме сечения, так и к площади сечения.
В одном из вариантов осуществления изобретения равномерное распределение частичных объемных потоков с добавленным тестовым аэрозолем достигается тем, что в варианте с несколькими копьями последние расположены параллельно и на расстоянии друг от друга, при этом частичные объемные потоки по меньшей мере из одного копья выходят из множества равноудаленно распределенных по длине копья групп выпускных отверстий. Группы могут иметь одинаковое число выпускных отверстий или поочередно иметь различное число и порядок распределения отдельных выпускных отверстий.
Чтобы обеспечить в различных частичных объемных потоках по возможности одинаковые свойства относительно концентрации тестового аэрозоля и их скорости течения, предпочтительно может быть предусмотрено, что подаваемые на отдельные копья объемные потоки, содержащие тестовый аэрозоль, вводятся в отдельные копья из распределительного канала, при этом поступающий в распределительный канал объемный поток до своего распределения подается на отдельные копья посредством спрямляющей поток решетки, вследствие чего создается способствующее выравниванию частичных объемных потоков падение давления.
Согласно варианту усовершенствования изобретения предусмотрено, что в поток очищенного газа при помощи второго распределительного устройства подается тестовый аэрозоль и полученный таким образом поток неочищенного газа подается на второй, подключенный последовательно фильтрующий элемент фильтровального устройства. Этот способ предусмотрен, в частности, для фильтровальных устройств, в которых последовательно друг за другом подключены два фильтрующих элемента.
Поставленная вышеназванная задача в отношении устройства решается согласно изобретению за счет устройства согласно ограничительной части пункта 6 формулы изобретения, в котором копья проходят перпендикулярно направлению течения потока неочищенного газа, проходят параллельно друг другу и расположены соответственно на равном удалении одно относительно другого. Это приспособление обеспечивает простое осуществление способа согласно изобретению. После ввода в эксплуатацию фильтровального устройства и получения доказательств, подтверждающих воспроизводимое однородное распределение аэрозоля, а также концентрацию аэрозоля до фильтрующего элемента, подача аэрозоля согласно изобретению и его однородное распределение предоставляют возможность отказаться от последующих определений концентрации неочищенного газа и, таким образом, минимизировать риск загрязнений по причине наполненного вредными веществами потока неочищенного газа.
При наличии равномерных аэродинамических условий и постоянного поперечного сечения потока от подачи до входа в фильтрующий элемент обеспечивается равномерная загружаемость всего сечения фильтрующего элемента.
Особенно предпочтительно, если копья подсоединены к находящемуся за пределами поперечного сечения потока распределительному каналу, который содержит расположенную перед первым ответвлением копья спрямляющую поток решетку. Этим обеспечивается, что отдельные частичные объемные потоки примерно одинаковы по величине, а также что они имеют одинаковую скорость течения.
Наконец, дальнейшее усовершенствование устройства согласно изобретению предусматривает второе распределительное устройство для подачи потока очищенного газа с тестовым аэрозолем, которое расположено перед последовательно подключенным после первого фильтра вторым фильтром фильтровального устройства. Посредством этого устройства могут быть протестированы независимо один от другого два последовательно подключенные друг за другом фильтрующие элементы. Разумеется, допустимо также, что могут быть подключены друг за другом больше двух фильтрующих элементов фильтровального устройства, при этом каждый фильтрующий элемент снабжен соответственно расположенным выше по потоку распределительным устройством.
Пример осуществления
Ниже изобретение поясняется более детально на основании примеров выполнения устройств согласно изобретению, которые схематично изображены на чертежах. Показаны:
фиг. 1 - вертикальный разрез устройства согласно изобретению в первом варианте выполнения,
фиг. 2 - вертикальный разрез устройства согласно изобретению во втором варианте выполнения,
фиг. 3 - вид распределительного устройства согласно изобретению,
фиг. 4 - разрез копья распределительного устройства и
фиг. 5 - разрез копья для отбора проб неочищенного воздуха.
На фиг. 1 изображен вертикальный разрез первого устройства 1 согласно изобретению для определения степени улавливания, а также для проверки герметичности фильтровального устройства 2 для улавливания аэрозолей из поступающего по направлению стрелки 3 объемного потока газа. Далее на фиг. 1 можно видеть изображение устройства 4 для получения и предварительной обработки тестового аэрозоля.
Устройство 1 содержит фильтровальное устройство 2, которое содержит корпус 5 фильтра в виде по существу прямоугольного параллелепипеда с соединительным патрубком 6 со стороны неочищенного газа и соединительным патрубком 7 со стороны очищенного газа. Как в соединительном патрубке 6 со стороны неочищенного газа, так и в соединительном патрубке 7 со стороны очищенного газа имеется соответствующий запорный клапан 8.
Внутри корпуса 5 фильтра находится фильтрующий элемент 9 в виде фильтровальной ячейки НЕРА в виде прямоугольного параллелепипеда. Фильтрующий элемент 9 посредством промежуточного подключения известных уплотнений при помощи прижимной рамки 10' прижат к краевой полоске уплотнительной рамки 10, которая имеет проходное отверстие 11, соответствующее свободному сечению фильтрующего элемента 9. Фильтрующий элемент 9 и уплотнительная рамка 10, которая по периметру герметично соединена с корпусом 5 фильтра, разделяют корпус фильтра на пространство 12 неочищенного газа и пространство 13 очищенного газа. Поступающий по направлению стрелки 3 объемный поток газа, из которого необходимо улавливать сопутствующие пыль и аэрозоли, может, следовательно, попасть наружу лишь через фильтровальное средство фильтрующего элемента 9 из пространства 12 неочищенного газа в пространство 13 очищенного газа и затем из соединительного патрубка 7 на стороне очищенного газа.
Вследствие скачкообразного увеличения сечения между соединительным патрубком 6 со стороны неочищенного газа и корпусом 5 фильтра поступающий объемный поток газа на входе в корпус 5 фильтра получает определенное завихрение, в связи с чем возле соединительного патрубка 6 со стороны неочищенного газа в корпусе 5 фильтра установлены две последовательно подключенные спрямляющие решетки 14, 15, при этом их габариты по высоте и глубине соответствуют размерам сечения корпуса 5 фильтра. При необходимости для повышения однородности потока возможна установка третьей спрямляющей решетки 45 (например, отражательного щитка).
Если смотреть в направлении потока (стрелка 3), между двумя спрямляющими решетками 14, 15, где объемный поток газа отличается равномерным течением, расположено подающее устройство 16 для подачи тестового аэрозоля. Подающее устройство 16 содержит распределительное устройство 17, которое имеет несколько проходящих по высоте корпуса 5 фильтра копий 18, которые соответственно, в свою очередь, снабжены несколькими выпускными отверстиями 19, из которых соответственно вытекает, как показано стрелкой 20, частичный объемный поток тестового аэрозоля. Затем частичные объемные потоки вводят в объемный поток газа в направлении его движения.
Копья 18 присоединены соответственно к находящемуся за пределами корпуса 5 фильтра распределительному каналу 21, в котором установлена спрямляющая решетка 22, которая показана на фиг. 3.
Чтобы определить концентрацию тестового аэрозоля в пространстве 12 неочищенного газа, непосредственно перед фильтрующим элементом 9 предусмотрен отбор проб 23 неочищенного воздуха, устройство которого также состоит из нескольких проходящих по высоте корпуса 5 фильтра копий 18', о которых более подробно на фиг. 5.
Для определения степени улавливания в пространстве неочищенного газа непосредственно за фильтрующим элементом 9 предусмотрен заборный элемент 24, посредством которого для контроля концентрации частиц отбирают частичный поток из потока неочищенного газа, который известным образом подают на оптический счетчик частиц.
Устройство 4 служит для изготовления и предварительной обработки тестового аэрозоля, который посредством трубопровода 25 подают в распределительный канал 21. Устройство содержит выполненное как нагнетатель 28 транспортное устройство 29 подачи воздуха, посредством которого по трубопроводу 30 всасывается воздух из окружающей среды. Воздух из окружающей среды пропускают вначале для очистки через фильтр НЕРА 26, а затем он попадает по трубопроводу 27 в камеру смешения 31, при этом в зоне впускного отверстия 32 камеры смешения 31 находится устройство завихрения 33, посредством которого закручивают образованный из атмосферного воздуха объемный воздушный поток. Расположенное между нагнетателем 28 и трубопроводом 25 устройство 34 служит для измерения и регулирования объемного потока.
Непосредственно за устройством завихрения 33 внутри камеры смешения 31 предусмотрена выпускная труба 35 для подачи первого смешанного объемного потока, при этом первый смешанный объемный поток подается в направлении, обратном направлению течения объемного воздушного потока, образованного из воздуха окружающей среды. Закрученный устройством завихрения 33 атмосферный воздух равномерно подается таким образом в первый смешанный объемный поток, и образуется второй более разреженный смешанный объемный поток в камере смешения 31. В связи с расположением нагнетателя 28 за камерой смешения 31 в ней отсутствуют высокие давления, и возможна без проблем подача в камеру смешения 31 первого смешанного объемного потока.
Поданный по трубопроводу 36 в камеру смешения 33 первый смешанный объемный поток создается посредством аэрозольного генератора 37. Запитанный сжатым воздухом трубопровод 38 ведет через расходомер 39 взвешенных частиц к аэрозольному генератору 37, в котором из сжатого воздуха и запаса тестового аэрозоля образуется первый смешанный объемный поток.
3
3
3
В камере смешения 31 происходит дальнейшее разрежение находящегося в первом смешанном объемном потоке аэрозоля, который через другое устройство завихрения 40 покидает камеру смешения 31 как второй смешанный объемный поток и по вышеупомянутому трубопроводу 25 подается в распределительный канал 21, а затем в поток неочищенного газа. Второй смешанный объемный поток составляет примерно 60 м/час и состоит примерно из 2 м/час первого смешанного объемного потока и 58 м/час образованного из атмосферного воздуха объемного потока воздуха.
Чтобы обеспечить достаточное рассеивание аэрозоля, на аэрозольный генератор 27 подают сжатый воздух в 2 бара. Воздух окружающей среды подается в камеру смешения 31 при пониженном давлении 140 Па. С загрязнением фильтра НЕРА пониженное давление в камере смешения 31 повышается, так как объемный поток посредством регулятора поддерживается постоянным.
На фиг. 2 показан вертикальный разрез устройства 1' согласно изобретению во втором варианте осуществления, подачу на распределительное устройство 17 которого осуществляется тем же устройством 4 для получения тестового аэрозоля.
В отличие от устройства 1 с фиг. 1 показанное на фиг. 2 устройство 1' имеет корпус 5' фильтра, в котором установлены два подключенных друг за другом фильтрующих элемента 9. Чтобы проверить отдельно один за другим два фильтрующих элемента 9, перед каждым фильтрующим элементом 9 предусмотрено распределительное устройство 17 для подачи тестового аэрозоля описанным выше способом, а также отбор проб 23 неочищенного воздуха. Если смотреть в направлении потока, то за каждым фильтрующим элементом 9 находится заборный элемент 24 для контроля концентрации частиц отфильтрованного объемного потока газа.
В то время как находящаяся в направлении потока перед первым фильтрующим элементом 9 область образует пространство 12 неочищенного газа, а находящаяся в направлении потока за вторым фильтрующим элементом 9 область образует пространство 13 очищенного газа фильтровального устройства 2', находящаяся между фильтрующими элементами 9 область представляет собой пространство 13' очищенного газа первого фильтрующего элемента 9 и одновременно пространство 12'' неочищенного газа второго фильтрующего элемента 9. В пространстве 12 неочищенного газа в области соединительного патрубка 6 установлены опять-таки две подключенные последовательно спрямляющие решетки 14, 15. Кроме того, непосредственно на входе в корпус 5' фильтра установлена третья спрямляющая решетка 45, а также еще одна спрямляющая решетка 46 перед распределительным устройством 17 второго фильтрующего элемента 9.
На фиг. 3 изображен вид подающего устройства 16 согласно изобретению с фиг. 1 и 2, распределительное устройство 17 которого снабжено четырьмя копьями 18. В то время как копья 18 находятся внутри корпуса 5, 5' фильтра и проходят приблизительно по всей высоте корпуса 5, 5' фильтра, снабжающий копья 18 тестовым аэрозолем общий распределительный канал 21 находится за пределами корпуса 5, 5' фильтра. Копья 18 снабжены соответственно выпускными отверстиями 19, которые распределены равномерно по всему поперечному сечению корпуса 5, 5' фильтра, так что частичные объемные потоки подаются по сечению с равномерным распределением.
В частности, из фиг. 3 видно, что на определенной высоте копий 18 соответственно расположены группы выпускных отверстий 19, 19', которые распределены по периферии копья 18. При этом на одной высоте находятся поочередно три выпускных отверстия 19 и два выпускных отверстия 19'. Кроме того, четыре копья 18 имеют соответственно выпускные отверстия 19, 19' одинакового вида, а соседние копья 18 смещены в своем продольном направлении таким образом, что три выпускных отверстия 19 одного копья 18 находятся рядом с двумя выпускными отверстиями 19' соседнего копья 18. Выпускные отверстия 19, 19' имеют диаметр примерно 1,5 мм.
В начальной зоне распределительного канала 21, а именно перед первым ответвлением А копья 18, установлена первая выполненная из перфорированной пластины спрямляющая поток решетка 22, которая дополнительно отвечает за приблизительно равномерную подачу тестового аэрозоля объемного потока в отдельных копьях 18.
На фиг. 4 показано сечение копья 18, из которого лучше видно, что копье 18 снабжено выпускными отверстиями 19, 19' с различным расположением не только по его высоте, но что они распределены также по его периферии. На определенных высотах копье 18 имеет, в частности, два или три выпускных отверстия 19, 19'. В том случае, если на определенной высоте расположены три выпускных отверстия 19, одно из них ориентировано точно в соответствии с направлением течения объемного потока газа, а остальные два выпускных отверстия 19 соответственно ориентированы перпендикулярно направлению потока, то есть соответственно смещены на 90° относительно среднего выпускного отверстия 19. Соответственно выше и ниже плоскости копья 18 с тремя выпускными отверстиями 19 находится плоскость, в которой копье 18 снабжено лишь двумя выпускными отверстиями 19', при этом последние смещены на 45° относительно направления потока. Таким образом, возможно исключительно равномерное распределение аэрозоля в пространстве 12 неочищенного газа.
Наконец, на фиг. 5 показан разрез копья 18' для отбора проб 23 неочищенного воздуха. Оно содержит распределенные по его высоте отдельные щели 43, которые направлены в обратную сторону относительно стрелки 44 направления течения объемного потока газа, так что они ориентированы оптимально для своей цели: отбору проб неочищенного воздуха. Щели 43 имеют ширину примерно 1,0 мм и длину примерно 10,0 мм.
Перечень позиций на чертеже
1, 1' Приспособление
2 Фильтровальное устройство
3 Стрелка
4 Устройство
5, 5' Корпус фильтра
6 Соединительный патрубок со стороны неочищенного газа
7 Соединительный патрубок со стороны очищенного газа
8 Запорный клапан
9 Фильтрующий элемент
10 Уплотнительная рамка
10' Прижимная рамка
11 Пропускное отверстие
12, 12' Пространство неочищенного газа
13, 13' Пространство очищенного газа
14 Спрямляющая решетка
15 Спрямляющая решетка
16 Подающее устройство
17 Распределительное устройство
18, 18' Копье
19, 19' Выпускное отверстие
20 Стрелка
21 Распределительный канал
22 Спрямляющая решетка потока
23 Отбор проб неочищенного воздуха
24 Заборный элемент
25 Трубопровод
26 Фильтр НЕРА
27 Трубопровод
28 Нагнетатель
29 Транспортное устройство подачи воздуха
30 Трубопровод
31 Камера смешения
32 Впускное отверстие
33 Устройство завихрения
34 Устройство
35 Выпускная труба
36 Трубопровод
37 Аэрозольный генератор
38 Трубопровод
39 Расходомер взвешенных частиц
40 Устройство завихрения
42 Стрелка
43 Щели
44 Стрелка
45 Третья спрямляющая решетка
46 Спрямляющая решетка
А Ответвление