一种用于小型潜航器的进气过滤装置及过滤方法

1.本发明涉及的是一种滤清器装置及方法，具体地说是小型潜航器的滤清器装置及方法。


背景技术：

2.近些年来，燃气轮机作为新一代动力装置，其体积小，功率密度大的优势促使其相关应用快速发展。燃气轮机运行时需要大量空气，若不安置对进气杂质高效处理的滤清系统，进入燃气轮机内部甚至压气机的空气中会夹杂不同程度的污染物，对运行的可靠性及寿命会造成很大影响。设计越先进的燃气轮机对进气空气质量的敏感程度越高。进气系统的污染物大体上分为固体、液体和气体三类；为保证燃气轮机的安全和可观的运行寿命，掌握进气滤清器性能的变化规律，研究高效的进气滤清装置是一项迫在眉睫的任务。
3.安装于燃气轮机进气系统的滤清装置种类繁多，常见的包括：惯性式滤清器、丝网式滤清器、静电除尘器、旋风分离器等，实际上，燃气轮机滤清器对燃气轮机存在一定负面影响，无论被安放在燃机进气道的任何位置，其都会对进气系统产生一定程度的压力损失，严重降低燃机本体的阻力性能和对于盐雾液滴或气溶胶的分离效率。对燃气轮机进气滤清器的性能进行考察时，既要考虑其对液滴颗粒的分离效率，又要将由其产生的压力损失降到最低以保证燃气轮机的正常运行；对于燃气轮机滤清器的设计者是一项十分严峻的挑战。与此同时，滤清器使用过程中更换比较频繁，船用滤清器使用寿命较短。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供能克服传统滤清器使用寿命较短以及压力损失与分离效果不能兼顾等问题的一种用于小型潜航器的进气过滤装置及过滤方法。
5.本发明的目的是这样实现的：
6.本发明一种用于小型潜航器的进气过滤装置，其特征是：包括除水层、除沙层、除盐层，除水层、除沙层和除盐层自上而下设置，所述除水层包括底座，底座上由前至后依次设置百叶、惯性级过滤层、毡网，底座的侧面设置控制电机、密封滑油轨道，密封滑油轨道延伸通过底座，密封滑油轨道位于底座之上的位置位于百叶和惯性级过滤层之间，控制电机连接缠线轴，缠线轴上缠绕尼龙绳，密封滑油轨道里设置挡板，尼龙绳连接挡板，控制电机带动缠线轴旋转尼龙绳牵引挡板调整挡板的位置；所述除沙层、除盐层的结构与除水层相同。
7.本发明一种用于小型潜航器的进气过滤装置还可以包括：
8.1、毡网前方的底座上开设排水渠，毡网后方设置气体成分检测器。
9.2、所述毡网包括前后布置的沙尘过滤网、盐雾过滤层孔，沙尘过滤网的截面为梯形，其下底边面向进气侧。
10.3、除水层、除沙层、除盐层高度的比例为3：2：1。
11.4、所述百叶形状为拱形，叶片为惯性级且从内到外叶窝逐渐扩大，其中除沙层叶
片之间间隙最小。
12.5、所述惯性级过滤层的叶片形状为流线型，其中除水层叶片之间间隙最小。
13.6、所述排水渠空腔大小及排水渠坡度不同，从上到下空腔大小比例为3：2：1，坡度分别为15
°
、10
°
和5
°
。
14.本发明一种用于小型潜航器的进气过滤方法，其特征是：
15.(1)当潜航器发动机启动后，滤清器进气侧开闭装置打开，气体流入滤清器本体；
16.(2)待过滤气体从滤清器本体的百叶进入，百叶过滤掉大部分的海水和沙尘；
17.(3)经步骤(1)过滤的待过滤气体进入开闭装置状态为开的除水层、除沙层或除盐层，在此层的惯性级过滤层中，利用离心力将气体中的水分离出来，经排水渠排出；气体后经过毡网，过滤掉小颗粒沙尘、盐雾；
18.(4)位于沙尘过滤层和盐雾过滤层孔内侧的气体成分检测器检测经步骤(3)处理后的带过滤气体，根据检测结果和燃气轮机的工作状态调整每层开闭装置的状态。
19.本发明一种用于小型潜航器的进气过滤方法还可以包括：
20.1、步骤(4)调整每层开闭装置状态的调节方法为：
21.对气体中不同成分的含量分为4个等级，包括0级、1级、2级、3级，控根据不同等级对应不同的模式；
22.当盐雾含量为所有成分含量最高级别时，2级时关闭除水层，3级时关闭除水层、除沙层；
23.当沙尘含量为所有成分含量最高级别时，2级时关闭除盐层，3级时关闭除盐层，除水层；
24.当水含量为所有成分含量最高级别时，2级时关闭除盐层，3级时关闭除盐层，除沙层；
25.各成分为0级、1级时，所有层全部开启，有两个及以上成分2级时关闭除沙层，有两个及以上成分3级时关闭除沙层、除水层。
26.本发明的优势在于：现有过滤装置存在过滤效果不稳定，压损大等问题，本发明开闭装置采用密封滑油轨道，防止泥沙进入造成堵塞；百叶应用惯性级叶片，从内到外叶窝逐渐扩大；惯性级过滤层的叶片形状为流线型，减小压损；惯性级过滤层包括惯性级叶片，通水渠，其中通水渠位于过滤器每层通道底层，集中在惯性级叶片网窝位置；毡网位于惯性级过滤层内侧，且同时位于出气端内侧；气体含量检测器位于出气侧；所属进气控制系统包括气体含量检测器，控制器，开闭装置组成，由气体含量检测器检测过滤后盐雾含量，由控制器控制开闭装置对进气量实时调节。本发明的净化效率更高，压损更小当遭遇海浪及大颗粒沙尘时，可有效避免其进入滤清器中，同时在潜航器行驶过程中减小风阻，降低行驶阻力，针对不同环境情况与燃气轮机不同工况进气量对滤清器各部分实时调节，实现多情景灵活应用，增加发动机使用最大年限。
附图说明
27.图1为本发明的结构示意图；
28.图2为本发明的内部结构示意图；
29.图3为本发明的内部结构示意图；
30.图4为本发明的开闭装置内部结构示意图；
31.图5为本发明的过滤方法流程图。
具体实施方式
32.下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
33.结合图1-5，一种用于小型潜航器的进气过滤装置，包括滤清器本体1、百叶2、开闭装置3、惯性级过滤层4、排水渠5、毡网6、气体成分检测器7和进气控制系统8，为解决滤清器不能根据燃气轮机工作状态调整进气量的问题，滤清器本体1分为三层通道，从上到下通道依次为除水层11、除沙层12和除盐层13，高度比为3：2：1，并在每层通道进气侧单独安装开闭装置3，开闭装置3采用密封滑油轨道31，有效防止开闭装置3因泥沙造成的开闭卡顿，开闭装置3由进气控制系统8控制，进气控制系统8根据燃气轮机工作状态分析其所需进气量，并通过控制电机35带动缠线轴34旋转绷紧尼龙绳33牵引挡板32调整每层通道的开闭装置3的开闭状态。
34.为防止过多的海水和沙尘进入滤清器，造成滤清器堵塞和寿命降低的问题，在滤清器本体1前端设置百叶2，百叶形状为拱形，叶片为惯性级且从内到外叶窝逐渐扩大，在海浪或大范围的沙尘来临时，百叶2可将大部分的海水和沙尘阻挡在滤清器本体1外，其中除沙层12叶片之间夹角最小，最小夹角为6
°
，除水层11和除盐层13的叶片夹角为8
°
。
35.为了解决滤清器不能根据空气中水、泥沙和盐分含量调整压力损失和过滤程度的问题，滤清器本体1分为三层通道，每层通道由进气侧向出气侧依次设置开闭装置3、惯性级过滤层4、排水渠5和毡网6；惯性级过滤层4的叶片形状为流线型，毡网6分为两部分，沙尘过滤层61和盐雾过滤层孔62，沙尘过滤层61呈梯形排放，下底边面向进气侧，可以减小压力损失；三层通道从上到下分别是除水层11，除沙层12，除盐层13，其中除水层中的惯性级过滤层4的叶片间隙为8mm,排水渠5的排水孔大小为3mm，毡网6的沙尘过滤层61、盐雾过滤层62孔径大小为50目；除沙层中的惯性级过滤层4的叶片间隙为12mm,排水渠5的排水孔大小为5mm，毡网6的沙尘过滤层61孔径大小为150目、盐雾过滤层孔62径大小为50目；除盐层中的惯性级过滤层4的叶片间隙为12mm,排水渠5的排水孔大小为3mm，毡网6的沙尘过滤层61孔径大小为50目、盐雾过滤层62孔径大小为150目。
36.为了使被滤清器过滤出的海水快速排出的同时防止海水倒灌，分别在除水层11、除沙层12和除盐层13下方加装了排水渠5，并根据每层过滤出海水量不同，设计了三种空腔大小及排水渠坡度不同的排水渠5，从上到下空腔大小比例为3：2：1，坡度分别为15
°
、10
°
和5
°
，为防止海水从排水渠倒灌进滤清器内，将排水渠5的排水孔设计在滤清器的两侧，排水孔直径为3mm，考虑到除沙层过滤出的海水会伴有泥沙容易堵塞排水孔，将除沙层排水孔扩大到5mm。
37.该用于小型潜航器的进气过滤装置的过滤方法，具体如下：
38.步骤一、当潜航器发动机启动后，滤清器进气侧开闭装置打开，气体流入滤清器本体1。
39.步骤二、待过滤气体从滤清器本体1的百叶2进入，百叶2过滤掉大部分的海水和沙尘。
40.步骤三、经步骤一过滤的待过滤气体进入开闭装置3状态为开的某层，在此层的惯
性级过滤层4中，利用离心力将气体中的水分离出来，经排水渠5排出；气体后经过毡网6，过滤掉小颗粒沙尘，盐雾。
41.步骤四、位于沙尘过滤层61和盐雾过滤层孔62内侧的气体成分检测器7会检测经步骤三处理后的带过滤气体，进气控制系统8会根据检测结果和燃气轮机的工作状态调整每层开闭装置3的的状态，调节方法为：
42.1)对气体中不同成分的含量分为4个等级，为0级，1级，2级，3级，控制器跟据不同等级对应不同的模式。
43.2)当盐雾含量为所有成分含量最高级别时，2级时关闭除水层，3级时关闭除水层、除沙层。
44.3)当沙尘含量为所有成分含量最高级别时，2级时关闭除盐层，3级时关闭除盐层，除水层。
45.4)当水含量为所有成分含量最高级别时，2级时关闭除盐层，3级时关闭除盐层，除沙层。
46.5)各成分为0级，1级时，所有层全部开启，有两个及以上成分2级时关闭除沙层，有两个及以上成分3级时关闭除沙层，除水层。
47.本发明的净化效率更高，压损更小当遭遇海浪及大颗粒沙尘时，可有效避免其进入滤清器中，同时在潜航器行驶过程中减小风阻，降低行驶阻力，针对不同环境情况与燃气轮机不同工况进气量对滤清器各部分实时调节，实现多情景灵活应用，增加发动机使用最大年限。

技术特征：
1.一种用于小型潜航器的进气过滤装置，其特征是：包括除水层、除沙层、除盐层，除水层、除沙层和除盐层自上而下设置，所述除水层包括底座，底座上由前至后依次设置百叶、惯性级过滤层、毡网，底座的侧面设置控制电机、密封滑油轨道，密封滑油轨道延伸通过底座，密封滑油轨道位于底座之上的位置位于百叶和惯性级过滤层之间，控制电机连接缠线轴，缠线轴上缠绕尼龙绳，密封滑油轨道里设置挡板，尼龙绳连接挡板，控制电机带动缠线轴旋转尼龙绳牵引挡板调整挡板的位置；所述除沙层、除盐层的结构与除水层相同。2.根据权利要求1所述的一种用于小型潜航器的进气过滤装置，其特征是：毡网前方的底座上开设排水渠，毡网后方设置气体成分检测器。3.根据权利要求1所述的一种用于小型潜航器的进气过滤装置，其特征是：所述毡网包括前后布置的沙尘过滤网、盐雾过滤层孔，沙尘过滤网的截面为梯形，其下底边面向进气侧。4.根据权利要求1所述的一种用于小型潜航器的进气过滤装置，其特征是：除水层、除沙层、除盐层高度的比例为3：2：1。5.根据权利要求1所述的一种用于小型潜航器的进气过滤装置，其特征是：所述百叶形状为拱形，叶片为惯性级且从内到外叶窝逐渐扩大，其中除沙层叶片之间间隙最小。6.根据权利要求1所述的一种用于小型潜航器的进气过滤装置，其特征是：所述惯性级过滤层的叶片形状为流线型，其中除水层叶片之间间隙最小。7.根据权利要求1所述的一种用于小型潜航器的进气过滤装置，其特征是：所述排水渠空腔大小及排水渠坡度不同，从上到下空腔大小比例为3：2：1，坡度分别为15
°
、10
°
和5
°
。8.一种用于小型潜航器的进气过滤方法，其特征是：(1)当潜航器发动机启动后，滤清器进气侧开闭装置打开，气体流入滤清器本体；(2)待过滤气体从滤清器本体的百叶进入，百叶过滤掉大部分的海水和沙尘；(3)经步骤(1)过滤的待过滤气体进入开闭装置状态为开的除水层、除沙层或除盐层，在此层的惯性级过滤层中，利用离心力将气体中的水分离出来，经排水渠排出；气体后经过毡网，过滤掉小颗粒沙尘、盐雾；(4)位于沙尘过滤层和盐雾过滤层孔内侧的气体成分检测器检测经步骤(3)处理后的带过滤气体，根据检测结果和燃气轮机的工作状态调整每层开闭装置的状态。9.根据权利要求8所述的一种用于小型潜航器的进气过滤方法，其特征是：步骤(4)调整每层开闭装置状态的调节方法为：对气体中不同成分的含量分为4个等级，包括0级、1级、2级、3级，控根据不同等级对应不同的模式；当盐雾含量为所有成分含量最高级别时，2级时关闭除水层，3级时关闭除水层、除沙层；当沙尘含量为所有成分含量最高级别时，2级时关闭除盐层，3级时关闭除盐层，除水层；当水含量为所有成分含量最高级别时，2级时关闭除盐层，3级时关闭除盐层，除沙层；各成分为0级、1级时，所有层全部开启，有两个及以上成分2级时关闭除沙层，有两个及以上成分3级时关闭除沙层、除水层。

技术总结
本发明的目的在于提供一种用于小型潜航器的进气过滤装置及过滤方法，包括除水层、除沙层、除盐层，除水层、除沙层和除盐层自上而下设置，所述除水层包括底座，底座上由前至后依次设置百叶、惯性级过滤层、毡网，底座的侧面设置控制电机、密封滑油轨道，密封滑油轨道延伸通过底座，密封滑油轨道位于底座之上的位置位于百叶和惯性级过滤层之间，控制电机连接缠线轴，缠线轴上缠绕尼龙绳，密封滑油轨道里设置挡板，尼龙绳连接挡板，控制电机带动缠线轴旋转尼龙绳牵引挡板调整挡板的位置。本发明的净化效率更高，针对不同环境情况与燃气轮机不同工况进气量对滤清器各部分实时调节，实现多情景灵活应用，增加发动机使用最大年限。增加发动机使用最大年限。增加发动机使用最大年限。


技术研发人员：范耀华 宋枳序 康泽林 刘晓龙 王忠义
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/20