螺旋包繞過濾器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及折疊式過濾元件，更特別地涉及具有螺旋包繞件的折疊式過濾元件。
【背景技術】
[0002]過濾器濾芯具有柱狀過濾元件，用于從流體和氣流中過濾顆粒物。承接徑向向內(從外向內)的流體流的過濾器通常具有內芯和外籠架。承接徑向向外(從內向外)的流體流的過濾器可以不需要內芯。一些過濾器使用螺旋包繞件而不是籠架，以便將過濾元件固定在過濾器中，并降低重量和成本。
[0003]承接徑向向外的流體流的無籠架、無芯過濾器使用單層的螺旋包繞件，該螺旋包繞件具有非常高的強度和模量，以便承受過濾器兩側的壓力差。在包繞件中使用的增強材料通常為單軸向的，也就是說，它們沿軸向方向具有較高的強度，但是沿橫寬方向(cross-width direct1n)具有很小甚至為零的強度。在包繞件中使用高模量纖維要求高效地使用具有高纖維體積含量的材料。結果，由于纖維的轉移和處理，包繞件難以有效工作。另外，具有高纖維含量和高化學相容性的熱塑性材料不能很好地粘接至在過濾元件的制造中常用的熱熔性粘接劑。
[0004]而且，在很多應用中使用的高增強包繞件是非常硬的，并且可能導致很多不合需要的制造問題，包括較差的處理和性能以及較低的制造生產率。硬質材料難以在形成過濾元件時進行操控。硬質材料在切割過濾元件時還有與過濾元件的端部分離的趨勢，這在加端帽的處理過程中是不合需要的。為了準確地加端帽，包繞件的尾部可以進行修剪。不過，修剪端部縮短了包繞件的有效長度，并且在壓力低于設計值時可能導致故障。因為高增強包繞件沿橫向方向具有很小甚至為零的強度，所以修剪包繞件阻止了負載沿材料的整個寬度分布。只有包繞件的界定于端帽中的寬度部分承擔負載。
【發明內容】
[0005]在本發明的一個實施例中，提供了一種過濾器，其用于從流體和氣流中過濾顆粒物。過濾器具有柱狀過濾元件，用于響應流體流過過濾元件而過濾材料。過濾元件優選地包括:具有第一側和第二側的至少一個過濾介質；以及布置在過濾介質的第一側上的第一濾層和布置在過濾介質的第二側上的第二濾層。上游濾層和下游濾層中的至少一個可以包括聚合物網或者擠出或編織的聚合物網。
[0006]多孔包繞件螺旋包繞過濾元件，以便在拉伸力作用下形成多個相鄰的圈，從而將過濾元件保持為柱狀結構。包繞件包括:外層，用于附接至端帽；以及內層，用于承受由過濾元件兩側的壓降產生的、徑向向外的力。內層具有平行的邊緣，所述平行的邊緣比外層更窄并附接至外層。內層可以通過施加在內層和外層之間的雙面膠帶、施加在內層和外層之間的熱熔性粘接劑或者通過超聲波點焊內層和外層而附接至外層。
[0007]形成不透流體的密封的端帽固定至過濾元件的端部。在優選的實施例中，當包繞件附接至端帽時，外層插入端帽中至少千分之50英寸，更優選地是插入端帽中至少千分之100英寸。
[0008]為了承受由從內向外流過過濾元件的流動而引起的壓降，內層具有至少約三百萬psi的彈性模量，更優選地是具有至少約一千兩百萬psi的彈性模量。內層優選地包括聚苯條帶，所述聚苯條帶通過重量百分比高達約60 %的碳纖維含量來增強，或者通過重量百分比高達約70%的玻璃纖維來增強。用于內層的其它材料可以包括由碳纖維或玻璃纖維增強的聚對苯二甲酸丁二酯條帶以及由碳纖維或玻璃纖維增強的尼龍或聚丙烯條帶。
[0009]當包繞件形成圍繞過濾元件的多個相鄰圈時，優選地在包繞件的相鄰圈之間形成間隙，該間隙不大于內層的寬度。外層的寬度還優選地是內層的寬度的兩倍。在另一實施例中，從一個內層的邊緣到下一個相鄰內層的邊緣的距離是內層寬度的大約兩倍。
【附圖說明】
[0010]下面將參考附圖更詳細地介紹本發明的優選實施例。盡管在附圖中示出了本發明的多個示范性實施例，但是附圖并不用于限制本發明的范圍。
[0011]圖1是根據本發明的一個實施例制造的過濾器的透視圖，其中，一個端帽被局部剖視以便示出過濾器的內部。
[0012]圖2是根據本發明的第二實施例制造的過濾器的透視圖，其中，一個端帽被局部剖視以便示出過濾器的內部。
[0013]圖3是根據本發明的多層包繞件的平面圖。
[0014]圖4是兩個相鄰條帶的平面圖，示出了包繞件的優選布局。
【具體實施方式】
[0015]應當理解，該【具體實施方式】部分提供了本發明的示范性實施例。因為本發明的其它實施例可以在細節上不同于該【具體實施方式】部分中的實施例，所以【具體實施方式】部分將涉及在此意義上討論的特定實施例，通常并不意味著對本發明范圍的任何限制。
[0016]圖1-2示出了根據本發明的過濾器8的兩個實施例。過濾器8具有大致柱狀的形狀和兩個端帽40，這兩個端帽40密封過濾元件10的端部。頂部端帽40和過濾元件10的一部分被局部剖視以便示出過濾器8的內部。螺旋包繞部件50可以沿過濾元件10的外周布置。在優選實施例中，過濾元件10可以包括多個縱向彎曲褶皺12或徑向褶皺(未示出)。本領域技術人員還應當知道，包繞部件50也可以用于非折疊式過濾元件例如空心的柱狀纖維物質。
[0017]如圖1所示，柱狀芯20可以沿過濾元件10的內周同軸地布置。芯20通常在過濾器承接徑向向內(從外向內)的流體流時使用。可選地，當過濾元件10承接徑向向外(從內向外)的流體流時，可以不需要柱狀芯，如圖2所示。
[0018]如圖1-2所示，各個褶皺12具有兩個支腿12a，這兩個支腿12a(l)在過濾元件10的外周的冠部或頂部12b處相互連接，并且(2)在過濾元件10的內周的根部12c處與相鄰褶皺12的支腿12a連接。各個支腿12a具有內表面12d，該內表面12d與相同褶皺12中的另一支腿12a的內表面12d相對。各個支腿12a還具有外表面12e，該外表面12e與相鄰褶皺12的支腿12a的外表面12e相對。當使用過濾元件10以使得流體徑向向內流過該元件10時，支腿12a的內表面12d形成過濾元件10的下游表面，而外表面12e形成過濾元件10的上游表面。可選地，當過濾元件10承接徑向向外的流體流時，內表面12d和外表面12e分別形成過濾元件10的上游表面和下游表面。
[0019]本領域技術人員應當知道，過濾元件10可以包括在圖中示出的彎曲或覆蓋的褶皺或者普通的徑向褶皺(未示出)。在一個實施例中，褶皺的支腿12a可以是具有相等長度的支腿。在另一實施例中，褶皺的支腿12a可以是具有略微不同長度或不等長度的支腿。對于很多過濾元件10，特別是對于由多層復合材料形成的過濾元件，當各個彎曲褶皺的鄰接支腿12a具有略微不同長度時將更容易和更可靠地形成折疊式過濾元件10。這些褶皺12將被稱為具有不等支腿的褶皺。
[0020]如圖所示，各褶皺12的支腿12a的相對內表面12d在支腿12a和褶皺12的基本整個高度上相互接觸，并在沿過濾元件10的軸向長度的較大部分延伸的連續區域上相互接觸。另外，相鄰褶皺12的支腿12a的相對外表面12e在相鄰褶皺12和支腿12a的整個高度上相互接觸，并在沿過濾元件的軸向長度的較大部分延伸的連續區域上相互接觸。褶皺12和支腿12a的高度沿支腿12a的表面的方向測量，并從過濾元件10的內周延伸至外周。
[0021]過濾元件10包括過濾介質14和過濾裝置，該過濾裝置布置在過濾介質14的至少一側，優選地布置在過濾介質14的上游側，更優選地布置在過濾介質14的上游側和下游偵k當在過濾元件10中使用徑向褶皺時，在褶皺的支腿的上游側和下游側之間通常存在足夠的空間，以使流體可以均勻地流向過濾介質14的表面的基本所有的部分或者從這些部分流出。在本發明的優選實施例中，彎曲褶皺12的相對表面被壓制成相互接觸。因此，褶皺12的各支腿12a的濾網的股線壓靠褶皺12的相鄰支腿12a的濾網的股線。當在過濾元件中使用彎曲的褶皺12時，過濾裝置防止過濾介質14的相對表面相互接觸，并使流體能均勻地流向過濾介質14的表面的基本所有的部分或者從這些部分流出。因此，實際上過濾介質14的整個表面區域都可以有效地用于過濾。
[0022]在圖1的實施例中，過濾元件10包括三層復合材料構成的過濾介質14，成上游濾層16形式的上游過濾裝置布置在過濾介質14的上游表面上，成下游濾層18形式的下游過濾裝置布置在過濾介質14的下游表面上。