Изобретение относится к способу неразрушающего контроля фильтров для обнаружения внутренних дефектов фильтра, в том числе каталитического, в частности, используемого для обработки газов, содержащих частицы саж, причем указанный фильтр содержит фильтрующий элемент с сотовой структурой или множество элементов с сотовой структурой, отличающемуся тем, что определяют наличие или отсутствие указанных дефектов путем измерения распространения газового потока, такого как воздух, через фильтрующий элемент или фильтрующие элементы. Изобретение относится также к устройству для осуществления указанного способа.

 

(57) Реферат / Формула:
относится к способу неразрушающего контроля фильтров для обнаружения внутренних дефектов фильтра, в том числе каталитического, в частности, используемого для обработки газов, содержащих частицы саж, причем указанный фильтр содержит фильтрующий элемент с сотовой структурой или множество элементов с сотовой структурой, отличающемуся тем, что определяют наличие или отсутствие указанных дефектов путем измерения распространения газового потока, такого как воздух, через фильтрующий элемент или фильтрующие элементы. Изобретение относится также к устройству для осуществления указанного способа.

 

---

2420-148553ЕА/042
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ФИЛЬТРА ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ЧАСТИЦ И
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к области фильтров с сотовой структурой для улавливания частиц, устанавливаемых на выхлопном трубопроводе двигателя с целью удаления сажи, обычно образующейся в результате сгорания дизельного топлива в двигателях внутреннего сгорания. Более конкретно, изобретение относится к способу обнаружения и определения внутренних дефектов фильтра, таких как скрытые пористые или дополнительные пробки, трещины, и вообще любой дефект, способный привести к снижению рабочих характеристик и даже к дезактивации указанного фильтра.
Фильтрующие структуры для саж, содержащихся в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания, хорошо известны из уровня техники. Типовой фильтр такого рода чаще всего имеет сотовую структуру, при этом одна из поверхностей фильтра принимает фильтруемый выхлопной газ, а другая поверхность удаляет отфильтрованный выхлопной газ. Структура включает между приемной и удаляющей поверхностями множество прилегающих трубок или каналов с осями, параллельными друг другу, разделенных пористыми фильтрующими перегородками, при этом указанные трубки наглухо закрыты на одном или другом из своих концов с образованием впускных камер, выходящих на приемную поверхность, и выпускных камер, выходящих на удаляющую поверхность. Для улучшения герметичности поверхностная часть конструкции покрыта преимущественно цементом, называемым в дальнейшем покрывающим цементом. Трубки поочередно закрыты в таком порядке, чтобы выхлопной газ при прохождении через тело с сотовой структурой вынужден был пересечь боковые перегородки впускных каналов и проникнуть в выпускные каналы. Таким образом, твердые частицы сажи оседают на пористых стенках фильтрующего тела. Преимущественно, фильтрующими телами являются керамический пористый материал, например, кордиерит или карбид кремния.
Известно, что в процессе эксплуатации фильтр для
улавливания частиц подвергается последовательным операциям фильтрации (накопление сажи) и регенерации (удаление саж). Во время стадий фильтрации частицы сажи, выделенные двигателем, задерживаются и осаждаются внутри фильтра. Во время стадий регенерации частицы сажи сгорают внутри фильтра и тем самым происходит восстановление его фильтрующих свойств. Пористая структура подвергается в дальнейшем интенсивным тепловым и механическим нагрузкам, которые могут вызвать
микрорастрескивание, способное на время вызвать серьезные нарушения фильтрующей способности установки и даже привести к ее полной дезактивации. Это явление наиболее часто наблюдается на монолитных фильтрах большого диаметра.
Для решения этих проблем и увеличения продолжительности жизни фильтров были предложены в последнее время более сложные фильтровальные структуры, объединяющие в один фильтрующий блок несколько монолитных элементов с сотовой структурой. Элементы чаще всего соединяются между собой путем склеивания с помощью керамического цемента, называемого в дальнейшем цементом для связывания или связывающим цементом. Примеры таких фильтрующих комплексных структур приведены, например, в заявках на патенты ЕР 816 065, ЕР 1 142 619, ЕР 1 455 923 или же WO 2004/09(3294 и WO 2004/065088.
Фильтры или фильтрующие блоки для сажи, описанные выше, наиболее часто и в больших масштабах используются в устройствах для очистки выхлопных газов тепловых дизельных двигателей. В дальнейшем речь будет идти в равной мере о фильтрах, фильтрующих структурах или блоках для того, чтобы обозначить таким образом фильтровальные структуры согласно изобретению.
Следует признать, что промышленное производство таких структур является сложным, поскольку требует выполнения многочисленных стадий, причем каждая стадия должна осуществляться в оптимальных условиях с получением в конечном счете структуры, способной выполнять фильтрующую функцию, т.е. не должна содержать внутренних дефектов. Типовая последовательность основных стадий в классическом способе изготовления фильтра, включает, помимо прочего, экструзию пасты
на основе SiC или кордиерита с получением монолитных элементов с сотовой структурой, закрывание наглухо пробкой определенных концов трубок, обжиг, факультативную механическую обработку, нанесение покрывающего и связывающего цемента между указанными элементами с последующей их сборкой и отверждение указанного цемента, как правило, путем соответствующей термообработки. Типовая последовательность этих стадий описана, например, в заявках на патент W0 2004/065088 или ЕР 1 142 619. Представляется очеидным, что эти стадии (и другие) представляют собой многочисленные источники появления потенциальных дефектов во внутренней структуре фильтра, например, разрыв(ы) перегородок внутри элемента с сотовой структурой или швов между элементами, неплотное закрывание пробкой трубок, трещина(ы) в перегородках или в швах, отсутствующая(ие), пористая(ые) или дополнительная(е) пробка(и), неравномерное распределение по толщине перегородок или швов, неудовлетворительная герметизация покрывающим цементом. Начиная со стадии изготовления, а также после возможного осуществления рецикла, обнаружение и, предпочтительно, классификация таких дефектов являются, таким образом, крайне важными операциями, поскольку эти дефекты могут сильно повлиять на эффективность и целостность фильтра с момента пуска его в эксплуатацию или после нескольких последовательных циклов регенерации, во время которых ф'ильтр подвергается высоким термомеханическим нагрузкам.
Выяснилось, что большинство обнаруженных дефектов являются внутренними дефектами фильтра.
Кроме того, большая часть известных на сегодняшний день способов, не обладает достаточно высокой способностью к различению дефектов, и только деструкция фильтра позволяет визуально определить внутренние дефекты фильтра.
Один из известных способов основан на измерении потерь давления между двумя поверхностями структуры. Однако это измерение не является достаточно точным инструментом для различения дефектов, поскольку слишком сильно зависит от изменений внутренней пористости материала и толщины перегородок.
Заявка на патент FR 2 840 405 описывает недеструктивный способ обнаружения дефектов в фильтре для улавливания частиц с использованием ультразвука. Указывается, что величина времени прохождения ультразвука и/или изменений мощности и амплитуды ультразвукового сигнала при прохождении пористой массы является показателем внутренних дефектов структуры.
Одна из задач настоящего изобретения состоит в разработке способа, позволяющего недеструктивным путем определить характеристики фильтра для улавливания частиц, описанного выше.
Более конкретно, настоящее изобретение относится к недеструктивному простому и экономичному способу, обладающему способностью к различению дефектов, достаточной для того, чтобы качественно охарактеризовать фильтр и отличить, например, на стадии получения, сотовую структуру без внутренних дефектов от структур, имеющих внутренние дефекты и делающие их непригодными для использования в качестве фильтра для улавливания частиц.
Более конкретно, в соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к недеструктивному способу обнаружения внутренних дефектов фильтра, необязательно каталитического, в частности, используемого для обработки газа, содержащего частицы сажи, причем указанный фильтр содержит фильтрующий элемент с сотовой структурой или множество фильтрующих элементов с сотовой структурой, при этом фильтрующий элемент или фильтрующие элементы содержат множество прилегающих трубок или каналов с параллельными друг другу осями, разделенных пористыми перегородками, причем указанные трубки наглухо закрыты пробками с одного или другого своего конца с образованием впускных камер, выходящих на поверхность, которая принимает газ, и выпускных камер, выходящих на поверхность, которая удаляет газ, так, чтобы газ проходил через пористые перегородки. Указанный способ отличается тем, что определяют наличие или отсутствие дефектов путем измерения распространения газового потока, такого как воздух, через фильтрующий элемент или фильтрующие элементы. Под "распространением потока" понимают в данном изобретении изменение движения газового потока, пересекающего структуру
через ее пористые перегородки.
Указанные дефекты относятся к следующему типу: разрывы перегородок внутри элемента с сотовой структурой или швов между элементами, неплотное закрывание пробкой трубопроводов, трещины в перегородках или в швах, скрытые, пористые или дополнительные пробки, неравномерное распределение по толщине перегородок или швов, неудовлетворительная герметичность покрывающего цемента.
Например, наличие или отсутствие указанных дефектов определяют путем сравнения с контрольной величиной, соответствующей фильтру, не имеющему внутренних дефектов.
В соответствии с первым возможным вариантом осуществления настоящего способа, распространение газового потока через фильтр оценивается с помощью анализа эмиссионного спектра интенсивности инфракрасного излучения на выходе из фильтра, в частности, путем термографического анализа инфракрасной области излучения.
В соответствии со вторым возможным вариантом, распространение газового потока через фильтр оценивается, по меньшей мере, одним измерением скорости газа на выходе из указанного фильтра.
Два описанных выше варианта не ограничивают настоящее изобретение и любое другое известное средство, позволяющее исследовать распространение газа через фильтр входит в объем настоящего изобретения.
Например, в соответствии с указанным вторым вариантом осуществляют ряд замеров скорости газа с тем, чтобы составить профиль указанных скоростей на выходе из фильтра.
Наличие или отсутствие указанных дефектов может быть определено путем сравнения между собой различных величин скорости газов, полученных на фильтре.
Предпочтительно, чтобы шаг замера был равен или ниже ширины трубки.
Возможно, в некоторых вариантах осуществления изобретения пористые перегородки фильтра могут предварительно загружаться сажей с концентрацией, по меньшей мере, 1 грамм на литр.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к
устройству для осуществления способа, описанного выше, включающего, в частности:
- средства для импульсной подачи газа, такого как воздух,
- средства для ограничения расхода воздуха, подаваемого на фильтр,
- средства регулирования расхода и/или давления воздуха, подаваемого на фильтр,
средства измерения, на выходе из фильтра, распространения потока газа, такого как воздух, через фильтрующий элемент или фильтрующие элементы.
Средствами измерения являются, например, средства для измерения скорости газов, например, выбираемые из винтовых анемометров, термоанемометров, трубок Пито, систем с нагреваемым шаром, систем с нагреваемой пленкой, систем типа PIV (Particules image velocimetry), систем типа LDA (laser Doppler anemometry), измеряющих эффект Допплера, связанный со скоростью воздуха.
Средства контроля могут включать в себя дроссельный клапан в сочетании с прецизионным клапаном.
В качестве средств измерения могут быть использованы также системы, в которых распространение газа оценивают путем анализа эмиссионного спектра интенсивности инфракрасного излучения на выходе из фильтра, в частности, системы на основе термографического анализа инфракрасной области излучения.
Способ или устройство описанные выше, могут найти применение в частности, в области:
контроля за способами изготовления фильтров для улавливания частиц,
контроля за проведением рецируляции фильтров для улавливания частиц,
исследований для проектирования, характеристики и разработки новых фильтров для улавливания частиц, в частности, выбора новых или улучшенных материалов, используемых в указанных фильтрах,
исследований в области контроля за сроком службы фильтров.
Изобретение в дальнейшем поясняется описанием варианта его осуществления, приводимого со ссылками на фигуру 1 чертежа, иллюстрирующую предложенный способ.
Устройство разработано, во-первых, в целью визуализации дефектов фильтра, распространяющихся в радиальном направлении. Однако опыты, проводимые заявителем, показали, что и другие типы дефектов, находящиеся в структуре в продольном направлении, влияют на сигнал, обнаруживаемый согласно предложенному способу и устройством для его осуществления, и поэтому эти дефекты могут быть также охарактеризованы.
В соответствии с концепцией настоящего изобретения газ, обычно, воздух, подают на фильтр для улавливания частиц. Измеряют профиль скоростей газов и анализируют без выхода из фильтра. В дальнейшем рассмотрен случай, когда газом является воздух, хотя очевидно, что другие виды газа могли бы быть использованы, не выходя за рамки изобретения.
Измерения проводят при постоянном расходе и, предпочтительно, при постоянном давлении на входе (до) фильтра для улавливания частиц, в направлении движения газа.
Более конкретно, и в соответствии с фигурой 1, устройство состоит из трубчатого органа 1, на котором располагаются последовательно:
1) Воздушный фильтр 2.
Этот фильтр необязателен, его функция состоит в устранении накапливания в системе пыли, имеющейся в окружающем воздухе.
2) Дроссельный клапан 3.
Этот клапан осуществляет грубое регулирование расхода и давления на входе в фильтр 4 для улавливания частиц.
Однако при наиболее низких значениях расхода воздуха целесообразно наряду с указанным клапаном 3 использовать прецизионный клапан 5. Клапан 5 может быть клапаном гильотинового типа и позволяет работать с потоком воздуха, температура которого практически является постоянной. Дополнительное включение в работу клапана 5 обеспечивает точность параметров при расходе газа ниже 1 м3/час (метр кубический в час), а также облегчает регулирование давления в
непосредственной близости и на участке до фильтра 4 для улавливания частиц, в направлении движения воздуха. Точность получаемого давления составляет около 1 мбар (1 бар = 0,1 МПа).
3) Воздуходувка 6.
Воздуходувка позволяет подавать воздух на фильтр 4. Расход вдуваемого воздуха обычно зависит от типа дефекта, который следует определить. Например, в случае, когда фильтр не загружен сажей или порошковым материалом, расход вдуваемого воздуходувкой воздуха может, как правило, изменяться от 10 до 700 м3/час, предпочтительно, от 200 до 400 м3/час.
В случае, когда фильтр загружен сажей или другим порошковым материалом, расход вдуваемого воздуходувкой воздуха может изменяться от 10 до 700 м3/час, предпочтительно, от 10 до 100 м3/час.
4) Дебитометр 7.
Дебитометр обеспечивает проверку и контроль расхода воздуха в процессе работы.
5) Трубка 8, установленная между воздуходувкой 6 и диффузором 9.
Длина трубки 8 между воздуходувкой и диффузором преимущественно выбирается такой, чтобы она, приблизительно, в 50 раз превышала диаметр трубки. Такая конфигурация позволяет, в частности, достичь скорости, практически постоянной на линиях с потоком газа на выходе из трубы 8, т.е. получают стабилизированный поток газа на входе из диффузора.
6) Диффузор 9.
Для устранения отрыва воздушного потока от стенок диффузора и явления турбулентности, угол при вершине диффузора, предпочтительно, ниже 7°, например, 6°. Такая конструкция обеспечивает, в частности, однородность газового потока, поступающего на вход фильтра для улавливания частиц.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения соединяют напрямую вход фильтра и выход диффузора. Однако, без выхода за рамки изобретения, герметичнй кожух 10 фильтра может иметь длину, превышающую длину фильтра 4,и таким образом остается пространство между выходом 11 диффузора 9 и входом 12
фильтра 4. Например, исследования заявителя показали удовлетворительные результаты, когда фильтр длиной 6" (1 дюйм = 2,54 см) отстоял на 4" от входа в фильтр, при этом используемый кожух (canning) имел длину 10" (см. фиг.1).
7) Датчик давления 13.
Датчик давления выполняет функцию проверки и контроля абсолютного и/или относительного давления в части диффузора, находящейся непосредственно до фильтра для улавливания частиц, в направлении движения воздуха.
8) При необходимости, датчик температуры 14, установленый вблизи входа 12 в фильтр.
9) Система 15 для измерения скорости воздуха.
Согласно изобретению измерительная система может быть выбрана из любой системы, известной в области механики жидкостей, для измерения скорости газового потока. Не ограничиваясь нижеперечисленным, можно в качестве примера использовать согласно изобретению:
один или несколько мобильных винтовых анемометров, сканирующих нижнюю поверхность фильтра для улавливания частиц на выходе из настоящего устройства,
- ряд или батарею анемометров, стационарных или мобильных и/или расположенных в различных местах на задней поверхности фильтра,
один или несколько термоанемометров или комплект термоанемометров, при этом скорость газов измеряют в зависимости от теплопотерь в термоанемометре или термоанемометрах,
- одну или несколько трубок Пито,
- системы с нагреваемым шаром,
- системы с нагреваемой пленкой,
- системы типа PIV (Particules image velocimetry),
- системы типа LDA (laser Doppler anemometry), измеряющие эффект Допплера, связанный со скоростью воздуха.
Согласно изобретению наличие или отсутствие дефектов определяется измерением распространения газового потока через структуру. Например, как описано выше со ссылкой на фигуру 1,
это измерение сочетают с измерением скорости газа на выходе из структуры. Однако, любое другое известное средство, пригодное для измерения с указанной целью, может быть использовано согласно изобретению. В частности, можно использовать системы, в которых распространение газового потока через фильтр оценивается путем анализа эмиссионного спектра интенсивности инфракрасного излучения на выходе из фильтра, в частности, системы, основанные на термографическом анализе инфракрасного спектра излучения. Поскольку полученные отклонения связаны с условиями прохождения газа через указанный фильтр, получают характеристический спектр, отражающий наличие или отсутствие дефекта(ов).
Расстояние между задней поверхностью 16 фильтра и системой 15 для измерения воздуха обычно определяется соотношением между габаритами самой измерительной системы и интенсивностью воздушного потока на выходе из фильтра.
Практически, выбирают конфигурацию, при которой это расстояние было бы минимально для того, чтобы устранить какое-либо явление "повторного смешивания" газовых потоков на выходе, которое затрудняет измерение скорости газов.
Обычно, расстояние фильтр/измерительная система находится в диапазоне от 0 до нескольких сантиметров, предпочтительно, от 0 до 2 см.
Согласно одному варианту можно дополнительно, не выходя за рамки изобретения, составить картографию по двум или трем измерениям скоростей газов на выходе из фильтра, подключая к измерительной системе программное обеспечение, разработанное с этой целью.
Способ контроля фильтра для улавливания частиц согласно изобретению может быть осуществлен разными путями, в частности, в зависимости от типа определяемого дефекта.
Согласно первому варианту осуществляют визуализацию дефектов типа измельченной, пористой и дополнительной пробки или нефильтрующей перегородки. В соответствии с этим вариантом фильтр непосредственно помещают в измерительное устройство, описанное выше, без предварительной загрузки фильтра.
В соответствии с этим вариантом расход воздуха обычно составляет 200-400 м3/час.
Можно провести сравнительный анализ, например, с контрольной величиной, соответствующей фильтру, не имеющего такого рода дефект. Опыты, проведенные заявителем, подтвердили, что значения скорости газа, полученные на выходе из фильтра, были особенно хорошо воспроизводимы, если расход и, в идеальном случае, давление газа на входе в фильтр, были практически идентичными для обоих фильтров (контрольный фильтр и анализируемый фильтр). Согласно изобретению предпочтительно работать при постоянном давлении для более точной характеристики фильтра.
В соответствии с вариантом, анализ может быть также осуществлен путем сравнения между собой полученных различных величин скоростей, в этом случае значительное отклонение от измеренного среднего значения скорости будет указывать на наличие определяемого дефекта. Например, локальное относительное отклонение, составляющее, по меньшей мере, 5%, предпочтительно, по меньшей мере, 10% от средней скорости газа, измеряемой на выходе из фильтра, может быть достаточным для того, чтобы обнаружить, охарактеризовать и локализовать внутренний дефект. Под относительным отклонением понимают в данном изобретении абсолютное значение разности скоростей, отнесенной к скорости, наблюдаемой на контрольном фильтре того же размера, умноженное на 100.
В соответствии с другим возможным вариантом, в котором осуществляют как обычно визуализацию дефектов, таких как трещины или разрывы перегородок, фильтр помещают в измерительное устройство, описанное выше, после предварительной стадии, на которой фильтр загружают сажей или, предпочтительно, порошкообразным материалом, взятым в качестве образца менее вредного, чем сажа, но характеристики которого (гранулометрия, форма зерен и т.д.) являются близкими саже.
В соответствии с этим вариантом расход воздуха может составлять 20-40 м3/час. Как и в предыдущем варианте может быть осуществлен сравнительный анализ с известным контрольным
образцом при одних и тех же условиях расхода воздуха и, предпочтительно, давления, измеренными непосредственно на входе из фильтра по направлению движения газа.
Как и в предыдущем варианте, анализ может быть также осуществлен путем сравнения скоростей, измеряемых на анализируемом фильтре, например, по отношению к средней наблюдаемой скорости. В соответствии с такой методикой локальное относительное отклонение, составляющее, по меньшей мере, 10%, предпочтительно, по меньшей мере, 20% по отношению к средней скорости газа, измеряемой на выходе из фильтра, позволяет обнаружить, охарактеризовать и определить локализацию внутреннего дефекта, относящегося к трещинам, при условиях измерения.
Изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления. В частности, можно, не выходя за рамки изобретения, визуализировать дефекты типа трещин, разрывов и т.д. на фильтре, не загруженном сажей и, наоборот, типа измельченной, пористой и т.д. пробки в фильтре, предварительно загруженном сажей.
Изобретение и его преимущества иллюстрируются неограничивающими примерами, представленными ниже.
Фильтр, используемый в примерах, представляет собой фильтрующий блок, соединяющий несколько монолитных элементов с сотовой структурой. Экструдированные элементы выполнены из карбида кремния (SiC). После обжига элементы обрабатывают, затем соединяют друг с другом путем склеивания с помощью цемента на основе карбида кремния SiC, затем полученную структуру промазывают покрывающим цементом согласно известному способу. Изготовление таких фильтрующих структур описано, в частности, в заявках на патент ЕР 816 065, ЕР 1 142 619, ЕР 1 455 923 или же WO 2004/090294.
Характеристики фильтра, используемого в нижеследующих примерах, сведены в таблицу 1:
Таблица 1
Геометрия каналов квадратная
Плотность каналов
180 спей (каналов на дюйм, 1 дюйм=2,54 см)
Размеры каналов
1,8x1,8 мм
Толщина перегородок
350 мкм
Число сборных элементов
Форма структуры
цилиндрическая
Длина
6" (15,2 см)
Объем
2,48 литра
Используемое устройство относится к типу, описанному со ссылкой на фигуру 1. Диффузор имеет угол б ° при вершине. Система для измерения скорости газов представляет собой винтовой анемометр марки Schiltknecht, выпускаемый фирмой RBI Instrumentations, установленный на двух гидроцилиндрах, расположенных в форме креста, которые обеспечивают ему подвижность вдоль осей перемещения X и Y.
Система осуществляет пошаговое перемещение вдоль первого пути в направлении X, причем шаг установлен на значении 1,8 мм. Шаг выбирают равным ширине канала так, чтобы добиться оптимального распознавания дефектов. Как только путь по направлению X полностью завершен, измерительная система опускается на один шаг по направлению Y. При каждом перемещении анемометра в направлении X или Y осуществляют местное измерение скорости газов. Таким образом, составляют полную картографию в направлениях XY потоков газа.
Пример 1
Данный пример относится к обнаружению дефектов типа дефектной пробки (например, разбитой или пористой). Анализ осуществляли на фильтре, преднамеренно включавшем дефектные пробки. Контрольный фильтр, не содержащий дефектов, анализировали при тех же условиях. Основные параметры и полученные результаты сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Параметры и результаты
Контрольный фильтр/положения пробок без дефектов
Положения дефектных пробок
Относительное давление (на входе в фильтр)
7,4 мбар
Расход воздуха
(на входе в фильтр)
301 м3/час
301,5 м3/час
Температура
(на входе в фильтр)
40°С
Скорость
(на выходе из фильтра)
10 м/сек (+0,3 м/сек)
12 м/сек
Относительное отклонение измеренных скоростей
20%
Расстояние между
анемометром
и фильтром
1 см
Перемещение анемометра
1,8 мм: шаг равен ширине канала
Диаметр винтового анемометра
9 мм
Полученные результаты показывают, что при эквивалентных условиях расхода и давления воздуха на входе фильтра скорости, измеренные при каждом шаге анемометра:
а) на контрольном фильтре,
б) на частях фильтра без дефекта
практически идентичны (10 м/сек) при незначительном абсолютном отклонении (0,3 м/сек).
С другой стороны, относительное расхождение между контрольной величиной, определенной описанным выше способом, и величиной скорости, полученного при измерении, осуществленном на уровне дефектных пробок, является значительным (20%) и позволяет обнаружить, охарактеризовать и даже локализовать положения дефектных пробок.
Дополнительная проверка путем деструкции фильтра и
реальной визуализации дефектов показала, что положение дефектов, обнаруженных путем измерения скоростей газа, точно соответствовало положению дефектных пробок. Пример 2
Данный пример относится к обнаружению дефектов типа дополнительной пробки или нефильтрующей перегородки. Анализ был осуществлен на фильтре, намеренно содержащем дополнительные пробки. Контрольный фильтр, не содержащий дефектов, также анализировали при таких же условиях. Основные параметры и полученные результаты сведены в таблицу 3.
Таблица 3
Параметры и результаты
Контрольный фильтр/положения норамльных пробок
Положения дополнительных пробок
Относительное давление (на входе из фильтра)
10,43 мбар
Расход воздуха
(на входе из фильтра)
352 м3/час
351 м3/час
Температура
(на выходе в фильтр)
40°С
Измеренная скорость (на выходе из фильтра)
12 м/сек (±0,3 м/сек)
10,5 м/сек
Относительное отклонение измеренных скоростей
12, 5%
Расстояние между
анемометром
и фильтром
1 см
Перемещение анемометра
1,8 мм: шаг равен ширине канала
Диаметр винтового анемометра
9 мм
Как и в предыдущем примере, полученные результаты показывают, что при эквивалентных условиях расхода и давления воздуха на входе фильтра, скорости, измеренные при каждом шаге анемометра:
а) на контрольном фильтре,
б) на частях фильтра без дефекта
практически идентичны (12 м/сек) при незначительном абсолютном отклонении (0,3 м/сек).
С другой стороны, . относительное расхождение между контрольной величиной, определенной таким образом, и значением скорости, полученным при измерении, осуществленном на уровне дефектных пробок, является значительным (12,5%), несмотря на то, что расходы воздуха были большими, и позволяет обнаружить, охарактеризовать и даже локализовать положение дополнительных пробок.
Положения дефектов, обнаруженных измерением скоростей газа, точно соответствуют положению дополнительных
преднамеренно введенных пробок.
Пример 3
Данный пример относится к обнаружению дефектов типа трещин в перегородках, появляющихся после нескольких циклов регенерации фильтра. Контрольный фильтр, не имеющий дефектов, был также анализирован при таких же условиях. Перед измерением, перегородки двух фильтров были загружены сажей до достижения количества сажи в фильтре, равного 7 грамм на литр. Основные параметры и полученные результаты сведены в таблицу 4.
Таблица 4
Параметры и результаты
Контрольный фильтр/положения нормальных пробок
Положения перегородок "с трещинами"
Относительное давление (на входе в фильтр)
12,4 мбар
Расход воздуха
(на входе из фильтр)
39,6 м3/час
39,6 м3/час
Температура (на входе в фильтр)
40°С
Измеренная скорость (на выходе из фильтра)
1,9 м/сек (±0,1 м/сек)
2,65 м/сек
Относительное отклонение измеренных скоростей
39%
Расстояние между
анемометром
и фильтром
1 см
Перемещение анемометра
1,8 мм: шаг равен ширине канала
Диаметр винтового анемометра
9 мм
Поскольку фильтры содержат сажу, давление воздуха на входе фильтра значительно выше, чем давление в двух первых примерах, и скорости газа, измеренные на выходе, намного более низкие. Результаты, полученные в этих условиях, показывают, что при эквивалентных условиях расхода и давления воздуха на входе в фильтр, скорости, измеренные при каждом шаге анемометра между контрольным фильтром и стенками фильтра, не содержащего дефекта, являются практически идентичными (1,9 м/сек) при небольшом абсолютном отклонении (0,1 м/сек).
С другой стороны, относительное расхождение между указанной контрольной величиной, и величиной скорости, полученной в случае, когда измерение осуществляли на уровне дефектной части фильтра, является значительным (39%) и позволяют обнаружить, охарактеризовать и локализовать положение внутренних трещин.
Классический анализ, осуществляемый путем деструкции фильтра, показал, что положения дефектов, обнаруженных путем измерения скоростей газа, соответствуют местам, где перегородки подверглись растрескиванию.
Устройство и способ согласно изобретению позволяют с высокой скоростью осуществить контроль фильтра для улавливания частиц после его изготовления. Например, устройство можно установить за пределами производственной линии, при этом анализ части изготовленных фильтров позволяет дать оценку пригодности всей полученной партии. Согласно другому примеру устройство согласно изобретению можно расположить на выходе
производственной линии и партия изготовленных фильтров может пройти технический контроль в конце линии с целью проверки качества продукта.
Изобретение применимо также для выявления дефектов в фильтрах после прохождения рецикла фильтра, при этом обеспечивается менее дорогостоящий и более точный метод, чем тот, который описан в патенте FR 2 840 405.
В целом способ и устройство согласно изобретению применимы не только для контроля за изготовлением фильтров или их рециркуляции, описанного выше, но также для:
исследований при проектировании, характеристике; или разработке новых фильтров для улавливания частиц, в частности, при отборе новых или улучшенных материалов, пригодных для использования в указанных фильтрах,
- изучения и контроля в области контроля за сроком службы фильтров и т.д.
Настоящее изобретение применяется для обнаружения имеющихся дефектов как в фильтрах для улавливания обычных частиц, т.е. для обеспечения только функции фильтрации саж, так и -в каталитических фильтрах, сочетающих функцию фильтрации саж с конверсирующей активностью в отношении загрязняющих газов типа оксидов азота, серы или моноокиси углерода. Такие каталитические фильтры получают, например, путем пропитки первоначальной структуры раствором, содержащим катализатор или его предшественник.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ неразрушающего контроля для обнаружения внутренних дефектов фильтра, в том числе каталитического, в частности, используемого для обработки газов, содержащих частицы сажи, причем указанный фильтр содержит фильтрующий элемент с сотовой структурой или множество элементов с сотовой структурой, при этом фильтрующий элемент или фильтрующие элементы содержат множество прилегающих трубок или каналов с параллельными осями, разделенных пористыми перегородками, причем указанные трубки наглухо закрыты пробками с одного или другого своего конца с образованием впускных камер, выходящих на поверхность, на которую поступает газ, и выпускных камер, выходящих на поверхность, удаляющую газ, с возможностью пропускания газа через пористые перегородки, отличающийся тем, что определяют наличие или отсутствие указанных дефектов путем измерения распространения газового потока, такого как воздух, через фильтрующий элемент или фильтрующие элементы.
2. Способ по п.1, в котором указанными дефектами являются разрывы перегородок внутри элемента с сотовой структурой или швов между элементами, неплотное закрывание трубок, трещины в перегородках или в швах, скрытые, пористые или дополнительные пробки, неоднородное распределение по толщине перегородок или швов, неудовлетворительная герметизация покрывающим цементом.
3. Способ по одному из пп.1 или 2, в котором наличие или отсутствие указанных дефектов определяют путем сравнения с контрольной величиной, соответствующей фильтру, не содержащему внутренних дефектов.
4. Способ по одному из пп.1-3, в котором распространение газового потока через фильтр измеряют путем анализа эмиссионного спектра интенсивности инфракрасного излучения на выходе потока из фильтра, в частности, путем термографического анализа инфракрасного излучения.
5. Способ по одному из пп.1-4, в котором распространение газового потока через фильтр измеряют с помощью, по меньшей мере, одного измерения скорости газа, выходящего из указанного
фильтра.
6. Способ по п.5. в котором осуществляют ряд измерений скорости газа для получения профиля указанных скоростей на выходе из фильтра.
7. Способ по п.б, в котором наличие или отсутствие указанных дефектов определяют путем сравнения между собой различных значений скорости газа, полученных на фильтре.
8. Способ поодному из пп.б или 7, в котором шаг измерения равен или ниже ширине трубки.
9. Способ по одному из пп.1-8, в котором пористые перегородки фильтра предварительно загружают сажей, находящейся в концентрации не менее 1 грамм на литр.
10. Устройство для осуществления способа по одному из пп.1-9, включающий:
- средства (б) для импульсной подачи газа, такого как воздух, в фильтр;
- средства для ограничения (8, 9, 10) расхода воздуха, вводимого в фильтр (4),
- средства для регулирования (3, 5) расхода и/или давления воздуха, вводимого в фильтр,
средства для измерения на выходе из фильтра распространения газового потока через фильтрующий элемент или элементы.
11. Устройство по п.10, в котором средства для измерения представляют собой средства для измерения скорости газа (15), например, выбранные из винтовых анемометров, термоанемометров, трубок Пито, систем с нагреваемым шаром, систем с нагреваемой пленкой, систем типа PIV (Particules image velocimetry), систем типа LDA (laser Doppler anemometry), измеряющих эффект Доплера, связанный со скоростью воздуха.
12. Устройство по п.11, в котором средства контроля включают в себя дроссельный клапан (3), соединенный с прецизионным клапаном (5).
13. Устройство по п.10, в котором средства для измерения представляют собой системы, в которых распространение газового потока измеряют путем анализа эмиссионного спектра
интенсивности инфракрасного излучения на выходе из фильтра, в частности, системы на основе термографического анализа инфракрасного излучения.
14. Применение способа или устройства по одному из пп.1-13
для:
контроля за способом изготовления фильтров для улавливания частиц,
контроля за способом рециркуляции фильтров для улавливания частиц,
исследований при проектировании, характеристике или разработке новых фильтров для улавливания частиц, в частности, при выборе новых или улучшенных материалов, используемых в указанных фильтрах,
исследований в области контроля за сроком службы фильтров.
По доверенности