BR112019009440A2

BR112019009440A2 - disposição, alojamento de válvula de vedação e método para operar uma vávula de vedação

Info

Publication number: BR112019009440A2
Application number: BR112019009440A
Authority: BR
Inventors: Steichen Charles; Hutmacher Patrick; Tockert Paul
Original assignee: Wurth Paul Sa
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2019-07-30
Also published as: KR20190058688A; UA124204C2; US11199359B2; US20190277567A1; EA201991111A1; JP6694553B2; EA036125B1; CA3041377C; BR112019009440B1; WO2018087115A1; CN109963950B; EP3538675B1; CA3041377A1; JP2020503431A; KR101991242B1; EP3538675A1; TW201817881A; LU93298B1; TWI767949B; CN109963950A

Abstract

a invenção se refere a uma disposição de válvula de vedação para uma instalação de carregamento de forno de cuba que compreende um obturador (12) que coopera com uma sede da válvula (10) e um dispositivo de atuação de obturador para mover o obturador (12) entre uma posição fechada em contato de vedação com a sede da válvula (10) e uma posição aberta remota da sede da válvula (10). de acordo com a presente invenção, o dispositivo de atuação de obturador compreende uma haste de inclinação (24) conectada ao obturador (12), um motor elétrico (26) com uma haste de emissão conectada à haste de inclinação (24) e um dispositivo de frenagem (30) associado ao motor elétrico (26). o dispositivo de frenagem (30) é configurado para, quando engatado, evitar que a haste de emissão do motor elétrico (26) gire. o dispositivo de atuação de obturador compreende ainda meios de transmissão (28) dispostos entre a haste de emissão do motor elétrico (26) e a haste de inclinação (24), em que os meios de transmissão (28) são configurados para transmitir movimento giratório da haste de emissão do motor elétrico (26) para a haste de inclinação (24). os meios de transmissão (28) compreendem um recuo configurado para ter uma quantidade predeterminada de rotação permitida entre a haste de emissão do motor elétrico (26) e a haste de inclinação (24).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “DISPOSIÇÃO, ALOJAMENTO DE VÁLVULA DE VEDAÇÃO E MÉTODO PARA OPERAR UMA VÁVULA DE VEDAÇÃO”

CAMPO DA TÉCNICA [001] A presente invenção geralmente refere-se a uma disposição de válvula de vedação para uma instalação de carregamento de forno de cuba e, mais especificamente, a uma disposição de válvula de vedação superior ou inferior para evitar perda de gás de forno em uma instalação de carregamento de alto-forno.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] Instalações de carregamento de forno de cuba do tipo BELL LESS TOP® foi encontrado amplo uso na indústria nas últimas décadas. Um exemplo recente de tal instalação é revelado, por exemplo, no documento número US 4.071.166. Essa instalação minimiza escape de gás de alto-forno da garganta de forno operando-se um ou mais tremonhas de armazenamento de material de carga intermediária da maneira de uma eclusa ou câmara de vácuo. Para esse efeito, cada tremonha tem uma válvula de vedação superior e uma válvula de vedação inferior para vedar fechamento da entrada e saída de tremonha respectivamente. Durante preenchimento da tremonha, a válvula de vedação superior está aberta enquanto a válvula de vedação inferior está fechada. Quando material é carregado da tremonha no forno, a válvula de vedação inferior está aberta enquanto a válvula de vedação superior está fechada. O documento número US 4.071.166 revela uma disposição de válvula de vedação comumente usada com uma válvula do tipo de aba, em que o obturador é inclinável ao redor de uma única haste. O eixo geométrico dessa haste está disposto aproximadamente no plano da sede da válvula. Visto que o obturador deve ser completamente removido da trajetória de fluxo de material na posição aberta, a disposição, de acordo com o documento número US 4.071.166 exige espaço considerável na direção vertical.

[003] Uma construção mais compacta da disposição de válvula de vedação é sugerida no documento número EP 2 000 547, em que um mecanismo de acionamento de ligação é usado para mover o obturador entre uma posição fechada em contato de vedação com a sede da válvula e uma posição aberta

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2/9 remota da sede da válvula. O mecanismo de acionamento de ligação permite um movimento linear e giratório do obturador para o movimento do obturador para exigir menos espaço.

[004] Enquanto o documento número US 4.071.166 é silencioso sobre o atuador usado para mover o disparado, o documento número EP 2 000 547 sugere que o atuador compreende um pistão hidráulico linear, que confere um movimento giratório a uma haste de inclinação a qual o obturador é conectado.

[005] Outra disposição de válvula de vedação é revelada no documento número EP 2 449 327, em que um dispositivo de atuação de obturador de movimento dual é usado para mover o obturador entre uma posição fechada em contato de vedação com a sede da válvula e uma posição aberta remota da sede da válvula. Novamente, o documento número EP 2 449 327 sugere que o atuador compreende um pistão hidráulico linear.

[006] Uma vantagem de tais pistões hidráulicos lineares é que, devido a uma pressão hidráulica permanentemente ativa, a vedação é sempre garantida. Além disso, se adicionalmente a pressão de vedação for aplicada ao obturador de outra fonte de pressão, como, por exemplo, a pressão de forno de cuba, um movimento adicional do obturador é facilmente absorvido pelo tampão hidráulico disponível no pistão hidráulico. Uma desvantagem de tais pistões hidráulicos, no entanto, é a necessidade para uma estação de potência hidráulica e tubulação hidráulica, que são, geralmente, consideradas dispendiosas, pode causar riscos de segurança e exigir manutenção regular.

PROBLEMA DA TÉCNICA [007] Um objeto da presente invenção é, dessa forma, fornecer uma disposição de válvula de vedação para uma instalação de carregamento de forno de cuba, em que as desvantagens acima são evitadas. Esse objetivo é alcançado por uma disposição de válvula de vedação conforme reivindicado na reivindicação 1.

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DESCRIÇÃO GERAL DA INVENÇÃO [008] A presente invenção fornece uma disposição de válvula de vedação para uma instalação de carregamento de forno de cuba que compreende um obturador que coopera com uma sede da válvula e um dispositivo de atuação de obturador para mover o obturador entre uma posição fechada em contato de vedação com a sede da válvula e uma posição aberta remota da sede da válvula.

[009] De acordo com a presente invenção, o dispositivo de atuação de obturador compreende uma haste de inclinação conectada ao obturador, um motor elétrico com uma haste de emissão conectada à haste de inclinação e um dispositivo de frenagem associado ao motor elétrico. O dispositivo de frenagem é configurado para, quando engatado, evitar que a haste de emissão do motor elétrico gire. O dispositivo de atuação de obturador compreende ainda meios de transmissão dispostos entre a haste de emissão do motor elétrico e a haste de inclinação, em que os meios de transmissão são configurados para transmitir movimento giratório da haste de emissão do motor elétrico para a haste de inclinação. Os meios de transmissão compreendem um recuo configurado para ter uma quantidade predeterminada de rotação permitida entre a haste de emissão do motor elétrico e a haste de inclinação.

[010] Após uma dentre as tremonhas ter seu material a granel fornecido no forno de cuba, uma porta de material na abertura inferior da tremonha é fechada e a válvula de vedação inferior é movida em sua sede da válvula para vedar a tremonha da pressão de forno de cuba. Subsequentemente, a tremonha é despressurizada para que material a granel fresco possa ser fornecido na tremonha abrindo-se a válvula de vedação superior. Quando a tremonha foi despressurizada, a diferença de pressão entre o forno de cuba e a tremonha está na região de 0,1 MPa a 0,3 MPa (1 a 3 bar), de preferência, na região de 0,15 MPa a 0,25 MPa (1,5 a 2,5 bar). Essa pressão mais alta no forno de cuba atua como uma pressão adicional que empurra o obturador em sua sede da válvula e pode facilmente mover o obturador mais justo contra a sede da válvula. Esse movimento adicional do obturador é transferido para a haste de inclinação do obturador e, assim, para o dispositivo de atuação de obturador. Nas soluções da técnica anterior, em que o dispositivo de atuação de obturador compreende um pistão hidráulico, esse

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4/9 movimento adicional é absorvido pelo tampão hidráulico disponível no pistão hidráulico.

[011] O movimento adicional do obturador devido à diferença de pressão entre forno de cuba e tremonha pode duramente se evitado. Dessa forma, parece inconcebível que o dispositivo de atuação de obturador compreenda meios de bloqueio para bloquear movimento do dispositivo de atuação de obturador quando o obturador foi colocado em sua posição de vedação.

[012] No entanto, isso é precisamente o que a presente invenção sugere. De fato, o dispositivo de atuação de obturador da presente invenção compreende um motor elétrico com um dispositivo de frenagem associado com o mesmo para parar a haste de emissão do motor elétrico da rotação quando o obturador estiver em sua posição de vedação. Quando o dispositivo de frenagem está engatado, o motor elétrico pode ser desligado, dessa forma, economiza consumo de potência elétrica. Adicionalmente, conforme o motor elétrico é desligado, não existe risco de sobreaquecimento e ser, assim, danificado.

[013] O uso de potência elétrica em vez de potência hidráulica tem a vantagem de que a potência elétrica é geralmente mais prontamente disponível. Não há necessidade de fornecer nem uma estação de potência hidráulica dispendiosa, nem tubulação hidráulica. Além disso, riscos de segurança e custos de manutenção são reduzidos.

[014] O movimento adicional do obturador devido à diferença de pressão entre forno de cuba e tremonha é, de acordo com a presente invenção, absorvido pelos meios de transmissão dispostos entre a haste de emissão do motor elétrico e a haste de inclinação. Os meios de transmissão têm um recuo que é suficiente para permitir que a haste de inclinação seja girada por uma quantidade predeterminada, sem essa rotação ser transmitida à haste de emissão do motor elétrico. Dessa forma, o motor elétrico e o dispositivo de frenagem não podem ser danificados pelo movimento extra do obturador causado pela diferença de pressão entre o forno de cuba e a tremonha.

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5/9 [015] Preferencialmente, a quantidade predeterminada de rotação permitida está entre 0,1° e 0,5°, de preferência entre 0,25° e 0,35°. Tal rotação permitiría um movimento suficiente do obturador sob a aplicação da pressão do forno de cuba.

[016] Os meios de transmissão compreendem um mecanismo de engrenagem para fornecer o recuo exigido. Os meios de transmissão podem, por exemplo, compreender uma engrenagem planetária, engrenagem helicoidal, engrenagem biselada ou similar.

[017] Vantajosamente, o dispositivo de frenagem é um freio de motor elétrico.

[018] Preferencialmente, meios de vedação suaves, por exemplo, um anel de vedação de silicone, caixa de gaxeta, anel em O ou similares, estão dispostos entre o obturador e a sede da válvula, em que os meios de vedação suaves são compressíveis sob alta pressão. Os meios de vedação suaves podem ser configurados para permitir movimento do obturador por até cerca de 3 mm.

[019] A presente invenção também fornece um alojamento de válvula de vedação inferior para uma instalação de carregamento de forno de cuba, em que o alojamento compreende uma disposição de válvula de vedação conforme descrito acima, e uma sede da válvula sustentada pelo alojamento e que coopera com o obturador da disposição de válvula de vedação.

[020] Adicionalmente, a presente invenção fornece um método para operar uma válvula de vedação de uma instalação de carregamento de forno de cuba, em que a válvula de vedação compreende uma disposição de válvula de vedação conforme descrito acima, em que o método compreende operar o motor elétrico conectado à haste de inclinação de modo a colocar o obturador em um contato de vedação contra a sede da válvula; parar o motor elétrico e engatar o dispositivo de frenagem de modo a parar a haste de emissão do motor elétrico de girar; e aplicar pressão externa a um lado debaixo do obturador de modo a pressionar adicionalmente o obturador contra a sede da válvula, em que a haste de inclinação é, assim, adicionalmente girada. Os ditos meios de transmissão são configurados de modo a absorver uma rotação adicional da haste de inclinação sem transmitir

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6/9 essa rotação adicional à haste de emissão do motor elétrico.

[021] Dessa forma, quando o obturador foi posicionado contra a sede da válvula, o motor elétrico pode ser desligado, evitando, assim, consumo de energia desnecessária e sobreaquecimento do motor elétrico. Devido ao recuo ou desempenho nos meios de transmissão, qualquer movimento adicional do obturador devido à diferença de pressão entre o forno de cuba e a tremonha é absorvido pelos meios de transmissão e não transmitidos ao motor elétrico ou ao dispositivo de frenagem.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [022] As modalidades preferenciais da invenção serão descritas agora, a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma montagem de válvula de vedação inferior com uma disposição de válvula de vedação, de acordo com a invenção;e

A Figura 2 é uma vista em corte transversal da montagem de válvula de vedação inferior da Figura 1.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS [023] Em geral, uma instalação de forno de cuba compreende um forno de cuba com uma instalação de carregamento de forno de cuba disposta acima do mesmo para fornecer material de carga no forno de cuba.

[024] A instalação de carregamento de forno de cuba pode compreender uma única tremonha. Em geral, no entanto, duas ou mais tremonhas são fornecidas, que permite uma tremonha a ser preenchida com material de carga, enquanto o material de carga de outra tremonha é fornecido no forno de cuba. Conforme é bem conhecido na técnica, cada tremonha compreende uma porta de material na saída de tremonha para manter o material de carga na tremonha ou liberar o material de carga no forno de cuba. Cada tremonha é adicionalmente equipada com uma válvula de vedação superior na entrada de tremonha e uma válvula de vedação inferior na saída de tremonha. Essas válvulas de vedação superior e inferior são usadas para vedar a pressão de tremonha da atmosfera e da pressão de forno,

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7/9 respectivamente.

[025] As Figuras 1 e 2 representam esquematicamente uma montagem de válvula de vedação inferior 2 de uma instalação de carregamento de forno de cuba.

[026] Tal montagem de válvula de vedação inferior 2 compreende um alojamento de válvula 4 com uma entrada 6 que se comunica com uma saída de tremonha e uma saída 8 que se comunica com um dispositivo de distribuição (não mostrado) para fornecer o material de carga no forno de cuba. O material de carga recebido da tremonha através da saída de tremonha e que passa através da entrada 6 do alojamento de válvula 4, então, passa através da saída 8 e chega ao dispositivo de distribuição.

[027] A montagem de válvula de vedação inferior 2 compreende ainda uma sede da válvula anular 10 que está situada dentro do alojamento de válvula 4 e uma disposição de válvula de vedação 14 com um elemento de fechamento de válvula, ou obturador 12, que é adaptado para cooperar com a sede da válvula 10 para vedar a entrada 6. O obturador 12 é operativamente conectada a uma haste de inclinação 24 por meio de um braço de sustentação 22 para mover o obturador 12 dentro e fora do contato com a sede da válvula 10. A disposição de válvula de vedação 14 é configurada para mover o obturador 12 entre uma posição aberta (não mostrado) e uma posição fechada conforme visto nas Figuras 1 e 2. O obturador 12 é adicionalmente equipado com meios de vedação suaves anulares 16, que são, na modalidade mostrada, associados ao obturador 12.

[028] Os meios de vedação 16 devem ser pressionados contra uma superfície de vedação na sede da válvula 10 para fornecer impermeabilidade ao gás. Alternativamente, os meios de vedação 16 podem ser fornecidos na sede da válvula 10.

[029] A disposição de válvula de vedação 14 compreende ainda um motor elétrico 26, meios de transmissão 28 e um dispositivo de frenagem 30. O motor elétrico 26 compreende uma haste de emissão (não mostrado) cinematicamente acoplada com a haste de inclinação 24 através dos meios de transmissão 28.

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8/9 [030] O motor elétrico 26 é operado para girar a haste de inclinação 24 de modo a mover o obturador 12 entre a posição aberta e a posição fechada. A rotação da posição aberta à posição fechada é de um ângulo compreendido entre 0 e 100°.

[031] Quando o obturador 12 está na posição fechada, o dispositivo de frenagem 30 é engatado e o motor elétrico 26 é desligado, mantendo essencialmente, assim, o obturador 12 na posição fechada. O dispositivo de frenagem 30, que pode ser um freio de motor elétrico, é, de preferência, acionado simultaneamente com o motor elétrico 26 que foi desligado. Será entendido que um curto atraso no desligamento do motor elétrico 26 pode ser tolerado. Tal atraso não deve, no entanto, exceder alguns segundos, de preferência, não exceder 2 segundos, para evitar sobreaquecimento do motor elétrico 26. De modo similar, quando o obturador 12 está na posição aberta, o dispositivo de frenagem 30 pode ser engatado e o motor elétrico 26 pode ser desligado.

[032] Conforme nenhuma tensão é aplicada ao motor elétrico 26 enquanto o obturador 12 é mantido na posição aberta ou fechada, o consumo de potência elétrica do motor elétrico 26 pode ser reduzido. Além disso, o aquecimento do motor elétrico 26 pode ser reduzido, evitando, assim, a necessidade para resfriamento adicional do motor elétrico 26. Essencialmente, a potência elétrica é apenas necessária enquanto o obturador 12 deve ser movido da posição aberta à posição fechada e vice-versa.

[033] Os meios de transmissão 28 dispostos entre a haste de emissão do motor elétrico 26 e a haste de inclinação 24 compreendem um recuo, ou desempenho, configurado para ter uma quantidade predeterminada de rotação permitida entre a haste de emissão do motor elétrico 26 e a haste de inclinação 24. Dessa forma, mesmo com o dispositivo de frenagem 30 engatado quando o obturador 12 está na sua posição fechada, certo movimento do obturador 12 é possível. Os meios de transmissão 28 podem compreender um mecanismo de engrenagem, de preferência, uma engrenagem planetária.

[034] Conforme a pressão na tremonha é reduzida, a diferença de pressão entre forno de cuba e tremonha aumenta. Essa diferença de pressão que aumenta

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9/9 atua no lado debaixo 32 do obturador 12 e empurra o obturador 12 mais justo contra a sede da válvula 10, que causa movimento giratório da haste de inclinação 24.

[035] No entanto, devido ao recuo fornecido pelos meios de transmissão 28, o movimento giratório da haste de inclinação 24 causado pela diferença de pressão mencionada acima é absorvido pelos meios de transmissão 28 e não transmitidos à haste de emissão do motor elétrico 26, nem ao dispositivo de frenagem 30. Dessa forma, o movimento giratório da haste de inclinação 24 não pode danificar a haste de emissão do motor elétrico 26 que está imobilizada pelo dispositivo de frenagem 30.

LEGENDA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS:

montagem de válvula de vedação inferior alojamento de válvula entrada saída sede da válvula anular obturador disposição de válvula de vedação meios de vedação braço de sustentação haste de inclinação motor elétrico meios de transmissão dispositivo de frenagem lado debaixo de obturador

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Disposição de válvula de vedação para uma instalação de carregamento de forno de cuba, sendo que a dita disposição compreende:

um obturador que coopera com uma sede da válvula;

um dispositivo de atuação de obturador para mover o dito obturador entre uma posição fechada em contato de vedação com a sede da válvula e uma posição aberta remota da sede da válvula;

caracterizada por o dito dispositivo de atuação de obturador compreender:

uma haste de inclinação conectada ao dito obturador;

um motor elétrico com uma haste de emissão conectada à dita haste de inclinação;

um dispositivo de frenagem associado ao dito motor elétrico, sendo que o dito dispositivo de frenagem é configurado para parar a dita haste de emissão do dito motor elétrico da rotação; e meios de transmissão dispostos entre a dita haste de emissão do dito motor elétrico e da dita haste de inclinação, em que os ditos meios de transmissão compreendem um recuo configurado para ter uma quantidade predeterminada de rotação permitida entre a dita haste de emissão do dito motor elétrico e a dita haste de inclinação.
2. Disposição de válvula de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a dita quantidade predeterminada de rotação permitida estar entre 0,1° e 0,5°, de preferência entre 0,25° e 0,35°.
3. Disposição de válvula de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por os ditos meios de transmissão compreenderem um mecanismo de engrenagem.
4. Disposição de válvula de vedação, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por os ditos meios de transmissão compreenderem uma engrenagem planetária, engrenagem helicoidal ou engrenagem biselada.
5. Disposição de válvula de vedação, de acordo com qualquer uma das

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2/2 reivindicações 1 a 4, caracterizada por o dito dispositivo de frenagem ser um freio motor elétrico.
6. Disposição de válvula de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por haver meios de vedação suaves dispostos entre o dito obturador e a dita sede da válvula, em que os ditos meios de vedação suaves são compressíveis sob alta pressão.
7. Disposição de válvula de vedação, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por os ditos meios de vedação suaves serem um anel de vedação de silicone.
8. Alojamento de válvula de vedação inferior para uma instalação de carregamento de forno de cuba caracterizado por o dito alojamento compreender uma disposição de válvula de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, e;

uma sede da válvula sustentada pelo dito alojamento e cooperar com o dito obturador da dita disposição de válvula de vedação.
9. Método para operar uma válvula de vedação de uma instalação de carregamento de forno de cuba, em que a dita válvula de vedação compreende uma disposição de válvula de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por o dito método compreender:

operar o dito motor elétrico conectado à dita haste de inclinação de modo a colocar o dito obturador em um contato de vedação contra a dita sede da válvula;

parar o dito motor elétrico e engatar o dito dispositivo de frenagem de modo a parar a dita haste de emissão do dito motor elétrico da rotação;

aplicar pressão externa a um lado debaixo do dito obturador de modo a pressionar adicionalmente o dito obturador contra a dita sede da válvula, em que a dita haste de inclinação é, assim, adicionalmente girada;

em que os ditos meios de transmissão são configurados de modo a absorver uma rotação adicional da dita haste de inclinação sem transmitir essa rotação adicional à dita haste de emissão do dito motor elétrico.