BRPI1004179A2

BRPI1004179A2 - Dart valve for control of flow rate of abrasive fluids in pressurized systems

Info

Publication number: BRPI1004179A2
Authority: BR
Inventors: Gabriel Eliceo Madariaga Elgueta
Original assignee: Pessa S A
Priority date: 2009-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2013-01-01
Also published as: CL2009001947A1; AR078565A1; PE20110380A1

Abstract

VáLVULA DO TIPO DARDO PARA O CONTROLE DA TAXA DE FLUXO DE FLUIDOS ABRASIVOS EM SISTEMAS PRESSURIZADOS, trata-se a presente invenção de um dispositivo que consisteem uma válvula do tipo dardo ou tampão, que é apropriada para operar com fluidos altamente abrasivos em uma aplicação de modulação ou regulagem de fluxo com pressões tão altas quanto 300 psi e diâmetros entre 2" (5,08 cm) e 56" (142,24 cm)DART TYPE VALVE FOR ABRASIVE FLOW FLOW RATE CONTROL IN PRESSURED SYSTEMS, the present invention is a device consisting of a dart or plug type valve which is suitable for operating with highly abrasive fluids in a spray application. flow modulation or regulation with pressures as high as 300 psi and diameters between 2 "(5.08 cm) and 56" (142.24 cm)

Description

"VÁLVULA DO TIPO DARDO PARA O CONTROLE DA TAXA DE FLUXO DE FLUIDOS ABRASIVOS EM SISTEMAS PRESSURIZADOS""DART TYPE VALVE FOR ABRASIVE FLUID FLOW RATE CONTROL IN PRESSURIZED SYSTEMS"

Campo da InvençãoField of the Invention

A invenção objeto do presente pedido de patente refere- se a uma válvula do tipo dardo, para o controle de fluidos abrasivos em sistemas pressurizados. Este tipo de aplicação é altamente encontrado nas indústrias relacionadas com mineração de metais, especialmente mineração de cobre. Na indústria de mineração de cobre é comum manejar grandes volumes de polpas de minerais, concentrados ou rejeitos, sendo que todos estes fluidos são altamente abrasivos e. precisam ser controlados quanto a fluxos, densidades e pressões e, portanto, exigem válvulas apropriadas para suportar as condições de trabalho em aplicações, como, por exemplo, controle de caixas de distribuição em moinhos, bateria de ciclones, descarga de células colunares, descarga de espessantes, etc.The invention object of the present patent application relates to a dart type valve for the control of abrasive fluids in pressurized systems. This type of application is highly found in metal mining related industries, especially copper mining. In the copper mining industry it is common to handle large volumes of mineral slurries, concentrates or tailings, all of which are highly abrasive and. they need to be controlled for flows, densities and pressures and therefore require appropriate valves to withstand working conditions in applications such as milling box control, cyclone battery, columnar cell discharge, thickeners, etc.

Fundamentos da Invenção Trata-se a presente invenção de uma válvula do tipoBackground of the Invention This invention is a type valve.

dardo para sistemas pressurizados, doravante denominada "válvula VDSP", que é projetada especificamente para esta aplicação, mas que incorpora uma série de vantagens em relação às alternativas do estado da técnica até a presente data, que permite maior duração, melhor controle e menor custo operacional. Quando considerados no estado da técnica os tipos de válvulas bastante utilizados na atualidade para manejar fluidos abrasivos, como, por exemplo, válvulas tipo faca, válvulas tipo mangote, válvulas de cone lubrificado e, finalmente, válvulas de esfera com revestimentos de cerâmica ou estelite, todas estas não cobrem pelo menos algum aspecto da aplicação para qual a válvula da presente invenção foi concebida, tal como é o serviço de modulação de fluidos abrasivos em grandes diâmetros e altas pressões {de 6" (15,24 cm) a 48" (121, 92 cm) e pressões de até 300 psi (2,07 MPa), inicialmente, podendo verificar, no momento devido, valores mais altos de pressões e diâmetros).dart for pressurized systems, hereafter referred to as the "VDSP valve", which is specifically designed for this application, but incorporates a number of advantages over prior art alternatives that allow for longer duration, better control and lower cost. operational. When considered in the prior art, the types of valves widely used today for handling abrasive fluids, such as knife valves, hose valves, lubricated cone valves, and finally ceramic or stellite ball valves, all of these do not cover at least some aspect of the application for which the valve of the present invention was designed, such as the service of modulating abrasive fluids in large diameters and high pressures (from 6 "(15.24 cm) to 48" ( 121, 92 cm) and pressures of up to 300 psi (2.07 MPa) initially, and may see, at the appropriate time, higher values of pressures and diameters).

Comentários sobre o estado da técnica No estado da técnica, são conhecidas as seguintesState of the art comments In the state of the art, the following are known:

soluções: • Válvula tipo faca: neste tipo de válvula, existem marcas e modelos que funcionam muito bem no manejo de fluídos abrasivos, mas todas em serviços liga-desliga, isto é, completamente abertas ou fechadas, mas não podem operar em controles de fluxos intermediários ou nos denominados serviçosSolutions: • Knife Valve: In this type of valve, there are brands and models that work very well in handling abrasive fluids, but all in on-off services, ie fully open or closed, but cannot operate in flow controls. intermediaries or in the so-called

de modulação de fluxos. Neste caso, essas válvulas se desgastam muito rapidamente e não apresentam qualidade muito baixa de controle (baixa qualidade de controle significa que não é possível ter controle sobre as pequenas mudanças de fluxo).of flow modulation. In this case, these valves wear very quickly and do not have very poor quality of control (poor quality of control means no control over small flow changes).

• Válvulas tipo mangote: as válvulas tipo mangote também têm um bom comportamento com fluidos abrasivos e são utilizadas em aplicações• Sleeve valves: Sleeve valves also perform well with abrasive fluids and are used in applications

de liga-desliga (on-off) e regulagem de fluxo. A limitação desse tipo de válvula em relação à válvula da presente invenção está na capacidade de operar com altas pressões em grandes diâmetros e na qualidade de controle que pode oferecer.on-off and flow regulation. The limitation of this type of valve over the valve of the present invention is its ability to operate at high pressures over large diameters and the quality of control it can offer.

• Válvulas tipo cone lubrificado: as válvulas tipo cone lubrificado são utilizadas apenas em aplicações de liga-desliga (on-off) com• Lubricated cone valves: Lubricated cone valves are only used in on-off applications with

pressões muito altas (600 (4,14 MPa) a 3000 psi (20,68 MPa) aproximadamente). Estas válvulas jamais operam para modulação de fluxo.very high pressures (600 (4.14 MPa) to 3000 psi (approximately 20.68 MPa)). These valves never operate for flow modulation.

• Válvulas de esfera com revestimentos de cerâmica ou estelite: as limitações destas válvulas em relação à válvula da presente invenção• Ceramic or stellite coated ball valves: the limitations of these valves with respect to the valve of the present invention

estão na disponibilidade em grandes diâmetros (aproximadamente 24" (60,96 cm)) e na melhor qualidade de controle que oferece o projeto da presente invenção.They are available in large diameters (approximately 24 "(60.96 cm)) and in the best control quality offered by the design of the present invention.

Como se pode observar, a válvula VDSP da presente invenção preenche um nicho não abrangido pelas tecnologias atualmente utilizadas para o controle de fluidos abrasivos.As can be seen, the VDSP valve of the present invention fills a niche not covered by the technologies currently used for abrasive fluid control.

Sumário da InvençãoSummary of the Invention

Trata-se a presertte invenção de um dispositivo que permite controlar a taxa do fluxo de fluidos abrasivos em processos de mineração, que consiste em uma válvula do tipò dardo ou tampão, que é apropriada para operar com pressões tão altas quanto 300 psi (4,14 MPa) e em diâmetros na faixa de,2^(5;08;cm).a«56^(-142s24'cni)! A válvula da presente invenção é totalmente construída em aço do tipo estrutural, revestida com material elastomérico ou uma combinação de material elastomérico com materiais cerâmicos, em tamanhos de 2" (5,08 cm) a 56" (142,24 cm) de diâmetro, no que se refere à passagem do fluido, também chamado de furo ou passagem da válvula e com pressões tão altas quanto 300 psi (4,12 MPa) ou mais.The present invention is a device for controlling the flow rate of abrasive fluids in mining processes, which consists of a type valve or plug, which is suitable for operating at pressures as high as 300 psi (4, 14 MPa) and in diameters in the range of 0.2% (5.08; cm). The valve of the present invention is entirely constructed of structural type steel coated with elastomeric material or a combination of elastomeric material with ceramic materials, in sizes from 2 "(5.08 cm) to 56" (142.24 cm) in diameter. for fluid passage, also called a bore or valve passage, and with pressures as high as 300 psi (4.12 MPa) or more.

A presente invenção envolve o uso de um tampão ou um dardo aplicado em sistemas pressurizados para manejar fluidos altamente .abrasivos em aplicações de modulação ou regulagem de fluxo. Desta forma, a válvula VDSP da presente invenção podeThe present invention involves the use of a plug or dart applied in pressurized systems to handle highly abrasive fluids in flow modulation or regulation applications. Thus, the VDSP valve of the present invention can be

operar onde a técnica anterior não pode operar ou opera com muitas limitações, tanto na vida útil como em altos custos operacionais.operate where prior art cannot operate or operate with many limitations both in service life and high operating costs.

Breve Descrição dos DesenhosBrief Description of the Drawings

Os desenhos em anexo, que são incluídos para oferecer uma maior compreensão da presente invenção, são incorporados e fazem parte deste relatório, para ilustrar uma das modalidades da presente invenção e, juntamente corrv a descrição, servem para explicar os princípios da presente invenção.The accompanying drawings, which are included to provide a greater understanding of the present invention, are incorporated into and made part of this report to illustrate one embodiment of the present invention and, together with the description, serve to explain the principles of the present invention.

A Figura 1 mostra uma válvula do tipo dardo VDSP para a montagem direta em equipamentos maiores, como, por exemplo: cáixas de transferência de polpas, caixas de alimentação de moinhos, baterias de ciclones.Figure 1 shows a VDSP dart type valve for direct mounting on larger equipment such as pulp transfer bins, mill feed boxes, cyclone batteries.

A Figura 2 mostra apenas o corpo da válvula do tipo dardo VDSP para a montagem em equipamentos maiores, por meio da qual é possível observar melhor sua geometria, uma vez que está desenhada sem os componentes internos.Figure 2 shows only the VDSP dart type valve body for mounting on larger equipment, through which you can better observe its geometry as it is designed without the internal components.

A Figura 3 mostra uma variante da válvula do tipo dardo VDSP a ser instalada na tubulação, como a maioria das válvulas do estado da técnica.Figure 3 shows a variant of the VDSP dart type valve to be installed in the pipeline, as with most prior art valves.

Descrição da Invenção A válvula do tipo dardo da presente invenção consisteDescription of the Invention The dart type valve of the present invention consists of

basicamente em um dardo ou tampão feito de aço do tipo estrutural, revestido com material elastomérico, que pode ser, por exemplo, goma de borracha, fluoroelastômero (Viton)1 borracha de etileno propileno-dieno (EPDM)1 polietileno clorossulfonado (HypaIon) ou borracha de b-metila (Buna), etc. O uso de material elastomérico varia de acordo com o que seja mais conveniente, a partir da compatibilidade mecânica e química com o fluido que está sendo manipulado ou com alguma combinação desses materiais elastômeros com outros materiais do tipo cerâmico, sendo que as espessuras do revestimento podem variar de 10 a 110 mm.basically on a dart or plug made of structural-type steel coated with elastomeric material, which may be, for example, rubber gum, fluoroelastomer (Viton) 1 ethylene propylene diene rubber (EPDM) 1 chlorosulfonated polyethylene (HypaIon) or b-methyl rubber (Buna), etc. The use of elastomeric material varies as appropriate, from mechanical and chemical compatibility with the fluid being handled or some combination of these elastomeric materials with other ceramic-type materials, with coating thicknesses varying. range from 10 to 110 mm.

O tampão (1) se move dentro do corpo da válvula (3), para restringir o fluxo de fluido abrasivo que passa pelo assento (2), modificando, assim, a vazão do fluxo do sistema, sendo que esse movimento ou trajeto vai da abertura total da válvula, com o tampão (1), tanto quanto o assento (2), para a posição de fechamento total da válvula, com o tampão (1) carregado ou assentado sobre o assento (2), impedindo, assim, a passagem do fluxo água abaixo do assento. O movimento deslizante é transmitido ao tampão (1) por uma haste (5), que é conectada por uma extremidade ao tampão (1) e por outra extremidade a um sistema atuador de movimento deslizante atualmente existente no estado da técnica, que não está detalhado por ser um elemento externo e não se trata de um objeto da presente invenção. A haste (5), que também é construída em aço do tipo estrutural e revestida com materiais elastoméricos ou uma combinação de materiais elastoméricos e cerâmicos, para protegê-la de desgaste por abrasão, quando exposta à passagem do fluxo, é conduzida por uma guia sólida (6), cuja função é orientá-la durante toda sua trajetória, desde o fechamento total até a abertura total, e eliminar as vibrações decorrentes do golpe do fluxo sobre o tampão ou dardo (1), sendo que a dita guia é fixada a uma seção chamada tampa (4), que é soldada ou aparafusada ao corpo (3). O formato do tampão (1) pode ser caracterizado por adaptar-se melhor caso a caso às condições de fluxos máximos e mínimos, para manejar de acordo com as exigências do processo, e pode ter um formato de cônico a cilíndrico ou a mistura de ambos os formatos, assegurando, assim, um controle da modulação do fluxo melhor do que o controle oferecido pelas soluções existentes no estado da técnica, uma vez que estas são imutáveis em relação ao comportamento hidrodinâmico do fluido, conforme o formato do seu obturador, como, por exemplo: se o obturador for uma bola, este modificará o fluxo de acordo com o comportamento hidrodinâmico que o formato da bola tiver, pois o mesmo não pode ser mudado.The cap (1) moves within the valve body (3) to restrict the flow of abrasive fluid passing through the seat (2), thereby modifying the flow rate of the system, whereby this movement or pathway goes from the full opening of the valve with the plug (1) as well as the seat (2) to the full closing position of the valve with the plug (1) loaded or seated on the seat (2) thus preventing water flow passage below the seat. The sliding motion is transmitted to the cap (1) by a rod (5), which is connected by one end to the cap (1) and by the other end to a sliding motion actuator system currently in the state of the art, which is not detailed. because it is an external element and is not an object of the present invention. The rod (5), which is also constructed of structural type steel and coated with elastomeric materials or a combination of elastomeric and ceramic materials to protect it from abrasion wear when exposed to flow, is guided by a guide. solid (6), whose function is to guide it throughout its trajectory, from full closure to full opening, and to eliminate vibrations resulting from the flow blow on the cap or dart (1), and said guide is fixed to a section called cap (4), which is welded or bolted to the body (3). The shape of the plug (1) can be characterized by adapting best case by case to maximum and minimum flow conditions, to handle according to process requirements, and can have a conical to cylindrical shape or a mixture of both. formats, thus ensuring a better flow modulation control than the control offered by state-of-the-art solutions, as these are unchanged with respect to the hydrodynamic behavior of the fluid, depending on the shape of its shutter, such as For example, if the shutter is a ball, it will change the flow according to the hydrodynamic behavior of the shape of the ball, as it cannot be changed.

O assento (2) corresponde ao elemento que em conexão com o tampão (1) entrega a hermeticidade do sistema, impedindo que o fluido abrasivo passe além da válvula, uma vez que o tampão (1) e o assento (2) estão em contato com a força ou a carga suficiente para superar a pressão do fluido. O assento (2) é construído com um núcleo de metal de formato circular tipo anel, revestido com materiais elastoméricos ou uma combinação de materiais elastoméricos e cerâmicos, dependendo da aplicação. O assento (2) também é projetado para ser desmontável e fixo por compressão em seu alojamento no interior do corpo (3) da válvula, sendo que as espessuras do revestimento elastômero e cerâmico podem ser entre 10 e 110 mm, oferecendo, assim, maior vida útil em aplicações de modulação, e seu diâmetro interno pode ser entre 2" (5,08 cm) e 56" (142,24 cm).The seat (2) corresponds to the element that in connection with the plug (1) delivers the airtightness of the system, preventing the abrasive fluid from passing beyond the valve once the plug (1) and the seat (2) are in contact. with sufficient force or load to overcome fluid pressure. The seat (2) is constructed with a ring-shaped circular metal core coated with elastomeric materials or a combination of elastomeric and ceramic materials, depending on the application. The seat (2) is also designed to be demountable and compression-fixed in its housing within the valve body (3), with thicknesses of elastomeric and ceramic liner being between 10 and 110 mm, thus offering greater service life in modulation applications, and its internal diameter can be between 2 "(5.08 cm) and 56" (142.24 cm).

O corpo (3) da válvula em seu interior contém o fluido abrasivo à pressão e à temperatura do processo, com espaço suficiente de pelo menos 100% dos valores máximos do processo. O corpo (3) da válvula VDSP é um elemento passivo no funcionamento da presente invenção. O corpo (3) aloja em seu interior o tampão (1), o assento (2), a haste (5), a guia da haste (6) e as vedações da haste (7) e, além disso, fornece uma cavidade superior oposta em direção do assento (2) e adjacente à tampa (4), e é suficientemente amplo para alojar o tampão (1) quando este se encontra na posição de total abertura, de maneira a removê-lo completamente da passagem de fluido abrasivo, para minimizar o desgaste por abrasão e aumentar a vida útil do tampão.The valve body (3) within the valve contains the abrasive fluid at process pressure and temperature, with sufficient clearance of at least 100% of the maximum process values. The VDSP valve body (3) is a passive element in the operation of the present invention. The body (3) houses the plug (1), seat (2), stem (5), stem guide (6) and stem seals (7) and provides a cavity. opposite the seat (2) and adjacent to the lid (4), and is wide enough to accommodate the plug (1) when it is in the fully open position so as to completely remove it from the abrasive fluid passage , to minimize abrasive wear and extend plug life.

O corpo (3) da válvula VDSP também é construído em aço estrutural revestido com material elastomérico ou uma combinação de materiais elastoméricos e cerâmicos, com espessuras entre 2" (5,08 cm) a 56" (142,24 cm) dependendo da aplicação. A geometria do corpo (3) é projetada caso a caso para adaptar-se ao projeto dos equipamentos maiores existentes na planta, integrando se como uma extensão destes e assim economizar espaço, se necessário. Este é o caso das caixas de transferência nas indústrias de mineração, caixas de transferência de moinhos, caixas pressurizadas, baterias de ciclones etc. Também é aplicável á fabricação de um corpo (3) que esteja de acordo com as normas ISA1 ANSI1 DIN1 em relação às conexões flangeadas e distâncias entre as faces, para, assim, atender aos padrões da indústria em relação à montagem da válvula de controle.The VDSP valve body (3) is also constructed of structural steel coated with elastomeric material or a combination of elastomeric and ceramic materials, with thicknesses between 2 "(5.08 cm) to 56" (142.24 cm) depending on the application. . The body geometry (3) is designed on a case by case basis to adapt to the design of the larger existing equipment in the plant, integrating as an extension of these and thus saving space if necessary. This is the case with transfer boxes in mining industries, mill transfer boxes, pressurized boxes, cyclone batteries, etc. It is also applicable to the fabrication of a body (3) that conforms to ISA1 ANSI1 DIN1 standards with respect to flanged connections and distances between faces to meet industry standards for control valve mounting.

As vedações (7), que são utilizadas para evitar vazamentos pela área da haste, correspondem às tecnologias atualmente disponíveis no estado da técnica, assim como foles e diversas disposições e tipos de pacotes, sendo que estes pacotes ficam localizados no interior da tampa (4) em torno da superfície externa da haste (5).The seals (7), which are used to prevent leakage through the stem area, correspond to technologies currently available in the state of the art, as well as bellows and various package types and arrangements, these packages being located inside the cover (4). ) around the outer surface of the rod (5).

No caso da presente invenção, a válvula VDSP para aplicações padrão para montagem em tubulação, considera-se uma montagem em ângulo do conjunto dardo (1) e haste (5) em relação à linha de eixo da tubulação, com a finalidade de reduzir a aceleração do fluxo e diminuir, consequentemente, os efeitos da abrasão do fluido no interior da válvula, o ângulo de inclinação pode variar de 45° a 75°, dependendo da aplicação.In the case of the present invention, the VDSP valve for standard pipe mounting applications is considered to be angled mounting of the dart (1) and stem (5) assembly with respect to the pipe axis line in order to reduce the flow acceleration and consequently lessen the effects of fluid abrasion inside the valve, the angle of inclination may vary from 45 ° to 75 ° depending on the application.

A espessura do revestimento do tampão (1) e do assento (2) pode ser aumentada sem significar um aumento na força dos atuadores para operar a válvula, já que o aumento da espessura do revestimento não altera a geometria ou a área da porta ou passagem do fluido e nem proporciona maiores resistências à operação.Cap (1) and seat (2) casing thickness can be increased without increasing the actuator force to operate the valve as increasing casing thickness does not change the geometry or area of the port or passageway. nor does it provide greater resistance to operation.

A Figura 1 mostra uma válvula do tipo dardo VDSP para montagem direta em equipamentos maiores, como, por exemplo: caixas de transferência de polpas, caixas de alimentação de moinhos e baterias de ciclones. Esta figura mostra que a geometria do corpo pode mudar para adaptar-se aos equipamentos maiores, passando a fazer parte dos mesmos.Figure 1 shows a VDSP dart type valve for direct mounting to larger equipment such as pulp transfer boxes, mill feed boxes and cyclone batteries. This figure shows that body geometry can change to fit larger equipment and become part of it.

A Figura 2 mostra apenas o corpo da válvula do tipo dardo VDSP para montagem em equipamentos maiores, para melhor observar sua geometria ao ser desenhado sem os componentes internos. A Figura 3 mostra uma variante da válvula VDSP a serFigure 2 shows only the VDSP dart type valve body for mounting on larger equipment, to better observe its geometry when designed without internal components. Figure 3 shows a variant of the VDSP valve to be

instalada em tubulação, como a maioria das válvulas da atualidade. É importante observar que ambas as válvulas têm, geralmente, os mesmos componentes, e mesmo quando sua forma é alterada, a aplicação de modulação de fluxos abrasivos em diâmetros grandes não muda em absolutamente nada.installed in piping, like most valves today. It is important to note that both valves generally have the same components, and even when their shape is changed, the application of abrasive flow modulation over large diameters does not change at all.

Claims

1. DART TYPE VALVE FOR ABRASIVE FLUID FLOW RATE CONTROL IN PRESSURED SYSTEMS, with pressures as high as 300 psi (4.14 MPa), such as pulps, tailings, or copper concentrate, with Said valve restricts the flow of fluid thereby controlling the flow rate in highly abrasive fluids, characterized in that it comprises a plug or dart (1) made of structural steel and coated with elastomeric material, or a combination of elastomeric materials. and ceramic, said plug (1) moving within the valve body (3) so as to restrict the abrasive flow passing through the seat (2) by means of a rod (5) which is connected one end to the cap or dart (1) and the other end to a sliding actuator system, said rod (5) being guided by the solid guide (6) located within the cover (4) which guides it throughout its trajectory from closing t otal to full opening, with the seat (2), body (3) and shank (5) also made of structural steel and coated with elastomeric material or a combination of elastomeric and ceramic materials.

Valve according to Claim 1, characterized in that the valve body (3) houses the plug (1), the seat (2), the stem (5), and the stem guide. (6) and stem seals (7) and furthermore provide an opposite upper cavity towards the seat (2) and adjacent to the cap (4), and is large enough to accommodate the cap (1) when it is fitted. is in the fully open position.

Valve according to Claim 1, characterized in that the shape of the valve body (3) allows the plug or dart (1) to be located away from the passage of the abrasive fluid in the fully open position, thereby increasing the lifespan.

Valve according to Claim 1, characterized in that the body (3) has an external geometry adapted for larger equipment such as transfer boxes, mill feed boxes, cyclones, etc.

Valve according to Claim 1, characterized in that the cap or dart lining (1), seat (2), valve body (3) and stem (5) are made of materials. elastomeric materials or a combination of elastomeric and ceramic materials, have thicknesses ranging from 10 mm to 110 mm.

Valve according to claim 5, characterized in that the plug or javelin (1), which is made of structural steel, can reach diameters of 2 "(5.08 cm) to 56" (142, 24 cm).

Valve according to Claim 6, characterized in that the plug or dart (1) has a conical or cylindrical external geometry or shape or a combination thereof.

Valve according to Claim 1, characterized in that the eiastomeric material may be natural or synthetic.