FI93895B

FI93895B - Kuluttaville nestevirtauksille tarkoitettu läppäventtiili

Info

Publication number: FI93895B
Application number: FI895664A
Authority: FI
Inventors: Stanley Lloyd Baldwin; Charles William Berscheid
Original assignee: Inco Ltd
Priority date: 1988-11-29
Filing date: 1989-11-27
Publication date: 1995-02-28
Also published as: US4944325A; FI895664A0; AU4560489A; ZA899064B; AU618225B2; FI93895C; CA1323357C

Description

I! 93895

Kuluttaville nestevirtauksille tarkoitettu läppäventtiili Tämä keksintö liittyy venttiileihin yleensä ja tarkemmin läppäventtiileihin, jotka on erityisesti sovitettu 5 kestämään tavallisesta poikkeavia ankaria toimenpiteitä, joita hiovat hiekkatäyttölinjat aiheuttavat.

Läppäventtiilit käsittävät tavallisesti venttiilin rungon ja käännettävän lautasen, joka voidaan sulkea tiiviisti rungon sisällä. Standardiliitoslaite yhdistää vent-10 tiilin läheisiin putkistoihin ja putkiin.

Käänneltävä lautanen on asennettu käänneltävästi rungon sisälle siten, että se työntää kohtisuoraa pintaa nestevirtauksen suuntaan sulkeakseen venttiilin. Päinvas-taisesti venttiili aukaistaan täysin kääntämällä lautasta 15 tasoon, joka on oleellisesti yhdensuuntainen nestevirtauk-sen kanssa. Venttiiliä voidaan sulkea tai aukaista täysin portaattomasti.

Läppäventtiileitä on sellaisia, joissa metallilautaset asettuvat tiiviisti venttiilin rungon metallista 20 sisäpuolta vasten, ja sellaisia, joissa on erilaisia yhdistelmiä polymeeripäällysteisiä osia venttiilin sisäpuolella. Vastaavat jälkimmäisen tyypin konstruktiot voidaan löytää US-patenteista 3 750 698, 3 958 595, 3 753 549, 3 804 366 ja 2 809 060.

25 Olemassa olevissa läppäventtiileissä kohdataan vai keuksia, kun niitä käytetään virtaavan hiekkatäytön ohjaamiseen maanalaisissa kaivannoissa. Kun alue on aukaistu tai kaivettu pois, se yleensä tuetaan tai suljetaan jollakin tavalla, jotta kaivoksessa olevien vaarallisten tyh-30 jien tilojen lukumäärää pienennettäisiin. Hiekkatäyttö, . , joka koostuu pääasiassa vesiliemeen suspendoiduista pie- ·· nistä kuluttavista hiekkapartikkeleista, putkitetaan ha luttuun paikkaan. Pumpatulla nopeudella liikkuva hiekka-täyttö hioo helposti putkituksen osia. Venttiilin raken-35 teet, kuten istukat, lautaset, saranointikokoonpanot jne. tuhoutuvat hyvin nopeasti. Venttiilit pettävät, kun ne 2 93895 alkavat vuotaa, kieltäytyvät aukeamasta tai sulkeutumasta haluttuun suuntaukseen (orientaatioon), ja lopulta tukkeutuvat. Suurissa kaivannoissa korjauksiin ja lopuksi vahingoittuneiden venttiilien vaihtamiseen tarvittavat työt ja 5 kustannukset tulevat kohtuuttomiksi. Joutoaika liittyy ongelmaan yksinkertaisesti.

Nykyään saatavilla olevat venttiilikonstruktiot eivät ole kestäneet yllä esitettyjä vaatimuksia.

Niinpä käyttöön annetaan läppäventtiili, joka on 10 sovitettu erityisesti, mutta ei rajoitettu, hiekkatäytön syöttöjärjestelmiin ja muihin kuluttaviin nestevirtauk-siin. Keksinnön mukaiselle läppäventtillille on tunnusomaista, että venttiili on sopeutettu kuluttavia väliaine-virtauksia varten, ja että se käsittää katkaistun kartion 15 muotoisia runkosegmenttejä, jolloin katkaistun kartion muotoiset runkosegmentit on liitetty toisiinsa niiden avarammasta päästä, toisiinsa liitettyjen avarien päiden määrittäessä suurimman sisähalkaisijan omaavan tason, runko-segmenttien käsittäessä kaksi vastakkaista uloketta, jotka 20 muodostavat ensimmäisen ja toisen tukiontelon, jotka osuvat yhteen suurimman sisähalkaisijan omaavan tason kanssa, että ensimmäisessä ja toisessa tukiontelossa on akseleiden ympärille sovitetut halkaistut holkit, ja että vuorausma-teriaali ulottuu tukionteloihin. Venttiili sisältää pääl-... 25 lystetyn lautasen ja päällystetyn venttiilin sisäpuolen.

Venttiilin runko laajenee keskeisesti sijoitetun lautasen läheisyydessä mahdollistaen sen, että lautasen halkaisija on suurempi kuin venttiilin päiden halkaisija. Tämä alentaa tehokkaasti hiekkatäytön virtauksen nopeutta kriitti-30 sessä lautasen ja venttiilin rungon välisessä tukipinnassa . . lisäten näin venttiilin elinikää.

' Keksinnön mukaisen läppäventtiilin edulliset suori tusmuodot ilmenevät oheisista epäitsenäisistä patenttivaatimuksista. Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla 35 oheisiin kuvioihin, joissa

II

3 93895 kuvio 1 on projektio osittain leikatusta keksinnön suoritusmuodosta, kuvio 2 on kuvion 1 linjaa 2-2 pitkin otettu leikkaus, 5 kuvio 3 on pystykuva keksinnön piirteestä, ja kuvio 4 on poikkileikkauskuva keksinnön suoritusmuodosta .

Viitaten kuvioon 1 siinä on esitettynä läppävent-tiili 10. Venttiili sisältää rungon 12, lautasen 14 ja 10 käyttölaitteen 16.

Runko käsittää kaksi katkaistun kartion muotoista rungon osaa 18 ja 20 ja putken liitospintaa 22 ja 24. Molemmat rungon osat 18 ja 20 laajenevat rungon 12 sisäosaa kohti siten, että rungon sisäosan 26 keskihalkaisija on 15 suurempi kuin aukkojen 28 ja 30 halkaisijat.

Rungon 12 sisäosa, joka voidaan valmistaa teräksestä, on päällystetty sopivalla kulumista kestävällä materiaalilla 32A, kuten uretaanilla tai jollain muulla polymeerimateriaalilla, joka voidaan muovata kiinnittymään rungon 20 12 sisäosan pintaan.

Samoin lautanen 14 voidaan päällystää samalla polymeeri vuorauksella 32B. Lautanen voidaan valmistaa metallisen sisusrenkaan 34 kanssa. Lautanen 14 on mitoitettu sulkemaan tiiviisti rungon sisäosan 26 leveimmän kohdan, so. 25 lautasen 14 ulkohalkaisija mahtuu tiiviisti rungon sisäosan 26 sisähalkaisijaan sen leveimmässä kohdassa, missä osat 18 ja 20 liittyvät yhteen.

Lautanen 14 on käännettävästi ripustettu rungon 12 sisään akseleilla 36 ja 38, jotka ulottuvat tukikoloihin 30 40 ja 42. Halkaistut kantorengasholkit 44 ja 46 on sijoi- , tettu tukikolojen 40 ja 42 sisään akseleiden 36 ja 38 ja vuorauksen 32A väliin sallien lautasen 14 kiertymisen. Laakerit 54 ja 56, edullisesti pronssista tehdyt, on kiinnitetty akseleihin 36 ja 38. Tiivisteet 48 ja 50 estävät 35 venttiiliin kohdistuvat vahingot ja pienentävät vuotoja.

4 93895

Pultinreikiin 52 mahtuu pultit ja mutterit tai jotkin muut sopivat kiinnittimet.

Kuvio 2 esittää linjaa 2-2 pitkin otetun poikki-leikkauskuvan kuvion 1 venttiilistä 10.

5 Ruuvit (ei kuviossa) on sijoitettu pysyvästi ruu- vinreikiin 58 vuorauksen 32A vuoraustoiminnon aikana pitämään kantorenkaat 44 ja 46 paikallaan.

Kuvio 3 on yksityiskohtainen kuva lautasesta 14. Se sisältää vuorauksen 32B, joka päällystää sisusrengasta 34.

10 Akselin 36 yläosa on muotoiltu kiinnitettäväksi käyttölaitteeseen 16.

Kuvio 4 esittää rungon lohkon 20. Rungon sisäosa 26 on leveämpi kuin aukko 28, jotta sallittaisiin liemen nopeuden aleneminen lautasen 14 ja sisäosan 26 tukipinnan 15 kriittisessä läheisyydessä.

Suojaa rajoittamattomana esimerkkinä kuvio 1 esittää venttiilin 10 suljetussa asennossa. Näissä olosuhteissa lautanen 14 lepää tasossa, joka on oleellisesti yhdensuuntainen vuoratun rungon 12 leveimmän ulottuvuusmitan 60 20 kanssa. Vuorauksen 32A kehä täytyy sulkea tiiviisti vuorausta 32A vasten ulottuvuusmittaa 60 pitkin. Käytettäessä lohkottua rakennetta 18 ja 20, ulottuvuusmitta 60 sijoittuu pääasiassa lohkojen 18 ja 20 leveimpien päiden rajapintaan.

25 Keksintö ja sen sovellutustapa voidaan kenties ym märtää paremmin selostettaessa lyhyesti keksinnön perimmäisiä periaatteita.

Hyödynnettäessä ainutlaatuista jaetturakenteista runkoa 12, joka käsittää kaksi yhteensopivaa lohkoa 18 ja 30 20, keksinnön mukainen venttiili 10 voidaan valmistaa hel posti. Jakamalla runko 12 pystysuunnassa ulottuvuuden 60 *’ tasoa pitkin lautanen 14 voidaan panna venttiiliin 10 si sään, minkä jälkeen rungon osat pultataan (tai muuten kiinnitetään) yhteen. Vuorauksen 32A molemmat puolet muo-35 vataan ensin paikalleen vastaavien lohkojen 18 ja 20 sisällä vastakkaisella muotilla, joka vastaa lohkojen sisä- t

II

5 93895 osien fyysisiä mittoja. Edullisesti polyuretaani muovataan muotoon ja se kiinnittyy lohkoihin 18 ja 20. Ennen muo-vaustoiminnon alkua, halkaistut kantorengasholkit 44 ja 46 pannaan tukikolojen 40 ja 42 sisään. Kun holkit 44 ja 46 5 tuodaan yhteen, ne ympäröivät lautasen 14 kaksi laakeria 54 ja 56. Vuorauksen puolikkaat 32A tiivistävät automaattisesti rungon sisäosan 26 reunat, kun lohkot 18 ja 20 liitetään yhteen.

Lautasen vuoraus 32B muovataan sisusrenkaan 34 ylle 10 standarditavalla.

Tämän venttiilikonstruktion vetovoima on leveän, keskellä olevan sisäosan ja pienempien aukkojen hyväksikäyttö. Lautasen 14 halkaisija on suurempi kuin putken liitospintojen 22 ja 24. Avartamalla venttiilin sisäosaa 15 sisäinen pyörteen muodostus ja hiova kuluminen pienenevät, koska nesteen nopeus pienenee lautasen 14 ja rungon 12 rajapinnassa, so. ulottuvuusmitässä 60.

Koeohjelmassa, joka vietiin läpi siirron saajan kaivoksissa Thompsonissa, Manitobassa, venttiilit 10 si-20 joitettiin (sisä-) halkaisijaltaan 10,16 cm:n (4 tuuman) hiekkatäyttölietteen putkeen. Venttiilit oli rakennettu siten, että niiden rungon sisäosan halkaisija oli 12,7 cm (5 tuumaa). (Sisähalkaisija mitataan vuorauksen seinämästä vuorauksen seinämään rungon sisäosan 26 leveimmässä koh-25 dassa 60 tai samalla tavalla päällystetyn lautasen 14 halkaisijana).

Lisähyötynä vähennettäessä pyörteen muodostusta venttiilin sisällä, tehtiin havainto, että myötävirtapuo-len (so. ei painepuolen) putken osien kuluminen pieneni 30 samoin huomattavasti. Otaksuttiin, että keksinnön mukainen : venttiilikonstruktio johtaa virtauksen suoristustapahtu- maan. Mikä tahansa liikkuvan ja kuluttavan materiaalin tasaisempi virtaus on tervetullut. Alkukokeet näyttävät osoittavan 56-kertaista kasvua venttiilin iässä verrattu-35 na standarditulppaventtiilikonstruktioon. Samoin ilmeni 20-kertainen väheneminen myötävirtaputken kulumisessa.

4 6 93895

Joitain kuvaavia koetuloksia on esitetty alla olevassa taulukossa:

TAULUKKO

5 10.16 cm:n (4 TUUMAN) HIEKKATÄYTTÖLÄPPÄVENTTIILIKOE

Venttiili- valu- valu- massa/h valu- tarvlt- tehokkuus tyyppi tettu tettu ton/h tettu tavien f106) aika massa (105 massa venttii- 10 h ton kg/h) 1987 lien (106 ton lkm mi iioemi

Nykyinen 4 1140 285 *700,000 614 1140 15 tulppa- (1,03) (2,58) (6,35) (1,03) venttiili

Tavallinen 12 3420 285 *700,000 205 3415 pallo- (3,10) (2,58) (6,35) (3,05) 20 venttiili Tämä läppä- 231 65835 285 *700,000 11 63,636 venttiili (5,97) (2,58) (6,35) (57,7) 25 * Arvio •

Tehokkuus on (valutettu massa)/(venttiilien lukumäärä) (yksikössä: massa/venttiiliyksiköt) HUOM.

1. Vuonna 1986 561 000 tonnia (5,09 x 108 kg) valu-30 tettiin tulppaventtiileitä käyttäen; käytettiin 471 vent- : : tiiliä ja keskimäärin 1191 tonnia/venttiili (1,08 x 106 kg/venttiili); tämä vastaa vuoden 1987 tulppaventtiili-koetta.

2. Vaikka palloventtiili antoi kokeessa parempia tu-35 loksia kuin nykyinen tulppaventtiili, tämä venttiili ei ole luotettava, koska hiekkatäyttö voi sulkea venttiilin.

li

Claims

7 93895

1. Läppäventtiili (10), joka käsittää kahdesta lai- poitetusta runkosegmentistä (18, 20) muodostuvan rungon 5 (12), kulkuaukot (28, 30), jotka on sovitettu runkoseg- menttien (18, 20) vastakkaisiin päihin, käänneltävän lautasen (14), joka käsittää ensimmäiseen ja toiseen tukion-teloon (40, 42) ulottuvat vastakkaiset akselit (36, 38), ja joka on sovitettu rungon sisään, välineet (16) lauta-10 sen (14) kääntämiseksi, sekä kulutusta kestävän vuorausma-teriaalin (32A, 32B), joka ympäröi lautasta (14) ja rungon (12) sisäosia, ja joka muodostaa niiden välille tiivistettävän yhteyden, tunnettu siitä, että venttiili (10) on sopeutettu kuluttavia väliainevirtauksia varten, 15 ja että se käsittää katkaistun kartion muotoisia runkoseg-menttejä (18, 20), jolloin katkaistun kartion muotoiset runkosegmentit (18, 20) on liitetty toisiinsa niiden avarammasta päästä, toisiinsa liitettyjen avarien päiden määrittäessä suurimman sisähalkaisijan omaavan tason, runko-20 segmenttien (18, 20) käsittäessä kaksi vastakkaista uloketta, jotka muodostavat ensimmäisen ja toisen tukiontelon (40, 42), jotka osuvat yhteen suurimman sisähalkaisijan omaavan tason kanssa, että ensimmäisessä ja toisessa tu-kiontelossa (40, 42) on akseleiden (36, 38) ympärille so-25 vitetut halkaistut holkit (44, 46), ja että vuorausmateri- ·♦ * ** aali (32A, 32B) ulottuu tukionteloihin (40, 42).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen läppäventtiili (10), tunnettu siitä, että akselia (36, 38) ympäröi laakeri (54, 56), että laakeria (54, 56) ympäröi hal- 30 kaistut holkit (44, 46), että halkaistuja holkkeja (44, . 46) ympäröi vuoraus (32A, 32B), ja että vuorausta ympäröi • « tukiontelo (40, 42).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen läppäventtiili (10), tunnettu siitä, että rungon (12) keskiosan 35 sisähalkaisija on suurempi kuin kulkuaukon (28, 30) halkaisija. • · II 9 93895

3. Venttiilin virtausominaisuuksien ansiosta turbulenssi pienenee voimakkaasti, jolloin kuluminen vähenee venttiiliä seuraavassa hiekkatäyttöisessä putkessa. Ylimääräinen kustannussäästö on myös ilmeinen tämän johdosta.

4. Tehokkuus on mielivaltainen arvo, joka on suun niteltu vastaavien venttiilien keskimääräisen eliniän vertailemista varten. Tässä keksinnön venttiili kesti noin 56 kertaa kauemmin kuin tulppaventtiili (614/11). On edullista käyttää hyödyksi ruostumatonta terästä 10 akseleiden 36, 38 ja sisusrenkaan 34 valmistuksessa, koska korroosio on tekijä, joka täytyy aina ottaa huomioon. Keksinnön mukainen konstruktio soveltuu nopeisiin korjauksiin. Lohkot 18 ja 20 voidaan erottaa toisistaan ja vuoraus 32A ja 32B, lautanen 14, holkit 44 ja 46 ja laake-15 rit 54 ja 56 voidaan kunnostaa tarpeen vaatiessa. Vaikka kahva 16 on kuviossa 1 kuvattu 90 astetta käännetyksi lautasen 14 suhteen, on syytä ymmärtää, että normaalissa käytössä kahva 16 on tavallisesti yhdensuuntaisesti lautasen 14 tason kanssa. Tämä antaa tietenkin 20 heti visuaalisen osoituksen venttiilin 10 tilasta, so. onko se auki, suljettu vai jotain sillä välillä. Vaikka tässä on kuvattu ja selostettu keksinnön erityiset suoritusmuodot vallitsevan käytännön mukaisesti, asiaan vihkiytyneet ymmärtävät, että patenttivaatimusten 25 piirissä olevaan keksinnön muotoon voidaan tehdä muutoksia ja keksinnön tiettyjä piirteitä voidaan joskus käyttää hyödyksi ilman muiden piirteiden vastaavaa käyttöä. e 93895

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen läppäventtiili (10), tunnettu siitä, että akselit (36, 38) käsittävät tiivisteitä (48, 50), jotka on sovitettu tukionte-loita (40, 42) vasten. » · ' • · · k k t 93895 10