KR101364891B1 - 입자상 물질 운반용 내마모성 밸브 및 그 제조 방법 - Google Patents

입자상 물질 운반용 내마모성 밸브 및 그 제조 방법 Download PDF

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토니 에프. 하비브
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스테판 제이. 루케지히
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다이아몬드 파워 인터내셔날, 인코포레이티드
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Abstract

본원은 입자 수집 또는 운반 시스템에서 호퍼의 배출구로부터 이송 라인으로 사전 정해진 길을 따라서 이동하는 연마 입자의 유동을 제어하기 위한 밸브를 제공하는 것이다. 상기 밸브의 설계는 연마 입자의 유동과의 접촉으로부터 초래되는 침식마모의 발생을 감소시킨다. 본원은 또한 높은 마모 조건에 처해 있는 밸브에서의 국부 영역의 경도를 향상시키는 밸브를 제조하는 방법도 게재한 것이다.

Description

입자상 물질 운반용 내마모성 밸브 및 그 제조 방법{WEAR-RESISTANT VALVE FOR TRANSPORTING PARTICULATE MATTER AND METHOD OF MAKING}
본 발명은 입자상 물질(particulate matter)의 운반에 사용된 밸브에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 공압식 수집 또는 운반 시스템(pneumatic collection or transportation system)에서 "건(dry)" 입자 또는 입자상 물질의 흐름을 제어하는 내마모성 밸브를 제조하는 방법 및 그런 밸브의 사용에 관한 것이다.
여러 산업분야 중에서도 화합 및 플라스틱 복합 처리, 화학 및 미네랄 처리, 식품 산업, 및 약제 산업과 같은 다양한 산업분야에서는 입자상 물질을 산출물에 포함하거나 제조과정 중에 형성된 입자상 부산물 및 폐기물을 제거하도록 한 장소로부터 다른 장소로의 작은 입자상 물질의 이송을 필요로 한다. 석탄 또는 그 유사 연료의 연소는 배기가스의 일부로서 연소 현장으로부터 제거될 수 있는 작은 부산물 또는 폐기물 입자(예를 들면, 일반적인 명칭의 비산재(fly ash))를 산출하는 1예의 공정을 나타낸다. 미립자 수집 또는 운반 시스템에서 흐르는 작은 입자들의 직경은 약 수 밀리미터 내지 약 0.01㎛의 범위에 있다. 대부분 입자 수집 또는 운반 시스템에 대해 공통적인 특징의 하나는 상기 입자는 방출이 복합적인 환경 문제와 염려를 일으킬 것이기 때문에 대기로 배기되지 않아야 하는 것이다. 따라서, 일반적으로 전기 집진기 및 백 필터(bag filters)와 같은 다양한 기술을 사용하여 배기가스가 대기로 방출되기에 앞서 배기가스로부터 작은 입자들을 제거하였다.
전형적으로 운반 시스템을 통해 이동되는 작은 입자상 물질은 1개 이상의 호퍼(hopper) 또는 빈(bin)에 수집되었다. 상기 빈(들) 또는 호퍼(들)로부터 화합 용기(compounding vessel) 또는 처리 유닛(disposal unit)과 같은 소망 장소로의 상기 입자들의 이송은 입자 수집 또는 운반 시스템을 사용하여 달성될 수 있다. 그런 입자 수집 또는 운반 시스템은 압축 공기 및/또는 진공 사용을 통해 압력차를 발생하여 작은 입자들이 컨트롤 밸브와 이송 라인을 통해 호퍼로부터 원하는 장소로 흘러가게 한다. 이런 공정이 자연적인 단순한 과정으로 보이겠지만, 작은 입자들의 이동은 상기 입자들의 흐름에 노출된 장치와 장비의 침식마모(erosive wear)와 연관된 심각한 문제를 일으킬 수 있을 것이다.
입자 수집 또는 운반 시스템은 기본적으로 높은 차압 변화율(high differential pressure gradient)을 유발할 수 있는 압력/진공 라인 또는 이송 작업으로 다량의 작은 상대적 연마 입자를 이동시킨다. 이런 높은 차압 변화율은 작은 입자들이 컨트롤 밸브에 제공된 좁은 틈을 통해 고속도로 흐르게 하여, 밸브 조립체를 침식하고, 밸브의 효율을 떨어뜨리고, 그리고 밸브의 유효 수명을 단축시킨다. 이런 문제는 메인 압력/진공 라인의 측면 부하(lateral loading)용으로 사용된 밸브에서 분명하게 나타난다. 이런 경우, 측면-스타일 밸브(lateral-style valve)는 연마 입자가 호퍼로부터 메인 압력/진공 라인으로 흐를 때 상기 연마 입자를 약 90도의 각도로 회전시켜야 한다.
상기 연마 입자는 몸체, 게이트, 및 시트를 포함하는 측면-스타일 밸브 내에서 다수 부품들의 침식을 일으킬 수 있다. 그런 침식은 수 주일 정도와 같이 매우 짧은 시간에 일어날 수 있다. 궁극적으로, 밸브 부품의 침식마모는 모두가 생산성의 손실로 이끄는 감소된 시스템 용량 또는 초과 정지시간(down-time)을 초래하여 수리를 하게 한다. 그러므로, 밸브 조립체가 연마 환경에서 작동할 때 밸브 조립체의 효율을 유지하는데 문제가 있다. 따라서, 측면-스타일 밸브를 개량하여 상기 밸브를 사용하는 시스템이 침식마모의 감소를 나타내며 높은 신뢰도와 저렴한 유지보수를 제공하게 할 필요성이 계속하여 있었다.
본 발명은 입자 수집 또는 운반 시스템에서 호퍼의 배출구로부터 이송 라인으로 사전 정해진 길(path)을 따르는 연마 입자의 흐름을 제어하기 위한 측면-스타일 밸브를 제공하는 것이다. 상기 밸브는 연마 입자의 유동물과의 접촉으로 초래되는 침식마모의 발생을 감소한다. 마모의 그런 감소는 재 입자(ash particles)가 그를 통해 흐르는 밸브 몸체의 배출구와 연관하여 비-동심적 및/또는 초과 크기가 되게 밸브의 폐쇄 메카니즘의 시트를 배치하여 달성된다. 시트의 장소는 연마 입자가 흘러가는 사전 정해진 길로부터 시트를 부분적으로 은폐(hide)하여, 시트에 의해 일어나는 침식마모를 감소시킨다. 또한, 밸브의 내부 벽은 연마 입자의 유동과의 충돌 입사각이 비교적 작아서 충돌 시 일어나는 손상을 감소시키는 각도를 갖는다. 끝으로, 밸브 몸체에서 배출구 오리피스의 폭과 길이는 연마 입자의 속도를 감소시키고 이들이 밸브를 통해 흐를 때 입자가 가속되는 구역을 감소시키도록 사전에 정해진다. 연마 입자의 속도의 감소는 밸브 내의 부품들의 마모율을 느리게 한다.
본원의 다른 면에 따라, 밸브에서 2개의 마모 부품을 포함하는 밸브 몸체와 게이트 하우징을 제조하는 방법을 제공하여 밸브의 내마모성을 추가로 향상시키었다. 특히, 상기 방법은 높은 마모 영역에 금속 카바이드의 형성을 늘려서 연마 입자의 유동에 의한 상기 영역에서의 침식을 감소시켰다. 이런 방법은 금속 주조 공정에 사용된 주형 내의 코어의 국부적인 냉각작용(locallized chilling)의 사용을 포함한다. 본원의 설계 및 방법에 따른 구조의 밸브는 종래 밸브와 대비하여 내마모성에서 우수성을 나타내는 것이 발견되었다.
부가로 적용할 수 있는 영역은 본원의 기술된 설명으로부터 분명히 나타날 것이다. 본원의 기술된 설명 및 특정 예는 설명을 목적으로 기술된 것으로, 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
도1은 본원의 교시에 따라 제조된 비산재 운반 시스템의 사시도.
도2는 도1의 밸브 조립체의 사시도.
도3은 밸브가 비산재 운반 시스템으로부터 연결해제되어 있는(disconnected) 본원의 교시에 따라 제조된 밸브 조립체의 사시도.
도4는 도3의 밸브 조립체에서 밸브 몸체와 게이트 하우징의 횡단면도.
도5A는 다르게 투시하여 나타낸 도3의 밸브 조립체에서 밸브 몸체와 게이트 하우징의 횡단면도.
도5B는 트로트(throat) 길이(Lt)의 한정부를 강조하여 나타낸 종래 밸브 몸체와 게이트 하우징의 횡단면도.
도6은 밸브 몸체의 배출구 부분에서의 제1통로의 오리피스와 초과 크기의 환형상 시트의 내부 면과의 사이의 배치 상태를 개략적으로 나타낸 도면으로, 여기서 (A)는 환형상 시트가 제1통로의 오리피스와 동심적으로 배치된 것이고, (B)는 환형상 시트가 제1통로의 오리피스와 비-동심적으로 배치된 것이고, (C)는 제1통로의 오리피스와 환형상 시트가 비-원형의 기하형상으로 되어있다.
도7은 도3의 밸브 조립체의 밸브 몸체와 게이트 하우징의 횡단면도이며, 트로트 영역의 내부 벽의 일 부분을 형성하는 마모 삽입체가 (A)접근 덮개와 일체적으로 형성되고, (B)접근 덮개에 의해 배치 및 유지되는 분리 피스와 일체적으로 형성된 것이다.
도8은 본원의 다른 실시예에 따른 밸브를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도9는 입자 충돌 각의 함수로 도시된 종래 밸브와 도8의 방법에 따라 제조된 밸브의 정상화된 침식을 그래프로 대비하여 나타낸 도면.
다음의 기재는 사실상 설명을 위해 예를 들어 기술하는 것일 뿐, 본원을 그 기재 내용 또는 적용 또는 사용으로 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 비산재 운반 시스템에서 밸브를 통한 비산재 입자의 흐름 및 밸브의 사용이 본원을 예시하는 것으로 기술되었지만, 다른 것 중에서도 플라스틱 복합물 조성, 화학적 및 미네랄 처리, 식품 준비 및 포장, 시멘트 혼합, 및 약제 준비와 같은 다양한 서로 다른 산업분야에서 사용되는 입자 운반 시스템에서 다른 타입의 연마 입자 및 연마 입자의 흐름을 제어하기 위한 밸브의 사용이 본원의 범위 내에서 고려되는 것이다. 그런 밸브를 통해 흐르는 연마 입자는 제한적이지 않은 기재로 비산재, 콘크리트/시멘트, 산화 알루미늄, 탄화 칼슘, 세라믹 분진, 점토, 밀가루, 주물사, 산화 마그네슘, 금속염, 실리카, 소다회, 활석(talc), 이산화 티타늄, 및 산화 아연을 포함한다. 명세서와 도면을 통해 기재된 대응 도면 번호는 유사하거나 대응하는 부분 및 특징부를 지칭하는 것이다.
본원은 입자(예, 비산재) 수집 또는 운반 시스템에서 호퍼의 배출구로부터 이송 라인으로 사전 정해진 길을 따라서 연마 입자(예, 재(ash), 등.)의 유동을 제어하기 위한 밸브를 제공하는 것이다. 도1 및 도2를 참고로 하여 설명하면, 본원에 따른 비산재 운반 시스템(10)이 밸브 조립체에 계합된 배출구(20)를 가진 적어도 1개의 호퍼(15)를 포함한다. 각 밸브 조립체(25)는 부가로 재 입자(ash particles)를 처리 유닛으로 전달하는데 사용된 이송 라인(27) 또는 파이프라인에 연결된다. 상기 밸브는 재 입자의 유동물(flow of ash particles)과의 접촉으로 초래되는 침식마모의 발생을 감소시키게 설계된다. 이송 라인은 밸브 조립체(25)를 단일 이송 라인(27)에 연결하는데 사용된 T-타입 또는 Y-타입 커넥터와 같은 다중 커넥터를 포함한다.
도2를 참고로 하여 설명하면, 호퍼의 배출구(20)는 연결 관이 배출구(20)를 밸브 조립체(25)에 연결하는데 필요한 크기로 형성된다. 도2 및 도3에 도시한 바와 같이, 밸브 조립체(25)는 일반적으로 호퍼(15)의 배출구(20)에 연결된 밸브 몸체(30)와 이송 라인(27)에 연결된 게이트 하우징(45)을 포함한다. 상기 밸브 몸체(30)와 게이트 하우징(45)도 함께 연결된다. 상기 밸브 몸체(30)는 유입구 섹션(35)과 배출구 섹션(40)을 모두 포함한다. 유사하게, 게이트 하우징(45)도 입구부(50)와 출구부(55)를 포함한다. 상기 밸브 조립체(25)는 부가로 밸브를 개방위치와 폐쇄위치 사이에서 이동시키는 작동수단(60)을 포함한다.
도2 내지 도5를 참고로 하여 설명하면, 밸브 몸체(30)의 유입구 섹션(35)과 배출구 섹션(40)은 서로 직교하고, 연마 입자가 그를 통해 흘러갈 수 있는 제1통로(65)를 한정한다. 상기 배출구 섹션(40)은 부가로 연마 입자가 제1통로(65)로부터 배출되는 배출구 섹션의 중앙선을 한정한다. 유입구 섹션(35)은 도2에 도시된 바와 같이 호퍼(15)의 배출구(20)에 연결되게 되어있다. 유입구 섹션(35)에 의해 수립된 오리피스의 중앙선(유입구 섹션의 중앙선)과 배출구 섹션(40)에 의해 설립된 오리피스의 중앙선(배출구 섹션의 중앙선)과의 사이에 적어도 90도의 각도(α)가 설립되게 곡선을 이룬 내부 면(70)을 제1통로(65)가 갖는다. 또한, 밸브 몸체(30)는 제거가능한 접근 덮개(75)도 포함한다(도4 및 도5에 도시). 접근 덮개(75)는 제1통로(65)를 한정한 밸브 몸체(30)의 내부 면(70)과 대체로 유사하거나 동일하게 되게 곡선을 이룬 내부 면을 갖는다.
게이트 하우징(45)의 입구부(50)와 출구부(55)는 서로 평행하게 되어 있으며, 연마 입자가 그를 통해 흐를 수 있는 제2통로를 한정한다. 게이트 하우징(45)의 출구부(55)는 이송 라인(27)에 연결되게 되어 있다. 제2통로(80)는 부가로 상기 통로의 하부 부분에서 게이트 하우징(45)의 내부 벽(85)에 의해 한정되며, 각도(β)가 입구부(50)에 내부 벽(85)의 평면과 출구부(55)에 내부 벽(85)의 평면과의 사이에 설립되게 경사진다. 하부 부분이 원통형상인 입구부(50)에서의 내부 벽(85)은 입구부(50)의 중앙선과 평행하다. 또한 상기 각도(β)도 출구부(55)에 내부 벽(85)의 표면을 따른 라인과 입구부(50)의 중앙선(입구부 중앙선)과의 사이에 설립된 각도로 한정된다. 약 15도의 각도(β)가 바람직하다.
도5A를 참고로 하여 설명하면, 게이트 하우징(45)에서의 제2통로(80)의 내부 벽(85)도 입구부(50)와 출구부(55) 사이에 발생된 내부 벽(85)에서 경사가 있는, 전체 길이(Ly)를 가진 것으로 기술된다. 부가로, 상기 입구부(50)는 사전 결정된 길이(Lx)를 가진 것으로 한정되며, 상기 길이는 게이트 하우징(45)의 출구부(55)에 내부 벽에서의 경사 개시부와 환형상 시트(105)와의 사이에 위치한 입구부(50)에 원통형상 내부 벽(85)의 길이이다. 상기 길이(Lx)는 다음의 식1으로 나타낸 관계에 따른 범위에 있다.
0.2(Ly) ≤ Lx ≤ 0.7(Ly) 식1
계속하여 도4와 도5A를 참고로 하여 설명하면, 게이트 조립체(95)는 개방위치와 폐쇄위치를 가진 게이트 하우징(45)의 입구부(50) 근방에 배치된다. 상기 게이트 조립체(95)는 제2통로(80)와 고정식(stationary) 환형상 시트(105)를 폐색하는 크기로 된 게이트(100)를 포함한다. 환형상 시트(105)는 게이트(100)의 표면과 접촉 및 계합하게 된다. 게이트 조립체(95)는 게이트(100)가 그 둘레 주위에서 시트(105)와 접촉하여 계합하면 폐쇄되는 것으로 간주된다. 상기 게이트 조립체(95)는 게이트(100)가 시트(105)의 둘레와 완전히 접촉하고 있지 않으면 개방된 것으로 간주된다. 부가로, 상기 게이트 조립체(95)는 게이트 아암(107)을 포함하며, 상기 아암은 게이트(100)가 이동하여 게이트 조립체(95)가 그 개방과 폐쇄위치 사이에서 가역 이행(reversibly transition)을 할 수 있게 하는 작동수단(60)(도3에 가장 양호하게 도시)과 연통하게 되어 있다. 상기 작동기(60)는 바람직하게 작동기를 포함하는 부품들이 원하는 공간에 맞게 밸브의 양측에 장착될 수 있게 설계된다.
상기 밸브(25)는 연마 입자의 유동과 접촉하여 초래되는 침식마모의 발생율을 감소시키기에 최적하게 이루어진다. 특히, 도4 및 도5A에 도시된 바와 같은 시트(105)는 밸브 몸체(30)의 배출구 섹션(40)에 대해 비-동심적으로 배치되고 그리고/또는 초과 크기로 이루어져, 그 표면이 재 입자가 흐르는 사전 결정된 길로부터 적어도 부분적으로 은폐되어 시트(105)에 의해 일어나는 침식마모를 감소시키고 시트(105)의 성능을 유지하여 게이트(100)에 무-누설 밀봉(leak-free seal)을 형성한다. 또한, 제1통로(65)의 내부 면(70)을 한정한 각도(α)와 제2통로(80)의 내부 벽(85)을 한정한 각도(β)가 유동 연마 입자에 의해 일어나는 침식마모를 감소시키게 사전에 결정된다. 도4에 도시된 바와 같이, 입자의 궤적은 밸브 몸체(30)의 배출구 섹션(40)의 내부 면(70)과 게이트 하우징(45)의 내부 벽(85)의 표면과 충돌 또는 접촉이 예측된다.
본원의 교시에 따라 제조된 밸브(25)는 비산재 운반 시스템에서 메인 압력/진공 라인이 측면 부하에 대해 사용될 때 종래 밸브와 연관된 다수의 결함과 문제점을 해결한 것이다. 일반적으로 이런 방식에 사용된 종래의 밸브는 다수 장소에서 재 입자의 충돌에 의해 일어나는 과도한 침식마모를 당한다. 밸브는 부가로 재 입자의 유동의 고속도를 유발할 수 있고 가속도 구역에 작용하는 밸브 몸체의 배출구 근방에서 트로트 영역(throat area)을 포함한다. 도5B에 도시된 바와 같이, 상기 트로트 영역은 게이트까지 신장할 수 있는 밸브 몸체의 배출구를 통해 신장된 최소 직경의 영역의 길이를 나타낸 길이(Lt)로 한정된다. 이런 배출구 트로트 영역의 내부 면은 연마성 재 입자의 충돌로 인한 심한 마모를 받게 되는 밸브의 주요한 영역의 하나이다. 배출구 트로트의 내부 면에서 일어나는 마모의 양은 선택적 내마모 삽입체를 사용하여 감소시킬 수 있다. 그런데, 일반적으로 텅스텐 카바이드 또는 세라믹 재료로 제조된 이런 삽입체는 고가의 옵션이다.
도4 및 도5A에 도시된 바와 같이 본원의 교시에 따라 제조된 밸브 몸체(30)는 재 입자의 속도를 감소시키고 가속도 구역의 크기를 감소시키어 상기 트로트 영역(90)의 내부 면에 의해 일어나는 마모를 감소시킨 것이다. 이런 사실은 트로트 영역(90)의 횡단면 폭(Wtv)과 길이(Lt)가 식2에 의해 제공된 관계로 정의되어 실현된다. 약 3.75인치보다 큰(즉, 재 입자의 속도 한계) 트로트 영역(90)의 폭(Wtv)과 약 1인치 미만의(즉, 가속도 구역의 한계) 트로트 영역의 길이(Lt)가 바람직하다.
0 ≤ Lt ≤ 0.3(Wtv) 식2
폐쇄 메카니즘이 대항 밀봉하는 환형상 시트는 재 입자의 유동물과의 충돌로 인한 마모가 일어날 수 있는 종래의 밸브에서의 다른 영역이다. 종래의 밸브에서는 상기 시트가 일반적으로 밸브의 내부 면과 일치한다. 이런 장소는 시트가 노출되어 재 입자의 유동에 의한 충돌 및 침식을 가능하게 한다.
도4 및 도5A에 도시된 바와 같이 본원의 교시에 따라 제조된 게이트 하우징(45)은 환형상 시트(105)에 의해 일어나는 마모를 감소시킨다. 환형상 시트(105)의 마모 감소는 시트(105)의 성능을 향상시키어 게이트(100)에 무-누출 밀봉을 형성하여, 밸브의 전체 수명 시간을 연장한다. 도6A 및 도6B를 참고로 하여 설명하면, 환형상 시트(105)에 의해 일어난 마모의 감소는 환형상 시트(105)의 내부 면에 의해 한정된 오리피스의 폭(Wsv)을 확장하고, 상기 시트(105)를 밸브 몸체(30)의 배출구 섹션(40)에서의 트로트 영역(90)의 오리피스와 동심(도6A) 또는 비-동심(도6B)으로 배치하여 달성된다. 각 경우에서, 시트(105)의 표면의 하부 부분은 재 입자가 흘러가는 길(flow path)로부터 시트를 은폐하도록 사전 결정된 거리(Ds)로 밸브 몸체(30)의 내부 면(70) 밑에 배치된다. 다시 말하면, 트로트 영역에서의 오리피스의 폭(Wtv)은 환형상 시트(105)의 내부 면을 한정한 오리피스의 폭(Wsv) 보다 작다. 밸브 몸체(30)의 내부 면(70)과 시트(105)의 하부 면과의 사이에 사전 결정된 거리(Ds)는 식3으로 나타낸 관계에 따른 범위에 있다. 바람직하게, 거리(Ds)는 약 400mils(0.4")보다 크며, 많은 용도에서 바람직하게 약 500mils(0.5")이다.
0 < Ds ≤ 0.25(Wtv) 식3
당 분야의 기술인은 트로트 영역(90)의 오리피스 또는 환형상 시트(105)의 오리피스가 현 명세서의 범위를 넘지 않고 원형의 기하형상으로부터 일탈할 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 다시 말하면, 트로트 영역(90)의 오리피스 또는 환형상 시트(105)의 오리피스는 한정적이지 않은 기재로 타원형, 다각형, 또는 그 조합형을 포함하는 비-원형의 기하학적 형상을 취할 수 있다. 예를 들어, 도6C에 트로트 영역(90)의 오리피스가 타원형의 형상인 일 예를 나타내었다. 전형적으로, 비-원형 형상은 수평 및 수직 치수의 폭을 모두 가질 것이다. 도6C에 도시된 바와 같이, 타원형 트로트 영역(90)에는 도시된 수직 폭 치수(Wtv)와 수평 폭 치수(Wth)가 제공되었다. 도6C에서 환형상 시트(105)는 원형이므로, 수직 폭(Wsv)과 수평 폭(도시하지 않음)의 치수는 같다. 당 분야의 기술인은 거리(Ds)를 결정하는데 트로트 영역(Wtv)과 환형상 시트(Wsv)의 수직 폭의 치수가 사용됨을 이해할 것이다. 또한, 당 분야의 기술인은 비-원형 오리피스에 대한 환형상 시트(105)가 오리피스의 둘레 주위에 링을 형성한 시트(105)를 지칭하고, 그리고 게이트 조립체(95)의 게이트(100)가 상기 시트(105)와 접촉하여 계합되는 면을 포함함을 이해할 것이다.
시트 오리피스(Wsv)의 초과 크기의 폭과 시트(105)의 비-동심 배치는 재 입자가 시트(105)를 오버슈트(overshoot)하게 하여, 충돌을 피하여, 시트(105)의 침식을 감소시킨다. 이런 방식에서의 시트(105)의 은폐는 대체로 마모가 환형상 시트(105)의 수명에 영향을 미치기 전에 밸브 몸체(30)의 내부 면에서 일어날 수 있게 한다. 예를 들면, 밸브 몸체(30)의 내부 면(70)과 시트(105)의 표면과의 사이의 거리(Ds)가 500mil이면, 밸브 몸체(30)의 내부 면(70)이 대체로 시트(105)의 침식이 일어나기에 앞서 밸브 조립체(25)가 작동하는 동안 500mil 만큼 침식할 수 있다. 상기 예에서, 밸브 몸체(25)의 증가된 수명은 극한 침식 조건에서 약 2500시간 정도 작동할 수 있을 것으로 예상되며, 이 정도의 시간은 약 7년의 전형적인 서비스 수명과 같다. 상기 2500시간 증가된 수명 시간은 비산재 전달 시스템에서 극한 침식 여건하에서 밸브를 작동한 후 측정되어진 시간 당 0.2mil의 평균 침식율로 거리(Ds)(예, 500mil)를 나누어 결정되었다.
끝으로, 종래의 밸브에서는 폐쇄 메카니즘 앞뒤에 밸브의 내부 면이 일반적으로 동일한 기하학적 형상의 평면 내의 어느 일 측이거나, 또는 폐쇄 메카니즘 뒤에 내부 면이 폐쇄 메카니즘에 앞서 밸브의 내부 면 위로 약간 경사지거나 상승된다. 따라서, 폐쇄 메카니즘 바로 뒤에 배치된 종래의 밸브의 내부 면은 심한 침식마모를 유발하는 유동 재 입자와의 다중 충돌을 받게 되는 다른 영역이다.
도4 및 도5에 도시된 바와 같이 본원의 교시에 따라 제조된 게이트 하우징(45)은 재 입자의 충돌로부터 게이트 조립체(95) 뒤에 배치된 내부 벽(85)에 의해 일어나는 마모를 감소시킨다. 이런 사실은 재 입자가 내부 벽(85)의 개시 부분을 오버슈트하여 각도(β)와 출구부(55) 사이의 내부 벽(85)의 경사부와 충돌하도록 게이트 하우징(45)을 설계하여 달성되었다. 재 입자의 충돌로 발생된 침식 손상은 이런 경사진 면에 의해 일어나는 낮은 충돌 각도로 인하여 감소 되었다.
도7A 및 도7B를 참고로 하여 설명하면, 밸브 몸체(30)의 배출구 섹션(40)의 트로트 영역(90)의 하부 내부 면(70)과 게이트 하우징(45)의 출구부(55)의 내부 벽의 하부 면과의 사이에 높이차(H△)가 한정된다. 이런 높이차(H△)는 밸브 몸체(30)의 내부 면(70) 밑에 사전 정해진 거리(Ds)로 시트(105)의 표면을 낮추고(즉, 연마 입자의 유동로로부터 시트를 은폐), 그리고 게이트 하우징(95)의 출구부(55)의 내부 벽을 경사지게 하여(즉, 연마 입자와의 충돌 각도를 줄임), 밸브(25)에서의 마모 발생율을 감소시키는 효과를 갖는다. 상기 높이차(H△)는 식4로 제공된 관계를 따르며, 여기서 Wo은 이송 라인(27)에 게이트 하우징(45)의 출구부(55)를 연결하는데 사용된 배출구 어댑터(165)에서의 개구의 폭을 나타낸다.
0 < H△≤ 0.5(Wo) 식4
높이차(H△)의 값은 H△ 와 Ds 간의 관계가 존재하도록 사전에 정해진다. 높이차(H△) 사이의 이런 관계는 시트(105)와 게이트 하우징(85)의 내부 벽의 기대 수명이 대체로 같도록 최적화 된다. 양호하게, H△ 와 Ds 간의 관계는 식5에 제공된 관계를 따른다.
Figure 112011031267881-pat00001
식5
침식마모에 더하여, 종래의 밸브는 또한 밸브 내에서 재 입자의 바람직하지 않은 축적으로 인해 저하된 효율에 따른 문제도 있다. 종래의 밸브의 내부 면은 밸브의 유입구와 배출구 사이의 90도 또는 그 이하의 각도를 통해 방향을 변경한다. 이런 예각의 최종 결과는 감소된 또는 제한된 유동 레벨을 갖게 하는 축적 공간을 발생시키며, 여기서 재 입자가 수집되어 콤팩트(compact)하게 된다. 그런 공간 내의 재 입자의 축적은 밸브로부터 콤팩트하게 된 또는 축적된 재 침적물을 제거하도록 주기적인 관리 필요성과 연관된 운영 정지시간으로 인한 생산성의 손실을 유발한다.
도4 및 도5에 도시된 바와 같이 본원의 교시에 따라 제조된 밸브 몸체(30)는 밸브 몸체(30) 내에 수집되어 콤팩트하게 되는 재 입자의 양을 감소시킨다. 이런 사실은 밸브 몸체(30)의 내부 면이 적어도 90도의 각도(α)로 곡선을 이룰 수 있게 하여 이루어졌다. 상기 각도(α)는 유입구 섹션(35)에 의해 설립된 오리피스의 중앙선과 밸브 몸체(30)의 배출구 섹션(40)에 의해 설립된 오리피스의 중앙선 사이의 교선으로 한정된다. 밸브 몸체(30)의 발생된 곡선의 내부 면(70)은 유선형으로 입자 패킹의 발생을 감소시켜, 접근 덮개(75)의 소제구(clean-out port)를 통한 제2채널로의 접근 수요를 최소가 되게 한다.
본원의 일 면에 따라, 밸브 몸체(30)의 유입구 섹션(35)은 약 8 내지 12인치 범위에서 직경을 가진 오리피스를 갖는다. 게이트 하우징(45)의 출구부(55)는 약 4 내지 6인치 범위에서 직경을 가진 오리피스를 구비하며, 도7에 도시된 바와 같이 필요한 어댑터(165)의 사용을 포함한다. 밸브 몸체(30)의 유입구 섹션(35)과 게이트 하우징(45)의 출구부(55)는 약 8 내지 12인치의 유사 직경을 가진 호퍼(15)의 배출구(20)와, 유사한 4 내지 6인치 직경의 이송 라인(27) 또는 파이프라인에 연결된다. 각도(α)로 한정된 밸브 몸체 내의 유동방향의 변경은 재의 유동을 조절하고 이송 라인(27)의 넘침을 막는 작용을 돕는다.
본원의 다른 면에 따라, 접근 덮개(75)는 선택적으로 접근 덮개(75)의 부품으로 일체적으로 형성된 마모 삽입체(155)(도7A) 또는 분리 부품을 구성하는 마모 삽입체(160)(도7B)를 포함한다. 상기 마모 삽입체(155, 160)는 밸브가 작동하는 동안 연마 입자가 충돌하여 마모를 당하는 희생 부품으로 사용된다. 이런 점에서, 마모 삽입체(155, 160)는 밸브 몸체(30)의 트로트 영역(90)의 내부 면(70)의 일 부분이 된다. 트로트 영역(90)에서 마모가 발생되면, 상기 마모 삽입체(155, 160)는 다른 마모 삽입체(155, 160)로 교체된다. 부가적으로, 접근 덮개(75)는 힌지된 면(150)을 포함하여 접근 덮개(75)가 트로트 영역(90)의 내부 면(70)의 일 부분으로 마모 삽입체(155)를 피봇하여 배치할 수 있게 한다. 상기 마모 삽입체(160)가 분리 부품이면, 삽입체(160)는 당 분야의 기술인이 알고 있는 임의적인 수단에 의해 트로트 영역(90)의 내부 면(70)의 일 부분으로 제 위치에서 유지 또는 고정되며, 한정적이지 않은 기재로 배출구 섹션(40)의 둘레에 배치된 접근 덮개(75)의 위치설정부, 그루브와 설부(groove and tongue) 구조, 웨지 조인트, 및 정지부(stop)를 포함한다. 본원의 다른 면에 따라, 상기 밸브(25)는 적절한 게이트(100) 내지 시트(105)의 정렬과 능동적인 밀봉동작을 보장하도록 게이트(100)를 포함하는 게이트 하우징(45)에 장착된 가동 게이트 조립체(95)로 설계된다. 상기 게이트 조립체(95)는 당 분야의 기술인에게 공지된 타입의 게이트이며, 한정적이지 않은 기재로 상기 재를 이송하는데 사용된 압력차에 더하여 호퍼(15) 내의 축적된 재의 최소 약 20피트 칼럼에 대하여 밀봉할 수 있는 플랩퍼(flapper) 스타일 게이트 조립체를 포함한다. 상기 게이트 조립체(95)는 산업분야에서 사용되는 스테인리스강, 텅스텐 카바이드 또는 그 밖의 금속 또는 금속합금으로 제조된다. 상기 게이트(100)의 표면은 선택적으로 그 중에서도 이온 질화물 재료, 세라믹 재료, 또는 텅스텐 카바이드와 같은 내마모성 코팅을 포함한다. 상기 게이트(100)는 임의적 타입의 작동수단(60)을 사용하여 그 개방 및 폐쇄 위치 사이를 이동하도록 작동되며, 제한적이지 않은 기재로 공압 공기 실린더를 포함한다. 공압 고장(pneumatic failure)의 경우에, 공급 라인의 체크 밸브는 게이트(100)와 시트(105)간의 단단한 밀봉을 제공하는데 필요한 공기압력을 유지할 수 있다.
밸브 몸체(30)는 한정적이지 않은 기재로 유니버설 볼트-플랜지 설계를 포함하는 당 기술분야의 기술자에게 공지된 임의적 타입의 커플링에 의해 호퍼(15)의 배출구(20)에 그리고 게이트 하우징(45)에 연결되고, 상기 게이트 하우징(45)은 밸브 몸체(30)와 이송 라인(27)에 연결된다. 커플링 각각은 양호하게 비산재 운반 시스템(10)으로부터 밸브(25)의 용이한 조립 및 조립해제가 이루어지게 설계된다. 예를 들면, 게이트 하우징(45)-밸브 몸체(30) 간의 연결은 상기 밸브 몸체(30)가 환형상 시트(105)를 포함하는 게이트 조립체(95)의 유지를 위해 제공하도록 게이트 하우징(45)으로부터 연결해제가 가능하게 한다.
본원의 다른 실시예에 따라, 전기 집진기, 백 하우스, 또는 이코노마이저와 같은 입자 수집기와, 처리 유닛 또는 화합 용기와의 사이에서 유동 연마 입자를 수집하고 제어하기 위한 입자 운반 시스템(10)이 제공된다. 예를 들면, 비산재 운반 시스템(10)은 일반적으로 유입구(도시하지 않음)와 배출구(20)를 가진 적어도 1개의 호퍼(15)와; 적어도 1개의 이송 라인(27)과; 상술한 매개변수에 따라 설계 및 제조 밸브(15); 및 압력 또는 진공 소스를 포함한다. 호퍼(15)의 유입구가 상기 비산재 입자를 수용하기 위해 재 수집기와 연통하는 것인 반면에, 이송 라인(27)은 상기 재 입자의 배달을 위해 처리 유닛과 연통하는 것이다. 상기 밸브(25)는 호퍼(15)와 이송 라인(27)사이에서 재 입자의 유동을 제어하기 위해 게이트 하우징(45)과 밸브 몸체(30)를 갖는다. 상기 밸브 몸체(30)는 호퍼(15)의 배출구에 연결된다. 유사하게, 게이트 하우징(45)은 이송 라인(27)에 연결된다. 압력 및/또는 진공 소스는 재 입자가 재 수집기로부터 처리 유닛으로 흘러가게 한다.
본원의 다른 목적은 비산재 수집 또는 운반 시스템에서 유동 재 입자를 제어하기 위한 밸브를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 이런 비산재 운반 시스템(10)에 사용된 밸브(25)는 밸브 몸체(30), 게이트 하우징(45), 및 밸브(25) 개폐용 게이트 조립체(95)를 가진 상술한 밸브(25)이다. 밸브 몸체(30)와 게이트 하우징(45)은 운반 시스템(10)에서 호퍼(15)와 이송 라인(27) 사이에 유동 재 입자와 접촉하여 초래되는 침식마모의 발생율을 감소시키기에 최적화 된다.
도8을 참고로 하여 설명하면, 이런 방법(200)은 일반적으로 다중 단계를 포함하며, 그 첫째는 외부 셀(shell), 공동, 및 내부 코어를 포함하는 밸브 몸체의 제1몰드(205)를 제공하는 것이다. 다음, 제1몰드의 공동은 용융 또는 액체 금속으로 채워진다(210). 상기 제1몰드의 내부 코어는 공동 내의 나머지 용융 금속보다 빠르게 냉각하게 하는 밸브 몸체의 트로트 영역의 내부 면을 나타내는 몰드의 섹션에서 용융 금속을 냉각시키도록 설계된다. 따라서, 내부 코어 내의 용융 금속은 냉각되고(215), 밸브 몸체의 주조물이 몰드로부터 제거된다(220).
다음, 상기와 같은 단계가 게이트 하우징의 형성을 위해 반복된다. 상기 단계들은 일반적으로 외부 셀, 공동, 및 내부 코어를 가진 게이트 하우징의 제2몰드를 제공하는 단계(225)를 포함한다. 다음, 제2몰드의 공동이 용융 금속으로 채워진다(230). 제2몰드의 내부 코어는 공동 내의 나머지 용융 금속보다 빠르게 냉각하게 하는 게이트 하우징의 경사진 내부 벽을 포함하는 하부 벽을 나타낸 몰드의 섹션에서 용융 금속을 냉각시키도록 설계된다. 상기 몰드의 내부 코어 내의 용융 금속이 냉각되고(235), 상기 게이트 하우징의 주조물은 제2몰드로부터 제거된다(240).
상기 방법(200)은 부가로 개방위치와 폐쇄위치를 가진 게이트를 제공하고(245), 작동기를 제공하는(250) 단계를 포함한다. 상기 방법(200)은 부가로 밸브를 형성하도록 밸브 몸체, 게이트 하우징, 게이트 조립체, 및 작동기를 조립하는 단계(255)를 포함한다.
상술된 방법(200)에서 용융 금속의 고형화는 결정핵 생성(nucleation)과 결정 성장의 조합을 통해 일어난다. 상기 방법(200)에 사용된 코어는 용융 금속을 냉각시킬 수 있는 히트 싱크(heat sink)로서 작용하도록 설계된다. 코어 근방의 용융 금속의 빠른 냉각률은 단단한 금속 카바이드 알갱이의 형성 및 성장을 증진시킨다. 따라서, 금속 카바이드 알갱이가 밸브 몸체(30)의 트로트 영역(90)에서 내부 면(70)의 일 부분으로 그리고 게이트 하우징(45)의 하부 내부 벽(85)의 일 부분으로 형성된다. 이들 금속 카바이드는 상기 카바이드와는 다른 미세구조를 가진 금속 매트릭스에 매립된다. 이런 금속 매트릭스는 카바이드 알갱이에 비해 약 3 내지 5배 더 연성(soft)인 경도(hardness)를 나타낸다. 상기 단단한 금속 카바이드 알갱이는 대체로 상기 재 입자와 동일한 크기이다. 냉각 단계(215, 235) 동안 형성된 금속 카바이드 알갱이의 크기와 체적 부분은 이들이 재 입자가 연성으로 둘러싸인 매트릭스 보다 단단한 카바이드 알갱이와 충돌할 가능성이 높도록 하는 성질이 있다. 따라서, 이들 단단한 금속 카바이드의 존재는 재 입자와 접촉하거나 충돌하여 초래하는 침식마모의 발생률을 감소시킬 수 있다.
냉각 단계(215, 235)는 밸브 몸체(30)에서 마모를 심하게 받는 국부 영역에서 실행된다. 상기 냉각 단계(215, 235)는 밸브(25)용으로 제한된 재료의 설계가 부차적으로 선택적인 기계가공이 필요하거나 소망 될 때 이를 가능하게 하기에 충분한 연성이 주조물에 남아 있어야 할 필요가 있기 때문에 상기 국부 영역으로 한정된다. 상기 국부 냉각 구역은 심한 침식마모를 당하기 쉬운 밸브 몸체(30)와 게이트 하우징(45)의 영역을 경화하면서, 밸브 몸체(30) 및/또는 게이트 하우징(45)의 다른 영역과의 선택적인 기계가공이 가능하게 한다.
바람직하게, 상기 밸브를 제조하는 방법(200)에 사용된 용융 또는 액체 금속은 철(iron)이다. 따라서, 냉각 단계(215, 235) 동안 형성된 카바이드는 탄화철일 것이다. 그런데, 작은 사전 결정된 양의 크롬 금속이 밸브 몸체용으로 충전 단계(205) 동안 사용된 용융 철에 포함된다. 또한, 크롬은 필요에 따라 게이트 하우징(35)을 형성하는데 사용된 용융 금속에 포함될 수 있다 크롬은 매우 단단한 카바이드 상(harder carbide phase)을 발생시키는 냉각 단계(215, 235) 동안 형성된 카바이드에 포함될 것이다. 그런데, 용융 철에 크롬을 첨가하면 냉각되는 영역 만이 아니라 나머지 주조물의 어느 정도 범위까지는 단단하게 될 것이므로, 크롬의 첨가는 바람직하게 침식을 받기가 매우 쉬운 밸브 몸체(30)의 주조물에 대해서만 행해진다. 게이트 하우징(45)을 형성하는데 사용된 용융 금속의 크롬의 첨가는 경도의 증가가 게이트 하우징(45)의 제조를 완료하는데 복잡한 기계가공의 필요를 억제하지 않도록 행해진다.
밸브 몸체(30) 및/또는 게이트 하우징(45)에 의해 나타낸 경도의 측정은 내마모성을 예측하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 내마모성은 연마 환경에서 받게 되는 재료의 경도가 증가하면 증가할 것이다. 그런 경도 측정은 밸브 몸체(30) 및/또는 게이트 하우징(45)에서 여러 장소에서 실행되어 탄화철의 형성물로부터 또는 철 금속에 소량의 크롬을 첨가하여 초래된 경도의 변경을 결정한다.
유사한 공정 단계가 본원의 범위를 넘지 않고 분리 부품으로 또는 접근 덮개(75)의 일 부분으로 밸브 몸체(30)에 사용되는 마모 삽입체(155, 160)를 준비하는데 사용될 수 있다. 이런 경우, 마모 삽입체(155, 160)의 경도는 밸브 몸체(30)의 수명을 연장하는데 필요한 내마모성을 제공하는데 사용된다. 마모 삽입체(155, 160)가 심하게 마모되었으면, 상기 삽입체(155, 160)가 밸브의 수명을 추가로 연장하기 위해 새로운 삽입체(155, 160)로 교체된다.
당 분야의 기술인은 브리넬 경도 시험(예를 들면, "금속 재료의 브리넬 경도의 표준 시험방법"이라는 제목의 ASTM E10 - 08)이 주철의 경도를 측정하는데 사용됨을 이해할 것이다. 이런 시험은 일반적으로 압입체(indenter)와 상기 주조물을 충돌시키고, 이어서 그 결과로 생긴 압흔의 크기를 측정하는 작업을 포함한다. 상기 압흔의 크기가 작을수록, 주조물의 경도가 큰 것이다. 종래의 밸브와 연관된 주조물은 약 100 내지 200브리넬의 범위에 있는 것으로 측정되었다. 또한, 본원의 방법(200)에 따라 준비된 밸브 몸체(30)와 게이트 하우징(45)을 시험하였다. 냉각(215, 235) 처리단계를 받은 밸브 몸체(30)의 트로트 영역(90)에서와 게이트 하우징(45)의 경사진 내부 벽(85)에서의 내부 면(70)의 경도는 약 400 내지 500브리넬 정도가 되는 것으로 측정되었다. 냉각(215, 235) 처리공정에 노출되지 않은 밸브 몸체(30)와 게이트 하우징(45)의 다른 부분은 종래의 밸브에서 사용된 주철 또는 강(steel)과 유사한 경도를 나타낼 것이다. 냉각(215, 235) 처리단계에서 초래된 경도의 이런 2x - 3x 증가는 밸브 몸체(30)의 트로트 영역(90)에서와 게이트 하우징(45)의 경사진 내부 벽(85)에서의 내부 면(70)에 대한 내마모성의 대체적인 증가를 이끌었다.
다음의 예들은 본 발명을 설명하기 위해 기재한 것으로, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 당 분야의 기술인은 침식(E)이 입자가 재료와 충돌하는 각도와, 입자가 이동하는 속도, 및 입자가 부딪치는 재료의 표면 경도의 함수임을 이해할 것이다. 또한, 침식은 대체로 관계식: E ∝ v2 .5 에 따른 충돌 입자의 속도(v)로 측정하는 것으로 알려져 있다. 작은 입자의 충격에 의해 일어난 침식용 예시 모델(prediction model)은 속도에 대한 종속성을 제거한 정상적인 침식 손상 곡선을 제공하도록 유도되어 사용될 수 있다. 상기 예시 모델을 사용하여 정상적인 침식 손상 곡선을 유도하는 상세한 설명은 본원에 참고로서 그 내용을 기재한 Y.I. 오카, H. 오노기, T. 호소카와, 및 M. 마츠무라에 의해 저술되고 "고체 입자 충돌에 의해 발생되는 침식 손상의 충돌 각도의 종속성"이라는 제목으로 Wear, vol. 203-204 (1997), 573-579쪽에 기재하여 발행된 논문에 기재되었다. 예시 모델의 추가 기술은 본원에 참고로서 그 내용을 기재한 오카 등에 의해 저술되고 Wear, vol. 259 (2005), 95-101쪽 그리고 Wear, vol. 259 (2005), 102-109쪽에 기재되어 발행된 2개의 연속적인 논문에 기재되었다.
침식 손상 곡선은 도8에 게시된 바와 같이 본원의 방법(200)에 따라 제조된 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 종래의 밸브와 밸브(25)용으로 오카 등의 예시 모델을 사용하여 결정되었다. 도9에 도시된 바와 같은 침식 곡선은 표면이 비산재 입자가 충돌하는 각도의 함수로 도시된 밸브의 내부 면의 정상적인 침식에 대한 값을 나타낸다. 정상적인 침식은 입사 또는 충돌 각이 90도이고 그리고 충돌 속도가 동일할 때 일어나는 침식으로 나누어진 밸브의 정상 작동 중에 입사 또는 충돌 각도 하의 재료에 의해 발생된 실제 침식으로 정의된다.
도9에 도시된 바와 같이, 종래의 밸브의 예상된 정상 침식은 제로보다 크고 그리고 약 75도 미만인 충돌 각도에서 본원에 따라 준비된 밸브(25)의 정상 침식보다 크다. 만일 국부적으로 보다 단단한 금속 재료가 유동 입자의 90도 충돌에 대해 저항이 더 크다고 가정하면, 이들 침식 곡선은 본원의 밸브(25)가 종래의 밸브보다 큰 마모 저항을 보일 것을 나타낸다. 예를 들면, 20도 각도로 비산재가 충돌하는 종래의 경도를 가진 종래의 밸브에서의 게이트 하우징의 침식은 90도 각도로(도9에서 A점을 참고) 비산재 입자의 충돌에 노출된 동일한 경도의 면에 비해 30% 더 높은 비율로 침식할 것이다. 대비하면, 방법(200)에 따라 발생된 재료 경도를 가진 본원의 교시에 따라 준비된 밸브의 게이트 하우징은, 경사진 내부 벽(85)에 의해 설립된 매우 낮은 충돌 각도로 인하여 90도의 각도로(도9에서 B점을 참고) 비산재 입자의 충돌에 노출된 유사한 면에 비해 80% 낮은 비율로 침식할 것이다. 추가 설명을 위해, 만일 90도의 각도로 비산재의 충돌로부터 일어나는 침식이 종래의 밸브에서의 표면용 보다 방법(200)에 따라 준비된 표면이 20% 더 낮다고 가정하면, 본원의 교시에(예, 방법(200)) 따라 준비된 밸브의 게이트 하우징은 종래의 밸브의 내부식성이 8배(8x)보다 크게 나타날 것이다(예, 도9에서 A점에 대한 B점 대비).
당 기술분야의 기술인은 기술된 측정이 다양한 다른 시험방법에 의해 구해질 수 있는 표준 측정으로 인식할 것이다. 본원에 기술된 시험 방법은 각각의 필요한 측정을 구하는 하나의 사용가능한 방법만을 나타낸 것이다.
본 발명의 여러 실시예의 상술한 기재는 설명을 목적으로 기술되어진 것이다. 따라서, 기술된 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 많은 개조 또는 변경이 상기 교시의 관점에서 가능하다. 상술된 실시예는 본 발명의 기본 원리 및 그 실시 적용을 하는데 가장 좋은 설명을 하도록 선택하여 기술된 것으로, 당 분야의 기술인은 고려된 특별 사용을 하는데 적합하게 다양한 실시예에서 다양한 개조를 하여 본 발명을 활용할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위 내에서 이루어지는 변경 및 개조는 모두 본 발명에 포함되는 것이며, 본 발명은 첨부 청구범위에 의해 한정되는 것이다.

Claims (30)

  1. 입자 수집 또는 운반 시스템에서 호퍼의 배출구로부터 이송 라인으로 사전 정해진 길을 따라 흘러가는 연마 입자의 유동을 제어하기 위한 밸브에 있어서, 상기 밸브는:
    유입구 섹션과 배출구 섹션을 가지며, 유입구 섹션이 호퍼의 배출구에 연결되게 형성되며, 유입구 섹션과 배출구 섹션과의 사이에 연마 입자가 통과하는 제1통로를 한정하는 밸브 몸체와;
    밸브 몸체의 배출구 섹션에 연결된 입구부와 이송 라인에 연결되는 출구부를 갖고, 입구부와 출구부 사이에 연마 입자가 통과하는 제2통로를 한정하는 게이트 하우징과;
    개방위치와 폐쇄위치를 가지며, 제2통로를 폐색하는 크기의 게이트와 상기 게이트 하우징의 입구부 근방에 배치되고 상기 게이트와 접촉 및 계합되는 환형상 시트를 구비하는 게이트 조립체; 및
    개방위치와 폐쇄위치 사이에서 게이트 조립체가 가역적으로 이동하게 하는 작동수단을 포함하며;
    상기 환형상 시트는 상기 게이트 조립체가 개방위치에 있을 때 환형상 시트의 내부 면의 일 부분이 연마 입자의 유동물로부터 적어도 부분적으로 은폐되도록 밸브 몸체의 배출구 섹션에 대한 상대적인 크기로 또는 위치에 배치되며, 상기 게이트 조립체는 연마 입자의 유동이 폐색되도록 게이트가 시트와 접촉할 때 게이트 조립체의 폐쇄위치에 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1통로는 배출구 섹션의 중앙선을 가진 밸브 몸체의 배출구 섹션에 형성된 오리피스와 유입구 섹션의 중앙선을 가진 밸브 몸체의 유입구 섹션에 형성된 오리피스도 포함하며; 상기 밸브 몸체의 제1통로는 적어도 90도의 각도(α)가 유입구 섹션의 중앙선과 배출구 섹션의 중앙선 사이에 설립되도록 곡선을 이룬 내부 면으로도 한정되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  3. 제2항에 있어서, 상기 밸브는 제1통로를 한정한 밸브 몸체의 내부 면과 동일한 곡선을 이룬 내부 면을 가진 접근 덮개도 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  4. 제1항에 있어서, 상기 작동수단은 공압 작동기이고, 상기 작동기는 작동기를 포함하는 부품이 가역적이어서, 작동기가 밸브의 어느 일 측에 장착 가능하게 설계된 것을 특징으로 하는 밸브.
  5. 제3항에 있어서, 상기 밸브 몸체의 배출구 섹션은 횡단면 폭(Wtv)과 길이(Lt)로 오리피스를 한정한 내부 면을 가진 트로트 영역도 포함하며;
    상기 길이(Lt)는 관계식: 0 < Lt ≤ 0.3(Wtv) 내에 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
  6. 제5항에 있어서, 상기 트로트 영역은 3.75인치보다 큰 횡단면 폭(Wtv)과 1인치 미만의 길이(Lt)를 가진 것을 특징으로 하는 밸브.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2통로는 입구부의 중앙선을 가진 게이트 하우징의 입구부에 형성된 오리피스도 포함하며; 상기 게이트 하우징의 제2통로는 각도(β)가 내부 벽에 대해 평행한 라인과 입구부의 중앙선과의 사이를 측정하여 설립되도록 경사진 내부 벽에 의해서도 한정되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  8. 제7항에 있어서, 각도(β)는 입구부와 출구부 사이의 경계 위치에서 내부 벽에 설립되며; 상기 내부 벽은 전체 길이(Ly)를 갖고 그리고 상기 입구부는 사전 정해진 길이(Lx)를 갖고, Lx의 길이는 관계식: 0.2(Ly) ≤ Lx ≤ 0.7(Ly) 내에 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
  9. 제7항에 있어서, 상기 각도(β)는 15도인 것을 특징으로 하는 밸브.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2통로는 입구부의 중앙선을 가진 게이트 하우징의 입구부에 형성된 오리피스도 포함하며; 상기 제1통로는 배출구 섹션 중앙선을 가진 밸브 몸체의 배출구 섹션에 형성된 오리피스도 포함하며; 상기 배출구 섹션의 중앙선과 상기 입구부의 중앙선은 배출구 섹션에 형성된 오리피스가 환형상 시트와 동심적이지 않게 오프셋 된 것을 특징으로 하는 밸브.
  11. 제1항에 있어서, 밸브 몸체의 배출구 섹션은 횡단면 폭(Wtv)으로 오리피스를 한정하는 내부 면을 가진 트로트 영역도 포함하며, 상기 환형상 시트는 폭(Wsv)으로 시트의 내부 면을 한정하는 오리피스를 갖고; 상기 폭(Wsv)은 상기 횡단면 폭(Wtv)보다 큰 것을 특징으로 하는 밸브.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서, 상기 트로트 영역의 오리피스에 대한 환형상 시트의 내부 면의 배치는 사전 정해진 거리(Ds)로도 한정되며; 상기 거리(Ds)는 관계식: 0 < Ds ≤ 0.25(Wtv) 내에 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
  15. 제14항에 있어서, 환형상 시트의 내부 면과 배출구 섹션의 트로트 영역의 오리피스와의 사이의 거리(Ds)는 적어도 400mils 인 것을 특징으로 하는 밸브.
  16. 제14항에 있어서, 상기 밸브는 폭(Wo)을 가진 오리피스가 있는 배출구 어댑터도 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  17. 제16항에 있어서, 상기 게이트 하우징의 출구부는 낮은 면의 내부 벽을 가진 오리피스도 포함하며, 높이차(H△)는 내부 벽의 낮은 면과 트로트 영역에서의 오리피스의 내부 면과의 사이의 수직거리로 한정되며; 상기 높이차(H△)와 상기 배출구 어댑터 폭(Wo)은 관계식 0 < H△≤ 0.5(Wo)을 따르는 것을 특징으로 하는 밸브.
  18. 제17항에 있어서, 높이차(H△)와 거리(Ds)는 관계식 Ds = 0.25(H△)을 따르는 것을 특징으로 하는 밸브.
  19. 제1항에 있어서, 밸브 몸체의 배출구 섹션은 내부 면을 가진 트로트 영역도 포함하며, 게이트 하우징의 제2통로는 내부 벽에 의해서도 한정되며;
    밸브 몸체 내의 트로트 영역의 내부 면과 게이트 하우징 내의 제2통로의 내부 벽은 밸브 몸체의 제1통로가 나타내는 경도보다 큰 경도를 나타내는 것을 특징으로 하는 밸브.
  20. 제19항에 있어서, 밸브 몸체 내의 트로트 영역의 내부 면과 게이트 하우징의 내부 벽의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 일 부분은 400브리넬 보다 큰 경도값을 나타내는 것을 특징으로 하는 밸브.
  21. 제20항에 있어서, 밸브 몸체 내의 트로트 영역의 내부 면과 게이트 하우징의 내부 벽의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 일 부분은 단단한 금속 카바이드 알갱이를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  22. 삭제
  23. 제21항에 있어서, 단단한 금속 카바이드 알갱이는 다른 미세구조를 가진 매트릭스에 매립되며, 상기 매트릭스는 금속 카바이드 알갱이보다 부드러운 것을 특징으로 하는 밸브.
  24. 제21항에 있어서, 단단한 금속 카바이드 알갱이는 연마 입자로서 크기가 동일한 것을 특징으로 하는 밸브.
  25. 제5항에 있어서, 접근 덮개 및 밸브 몸체의 배출구 섹션에서의 트로트 영역중 적어도 1개는 금속 또는 세라믹 내마모성 삽입체도 포함하며; 상기 삽입체는 밸브 몸체의 배출구 섹션 내의 다른 영역이 나타내는 경도보다 큰 경도 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 밸브.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 입자 운반 시스템에서 연마 입자의 유동을 제어하기 위한, 밸브 몸체, 게이트 하우징, 및 밸브를 개방 및 폐쇄하는 게이트 조립체를 가진 밸브를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    외부 셀, 공동, 및 내부 코어를 포함하며, 제1통로를 한정하는 유입구 섹션과 배출구 섹션을 갖게 설계되고, 상기 배출구 섹션은 또한 내부 면을 가진 트로트 영역을 한정하는, 밸브 몸체의 제1몰드를 제공하는 단계와;
    용융 금속으로 제1몰드의 공동을 채우는 단계와;
    공동 내의 나머지 용융 금속보다 빠르게 냉각하도록 트로트 영역의 내부 면을 나타내는 몰드 섹션 내의 용융 금속을 냉각하는데 제1몰드의 내부 코어를 사용하는 단계와;
    제1몰드로부터 밸브 몸체의 주조물을 제거하는 단계와;
    외부 셀, 공동, 및 내부 코어를 가지며, 유입부와 출구부가 내부 벽을 갖는 제2통로를 한정하게 설계되는 게이트 하우징의 제2몰드를 제공하는 단계와;
    용융 금속으로 상기 제2몰드의 공동을 채우는 단계와;
    공동 내의 나머지 용융 금속보다 빠르게 냉각하도록 하부 내부 벽을 나타내는 몰드 섹션 내의 용융 금속을 냉각하는데 제2몰드의 내부 코어를 사용하는 단계와;
    제2몰드로부터 게이트 하우징의 주조물을 제거하는 단계와;
    개방위치와 폐쇄위치를 가지며, 게이트 하우징의 제2통로를 폐색하는 크기의 게이트와 상기 게이트와 접촉 및 계합되는 환형상 시트를 포함하며, 상기 환형상 시트는 연마 입자의 유동으로부터 부분적으로 은폐되도록 밸브 몸체의 배출구 섹션에 의해 설립된 오리피스에 대한 상대적인 크기로 또는 위치에 배치되는 게이트 조립체를 제공하는 단계와;
    상기 게이트를 작동하기 위한 작동기를 제공하는 단계; 및
    밸브를 형성하도록 밸브 몸체, 게이트 하우징, 게이트 조립체, 및 작동기를 조립하는 단계를 포함하며;
    냉각된 내부 코어로부터 초래된 빠른 냉각은 단단한 금속 카바이드 알갱이의 형성 및 성장을 촉진하며; 금속 카바이드 알갱이는 재 입자의 유동물(flow of ash particles)과의 접촉으로 일어나는 침식마모의 발생율을 감소시킨 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 삭제
  30. 제28항에 있어서, 용융 금속으로 제1몰드의 공동과 제2몰드의 공동을 채우는 단계는 금속으로서 철을 사용하며, 부가로 침식마모에 대한 밸브 몸체의 경도가 증가하게 용융 철에 분산된 사전 결정된 양의 크롬 금속을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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