能量耗散磨损环及其方法技术

一种用于水力旋流器（10）或浆料泵（1000）的环形能量耗散密封环（72，1072），所述能量耗散密封环（72，1072）包括：弹性悬浮基体（72A），其包括聚合物或弹性体中的至少一个；和悬浮在所述基体（72A）中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件（72B）；其中所述能量耗散密封环（72，1072）被配置成被接收在所述水力旋流器（10）或浆料泵（1000）中的互补形状的环形接收部分（23，31，1051）中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能量耗散磨损环及其方法交叉引用本申请是要求申请日为2011年8月12日，申请号为61/522,986的美国临时申请的优先权的PCT国际申请。
本专利技术涉及用于工业、垃圾、煤炭、聚合体和矿物处理技术的设备的消耗密封件，且更具体地涉及用于水力旋流器、浆料泵和相关装置的能量耗散耐磨技术。
技术介绍
使用水力旋流器以在装满颗粒的水悬浮液中集中并分离较粗尺寸的颗粒的方法已经使用超过100年；然而，工业水力旋流器的工作负荷随着时间增加。现今，特别是在矿物处理应用中，固体的高进给速度和这些颗粒的摩擦特征要求水力旋流器被改善并改进以实现更高的性能，更好的固体回收，和更长的使用寿命。水力旋流器的影响使用寿命的操作动能的重要方面是在操作水力旋流器内的旋转流动符合自由漩涡定律（lawoffree-vortexrotation）。换言之，在工业水力旋流器中的旋转速度（切向速度）随着水力旋流器的半径的减小而增大。从数学方面考虑，该“自由漩涡”情况由以下等式表示：“VR=常数（constant）”，其中“V”等于浆料速度，“R”等于水力旋流器在给定点的半径。因此，随着浆料朝向水力旋流器的底部旋转和下降，其发生半径减小且速度增大。为了满足自由旋转等式，浆料必需切线地加速，从而维持恒定的结果。例如，如果浆料以每秒25英尺的线性速度进入24英寸直径的水力旋流器，该水力旋流器装配有4英寸直径的顶部开口，则朝向水力旋流器的底部下降的浆料必需在其到达减小的半径时加速到达大约每秒150英尺或者将其切向速度增加到大约6倍。由于浆料通常含有可腐蚀水力旋流器的内部的磨料颗粒，所以在具有较小内直径的区域处增加耐磨性是特别普遍的。迄今为止，水力旋流器设计者已使用多种方法，包括使用由耐磨材料构成的内部衬垫。在很多情况下，该方法要求多件式水力旋流器本体。FLSmidthKrebs在50年前首先提出了“组件化水力旋流器设计”的概念。该概念使用了在各个钢壳体中被保持在一起的多段耐磨衬垫。通常，衬垫由挠性弹性体材料构成，且因此不存在在各段衬垫之间的接头件的密封问题。然而，在20世纪70年代中，当将“组件化”旋流器用于煤炭处理时，由于煤炭颗粒的磨耗，弹性体衬垫具有较短的使用寿命。在其后的短时间内，FLSmidthKrebs首先提出使用耐磨耐火陶瓷衬垫，其尽管提供了更加耐磨的水力旋流器，但是由于陶瓷材料的非弹性特性而在其之间形成小的间隙。一经发现，与弹性体衬垫不同，在刚性陶瓷衬垫之间各接头处的间隙允许水力旋流器中的一些旋转浆料悬浮液漏出，从而造成较不耐磨的内部钢壳体的过早磨损。由于水力旋流器可由多至八个或更多部分构成，各部分具有一个或多个接头，由于旋转浆料中的大量动能，因此至少一个衬垫接头可发生浆料泄露和腐蚀的机会很大。多年来，进行了多种尝试来解决陶瓷衬垫之间的间隙中的浆料腐蚀。其挑战在于陶瓷衬垫通常在“绿”（未淬火）状态时由粉浆浇铸或者等静压形成，这意味着，取决于材料组分，衬垫的尺寸需要设置成比要求的最终产品尺寸（淬火后）大出约15%至17%。归因于窑燃烧（kiln-firing）的显著收缩比例会导致不一致性，使得很难在陶瓷衬垫之间选择紧密接头间隙容差，特别是对于具有不规则尺寸或形状的衬垫来说。此外，在铸造、压制和煅烧步骤中采用紧密容差将导致较高的制造成本，这样的设计在市场上缺乏竞争力。更近期的尝试在陶瓷衬垫的各端内置结合了迷宫式密封或者半搭接连接类型的设置。该设计的一个示例可参见国际专利申请公开WO10085331。然而，独立测试表明结合该机械互锁的内部配合陶瓷衬垫非常易于被损坏，这是由于陶瓷边缘基本上会延伸超过各壳体凸缘。此外，该界面引起一定水平的应力集中。因此，对常规迷宫式密封的依赖形成了对冲击具有弱抵抗性的脆弱陶瓷构件。此外，较高密度的磨料颗粒在水力旋流器的中间和较下部分具有盘旋趋势，还增加了盘旋的材料引起的搭接失效的机会。通常用于水力旋流器的常规密封件和垫圈通常由固体弹性体复合材料制成，如氨基甲酸乙酯（urethane）或者氯丁橡胶（neoprene）。这些常规密装填置的问题在于其不能承受苛刻的环境，特别是那些密装填置需要承受高速或高压的磨损性浆料的环境。此外，结合密封件和垫圈的常规机械界面不能如上所述有效地防止壳体爆裂。上述缺点在浆料泵和水力旋流器的上部区域也很普遍，其中在高压和/或高速下的磨损性浆料可在一段时间后在构件之间泄露。例如，其它高磨损区域包括水力旋流器中与涡流芯管（vortexfinder）相邻的区域以及浆料泵中与干式密封（dryglandseals）、泵壳体、背板和毂相邻的区域。例如，在具有一个或多个拴接在一起的锥形段的常规水力旋流器中，多个模块陶瓷衬垫部分保护限定外水力旋流器壳体的外壳的内表面。小的轴向间隔通常存在于陶瓷衬垫部分的各匹配表面之间。通过这些小的轴向间隔的浆料可能会具有大的径向速度和动能，且会快速腐蚀陶瓷衬垫的匹配表面以及与周围壳体相邻的部分，包括带凸缘的连接部和外部连接件。该腐蚀可导致喷涌、泄露、过早维护和关于水力旋流器的其它问题。由于携带颗粒的悬浮液造成的磨料磨损通常大约以速度的立方（cubeofvelocity）增加，因此非常需要在水力旋流器没有耐磨表面保护的区域处减慢浆料的速度。专利技术目的因此，本专利技术的目的是提供用于水力旋流器和浆料泵构件的改进耐磨密封接头；本专利技术的另一目的是提供将磨损性浆料的高能和速度快速耗散以减少周围构件的磨损的方法。本专利技术的另一个目的是以最少成本最小化安排的和未安排的维护并最大化设备的运行时间。本专利技术的另一个目的是最大化水力旋流器、浆料泵和要求坚固密封的其它处理设备的安全性和性能。本专利技术的另一个目的是提供可更换的密封耐磨元件，即便在该耐磨元件已经被大部分磨损后，仍能用来防止腐蚀。本专利技术的另一个目的是提供更换的密封耐磨元件翻新套件，其可与现有的常规水力旋流器和/或浆料泵单元兼容。本专利技术的另一个目的是阻止在陶瓷衬垫水力旋流器中的接头和连接部腐蚀，特别是在与涡流芯管、锥形段凸缘和筒体凸缘相邻的区域处。本专利技术的另一个目的是阻止在浆料泵中的接头和连接部腐蚀，特别是在与干式密封、泵壳体、背板和毂相邻的区域处。从附图和说明中本专利技术的这些和其它目的将很明显。尽管相信本专利技术的每个目的由本专利技术的至少一个实施方式实现，然而并不需要本专利技术的任何一个实施方式实现本专利技术的所有目的。
技术实现思路
本专利技术使用的方法允许磨损性浆料在一定程度上在陶瓷衬垫部分之间漏出，只要浆料可由辅助阻挡物快速挡住以保护其后的较不耐磨壳体材料即可。在一些实施方式中，弹性氨基甲酸乙酯基的壳体被直接铸造模制在预制的耐火/陶瓷衬垫的外侧，从而制造出整体单个耐腐蚀壳体部分。该方法减少了形成水力旋流器要求的部件数量。由于氨基甲酸乙酯更易于腐蚀，所以可使用钢壳体。公开了用于水力旋流器或浆料泵的环形能量耗散密封环。根据一些实施方式，该密封环可包括具有聚合物或弹性体中的至少一种的弹性悬浮基体，以及在所述基体中悬浮的多个紧密间隔或紧密装填的硬质插入件。在一些实施方式中，插入件由陶瓷或碳材料制成，并且基体包括硅树脂、氨基甲酸乙酯或者其它形式的橡胶。能量耗散密封环可被接收在水力旋流器或者浆料泵中的互补形状环形接收部分中。还公开了一种用于翻新水力旋流器的套件，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于水力旋流器（10）或浆料泵（1000）的环形能量耗散密封环（72，1072），所述能量耗散密封环（72，1072）包括：弹性悬浮基体（72A），其包括聚合物或弹性体中的至少一个；和悬浮在所述基体（72A）中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件（72B）；其中所述能量耗散密封环（72，1072）被配置成被接收在所述水力旋流器（10）或浆料泵（1000）中的互补形状的环形接收部分（23，31，1051）中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.12 US 61/522,9861.一种用于水力旋流器(10)或浆料泵(1000)的环形能量耗散密封环(72，1072)，所述能量耗散密封环(72，1072)包括：弹性悬浮基体(72A)，其包括聚合物或弹性体中的至少一个，且被配置成在使用过程中因被腐蚀而损失；和悬浮在所述基体(72A)中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件(72B)；其中所述能量耗散密封环(72，1072)被配置成被接收在所述水力旋流器(10)或浆料泵(1000)中的互补形状的环形接收部分(23，31，1051)中；并且其中在使用中，由于弹性悬浮基体(72A)会损失的性质，所述能量耗散密封环(72，1072)被配置成通过腐蚀减小浆料(850)的速度并耗散浆料的动能，形成所述硬质插入件(72B)之间的空隙(872C)，并且在所述环形接收部分(23，31，1051)内形成多个高阻碍性的螺旋路径供浆料流动。2.如权利要求1所述的环形能量耗散密封环(72，1072)，其中所述硬质插入件(72B)的配置或分布是随机性的，以使得所述硬质插入件(72B)填充更紧密，并且所述环形接收部分(23，31，1051)内供浆料流动的高阻碍性螺旋路径更曲折。3.如权利要求1所述的环形能量耗散密封环(72，1072)，其中所述硬质插入件(72B)的形状选自棱柱形，圆柱形，光滑的圆球，圆形薄片，和蜂窝形块状。4.如权利要求1所述的环形能量耗散密封环(72，1072)，其中所述硬质插入件(72B)具有表面纹理，尖锐边缘，凹陷，槽和脊中的一个或多个。5.如权利要求1所述的环形能量耗散密封环(72，1072)，其中所述硬质插入件(72B)为立方体或六角棱柱。6.如权利要求1所述的环形能量耗散密封环(72，1072)，其中所述硬质插入件(72B)为三维填密多面体或三维非填密多面体。7.一种水力旋流器(10)，包括：具有第一壳体(44)和第一衬垫(42)的第一段(40)；具有第二壳体(54)和第二衬垫(52)的第二段(50)；设置在所述第一段(40)和第二段(50)中至少一个中的接收部分(43，51)，所述接收部分(43，51)的一部分由第一衬垫(42)或第二衬垫(52)的一表面限定；和环形能量耗散密封环(92)，其位于至少一个所述接收部分(43，51)中，所述环形能量耗散密封环(92)包括聚合物或弹性体中的至少一个的弹性悬浮基体(72A)，其被配置成在使用过程中因被腐蚀而损失，和悬浮在所述基体(72A)中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件(72B)；其中在使用中，所述环形能量耗散密封环(92)被配置成使在第一衬垫(42)和第二衬垫(52)之间通过的浆料(850)在到达第一壳体(44)或第二壳体(54)的一部分之前被耗散。8.一种浆料泵(1000)，包括：驱动轴(1010)；叶轮(1030)；泵壳体(1040)；具有环形接收部分(1051，1053)的背板(1050)或毂(1052)；和位于所述环形接收部分(1051，1053)中的环形能量耗散密封环(1072，1074)，所述环形能量耗散密封环(1072，1074)包括聚合物或弹性体中的至少一个的弹性悬浮基体(72A)，其被配置成在使用过程中因被腐蚀而损失，和悬浮在所述基体(72A)中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件(72B)；其中在使用中，由于弹性悬浮基体(72A)会损失的性质，所述能量耗散密封环(1072，1074)被配置成通过腐蚀减小浆料的速度并耗散浆料的动能，形成所述硬质插入件(72B)之间的空隙(872C)，并且在所述环形接收部分(1051，1053)内形成多个高阻碍性的螺旋路径供浆料流动。9.一种水力旋流器(10)或泵(1000)中减小磨损的方法，包括：在与第二构件(54，845，1020，1040)相邻的第一构件(44，837，1050，1052)中提供至少一个环形接收部分(43，833，1051，1053)；在所述至少一个环形接收部分(43，833，1051，1053)中提供环形能量耗散密封环(92，872，1072，1074)，该环形能量耗散密封环(92，872，1072，1074)包括聚合物或弹性体中的至少一个的弹性悬浮基体(872A)，其被配置成在使用过程中因被腐蚀而损失，以及悬浮在所述基体(872A)中的间隔紧密或紧实填密的多个硬质插入件(872B)；允许浆料(850)磨损部分悬浮基体(872A)，从而在所述插入件(872B)之间形成多个空隙(872C)；即便当部分悬浮基体(872A)已经被磨损掉之后，仍将所述插入件(872B)保持在所述环形接收部分(43，833，1051，1053)内，且将通过由所述多个空隙(872C)形成的阻力路径在所述第一和第二构件之间移动的浆料(852...

【专利技术属性】
技术研发人员：T哈维尔，RG莫尔海德，
申请(专利权)人：FL史密斯公司，
类型：
国别省市：