Система транспортирования пульпы и способ снижения износа нижней внутренней поверхности всасывающей секции пульпонасоса Российский патент 2023 года по МПК F16L57/06 F15D1/02 

Ссылки на родственные заявки

Настоящая международная заявка претендует на приоритет предварительной патентной заявки №62/638001, поданной 2 марта 2018 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки по всем вопросам, как если бы изложено в настоящем документе.

Область техники

Настоящая заявка относится к промышленному оборудованию, в частности, усовершенствованиям компонентов, используемых в транспортировании пульпы трубопроводом (пульпопроводом).

В частности, описываются варианты выполнения новых устройства и способа суспендирования и/или ресуспендирования пульпы внутри пульпопровода при ее транспортировании. Варианты выполнения новых устройства и способа могут улучшить однородность распределения концентрации (частиц) в потоке в области всасывания пульпонасоса и уменьшить износ компонентов насоса в системах транспортирования пульпы.

В настоящем раскрытии наглядно показано, что описанные конструкции и способы позволяют получить различные преимущества и положительные эффекты, увеличивающие срок службы пульпонасосов, но отсутствующие у существующих технологий транспортирования пульпы.

Уровень техники

В существующих системах транспортирования пульпы, в транспортирующем пульпопроводе и/или пульпонасосах может происходить износ, в частности, на дне, или в области "на 6 часов" (т.е., в нижней части), благодаря действию тяготения. Более того, износ может происходить в этой же области из-за проявления режима движущегося/скользящего слоя.

Износ может происходить в пульпонасосах, когда приближающийся к всасывающему отверстию поток оказывается в пределах зоны режима движущегося/скользящего слоя. Большая концентрация и/или присутствие большего количества более крупных частиц, находящихся на дне, сочетается с рециркуляцией на всасывании, что вызывает значительный локальный износ по внутренней окружности стенки со стороны всасывания вблизи области "на 6 часов" (см. фиг. 6-7).

По мере прохождения пульпы по трубопроводам, проявляется тенденция оседания твердых частиц в трубопроводе под действием сил гравитации, что создает повышенную концентрацию твердых частиц на дне трубы. В тех случаях, когда скорость потока падает ниже критического значения, динамические силы в текучей среде не в состоянии поддерживать твердые частицы во взвешенном состоянии. Особенно это касается более крупных частиц, которые проявляют тенденцию к оседанию и образованию движущегося слоя на дне трубопровода, который скользит с меньшей скоростью по сравнению с остальным потоком. В наихудших случаях, этот движущийся/скользящий слой может даже остановиться.

На фиг. 8 приводится иллюстрация, поясняющая износ в угловом положении "на 6 часов", упомянутом выше. Износ компонентов пульпонасоса может происходить, когда поступающий во всасывающее отверстие насоса поток находится в пределах области проявления режима движущегося/скользящего слоя (где на дне всасывающей трубы более высока концентрация и/или находится больше более крупных частиц). Режим движущегося слоя в комбинации с рециркуляцией на всасывании или просачиванием, которое неизбежно присутствует в центробежных насосах, формирует локализованный и мощный механизм износа.

Для ресуспендирования твердых частиц в пульпопроводах было предложено несколько решений. В одном из них используется предварительное закручивание потока или использование спиральных "лопастей" для создания завихрений (см., например, US 1608547; US 2013/0202426А1). В другом используются наклонные боковые стенки и уменьшение площади поперечного сечения трубопровода (см., например, US 6428268).

В US 5301984 предлагается использование выступа в трубных коленах для снижения износа отводов трубопроводов для транспортирования суспензий, но износа пульпонасосов (что имеет отдельную особую специфику) данный документ не касается.

В настоящем изобретении предлагаются новые решения, направленные на преодоление недостатков, приводящих к сильному износу в пульпонасосах, и на усовершенствование упомянутых известных решений для ресуспендирования твердых частиц. В настоящее время существует потребность в системах пульпопроводного транспорта, позволяющих увеличить срок службы и поддерживать или повышать эффективность пульпопроводного транспортирования без необходимости изменений скорости пульпопроводного транспортирования или применения дорогих материалов в насосах.

Задачи изобретения

Таким образом, задачей некоторых вариантов выполнения является устранение упомянутых недостатков, связанных с оседанием твердых частиц в трубопроводах и результирующим износом насоса в известных системах транспортирования пульпы.

Другой задачей некоторых вариантов выполнения является устранение или смягчение последствий износа, возникающих в центробежных пульпонасосах, используемых в разработке месторождений ископаемых, нефтяных песков и других промышленных работах.

Другой задачей некоторых вариантов выполнения является устранение или смягчение последствий износа, которые могли бы возникать при сильном локальном износе по внутренней окружности облицовки на всасывающей линии, втулке сальникового устройства или регулируемом кольце компенсации износа (в случае насосов FLSmidth® KREBS), причем такой износ обычно находится вблизи нижней точки, обычно называемой положением "на 6 часов".

Другой задачей некоторых вариантов выполнения является инициирование гидравлического ресуспендирования твердых частиц, которые могли осесть на дно пульпопроводов, питающих центробежные пульпонасосы, тем самым устраняя или снижая локальный износ по внутренней окружности облицовки на всасывающей линии или кольце компенсации износа в области положения "на 6 часов".

Другой задачей некоторых вариантов выполнения является обеспечение установки внутреннего наклонного вспомогательного канала или "отклоняющего устройства" в пульпопровод, включая, среди прочего, любое место вдоль всасывающей трубы, используемой для запитывания пульпонасосов, трубных узлов или, в альтернативном варианте, вход всасывающей трубы на области с осадком.

Эти и другие задачи изобретения будут более очевидными при ознакомлении с приведенными чертежами и описанием.

Хотя предполагается, что каждая задача изобретения должна решаться по меньшей мере одним вариантом выполнения изобретения, не обязательно в любом отдельно взятом варианте выполнения решаются все задачи изобретения.

Раскрытие изобретения

Раскрывается новое устройство для ресуспендирования твердых частиц в трубопроводах, или "отклоняющее устройство". "Отклоняющее устройство" может содержать конструкцию, в основном соответствующую показанной на приложенных чертежах. Каждый показанный элемент конструкции играет важную роль в воздействии на гидродинамику внутри трубопровода и насосов системы транспортирования пульпы.

Способ транспортирования пульпы может включать введение нового отклоняющего устройства в компонент системы транспортирования пульпы, и, затем, пропускание пульпы через систему транспортирования пульпы по отклоняющему устройству. При осуществлении способа снижения износа компонента системы транспортирования пульпы могут извлекать из системы этот компонент и вводить компонент-заменитель, содержащий отклоняющее устройство, конструкция которого в основном представлена на приложенных чертежах. В некоторых вариантах выполнения, способ может включать шаг предоставления компонента для использования с системой транспортирования пульпы, имеющего конструкцию, в основном показанную и описанную на соответствующих чертежах. В некоторых вариантах выполнения, способ может включать шаг введения компонента, имеющего конструкцию, в основном изображенную и описанную на приложенных чертежах, в систему транспортирования пульпы, и установку этого компонента. Эта конструкция предпочтительно выполнена с возможностью изменения потока, содержащего частицы (например, суспендирования или ресуспендирования крупных абразивных частиц), и снижения износа.

Более конкретно, в настоящем изобретении предлагается система транспортирования пульпы, содержащая пульпонасос и компонент для придания потоку пульпы направления вверх от нижней внутренней поверхности этого компонента, включающий: внешнюю обойму; внутреннюю облицовку, расположенную внутри внешней обоймы и выполненную с возможностью обеспечения протекания через нее потока пульпы; и отклоняющее устройство, расположенное на нижней поверхности внутренней облицовки и выполненное с возможностью придания потоку пульпы внутри внутренней облицовки направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки, причем указанный компонент расположен выше по потоку и в непосредственной близости от всасывающего входа насоса и выполнен с возможностью ресуспендирования крупных твердых частиц из нижней части потока пульпы для обеспечения большей однородности распределения концентрации в потоке во всасывающем отверстии пульпонасоса и снижения, тем самым, износа, относящегося к пульпонасосу.

В частных вариантах осуществления компонент расположен в прямой секции насосной системы для перекачки пульпы.

Отклоняющее устройство содержит поднимающуюся вверх и вогнутую секцию, суживающуюся по ширине от начала к концу для придания потоку пульпы направления движения вверх и внутрь в направлении продольной центральной оси компонента.

Отклоняющее устройство прикреплено к нижней поверхности внутренней облицовки подходящими крепежными средствами.

Отклоняющее устройство отформовано как единое целое с внутренней облицовкой из одного и того же материала.

Отклоняющее устройство выполнено с возможностью придания потоку пульпы внутри внутренней облицовки направления вверх и внутрь от нижней поверхности внутренней облицовки.

Внутренняя облицовка выполнена из материала, выбранного из группы, состоящей из металла, сплава металла, белого хромистого чугуна, стали, керамики, резины, полиуретана, пластика, эластомерных и полимерных материалов.

Отклоняющее устройство выполнено из материала, выбранного из группы, состоящей из металла, сплава металла, белого хромистого чугуна, стали, керамики, резины, полиуретана, пластика, эластомерных и полимерных материалов.

Отклоняющее устройство содержит отклоненную вверх секцию, выполненную с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки.

Отклоняющее устройство содержит отклоненную вверх и вогнутую секцию, выполненную с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки.

Отклоняющее устройство содержит: основание, общая кривизна которого в основном соответствует кривизне части внутренней облицовки, на которой оно расположено; и отклоненную вверх секцию, выполненную с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки.

Отклоняющее устройство содержит: основание, общая кривизна которого в основном соответствует кривизне части внутренней облицовки, на которой оно расположено; и отклоненную вверх и вогнутую секцию, выполненную с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки.

Отклоняющее устройство содержит основание, общая кривизна которого в основном соответствует кривизне части внутренней облицовки, на которой оно расположено; отклоненную вверх секцию, выполненную с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки; и пару в основном вертикальных направляющих секций, расположенных с противоположных сторон отклоненной вверх секции, для дополнительного придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки.

Отклоняющее устройство содержит: основание, общая кривизна которого в основном соответствует кривизне части внутренней облицовки, на которой оно расположено; и отклоненную вверх и вогнутую секцию, выполненную с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки; и пару в основном вертикальных направляющих секций, расположенных с противоположных сторон отклоненной вверх секции, для дополнительного придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки.

В настоящем изобретении также предлагается способ снижения износа нижней внутренней поверхности всасывающей секции пульпонасоса в системе транспортирования пульпы, при осуществлении которого: обеспечивают одно или более отклоняющих устройств, выполненных с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней внутренней поверхности системы транспортирования пульпы; располагают указанные одно или более отклоняющих устройств в одном или более местах выше по потоку и в непосредственной близости от всасывающего входа насоса вдоль нижней внутренней поверхности системы транспортирования пульпы; и транспортируют пульпу по системе транспортирования пульпы через указанные одно или более отклоняющих устройств, причем отклоняющее устройство обеспечивают выше по потоку от пульпонасоса так, что пульпа имеет более однородное распределение концентрации в потоке на всасывающем входе пульпонасоса. Краткое описание чертежей

В качестве дополнения к представляемому описанию и для лучшего понимания признаков изобретения, к настоящему раскрытию приложен комплект чертежей, иллюстрирующих новые и ранее неизвестные способы и устройство для усовершенствования промышленных процессов транспортирования пульпы, образующих неотъемлемую часть раскрытия, и изображающих описанное далее изобретение в иллюстративной форме, не ограничивающей это изобретение. Следует иметь в виду, что используемые в чертежах одинаковые ссылочные номера (при их использовании) могут идентифицировать одинаковые компоненты.

на фиг. 1-5 представлено отклоняющее устройство, которое может быть применено в компоненте системы транспортирования пульпы, в соответствии с первым частным вариантом выполнения. Отклоняющее устройство содержит конструкцию, улучшающую функциональные характеристики и снижающую износ компонентов системы транспортирования пульпы и их основы;

на фиг. 1 представлен вид сверху поперечного сечения компонента системы транспортирования пульпы, включающего прикрепленное отклоняющее устройство в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 2 представлен вид с торца компонента системы транспортирования пульпы, включающего прикрепленное отклоняющее устройство в соответствии с настоящим изобретением, при наблюдении с направления входа пульпы в компонент;

на фиг. 3 представлен вид сбоку поперечного сечения компонента системы транспортирования пульпы, включающего прикрепленное отклоняющее устройство в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 4 представлен перспективный вид компонента системы транспортирования пульпы, включающего прикрепленное отклоняющее устройство в соответствии с настоящим изобретением, при его наблюдении со стороны выхода пульпы из компонента;

на фиг. 5 представлен верхний перспективный вид компонента системы транспортирования пульпы, включающей прикрепленное отклоняющее устройство в соответствии с настоящим изобретением, при наблюдении со стороны входа пульпы в компонент;

на фиг. 6-7 иллюстрируются проблемы, характерные для уровня техники, в частности, показаны области локального сильного износа компонентов с всасывающей стороны пульпонасоса на внутренней круговой поверхности в области позиции "на 6 часов";

на фиг. 6 показан износ в области днища внутренней круговой поверхности регулируемого кольца компенсации износа FLSmidth® KREBS;

на фиг. 7 показан предполагаемый износ в области днища внутренней круговой поверхности втулки сальникового устройства или облицовки на всасывающей части в обычном пульпонасосе;

на фиг. 8 иллюстрируются разные возможные режимы потока внутри системы транспортирования пульпы (например, в трубе или компоненте трубопровода). Этот чертеж также показывает обычную картину твердо-жидкого потока в трубе в различных режимах, и демонстрирует увеличение концентрации на дне трубопровода при усилении оседания. Движущиеся/скользящие слои крупных абразивных частиц, оседающие на дно (под действием гравитации), могут вызывать износ пульпопроводов и компонентов насосов в области "на 6 часов";

на фиг. 9 представлен вычислительный гидродинамический (ВГД) прогноз траектории частиц внутри движущегося/скользящего слоя, проходящего по отклоняющему устройству с открытым вспомогательным каналом, в соответствии с одним возможным раскрытым вариантом выполнения;

на фиг. 10 и 11 сравниваются обычные трубы (сверху на каждом чертеже) с вариантами выполнения изобретения (снизу на каждом чертеже). Можно заметить, что новое отклоняющее устройство способствует ресуспендированию частиц в движущемся/скользящем слое;

на фиг. 12 показаны возможные подходящие места расположения отклоняющего устройства в соответствии с вариантами выполнения изобретения, в частности, в непосредственной близости и перед всасывающим отверстием насоса;

на фиг. 13-15 представлены изометрические виды компонента системы транспортирования пульпы, содержащего отклоняющее устройство в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. На фиг. 15 показано, как полимерная (например, резиновая, уретановая, пластиковая) облицовка может быть использована внутри внешней металлической обоймы. Отклоняющее устройство может быть отформовано в полимерной облицовке, как показано на чертеже, но также может быть изготовлено отдельно и прикреплено внутри компонента системы транспортирования пульпы в виде самостоятельного вспомогательного устройства. Полимерная облицовка, помимо прочего, может быть добавлена в имеющуюся металлическую обойму (например, в порядке послепродажного обслуживания);

на фиг. 13 приведен изометрический вид компонента системы транспортирования пульпы, включающего отклоняющее устройство в соответствии с настоящим изобретением, отформованное как интегральная часть полимерной внутренней облицовки компонента, при наблюдении с направления поступления пульпы в компонент;

на фиг. 14 приведен изометрический вид компонента системы транспортирования пульпы, включающего отклоняющее устройство в соответствии с настоящим изобретением, отформованное как интегральная часть полимерной внутренней облицовки компонента, при наблюдении с направления выхода пульпы из компонента;

на фиг. 15 представлен вид разреза в изометрии компонента системы транспортирования пульпы, включающего отклоняющее устройство в соответствии с настоящим изобретением, отформованное как интегральная часть полимерной внутренней облицовки компонента;

на фиг. 16 и 17 иллюстрируются структуры потока внутри обычной всасывающей трубы (сверху на каждой фигуре) в сравнении с двумя ресуспендирующими отклоняющими устройствами с закрытыми вспомогательными каналами, в соответствии с описанными здесь двумя возможными вариантами выполнения (в середине и внизу на каждой фигуре);

на фиг. 18 представлен вид спереди отклоняющего устройства в соответствии с настоящим изобретением, которое в другом варианте выполнения использует износостойкие вставки, которые можно легко установить внутри стандартных пульпопроводов, при наблюдении со стороны выхода пульпы из компонента;

на фиг. 19 представлен вид сверху отклоняющего устройства в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 20 представлен вид снизу отклоняющего устройства в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 21 представлен в изометрии вид верхней части отклоняющего устройства в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 22 представлен в изометрии вид нижней части отклоняющего устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Далее приведено более подробное описание изобретения со ссылками на чертежи применительно к частным вариантам выполнения.

Подробное описание осуществления изобретения

В то время как настоящее изобретение было описано здесь с использованием частных вариантов выполнения компонента пульпопровода, содержащего ранее неизвестное отклоняющее устройство, и способов его изготовления и использования в работе, следует понимать, что для специалистов в данной области после ознакомления с приведенным раскрытием будут очевидными его многочисленные вариации и модификации.

Детально описанные и изображенные в тексте и на чертежах варианты выполнения не должны восприниматься как ограничивающие область притязаний изобретения. Напротив, все представленные варианты выполнения должны рассматриваться как иллюстративные по своей природе. Соответственно, настоящее изобретение ограничено только приложенной формулой.

Автор изобретения предложил новый и ранее неизвестный способ транспортирования пульпы внутри трубы или компонента системы транспортирования пульпы с использованием нового отклоняющего устройства.

Для перераспределения потока внутри секции трубы может быть использован наклонный вспомогательный канал или "отклоняющее устройство", как это показано на приложенных чертежах. Это отклоняющее устройство может быть изготовлено с использованием полимера, металла, или, при необходимости, керамического износостойкого материала. Для изготовления отклоняющего устройства может быть использована комбинация этих материалов.

В некоторых практически осуществимых вариантах выполнения, в ряде случаев пульпа/твердые частицы могут включать, помимо прочего, концентрат после обогащения минералов, шлам, глинистую суспензию, отходы обогащения минералов, производственные отходы и другие материалы, которые требуется транспортировать.

Отклоняющее устройство может представлять собой открытый вспомогательный канал, форма которого позволяет вытянуть твердые частицы из движущегося/скользящего слоя частиц, расположенного на дне пульпопровода, поднять их и затем вынести их ближе к центральной оси секции трубы, как это показано на фиг. 9, внизу фиг. 10-11, и в середине и внизу фиг. 16-17.

Отклоняющее устройство может обеспечивать "флюидизацию" частиц для создания более однородного потока внутри трубы, транспортирующей пульпу или, помимо прочего, внутри компонента системы транспортирования пульпы. Формируемый конструкцией суживающийся поток позволяет пульпе над слоем переместить и/или окружить твердые частицы, вынесенные из внутреннего вспомогательного канала через отклоняющее устройство.

В некоторых предпочтительных вариантах выполнения может использоваться внутренний закрытый вспомогательный канал. Внутренний вспомогательный канал может быть выполнен с возможностью разветвления секции трубы или компонента системы транспортирования пульпы. Благодаря такой конструкции, поток внутри секции трубы или компонента системы транспортирования пульпы может быть перераспределен. При перераспределении потока посредством отклоняющего устройства, твердые частицы вытягиваются из движущегося/скользящего слоя на дне секции трубы или компонента системы транспортирования пульпы, поднимаются потоком и выносятся ближе к оси трубы. Все это происходит, когда остальная часть пульпы, содержащейся внутри секции трубы или компонента системы транспортирования пульпы, окружает внешние стенки внутреннего вспомогательного канала и перераспределяет вокруг твердые частицы, вынесенные из внутреннего вспомогательного канала.

В то время как в настоящем описании раскрыт или показан на приложенных чертежах единственный элемент, следует понимать, что вместо него могут быть использованы или установлены один или более таких элементов. Например, используемые здесь термины "отклоняющее устройство" или "вспомогательный канал" могут, в некоторых вариантах выполнения, содержать, по мере прочего, "по меньшей мере одно" отклоняющее устройство или "по меньшей мере один" вспомогательный канал. Другими словами, внутри одной системы транспортирования или ее компонента (например, секции трубы) могут быть, среди прочего, использованы и/или размещены несколько отклоняющих устройств или их элементов. Например, несколько отклоняющих устройств могут быть без ограничений использованы повсеместно в системе транспортирования пульпы.

Следует также понимать, что любая комбинация раскрытых элементов может образовывать уникальный вариант выполнения изобретения. Например, вариант выполнения комплекта оборудования для модернизации может быть сформирован путем объединения в любой комбинации необходимых конструкционных элементов для сборки части отклоняющего устройства или целого отклоняющего устройства. Комплект оборудования для модернизации может выполнен как компонент системы транспортирования пульпы, содержащий по меньшей мере одно отклоняющее устройство, которое может использоваться с этой системой транспортирования пульпы или быть установлено в ней. Компонент существующей системы транспортирования пульпы (например, секция трубы) может быть извлечен из существующей системы транспортирования пульпы, и заменяющий компонент системы транспортирования пульпы, содержащий по меньшей мере одно отклоняющее устройство (т.е., компонент из комплекта оборудования для модернизации), может быть установлен вместо него.

Раскрытие каждого патента, патентной заявки и публикации, цитируемой, перечисленной, названной или упомянутой в настоящем описании, тем самым фактически целиком вводится в его состав, как если бы полностью было приведено в нем.

В то время как этот предмет изобретения был раскрыт со ссылкой на частные варианты выполнения, очевидно, что специалисты в данной области могут представить и другие варианты выполнения и модификации, не выходящие за пределы существа и области притязаний описанного здесь предмета изобретения. Приложенная формула может включать некоторые, но не все такие варианты выполнения и эквивалентные модификации.

Описанные варианты выполнения должны рассматриваться во всех отношениях только в качестве иллюстрации, и не ограничивающими изобретения. Таким образом, область притязаний изобретения обозначается и определяется скорее только приложенной формулой, а не упомянутым описанием. Все варианты выполнения, охватываемые существом и областью эквивалентности формулы изобретения, должны быть заключены в этом объеме.

Подрядчик или иной экономический субъект может предоставить, изготовить, установить, обслуживать, эксплуатировать или предложить для продажи отклоняющее устройство или компонент системы транспортирования пульпы, содержащий отклоняющее устройство, описанное в настоящем раскрытии. Подрядчик или иной экономический субъект может предоставить, изготовить, установить, обслуживать, эксплуатировать или предложить для продажи одну или более модификаций существующей системы транспортирования пульпы или ее компонента, которые могут эффективно воспроизвести функции раскрытого здесь нового отклоняющего устройства.

Подрядчик или иной экономический субъект может предоставить, изготовить, установить, обслуживать, эксплуатировать или предложить для продажи один или более компонентов или элементов системы транспортирования пульпы, содержащий одно или более отклоняющее устройство или один или более конструктивный элемент, раскрытый в настоящем описании, не выходя за пределы области притязаний и существа настоящего изобретения.

Хотя изобретение было описано применительно к частным вариантам выполнения и применениям, специалист в данной области, ознакомившись с данным раскрытием, сможет предложить дополнительные варианты выполнения и модификации, не выходящие за пределы существа или области притязаний заявленного изобретения.

На фиг. 6 и 7 иллюстрируются проблемы, обусловленные износом, вызываемым потоками абразивной пульпы внутри насосов, используемых в системах транспортирования пульпы. В качестве примера, на этих чертежах показаны области локального сильного износа на всасывающей стороне компонентов пульпонасоса по внутренней круговой поверхности вокруг нижней области в положении "на 6 часов". На фиг. 6 показан износ по нижней части внутренней круговой поверхности регулируемого кольца компенсации износа FLSmidth® KREBS, в то время как на фиг. 7 показан износ по нижней части внутренней круговой поверхности втулки сальника или облицовки всасывающей части обычного пульпонасоса. Поскольку износ этого типа значительно сокращает срок службы этих компонентов, желательно уменьшение этого износа.

На фиг. 8 иллюстрируются разные возможные режимы потока внутри системы транспортирования пульпы (например, в трубе или компоненте трубопровода). В однородном потоке взвешенные твердые частицы обычно однородно распределены по пульпе. В неоднородном потоке с полной взвешенностью твердых частиц, частицы обычно распределены в пульпе неравномерно, причем в нижней части пульпы за счет тяготения частиц находится больше. При неоднородном потоке со скользящем слоем, концентрация твердых частиц значительно выше в нижней части трубопровода, в результате чего движение нижней части существенно затруднено, что приводит к снижению скорости или даже полной остановке. Соответственно, на этой фигуре представлено изображение обычного твердо-жидкого потока в трубе в различных режимах, и демонстрирует увеличение концентрации на дне трубопровода при росте оседания. Движущиеся/скользящие слои крупных абразивных частиц, собирающихся на дне под действием гравитации, могут вызывать серьезный локальный износ компонентов пульпонасосов в нижней области, в положении "на 6 часов". Таким образом, задачей настоящего изобретения является перенаправление твердых частиц скользящего слоя из нижней области "на 6 часов" системы транспортирования пульпы, с перераспределением их в другие области трубопровода для улучшения однородности потока, что предотвращает серьезный локальный износ в нижней части внутренней поверхности насоса, обусловленный режимом скользящего слоя.

В соответствии с настоящим изобретением, на фиг. 1-5 и фиг. 13-15, и фиг. 18-22 изображен компонент системы транспортирования пульпы, в целом обозначаемый цифрой 10, который может иметь форму трубы для транспортирования пульпы, трубопровода, трубного узла, всасывающего входа насоса, входной секции со стороны области с осадком, включая узел подачи, впуск, выпуск, спускное отверстие, дренажную трубу, секции всасывания и/или закачивания любого из вышеупомянутых элементов. На этих чертежах, компонент 10 представлен в виде фланцевого элемента всасывающего входа, обычно используемого в транспортировании пульпы. Показанный компонент 10 имеет в основном цилиндрическую форму, хотя его форма может быть любой подходящей для транспортирования пульпы. Показанный компонент 10 имеет внешнюю обойму (корпус) 12 и ряд крепежных фланцев 14 для прикрепления компонента 10 в любом соответствующем месте внутри системы транспортирования пульпы. Соответственно, внешняя обойма может быть выполнена из любого подходящего материала для транспортирования пульпы, включая обычные металлы, например сталь и железо, или полимерные трубы и гибкие трубопроводы, или износоустойчивые металлы, например, сталь или белый хромистый чугун, при необходимости. Компонент 10 также включает внутреннюю облицовку 16, которая может либо образовывать единую конструкцию с внешней обоймой 12, либо может быть отдельной конструкцией, вставленной внутрь внешней обоймы 12, либо отформованной или изготовленной так, чтобы формировать внутреннюю поверхность компонента 10. Соответственно, внутренняя облицовка 16 может быть выполнена из того же металла, что и внешняя обойма 12, или из другого материала, например, резины, полиуретана, пластика, полимера, эластомера или металла, например белого хромистого чугуна, или, при необходимости, коррозионно-стойких сплавов, или износостойких керамических покрытий или иного подходящего износостойкого материала.

В этой конструкции, компонент 10 включает дренажный/всасывающий канал, например патрубок 18, прикрепленный к внешней обойме 12, имеющий внутреннее отверстие 20, связанное для передачи текучей среды с внутренним пространством компонента 10, и проходящий от внутренней облицовки 16 через внешнюю обойму 12. Патрубок 18 обычно изготавливается вместе с компонентом 10 и поэтому сделан из того же материала, что и внешняя обойма 12, хотя он может быть прикрепляемой к компоненту 10 деталью, выполненной из другого подходящего материала. Дренажный канал 18 расположен на дне, отходя вниз в части компонента 10 "на 6 часов", имеющей обозначение 22, хотя настоящее изобретение также подходит для использования и без такого дренажного канала 18, либо всасывающий канал 18 располагается иным образом.

Показанный компонент 10 также включает отклоняющее устройство, в целом имеющий обозначение 24, расположенное внизу на дне в положении 22 "на 6 часов" внутренней облицовки 16. Отклоняющее устройство может быть изготовлено из того же материала, что и внешняя обойма 12 и/или внутренняя облицовка 16, включая разные металлы, например белый хромистый чугун, или износо- или коррозионно-стойкие металлические сплавы, или полимеры, например, резина, полиуретан, или износостойкая керамика или любые другие подходящие износостойкие материалы. Соответственно, отклоняющее устройство 24 может быть сформировано как единое целое с внутренней облицовкой 16, или с внутренней облицовкой 16 и внешней обоймой 12 одновременно, либо может быть отдельной вставкой или добавочной деталью, неподвижно прикрепленной любыми подходящими средствами, включающими крепежные детали, адгезив, шлицы, гнезда, клинья или другие подходящие соединительные устройства или средства на внутренней облицовке 16 внизу на дне, в положении 22 "на 6 часов".

Отклоняющее устройство 24 имеет такую форму, чтобы оставаться неподвижно прикрепленным к внутренней облицовке 16, и в то же время имеет форму открытого канала, позволяющего направлять поток пульпы и более крупных частиц, часто располагающихся в нижней части потока в пульпопроводе, проходящего через компонент 10 в верхнем направлении от нижней области внутренней облицовки 16, находящейся внизу в положении 22 "на 6 часов". В альтернативном случае, можно представить, что отклоняющее устройство 24 может вместо этого иметь форму закрытого канала, как это показано на фиг. 16 и 17. В конструкции с открытым каналом, отклоняющее устройство 24 имеет криволинейное основание 26, кривизна которого в основном совпадает с кривизной части внутренней облицовки 16, на которой она установлена, или с которой она отформована как единое целое. Отклоняющее устройство 24 имеет форму, включающую поднимающуюся или наклоненную вверх центральную секцию или наклонную площадку 28, имеющую вогнутую поверхность и суживающуюся по ширине от начала к концу для придания потоку пульпы направления движения вверх или вверх и внутрь, в соответствии с требованиями (например, в направлении продольной центральной оси компонента 10) при его движении через отклоняющее устройство 24, с тем, чтобы изменить поток частиц (например, суспендировать или ресуспендировать крупные абразивные частицы) и снизить износ дна компонентов пульпонасоса внизу в положении 22 "на 6 часов". В альтернативном случае, можно представить, что отклоненная вверх центральная секция, или наклонная площадка 28, может быть в основном плоской, а не вогнутой, и может не суживаться по ширине, а, предпочтительно, иметь конструкцию, способствующую приданию потоку пульпы направления движения вверх к центральной оси трубопровода, либо вверх и внутрь, в процессе движения по отклоняющему устройству 24.

Отклоненная вверх центральная секция, или наклонная площадка 28, окружена с обеих сторон выступающими вверх первой и второй направляющими секциями 30 и 32, которые могут отходить в основном вертикально с каждой стороны отклоненной вверх центральной секции, или наклонной площадки 28. Первая и вторая направляющая секции 30 и 32 также показаны суживающимися внутрь к вертикальной центральной плоскости компонента 10, для придания направления внутрь потоку пульпы. Однако степень и направление сужения первой и второй направляющих секций 30 и 32 может также быть изменено (внутрь к вертикальной центральной плоскости компонента 10, в основном параллельно друг другу, или наружу в сторону внутренней облицовки) для получения желаемого потока пульпы. Кроме того, следует иметь в виду, что размеры первой и второй направляющих секций 30 и 32 также могут быть изменены для достижения требуемой степени изменения и направления потока пульпы. Вместе с отклоненной вверх центральной секцией, или наклонной площадкой 28, первая и вторая направляющие секции 30 и 32 также позволяют направлять поток пульпы в требуемом направлении вверх, или вверх и внутрь, или вверх и наружу при движении потока по отклоняющему устройству 24, для изменения потока твердых частиц (например, суспендирования или ресуспендирования крупных абразивных частиц), и снизить износ внутренней облицовки 16 внизу или в положении 22 "на 6 часов".

На фиг. 20 и 22 представлена конструкция нижней поверхности отклоняющего устройства 24, имеющего одно или более отверстий 34, через которые могут быть вставлены один или более подходящих крепежных элементов (не показаны) для прикрепления отклоняющего устройства 24 ко внутренней облицовке 16 компонента 10. В альтернативном случае, также могут быть использованы и другие крепежные средства, например, адгезив, шлицы, гнезда, клинья или другие подходящие соединительные устройства или средства. Как также показано на фиг. 20 и 22, нижняя поверхность отклоняющего устройства 24 включает выемку 36, образованную частично за счет формы наклонной площадки 28 и первой и второй направляющих секций 30 и 32 с обратной, или верхней, стороны отклоняющего устройства 24.

На фиг. 13-15 представлен альтернативный вариант выполнения изобретения, в котором компонент системы 40 транспортирования пульпы также выполнен из любого материала, подходящего для транспортирования пульпы, включая различные металлы, например, сталь, износостойкое железо или любой подходящий сплав металла или полимер. Компонент 40 может также иметь форму трубы для транспортирования пульпы, трубопровода, трубного узла, всасывающей секции насоса, или входной секции со стороны области с осадком, включая узел подачи, впуска, выпуска, спускного отверстия, дренажной трубы, всасывающей и/или нагнетательной секций любого из упомянутых выше устройств. Кроме того, в этой конструкции компонент 40 показан в форме всасывающего трубного узла, обычно используемого в транспортировании пульпы. Компонент 40 также включает внешнюю обойму 42, конструкция которой аналогична показанным выше. В этой конструкции, однако, отклоняющее устройство 44 сформировано как часть внутренней облицовки 46, из подходящего полимерного материала, например, резины или полиуретана, или износостойкого металла, например, белого хромистого чугуна, или коррозионно-стойкой стали и сплава металла, или износостойкой керамической облицовки или другого подходящего износостойкого материала. В этом случае отклоняющее устройство 44 включает отклоненную вверх центральную секцию, или наклонную площадку 48, окруженную с двух сторон первой и второй направляющими секциями 50 и 52, выступающими вверх, в том числе, в основном вертикально, от каждой стороны отклоненной вверх центральной секции, или наклонной площадки 48. Следует иметь в виду, что различные варианты конструкции для отклоненной вверх центральной секции, или наклонной площадки 48, и первой и второй направляющих секций 50 и 52, также могут использоваться в этом случае, как это может быть необходимо для придания направления движения потоку пульпы требуемым образом, как и в описанных выше вариантах.

На фиг. 9-12, 16 и 17 показаны результаты численного моделирования траекторий потока пульпы (показаны потоки жидкости и твердых частиц) для различных сценариев потоков и всасываний, включая и то, как отклоняющее устройство в соответствии с настоящим изобретением может нужным образом изменить поток пульпы, ресуспендируя со дна осевшие твердые частицы, для достижения большей однородности концентрации потока на всасывающем конце пульпонасоса. В частности, на фиг. 12 представлен один из возможных вариантов расположения компонента, включающего отклоняющее устройство в соответствии с настоящим изобретением, в составе системы транспортирования пульпы.

Согласно способу настоящего изобретения, износ нижней внутренней поверхности в системе транспортирования пульпы может быть нужным образом снижен благодаря использованию одного или более отклоняющего устройства описанного здесь типа, которые выполнены с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней внутренней поверхности системы транспортирования пульпы. Такие отклоняющие устройства располагают в одной или более позиций вдоль нижней внутренней поверхности этой системы транспортирования пульпы (либо будучи прикрепленными к этим нижним поверхностям, либо составляя интегрально отформованную часть этих поверхностей) и транспортируют пульпу через систему транспортирования пульпы через установленные отклоняющие устройства.

Хотя предмет изобретения был раскрыт здесь со ссылками на частные варианты выполнения, очевидно, что специалисты в данной области могут предложить и другие варианты выполнения и изменения, не выходящие за пределы существа и области притязаний описанного здесь предмета изобретения. Все эти варианты выполнения и эквивалентные изменения включены в приложенную формулу изобретения.

Группа изобретений относится к промышленному оборудованию, в частности усовершенствованиям компонентов, используемых в транспортировании пульпы трубопроводом. В заявке описан внутренний наклонный вспомогательный канал, или отклоняющее устройство (24), для суспендирования и/или ресуспендирования твердых частиц внутри трубопроводной системы при транспортировании пульпы, который может быть установлен в различные компоненты системы транспортирования пульпы для сдерживания или сокращения локального и значительного износа, часто происходящего в пульпонасосах. Варианты выполнения отклоняющего устройства (24) могут обеспечивать изменение надлежащим образом структуры многофазного потока пульпы и/или препятствовать обычному проявлению режима движущегося/скользящего слоя. Варианты выполнения отклоняющего устройство (24) могут быть выполнены с возможностью подъема надлежащим образом крупных абразивных частиц с нижних частей секции пульпопровода, где концентрация и количество более крупных частиц может быть выше. Варианты выполнения отклоняющего устройства могут быть установлены вблизи и/или выше по потоку от пульпонасосов для предотвращения возникновения сильного локального износа по внутренней окружности стенки насоса на всасывающей стороне на дне в положении "на 6 часов". 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Система транспортирования пульпы, содержащая пульпонасос и компонент (10), выполненный с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней внутренней поверхности этого компонента (10) и включающий:

внешнюю обойму (12);

внутреннюю облицовку (16), расположенную внутри внешней обоймы (12) и выполненную с возможностью обеспечения протекания через нее потока пульпы; и

отклоняющее устройство (24), расположенное на нижней поверхности внутренней облицовки (16) и выполненное с возможностью придания потоку пульпы внутри внутренней облицовки (16) направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки (16),

отличающаяся тем, что указанный компонент (10) расположен выше по потоку и в непосредственной близости от всасывающего входа насоса и выполнен с возможностью ресуспендирования крупных твердых частиц из нижней части потока пульпы для обеспечения большей однородности распределения концентрации в потоке на всасывающем входе пульпонасоса и снижения, тем самым, износа, относящегося к пульпонасосу.

2. Система по п. 1, в которой компонент (10) расположен в прямой секции насосной системы для перекачки пульпы.

3. Система по п. 1 или 2, в которой отклоняющее устройство (24) содержит поднимающуюся вверх и вогнутую секцию, суживающуюся по ширине от начала к концу для придания потоку пульпы направления движения вверх и внутрь в направлении продольной центральной оси компонента (10).

4. Система по п. 1, в которой отклоняющее устройство прикреплено к нижней поверхности внутренней облицовки (16) подходящими крепежными средствами.

5. Система по п. 1, в которой отклоняющее устройство (24) отформовано как единое целое с внутренней облицовкой (16) из одного и того же материала.

6. Система по п. 1, в которой отклоняющее устройство (24) выполнено с возможностью придания потоку пульпы внутри внутренней облицовки (16) направления вверх и внутрь от нижней поверхности внутренней облицовки (16).

7. Система по п. 1, в которой внутренняя облицовка (16) выполнена из материала, выбранного из группы, состоящей из металла, сплава металла, белого хромистого чугуна, стали, керамики, резины, полиуретана, пластика, эластомерных и полимерных материалов.

8. Система по п. 1, в которой отклоняющее устройство (24) выполнено из материала, выбранного из группы, состоящей из металла, сплава металла, белого хромистого чугуна, стали, керамики, резины, полиуретана, пластика, эластомерных и полимерных материалов.

9. Система по п. 1, в которой отклоняющее устройство (24) содержит отклоненную вверх секцию, выполненную с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки.

10. Система по п. 1, в которой отклоняющее устройство (24) содержит отклоненную вверх и вогнутую секцию, выполненную с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки (16).

11. Система по п. 1, в которой отклоняющее устройство (24) содержит:

основание, общая кривизна которого в основном соответствует кривизне части внутренней облицовки (16), на которой оно расположено; и

отклоненную вверх секцию, выполненную с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки (16).

12. Система по п. 1, в которой отклоняющее устройство (24) содержит:

основание, общая кривизна которого в основном соответствует кривизне части внутренней облицовки (16), на которой оно расположено; и

отклоненную вверх и вогнутую секцию, выполненную с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки (16).

13. Система по п. 1, в которой отклоняющее устройство (24) содержит:

основание, общая кривизна которого в основном соответствует кривизне части внутренней облицовки (16), на которой оно расположено;

отклоненную вверх секцию, выполненную с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки (16); и

пару в основном вертикальных направляющих секций (30, 32), расположенных с противоположных сторон отклоненной вверх секции, для дополнительного придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки (16).

14. Система по п. 1, в которой отклоняющее устройство содержит:

основание, общая кривизна которого в основном соответствует кривизне части внутренней облицовки (16), на которой оно расположено;

отклоненную вверх и вогнутую секцию, выполненную с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки (16); и

пару в основном вертикальных направляющих секций (30, 32), расположенных с противоположных сторон отклоненной вверх секции, для дополнительного придания потоку пульпы направления вверх от нижней поверхности внутренней облицовки (16).

15. Способ снижения износа нижней внутренней поверхности всасывающей секции пульпонасоса в системе транспортирования пульпы, при осуществлении которого:

обеспечивают одно или более отклоняющих устройств (24), выполненных с возможностью придания потоку пульпы направления вверх от нижней внутренней поверхности (16) системы транспортирования пульпы;

располагают указанные одно или более отклоняющих устройств (24) в одном или более местах выше по потоку и в непосредственной близости от всасывающего входа насоса вдоль нижней внутренней поверхности (16) системы транспортирования пульпы; и

транспортируют пульпу по системе транспортирования пульпы через указанные одно или более отклоняющих устройств (24), в результате чего пульпа имеет более однородное распределение концентрации в потоке на всасывающем входе пульпонасоса.