Патент на изобретение №2167005

(54) ПНЕВМОСЕПАРАТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к классификации и обогащению полезных ископаемых. Пневмосепаратор с разделительной камерой состоит из вставленных друг в друга воронок, наружная воронка выполнена в форме параболоида, ее профиль и профиль внутренней воронки определяются по математическим зависимостям, наружная воронка установлена с возможностью вращения, и на ее внутренней поверхности выполнены винтовые выступы в виде спирали Архимеда с направлением, противоположным вращению воронки, на внутренней воронке расположены радиально по образующей тонкие пластины, разделяющие камеру на равные секции с установленными в них поперечными отклоняющими отсекателями, между кромкой пластины и внутренней поверхностью наружной воронки образован постоянный по всей длине зазор, верхние разгрузочный и загрузочный патрубки размещены соосно, на конце загрузочного парубка установлен конусообразный распределитель с направляющими, которые связаны с питающими патрубками, входящими в каждую секцию на уровне 1/3 ее длины, а разгрузочный патрубок внутренней воронки выведен по центру нижней части сепаратора соосно разгрузочному патрубку нижней воронки, внутри которого установлен патрубок для подачи воздуха. Изобретение позволяет повысить эффективность сепарации. 1 табл., 4 ил.

Изобретение относится к области классификации и обогащения полезных ископаемых.

Известны пневматические сепараторы насыпного типа, например конусный сепаратор “Полизиус” [Нойбекум] типа А, состоящий из корпуса формы соединенных основаниями двойного конуса, верхним загрузочным отверстием, завихрителем для разрыхления поступающего исходного материала, соосно установленного внутри корпуса пустотелого двойного конуса так, что в верхней части образующийся между ними суживающийся зазор является каналом ускорения и резко расширяющимся на конце канала в диффузор, образующего у основания верхнего конуса зону разделения, а зазор в нижней части двойного конуса разделен на камеры крупнозернистого и тонкого материала [1].

Недостатком данного сепаратора является весьма ограниченная зона разделения, регулируемая разделительным воротником, что снижает эффективность разделения по крупности и тем более по плотности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сепаратор типа Гумбольдт, разделительная камера которого состоит из вставленных друг в друга двух конусов: внешнего и внутреннего, на наклонной поверхности которых происходит разделение частиц по крупности и плотности. В верхней части сепаратора установлены вращающиеся дефлекторные лопатки, регулирующие движение потока воздуха в рабочих камерах. Удаление легкого материала производится через верхний разгрузочный патрубок, исходный материал подается через вершину наружного конуса вместе с исходным материалом [2].

Недостатком данного сепаратора является неэффективность разделения по плотности. Сепараторы такой конструкции используются в основном для классификации продуктов измельчения неметаллических полезных ископаемых.

Эффективность воздушной сепарации по плотности достигается в предлагаемом пневмосепараторе с разделительной камерой, которая состоит из вставленных друг в друга воронок, верхнего загрузочного патрубка и нижнего патрубка для подачи воздуха, верхнего и нижнего разгрузочных патрубков, отличающемся тем, что наружная воронка выполнена в форме параболоида с профилем f₁=ax², где a – коэффициент, зависящий от скорости вращения наружной воронки;
x – расстояние по горизонтали от оси сепаратора; и установлена с возможностью вращения и на внутренней поверхности которой выполнены винтовые выступы в виде спирали Архимеда с направлением, противоположным вращению воронки,

где a – коэффициент, зависящий от скорости вращения наружной воронки;
x – расстояние по горизонтали от оси сепаратора;

S₀ – площадь сечения камеры пневмосепарации между наружной и внутренней воронками,
и на внутренней воронке расположены радиально по образующей линии тонкие пластины, разделяющие камеру на равные секции с установленными в них поперечными отклоняющими отсекателями, причем между кромкой пластины и внутренней поверхностью наружной воронки образован постоянный по всей длине зазор, верхние разгрузочный и загрузочный патрубки размещены соосно, при этом на конце загрузочного патрубка установлен конусообразный распределитель с направляющими, которые связаны с питающими патрубками, входящими в каждую секцию на уровне 1/3 ее длины, а разгрузочный патрубок внутренней воронки выведен по центру нижней части сепаратора соосно к разгрузочному патрубку нижней воронки, внутри которого установлен патрубок для подачи воздуха.

Сопоставительный анализ с аналогом показывает, что в предлагаемом варианте принципиально меняется процесс сепарации, ибо в отличие от аналога эффективность сепарации достигается за счет разделения исходного материала по всей длине радиальных секций, которые относительно точки поступающего исходного материала образуют верхнюю зону сепарации и нижнюю зону перечистки. При этом зона разделения значительно увеличивается и сочетание действия потока воздуха и вращения наружного конуса способствует не только разделению минеральной смеси по крупности, но и по плотности. Следовательно, прелагаемое изобретение соответствует критерию “новизна”.

В известном сепараторе, выбранном в качестве прототипа, механика сконструирована так, чтобы удалить легкие частицы через верхний разгрузочный патрубок, где крупнозернистые частицы, попавшие во внутренний конус, периодически возвращаются в процесс сепарации в межконусное пространство. В этом случае, сепаратор в основном работает на удаление мелких частиц из исходной минеральной смеси, которая поступает вместе с потоком воздуха и, как правило, устанавливается в комплекте с измельчителем. В предлагаемом варианте нижняя поверхность благодаря вращению превращается в рабочий орган и за счет центробежных сил способствует разделению исходного материала не только по крупности, но и по плотности, этому способствует также наличие отсекателей, которые меняют динамическую характеристику потока воздуха и позволяют преимущественно удалить наиболее легкую и мелкую часть фракции при постоянной перечистке тяжелой фракции ниже уровня подачи исходного материала. Отличительным признаком процесса сепарации в предлагаемом варианте является и то, что продукты разделения, перешедшие во внутреннюю воронку, не возвращаются обратно в процесс, а выводятся из сепаратора через нижний разгрузочный патрубок. Через верхний разгрузочный патрубок удаляется мелкодисперсная (пылевидная) фракция, которая затем обычно направляется в систему пылеподавления. Таким образом, сравнительный анализ позволяет сделать вывод о соответствии критерию “изобретательный уровень”.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 приведен разрез пневмосепаратора, на фиг. 2 – горизонтальное его сечение А-А, на фиг. 3 – схема приложения сил на частицу материала на поверхности наружной воронки, на фиг. 4 – расчет профиля внутренней воронки.

Пневмосепаратор состоит из наружной вращающейся воронки 1 с винтовыми выступами 2, выполненными по линии спирали Архимеда с направлением, противоположным вращению воронки, внутренней неподвижной воронки 3 с пластинами 4, делящими разделительную камеру 5 на равные разгрузочного секции 6, поперечных отсекателей 7, верхних рузгрузочного 8 и загрузочного 9 патрубков, конусообразного распределителя 10 с направляющими 11 и питающими патрубками 12, разгрузочного патрубка внутренней воронки 13, разгрузочного патрубка наружной воронки 14 и патрубка подачи воздуха 15.

Форма наружной вращающейся воронки зависит от соотношения взаимодействующих сил на частицу сепарируемого материала на его поверхности при условии равновесия центробежной силы, силы тяжести, сопротивления и нормального давления на поверхность воронки.

Приложение сил приведено на фиг. 3. Запишем уравнение равновесия для частицы с массой m в векторной форме:

Проекция сил mg и F_ц на касательную функции f (х), соответственно, будет mgcos (90-a)=mgsina и F_цcos(a), проекция силы mg на нормаль равна mgcos(a).

Тогда векторное уравнение (1) запишем в скалярном виде:
F_mр+F_цcos(a)- mg sin(a)=0.

N – F_ц sin(a) – mg cos(a) = 0. (2, 3)
Так как F_трkN и F_ц=mw²х, где w – угловая скорость вращения а, х – радиус, то уравнение (2) с учетом (3) примет вид:
k(F_ц sin(a) + mg cos(a) + F_ц cos(a) – mg sin(a) = 0. (4)
Разделив уравнение (4) на cos(a) и учитывая, что

получим

поскольку F_ц= kw²x. Введя обозначение Р = g/(kw²) и интегрируя выражение (5) с учетом начальных условий х=0, f(0)=0, окончательно получим

Переходя к пределу k –> 0 в выражении (6), получим профиль воронки при отсутствии сил трения:

Отметим, что выражение (7) можно получить и из уравнения (2) при предположении, что F_тр=0 и при этом уравнение (3) не учитывается.

Профиль второй воронки, расположенной поверх первой с таким зазором между первой и второй воронками, чтобы площадь нормального к профилю второй воронки сечения оставалась постоянной по мере возрастания Х и равнялась заданной величине S₀.

Вывод формулы кривой формы сепаратора снабжена рисунком на фиг.4.

Возьмем произвольную точку М (х,у) на искомой кривой Y = ₂(x) и проведем через эту точку нормаль к касательной на кривой ₁= ax². Тогда площадь искомого сечения будет равна площади боковой поверхности усеченного конуса.

Но

Отсюда:

Тогда
или

Обозначим

Тогда

Отсюда получим:

С другой стороны, рассмотрим точку M₁(x+x, y-y) пересечения исходной нормали к заданной кривой у=ах². Тогда используя уравнение данной кривой, получим:
y-y = a(x+x)²; (10)
Из выражения (8) имеем и подставляя это значение y в (10), получим квадратное уравнение для определения x:

Решая данное уравнение, имеем:

Приравнивая выражения (9) и (11), получим уравнение для определения у

Решая последнее уравнение, находим искомую кривую:

где

Пневмосепаратор работает следующим образом:
Воздух подается через патрубок для подачи воздуха 15 и затем подается исходный материал через загрузочный патрубок 9 на распределительный конус 10. Материал равномерно распределяется при помощи направляющих 11 и через питающие патрубки 12 подается в рабочую зону сепарации на уровне 1/3 длины сепарационных секций и, попадая в зону действия потока воздуха, подвергается сепарированию, крупные частицы под действием силы тяжести и центробежных сил отбрасываются на поверхность наружной воронки 1. Тяжелые и крупные частицы, прижимаясь к поверхности воронки, при помощи винтовых выступов 2 передвигаются и разгружаются через разгрузочный патрубок для концентрата 14. При этом в ходе перемещения материал постоянно под действием потока воздуха и вибрации подвергается перечистке. Легкие и мелкие частицы поднимаются потоком воздуха, в рабочей зоне сепаратора отбиваются отсекателями 7 и разгружаются через верхние проемы к внутренней поверхности внутренней воронки и сползают по его поверхности между питающими патрубками 12 к разгрузочному патрубку 13 для легкого и мелкого материала. При этом тонкодисперсный (пылевидный) материал выдувается через верхний разгрузочный патрубок 8 и далее направляются в систему пылеподавления.

Таким образом, сепаратор благодаря отличительным признакам обеспечивает сепарацию исходного материала не только по крупности, но и по плотности. Эффективность сепарации подтверждается проведенными исследованиями, результаты которых приведены в таблице.

Результаты исследований, приведенные в табл. 1, показывают, что показатели обогащения по извлечению имитаторов (чугунных стружек) по классам крупности достаточно высоки и достигают до 92-95% извлечения.

Список литературы
1. В. Кайзер Новые конструкции насыпных воздушных сепараторов. Труды Европейского совещания по измельчению М., 1996 с. 543.

2. Г. К. Смышляев. Воздушная классификация в технологии переработки полезных ископаемых. М.: Недра, 1969, 102 с.

Формула изобретения

Пневмосепаратор с разделительной камерой, который состоит из вставленных друг в друга воронок, верхним загрузочным патрубком, нижним патрубком для подачи воздуха, с верхним и нижним разгрузочными патрубками, отличающийся тем, что наружная воронка выполнена в форме параболоида с профилем f₁=ax², где а – коэффициент, зависящий от скорости вращения наружной воронки; x – расстояние по горизонтали от оси сепаратора, и установлена с возможностью вращения и на внутренней поверхности которой выполнены винтовые выступы в виде спирали Архимеда с направлением, противоположным вращению воронки, при этом форму профиля внутренней воронки определяют по формуле

где a – коэффициент, зависящий от скорости вращения наружной воронки;
x – расстояние по горизонтали от оси сепаратора;

S_o – площадь сечения камеры пневмосепарации между наружной и внутренней воронками,
и на внутренней воронке расположены радиально по образующей линии тонкие пластины, разделяющие камеру на равные секции с установленными в них поперечными отклоняющими отсекателями, причем между кромкой пластины и внутренней поверхностью наружной воронки образован постоянный по всей длине зазор, верхние разгрузочный и загрузочный патрубки размещены соосно, при этом на конце загрузочного патрубка установлен конусообразный распределитель с направляющими, которые связаны с питающими патрубками, входящими в каждую секцию на уровне 1/3 ее длины, а разгрузочный патрубок внутренней воронки выведен по центру нижней части сепаратора соосно к разгрузочному патрубку нижней воронки, внутри которого установлен патрубок для подачи воздуха.

РИСУНКИ