CC BY
751
3. Пат. 2265765 Рос. Федерация, МПК7 7F 16H 25/06 A. Торцовая зубчато-роликовая передача / А.А. Тупицын, А.А. Тупицын ; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т. путей сообщения. № 2003100970/11 ; заявл. 13.01.2003 ; опубл. 10.12.2005, Бюл. № 34. 7 с.
4. Пат. 2283447 Рос. Федерация, МПК7 F16H 25/06, F16H 3/42 Зубчатая передача зацеплением через «третье тело» / А.А. Тупицын, А.А. Тупицын ; заявители и патентообладатели А.А. Тупицын, А.А Тупицын. № 2003134115/11 ; заявл. 24.11.2003 ; опубл. 10.09.2006, Бюл. № 25. 4 с.
5. Пат. 2271486 Рос. Федерация, МПК7 F16H 25/06. Зубчатая роликовинтовая передача / А.А. Тупицын, А.А. Тупицын ; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т. путей сообщения. № 2003103453/11 ; заявл. 10.08.2004 ; опубл. 10.03.2006, Бюл. № 7. 7 с.
6. Пат. 2315215 Рос. Федерация, МПК7 F16H 25/06, F16H 3/42. Торцовый зубчато-шариковый вариатор / А.А. Тупицын, А.А. Тупицын ; заявители и патентообладатели А. А. Тупицын, А. А. Тупицын № 2005132429/11 ; заявл. 20.10.2005 ; опубл. 20.01.2008, Бюл. № 2. 7 с.
7. Пат. 2354870 Рос. Федерация, МПК7 F16H 1/10. Торцовая зубчатая передача с внутренним зацеплением / А.А.Тупицын, С.К. Каргапольцев, А.И. Ми-лованов, А.А. Тупицын, А.А. Ревенский ; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т. путей сооб-
щения. № 2007144586/11 ; заявл. 04.12.2007 ; опубл. 10.05.2009, Бюл. № 13. 7 с.
8. Пат. 84488 Рос. Федерация, МПК7 F16H 1/32, F16H 25/06. Торцовая цевочная передача / А.А. Тупицын, А.А. Тупицын, С.К. Каргапольцев, ; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т. путей сообщения. № 2008146315/22 ; заявл. 24.11.2008 ; опубл.
10.07.2009, Бюл. № 13. 1 с.
9. Пат. 96201 Рос. Федерация, МПК7 F16H 1/32. Торцовая передача с внешним зацеплением зубчатых колес / А.А. Тупицын, А.А. Тупицын, А.И. Милова-нов, А.А. Ревенский, В.Е. Гозбенко ; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т. путей сообщения. № 2009149300/22 ; заявл. 29.12.2009 ; опубл.
20.07.2010, Бюл. № 19. 2 с.
10. Пат. 2412072 Рос. Федерация, МПК7 B16C 9/00 Компоновочная схема тягового привода железнодорожного подвижного транспортного средства с параллельными потоками мощности / Е.А. Милованова, А.А. Милованов, А.И. Милованов, А.А. Тупицын, А.А. Тупицын ; заявитель и патентообладатель Ир-кут. гос. ун-т. путей сообщения. № 2009124142/11 ; заявл. 24.06.2009 ; опубл. 20.02.2011, Бюл. № 5. 5 с.
11. Сычев А. А. Волновая передача с применением стандартной многорядной втулочно-роликовой цепи // Вестник машиностроения. 1971. № 9. С. 41-43.
УДК 622.732 Карлина Антонина Игоревна,
аспирант, Иркутский государственный технический университет, тел. 89501201950
РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОМЫВОЧНЫХ МАШИН И УСТРОЙСТВ
A. I. Karlina
THE CALCULATION OF THE PERFORMANCE OF WASHING MACHINES AND DEVICES
Аннотация. В статье изучены промывочные машины и грохоты. Выполнен анализ современных гидравлических способов переработки и обогащения металлоносных песков. Изучены свойства пород и характеристики их промывистости. Освещен вопрос интенсивности дезинтеграции и её продолжительности в зависимости от размывающей способности воды (расход, давление, температура), механического воздействия дезинтегрирующих устройств и физико-химического воздействия добавок, ускоряющих дезинтеграцию. Выполнены работы по исследованию промывочно-обогатительных приборов. Проанализирован расчёт производительности промывочных машин по необходимому времени промывки материала до заданного качества. Приведены формулы расчета скорости продольного перемещения материала в грохотах различных конструкций. Определен расход мощности, затрачиваемой на работу скруббера. Рассмотрены условия для получения максимального дезинтегрирующего эффекта. Рассмотрена конструкция и актуальность совершенствования аппаратов для промывки и методов расчёта оптимальных параметров для достижения максимального эффекта.
Ключевые слова: промывочные машины, грохот, гидравлический вашгерд, скруббер, качество промывки, гидравлические способы переработки и обогащения, разновидности обогатительного оборудования.
Abstract. The article covers washing machines and screens. The analysis of the current hydraulic methods of processing and enrichment of metal-bearing sands is provided. Rock properties and characteristics of their polyviscose are studied. The question of the intensity of disintegration and its duration depending on erode the ability of water (flow, pressure, temperature), mechanical impact of disintegration devices and physics-chemical effects of additives accelerating disintegration is discussed. Works on the study of the washing and processing devices are made. Calculation of the performance of washing machines on the desired flush time of the material to a specified quality is analyzed. Formulas of calculating the speed of longitudinal movement of the material in the screens of various designs are given. Consumption power required for operation of the scrubber is defined. The conditions for maximum disintegration effect are considered. Design and the relevance of the improved apparatus for cleaning and methods of calculation of optimal parameters for maximum effect are also considered.
Keywords: washing machine, screen, hydraulic cradle, scrubber, washing quality, hydraulic methods of processing and enrichment, variety, processing equipment.
Введение
Необходимым условием подготовки песков россыпных месторождений и руд осадочного происхождения к обогащению является освобождение их от глины. Частицы минералов в этом горном сырье не связаны взаимным прорастанием, а сцементированы в плотную массу мягким и вязким глинистым веществом.
Промывкой называется процесс дезинтеграции (разрыхление, диспергирование) глинистого материала, цементирующего зёрна песков или руды, с одновременным отделением этого глинистого материала от рудных частиц с помощью воды и соответствующих механизмов. Глинистые примеси могут находиться в горной массе в виде примазок, плёнок на рудных частицах, конгломератов с кусками руды или песка и отдельных кусков (комьев). В материале, поступающем на переработку, возможно присутствие глинистых примесей во всех указанных состояниях. Дезинтеграция глины происходит в воде. Глина в воде набухает, и это облегчает её разрушение. Промывка может быть самостоятельным процессом, в результате которого выделяется концентрат, или подготовительным процессом, после которого отмытая руда или пески направляются на дальнейшее обогащение. В результате промывки получают отмытый от глинистого вещества материал и шламы, содержащие диспергированные в воде глинистые тонкозернистые частицы. Промывка применяется при обогащении железных и марганцевых руд, россыпей цветных, редких и благородных металлов, нерудных строительных материалов (щебень, гравий, песок), кварцевых песков, флюсовых известняков, каолинового сырья, фосфоритов и других материалов. В процессе промывки глинистых руд и песков происходит частичное (предварительное) обогащение материала за счёт удаления глины, в которой содержание полезного компонента незначительно. В случаях, когда промывку совмещают с грохочением материала и удаляют крупные классы (более 30-50 мм), часто не содержащие полезного компонента, степень обогащения материала может достигать 2-3.
Постановка и решение задачи
К глинистым относят породы, в которых содержание частиц крупностью менее 5 мкм (глинистой фракции) превышает 3 %. К собственно глинам относятся породы, в которых этой фракции содержится более 30 %. Все глины являются полиминеральными горными породами, состоящими из смеси глинистых гидросиликатных минералов (каолинит, монтмориллонит, пирофиллит, гид-
рослюда) и более крупнозернистых неглинистых минералов: кварца, кальцита, полевого шпата и др.
К физико-механическим свойствам глин, которые важны при обогащении, относятся: плотность, объёмная масса, пористость, пластичность, размокание, набухание, водопроницаемость, сопротивление сдвигу, структурная вязкость, естественная влажность. У высокодисперсных глинистых цементов пластичность и связность проявляются сильнее, чем у менее дисперсных. Песчаники и грубообломочные неглинистые фракции повышают водопроницаемость глинистых пород.
Пластичность глин - свойство глин, характеризующее способность изменять свою форму под действием внешних сил без разрыва сплошности и сохранять форму, приобретённую после удаления внешней силы. Пластичность характеризуется числом пластичности, которое равно разности влагосодержаний глины (содержания воды) при верхнем и нижнем пределах пластичности:
Р = Ж - Жн,
где Р - число пластичности; Жв - верхний предел пластичности, то есть влажность, при которой глина переходит из пластичного состояния в жидкое, когда влажная глина растекается по плоскости, %; Жн - нижний предел пластичности, то есть влажность, при которой глина теряет пластичность, когда глина при давлении рассыпается, %. Чем выше число пластичности глины, тем труднее она дезинтегрируется. Для слабопластичных глин число пластичности не выше 7, для пластичных 717 и для высокопластичных - более 17. Сравнивая естественную влажность глин с влажностью, соответствующей пределам пластичности этой глины, можно судить о её состоянии и разрушаемости.
В качестве характеристики промывистости материала предложен также коэффициент промывистости
к„р=о,50о+б(ао)2,
где 1о - максимум скорости извлечения глинистых примесей в слив промывочной машины, достигаемый в момент времени ^ (характерное время промывки).
Размокание - способность глин при впитывании воды терять связность частиц и разрушаться. Основным показателем размокания является скорость размокания глины, которая зависит от содержания в ней глинистых частичек (фракции мельче 5 мкм) и их минерального состава.
Высокопластичные глины с влажностью ниже максимальной молекулярной влагоёмкости в воде слабо или совсем не распадаются. Влаж-
ность влияет на прочность глин - сначала увеличивается до максимума, а затем уменьшается.
Гранулометрический состав глин зависит как от литологического состава пород, так и от степени их разрушения и условий переноса рыхлого материала. Более мягкие породы (известняки, песчаники, сланцы) содержат больше тонкого глинистого материала, чем твёрдые. Наиболее трудны для обогащения древние россыпи, характеризующиеся большим содержанием тонких глинистых материалов.
Под промывистостью руд и песков понимается способность рыхлых отложений размываться в потоке воды до такого состояния, при котором минеральные зёрна не связаны друг с другом и освобождены от глинистых примазок. Промыви-стость материалов определяется временем, необходимым для диспергирования цементирующего глинистого вещества, физические свойства которого обусловливают прочность сцепления рудных зёрен. Промывистость оценивают по удельному расходу электроэнергии, затрачиваемому на дезинтеграцию материала. На степень промывистости руд и песков влияют свойства исходных продуктов: содержание глинистого материала и его свойства; влажность исходного материала; содержание крупной (галечной) фракции в исходном материале. Известно несколько способов оценки промы-вистости глинистых материалов:
- косвенный по физико-механическим свойствам глинистых примесей, характеризующим их пластическое состояние (число пластичности, пластическая прочность, определяемая по глубине погружения в образец конуса пластометра Бой-ченко) и содержанию частиц мельче 0,005 мм [1];
- по удельному расходу электроэнергии, затрачиваемой на промывку [1];
- по времени, необходимому для полного удаления глинистых примесей [1];
- по характерному времени и максимальной скорости промывки, определяемым экспериментально.
Интенсивность дезинтеграции и её продолжительность зависят от размывающей способности воды (расход, давление, температура), механического воздействия дезинтегрирующих устройств и физико-химического воздействия добавок, ускоряющих дезинтеграцию (жидкое стекло, сода, едкий натрий, хлориды и др.). Для повышения эффективности дезинтеграции может применяться предварительное замачивание песков или, наоборот, их предварительная подсушка.
Предварительное замачивание горной массы перед её промывкой для снижения прочности глины улучшает показатели процесса (снижается время промывки на 25 %, повышается извлечение глинистых примесей в слив).
Предварительная подсушка горной массы вызывает снижение прочности глины вследствие уменьшения её объёма и возникновения внутренних скалывающих напряжений и способствует сокращению времени диспергирования глины при погружении её в воду.
С увеличением расхода воды до определённого предела улучшается качество промывки. Оптимальный удельный расход воды определяется экспериментально. При подогреве воды с 10 до 40оС скорость размыва глины увеличивается вдвое. Добавка реагентов (кальцинированной соды, жидкого стекла и др.) повышает эффективность и снижает время размыва глины.
Для расчёта производительности (т/ч) промывочной машины по расходу электроэнергии, необходимой для промывки 1 т материала, используется формула
Я = щ/ч,
где N - установленная мощность электродвигателей, кВт; ^ - коэффициент использования мощности двигателя (для корытных моек ^ = 0,7^0,8); Ч - удельный расход электроэнергии на промывку материала (определяется опытным путём, для ориентировочных расчётов принимается по табл. 1, кВт.ч/м3.
Расчёт производительности промывочных машин по необходимому времени промывки материала до заданного качества используют формулы:
- для скруббера Я = 60 Жф/г, где W -внутренний объём барабана, м3; ф = 0,8^0,1 -коэффициент заполнения барабана материалом; г -необходимое время промывки материала до заданного качества, мин;
- для двухвальной наклонной корытной мойки: Я = 30пВ2фЬк/г, где В - диаметр окружности, описываемый лопастями; ф = 0,1^0,15 - коэффициент заполнения корыта материалом; Ь - длина корыта, м; к = 0,8^0,9 -коэффициент использования длины корыта;
- для вибрационной промывочной машины: Я = 60т%Я2фЬ/г, где т - количество промывочных ванн; ф = 0,6^0,7 - коэффициент заполнения ванны материалом; Ь - длина ванны, м.
Промывочные машины различают по конструкции и способам дезинтеграции глинистого материала и отделения шламов.
Машиностроение и машиноведение
Желоба, плоские грохоты, бутары, мойки корытные и типа спиральных классификаторов применяются для легко- и среднепромывистых руд и песков [2].
Скрубберы, скруббер-бутары, вибрационные и бичевые машины применяются для трудно-и среднепромывистых руд и песков.
Промывка в желобе производится в потоке воды и струёй воды, вытекающей с большой скоростью из насадка. При движении материала в потоке воды крупные куски скользят и перекатываются, что способствует лучшей отмывке шламов. Эффективность промывки на желобе зависит от удельного расхода воды, длины и уклона желоба. Для усиления дезинтеграции глинистых примесей применяют ручное перегребание, а также подачу воды под давлением через насадок в голову протирочной колоды. Расход воды для промывки в желобе составляет в зависимости от свойств промываемого материала от 10 до 30 м3 на 1 м3 породы или песков. Мощность струи воды А (кВт) при расходе Q (л/с) и напоре Н (м) определяется по формуле А = 0,0098QH. Отделение крупного кускового материала от эфелей производится на решетке, устанавливаемой на плинтусах по всей длине желоба, и на неподвижном грохоте, расположенном в конце желоба.
Гидравлический вашгерд (рис. 1) представляет собой наклонный желоб с решетом (с отверстиями диаметром 30-80 мм). Перед вашгердом устанавливается гидромонитор, который направленной струёй воды поднимает материал на просеивающую поверхность, дезинтегрируя при этом глинистые включения.
устроены так же, как барабанные грохоты, предназначенные для грохочения (классификации по крупности на сетках и решетах), и отличаются от последних наличием приспособлений для более интенсивного механического и гидравлического воздействия на дисперсное горное сырьё.
Грохоты предназначаются для обработки легкопромывистых песков с небольшим содержанием глины, а бутары - для руд и песков лёгкой и средней промывистости крупностью до 300 мм.
Барабанный промывочный грохот ГБ-1.5 (рис. 2) имеет цилиндрический барабан, состоящий из четырёх ставов: двух глухих у загрузочного и разгрузочного концов и двух перфорированных (рабочих) - в средней части.
Рис. 1. Гидравлический вашгерд: 1 - бункер, 2 - галечный желоб, 3 - приёмник, 4 - гидромонитор, 5 - лоток, 6 - решето
Продукт, прошедший через решето желоба, направляется на шлюзы с целью дальнейшего его обогащения. Расход воды на промывку 1 м3 породы или песков на вашгерде не превышает 10-12 м3.
Барабанные промывочные грохоты и бутары
Рис. 2. Грохот барабанный промывочный ГБ-1.5: 1 - барабан, 2 - ролики, 3 - привод, 4 - приводной ролик, 5 - муфты, 6 - вал, 7 - упорный ролик
Исходное горное сырьё загружается во вращающийся барабан, в который через брызгала подаётся под напором вода. Частота вращения принимается равной 30-40 % от критической и составляет 10,7 мин-1. Скорость продольного перемещения материала V в барабане (м/с) определяется по формуле
V = 0,105гМ^2а,
где г - радиус барабана, м; п - частота вращения барабана, мин-1; а - угол наклона барабана, град.
Дражные бочки или барабанные грохоты тяжёлой конструкции предназначены для дезинтеграции и грохочения песков, поступающих на драгу. Известны три типа дражных бочек: конические, ступенчатые и цилиндрические. В настоящее время применяются только цилиндрические. Цилиндрическая бочка состоит из верхнего и нижнего глухих ставов, средних перфорированных ставов, каркаса, опорных бандажей, внутренних наборников и привода. В настоящее время применяется только фрикционный привод. Для улучшения дезинтеграции и повышения эффективности грохочения внутри бочки устанавливается оросительная труба с насадками для размыва породы,
перемещающейся вдоль бочки. Технологическое значение из всех частей бочки имеют перфорированные ставы и внутренние наборники. Перфорированные ставы набираются из перфорированных (дырчатых) листов с разными размерами отверстий. Листы с отверстиями минимального размера устанавливаются у входной части бочки. По ходу песков к выходной части размеры отверстий в листах увеличиваются. Чаще изготавливаются листы с отверстиями 10, 12, 14, 15, 18, 20 и 30 мм. Листы изготовляются из высокоуглеродистой или марганцовистой стали толщиной 10-15 мм. Во избежание забивки кусками породы отверстия листов изготовляют конической формы. Срок службы листов из высокоуглеродистой стали 6-12 месяцев, из марганцовистой стали - 18-24 месяца. Внутренние наборники технологического назначения представляют собой прямоугольные бруски и кольцевые пороги. Насадки на оросительной трубе имеют размер выходного отверстия 25-35 мм и устанавливаются парами через 0,4-0,5 м.
Основными параметрами, определяющими эффективность работы дражной бочки, являются число её оборотов в минуту, угол наклона, размер отверстий, площадь сеющей поверхности и характер (свойства) исходных песков.
Частота вращения дражной бочки п (мин-1) определяют по формуле
п = (12^1б)/Я0'5, где Я - радиус бочки, м. Меньшее значение в числителе применяется для сухого грохочения и при грохочении с малым количеством воды, большее значение - при мокром грохочении с избытком воды. Расход воды определяется условиями дезинтеграции.
Скорость продольного перемещения материала в барабанном грохоте V (м/с) определяют по формуле:
V = 0,105Яп 1§2а, где Я - радиус грохота, а - угол наклона грохота, п - частота вращения барабана грохота в минуту. Производительность грохота как транспортирующего аппарата определяется из соотношения: Я = 600п tg2а (Я3И3)0,5, м3/ч, где И - толщина слоя материала.
Угол наклона грохота оказывает большое влияние на скорость перемещения материала, на его производительность и эффективность грохочения. Влияние угла наклона двухситного грохота с внутренним диаметром 600 мм и наружным -800 мм на эффективность грохочения материала в нём показано в табл. 1.
Т а б л и ц а 1 Влияние угла наклона барабанного грохота на эффективность грохочения и скорость движения материала
Угол Эффективность Скорость
накло грохочения, % продольного
на перемещения
грохо материала, мм/с
та, внутреннег нару об
град. о жног щая фактиче расч
по по о по по ская ётна
кл. кл. кл. кл. я
-30 -15 -15 -15
мм мм мм мм
2 90,0 98,9 84,0 83,0 64,5 64,2
3 92,3 99,1 83,8 83,0 99,0 94,7
4 91,1 99,1 83,6 82,8 123,0 128,6
5 84,1 98,1 81,8 80,2 158,8 161,4
6 86,3 99,0 78,9 78,3 192,0 194,0
Эффективность грохочения в большой степени зависит от крупности зёрен в исходных песках. При увеличении в исходных песках содержания фракций, по крупности соответствующих под-решётному материалу, эффективность грохочения увеличивается, но если происходит преимущественное увеличение фракций, соответствующих трудным зёрнам, то коэффициент (эффективность) грохочения не увеличиввается, а уменьшается. В тех случаях, когда интересуют потери мелких фракций песков в надрешетном продукте, наряду с коэффициентом грохочения необходимо иметь данные о содержании подрешетной фракции в надрешётном продукте.
В барабанном грохоте или дражной бочке одновременно осуществляются три операции: транспортировка, дезинтеграция и грохочение перерабатываемого сырья. Расход мощности при этом нельзя разложить на составляющие, и следует его считать сразу же по трём статьям. Расход мощности на транспортировку, дезинтеграцию и грохочение определяет производительность Q (м3/ч) барабанных грохотов (бочек) и может определяться по формуле К.А. Разумова: Q = N/e, где N
- потребляемая мощность, кВт.ч; е - удельный расход энергии, затрачиваемый на дезинтеграцию, грохочение и транспортировку 1 м3 песков в час. Для легкопромывистых пород и аппаратов большого размера величину е в этой формуле следует принимать равной 0,13 кВт.ч/м3, а для труднопро-мывистых пород и аппаратов малого типоразмера
- до 0,15 кВт-ч/м3.
В. В. Невский [3] мерилом интенсивности дезинтеграции предлагает рассматривать удельный расход полезной мощности, которой он назы-
вает разницу в расходе мощности при вращении загруженной бочки, и расходе мощности, необходимой для холостого её хода. Для определения полезной мощности (N1) им даётся формула
N1 = ВДШ^а), л.с., где Q - производительность, м3/ч; а - угол наклона бочки, град; Ь - длина барабана бочки, м.
Л. П. Мацуевым [4] предлагается дезинтегрирующую способность бочек характеризовать интенсивностью дезинтеграции (I), выраженной в виде отношения полезной мощности к часовой производительности и одновременно с этим даётся ряд формул для определения её величины при дезинтеграции в бочках и скрубберах с дополнительными кольцевыми порогами и без них. Так, для определения дезинтегрирующей способности бочки без кольцевых порогов (рис. 3, а) рекомендуется формула
I = 0,0019^05( 1+Р/100)Ь/V, где Р - выход надрешетной фракции, %; Ь - длина бочки, м; V - скорость продольного перемещения материала в бочке, м/с; Я - радиус бочки, м.
а)
Рис. 3. Схема барабанного грохота без кольцевого (а) и с кольцевым (б) порогом
Если дезинтеграция ведётся в грохоте с кольцевым порогом (рис. 3, б), высота которого создаёт слой Н2, равный по высоте М в начале гро-
хота, интенсивность дезинтеграции определится из формулы
I = 0,0038ЬЯ05/К
Требуемая интенсивность дезинтеграции: для легкопромывистых песков до 0,15 л. с. час/м3; для среднепромывистых песков 0,15-0,50 л. с. час/м3; для труднопромывистых песков более 0,50 л. с. час/м3.
С увеличением высоты порога интенсивность дезинтеграции будет возрастать. Интенсивность дезинтеграции изменяется в зависимости от режима работы аппарата: угла наклона, частоты вращения барабана и разжижения. Увеличение угла наклона снижает интенсивность дезинтеграции, увеличивая транспортирующую способность аппарата. Увеличение частоты вращения барабана до критического повышает интенсивность.
Установленная мощность двигателя N = 2БЬ, л. с.
Л.Б. Левенсон для грохота с несколькими приводными роликами рекомендует формулу:
N = ЛП(6+90,)/21500, л.с.; для грохота с одним приводным роликом:
N = Яп(а+9.5ао)/23635 л.с., где G - вес вращающихся частей грохота, кг; Gо -вес породы в грохоте, кг. Вес породы в бочке можно определить по формуле: Go=1,9yv(Лh3L)0•5, кг, где ^ - насыпной вес породы, кг/м3. Отношение мощности к часовой производительности для дражных бочек составляет 0,18^1 л. с. час/м3, в среднем 0,25^0,30 л. с. ч/м3.
Бутары по сравнению с промывочными грохотами имеют более мощную конструкцию, большее отношение длины к диаметру и более высокие кольцевые пороги [3, 4]. Барабан бутары состоит из шести ставов: двух глухих (транспортировочных и дезинтегрирующих) у загрузочного и разгрузочного концов и четырёх перфорированных (рабочих) в средней части барабана. На внутренней поверхности барабана установлены продольные наборники (пластины, угольники) для разрыхления горной массы и кольцевые пороги. Вода подаётся под давлением 0,15-0,3 МПа через оросительную трубу с насадками. Мелкий материал, прошедший через перфорацию, собирается в лоток, установленный под бутарой, и направляется на дальнейшую стадию переработки. Крупные куски разгружаются через торцовую горловину. Привод состоит из электродвигателя, цилиндрической зубчатой пары и клиноременной передачи. Для труднопромывистых материалов в бутарах устанавливаются дополнительные цепи и кольце-
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
вые пороги. Расход воды на промывку в барабанных грохотах и бутарах зависит от промывистости материала и колеблется от 1 до 3 м3 на 1 т горного сырья. Расход электроэнергии - от 0,06 до 0,5 кВт-ч/т материала.
Скрубберы и скруббер-бутары предназначены для средне- и труднопромывистых горных материалов. Скрубберы (рис. 4) имеют глухие барабаны с торцевыми стенками, снабженными горловинами для загрузки и разгрузки материала. Внутри барабан имеет дезинтегрирующие и перемешивающие устройства. В горизонтально установленных скрубберах дезинтегрирующие устройства (лопасти, выступы) располагают по винтовой линии, что обеспечивает продвижение материала к разгрузочному концу. Для лучшего перемешивания и перетирания материала и увеличения времени его промывки часть лопастей может размещаться перпендикулярно продольной оси скруббера, а также с наклоном, препятствующим движению материала. Внутренние поверхности барабана и горловины скруббера футеруются стальными плитами или резиной.
Барабан приводится в движение с помощью фрикционных металлических роликов, резиновых шин или зубчатой передачи.
Наибольшее распространение получил скруббер С-12.
Скруббер-бутара СБ-12 (рис. 5) является модификацией скруббера С-12 и отличается от последнего наличием консольной конической бутары, которая крепится к барабану скруббера при помощи фланца.
Рис. 4. Скруббер С-12: 1 - глухой барабан, 2 - лопатка,
3 - ролик приводной, 4 - ролик опорный, 5 - ролик упорный, 6 и 7 - загрузочная и разгрузочная горловины, 8 - электродвигатель, 9 - редуктор, 10 - вал, 11 - муфта сцепления
От осевого смещения наклонные барабаны удерживаются упорными роликами. Наполнение барабана достигает 25 % его объёма. Вода подаётся в барабан скруббера по стационарному водоводу под давлением 0,15-0,3 МПа, где она движется либо навстречу, либо по ходу потока материала. В противоточных скрубберах вода и шламы выходят через разгрузочный желоб, а промытый материал разгружается при помощи перфорированных лопаток или других черпаковых устройств.
Рис. 5. Скруббер-бутара СБ-12: 1-барабан скруббера, 2-лопатка, 3-опорные и приводные ролики, 4-барабан бутары, 5-рама, 6-электродвигатель
Скруббер-бутара предназначена для тех же условий, что и скруббер, но обеспечивает дополнительно сортировку и обезвоживание промытого материала. Устанавливается она горизонтально или с углом наклона 6о к горизонту. Привод скруббер-бутары СБ-12 аналогичен приводу скруббера С-12. Благодаря лопастям и большой частоте вращения (70-80 % критической) движение руды или песков с валунно-галечным материалом приобретает водопадный характер. В результате обрушения горной массы и интенсивного трения материала глина, находящаяся в руде, оттирается, отмывается и переходит в воду, подаваемую в скруббер-бутару. Промытый материал лопастями перемещается вдоль барабана скруббера и выгружается в барабан бутары для ополаскивания и выделения мелкой фракции, которая вместе со шламами проходит через отверстия и попадает в лоток, расположенный под бутарой. Обезвоженный валунно-галечный материал (надрешетный продукт) разгружается в конце бутары. Для получения максимального дезинтегрирующего эффекта в глухом ставе необходима угловая скорость в пределах 70-80 % от критической, тогда как для грохота её нельзя принимать больше 35-40 % от критической. Величина угловой скорости скруббера должна определяться из условий работы его как барабанного грохота. Максимальный эффект по дезинтеграции может быть получен при горизонтальном расположении скруббера, но при этом он будет иметь минимальную производительность. При горизонтальном положении производительность скруббера зависит от величины перепада, то есть разности уровней загрузки и разгруз-
ки песков, которая, в свою очередь, определяется высотой кольцевого порога. Производительность скруббера при горизонтальном положении не всегда удовлетворяет требованиям. В этом случае прибегают либо к увеличению частоты вращения барабана, либо к приданию скрубберу некоторого наклона. Но так как частоту вращения барабана нельзя увеличить выше 35-40 % от критического, придают наклон скрубберу [2]. Скорость подачи материала и производительность скруббера как транспортного аппарата определяются по тем же формулам, которые применяются для барабанного грохота:
V = 0,105ЯП^2а, м/с, и Q = 600п1§2а (Я3к3)0,5, м3/ч.
При наклоне скруббера скорость подачи возрастает пропорционально величине tg2а, что сокращает время дезинтеграции и грохочения. Уклон скруббера и частота вращения барабана должны приниматься в зависимости от промыви-стости песков и их гранулометрического состава.
Расход мощности, затрачиваемой на работу скруббера, определяется по тем же формулам, по которым определяется расход мощности для барабанного грохота при грохочении с водой.
Для скруббера с нескольким и приводными роликами эта зависимость имеет вид
N = Яп(в + 9ао)/21500, л/с, а для скруббера с одним приводным роликом
N = Яп(а + 9,500/23635, л. с., где Я - радиус барабана грохота, м; п - частота вращения барабана, мин-1; G - вес вращающихся частей барабана грохота, кг; Go - вес породы в грохоте, кг.
Дезинтегрирующая способность скруббера, так же как и у дражной бочки, оценивается при помощи показателя интенсивности дезинтеграции. Скруббер может работать с кольцевым порогом и без него. При эксплуатации скруббера без кольцевого порога в нём будут происходить следующие явления (рис. 6).
Рис. 6. Схема скруббера с кольцевым порогом
Толщина слоя песков в случае, если скруббер работает без воды, на всей длине глухого става одинакова. При мокрой дезинтеграции значительное количество воды будет двигаться в нижней части барабана самостоятельно и увеличивать скорость движения песков. При поступлении на грохот вода уйдёт, и дальнейшее движение песков определяется частотой вращения барабана и углом его наклона к горизонту. В скруббере без кольцевого порога в глухом ставе скорость движения будет больше, а значит и интенсивность грохочения будет хуже, чем у грохота. Применение скрубберов без кольцевого порога себя не оправдывает [5]. При наличии порога (рис. 6) интенсивность дезинтеграции может быть определена по формуле I = (0,0019/Р)[3,68Ь1(Д%3/Д13М3)°-5 + + Я0-5(1+^/100)Ь2], л. с. ч/м3, где Я - радиус скруббера, м; Я1 - радиус пространства от оси скруббера до постоянного слоя породы, м; М - толщина подвижного слоя песков, м; кг - общая толщина слоя породы, м; Ь - длина глухого става, м; Ь2 - длина перфорированного става скруббера, м.
Определим интенсивность дезинтеграции в барабанном грохоте и скруббере одинаковых размеров, работающих с одинаковой частотой вращения и при одинаковом угла наклона к горизонту: Q = 40 м3/ч; Я = 0,9 м; к = 0,2 м; Я1 = 0,7 м; Р = 50 %; а=3о; п = 16 об/мин; Ь,1 = 2 м; Ь2 = 3 м.
В барабанном грохоте интенсивность будет I = 0,0019(Я)0-5(1+^/100)Ь^ = 0,0019(0,9)0'5 х х(1+50/100)5/0,159 = 0,085 л. с. ч/м3.
Интенсивность дезинтеграции в скруббере: I = (0,0019/^[3,68Ь1(Я4к23/Я13к13)0-5+Я0-5 х х (1+Р/100)Ь2], л. с. ч/м3.
Высота подвижного слоя в глухом ставе из выражения
Q = 600п tg2а (Я13к13)0 5; к2 = к + к1=0,2+0,166 = 0,366 м; V = 0,159 м/с.
Общая толщина слоя породы не должна превышать высоты стенки у загрузочного конца скруббера [6]. Тогда
I = (0,0019/0,159)[3,68.2(0,94.0,3663/0,73/0,1663)а5+ +0,90-5(1+50/100).3] = 0,45 л. с. ч/м3.
Интенсивность дезинтеграции в скруббере больше, чем в барабанном грохоте без кольцевого порога, в 0,450/0,085 = 5,3 раза. Мощность электродвигателя при работе скруббера с такой производительностью и интенсивностью дезинтеграции будет 14 кВт. Принимаем КПД передачи от двигателя на вал скруббера равным 0,8, тогда мощность на валу скруббера составит:
N = 14 х 1,36x0,8 = 15,25 л. с.
Скруббер имеет два приводных ролика. Мощность, затрачиваемая на дезинтеграцию, составит N = N6 + где N6 - мощность, затрачиваемая на вращение пустого барабана скруббера, N -мощность, затрачиваемая на перемещение породы или полезная мощность [5]. Воспользуемся формулой:
N = Кп(а+90о)/21500 = (КпО/21500)+9КпОо/21500.
Определим полезнозатрачиваемую мощность:
N = N - N6 = 15,25-(0,9-16-4000/21500) = 12,57 л.с., а производительность скурббера составит: 0 = N/1 = 12,57/0,6 = 20,95 « 21 м3/ч.
Регулирование производительности производится уменьшением толщины подвижного слоя песков М, что достигается снижением загрузки.
Определим производительность того же скруббера с двигателем 14 кВт при интенсивности дезинтеграции 0,25 л. с. ч/м3.
По мощности двигателя скруббер может обеспечить производительность
0 = 12,57/0,25 = 50,3 « 50 м3/ч.
Однако она превышает проектную - 40 м3/ч - производительность. Увеличение толщины подвижного слоя М приведёт к высыпанию породы из скруббера через загрузочную горловину. Во избежание этого следует увеличить транспортирующую способность аппарата, что можно достигнуть изменением его угла наклона. Предварительно из формулы интенсивности дезинтеграции по известному I = 0,25 определяется новое значение скорости подачи исходного питания. Она будет V = 0,284 м/с. После подстановки этого значения V в формулу V = 0,105^« tg2a новый угол наклона скруббера определится как а = 5о20'. В случае, когда требуется интенсивность дезинтеграции не 0,25 л. с. ч/м3, а меньше, например, 0,15 л. с. ч/м3, тогда попытка увеличить производительность скруббера путём изменения угла
наклона приведёт к тому, что потребуется весьма большой угол наклона, недопустимый по условиям грохочения [3]. В этом случае регулировку работы скруббера следует производить путём уменьшения высоты кольцевого порога.
Заключение
Был произведен обзор и исследование промывочных машин и устройств. Были рассмотрены и уточнены методы расчёта производительности промывочных машин по необходимому времени промывки материала. Приведены формулы расчета скорости продольного перемещения материала в грохотах различных конструкций. Определен расход мощности, затрачиваемой на работу скруббера. Рассмотрены условия для получения максимального дезинтегрирующего эффекта. Рассмотрены конструкция и актуальность совершенствования аппаратов для промывки и методов расчёта оптимальных параметров для достижения максимального эффекта. Приведены экспериментально полученные подтверждения расчетов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Фоменко Т.Г. Гравитационные процессы обогащения полезных ископаемых. М. : Недра, 1966.
2. Извлечение мелкого золота из россыпей с использованием центробежных методов обогащения / В.М. Маньков, О.В. Замятин и др. // Горный Журнал, 1994, №1, с. 44-46.
3. Невский А. Обогащение россыпей. - М. : Металлургиздат, 1947.
4. Мацуев Л.П. К вопросу об определении скорости свободного падения твёрдых тел в жидкости // Обогащение и металлургия : тр. ВНИИ-1, Магадан, 1960. Вып. 47, С. 231-282.
5. Прандтль Л. Гидроаэромеханика. Ижевск : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000.
6. Милентьев В.В. Рациональная структура парка промывочных установок для объединения Северовостокзолото // Колыма. 1985. № 12.
