專利名稱:固體物料的分級或分離裝置的制作方法
本發(fā)明涉及用于固體和給定的高純度物料情況下分級和分離的裝置。
使用旋流器，液壓的和分散的浮槽式分級機，螺旋式空氣淘析器和離心機來將固體物料細致地分級。
在旋流器里發(fā)生的流動迄今不能成功地作數(shù)學解說。在旋流器里，施加到在流管(在旋流器里僅有一個)內(nèi)的顆粒上的提升力和分離力不是恒定的，因而它們不適用于精確地分級。此外，擾動的影響是，由于旋流管的形狀造成了流管不充滿沿著水平和垂直(橫斷)平面的整個橫截面，這樣就產(chǎn)生了擾動對流，進而降低了分級能力，結(jié)果，對流管主要用于粉末分離或沉積物增厚，而不是用于分級。然而，由于甚至連向著中心的分離力的恒定增強也不是通過流程線的運行獲得的，因此旋流器對于粉塵分離也不能完全起作用。
按照西德專利2563360，用一個旋流器供給加速空氣來分離氣體介質(zhì)的固體微粒。在西德專利2942099里，用于礦砂分級的水力旋流器的出口處的分離調(diào)節(jié)噴咀形成橢圓形是為了改善分級。
在用于粉塵分離的旋流器的情況里(見西德專利2826808)，排列在粉塵管和儲存容器間的分離室底部的一些孔是用來排出粉塵-空氣混合物。
在液壓的和分散的浮槽式分級機里，層流是在一個管子內(nèi)或容器內(nèi)均速上升，其中，僅那些下降速度比給定的極限值更高的顆粒能夠因重力作用而降下，通過卸載裝置從容底部取出。細顆粒和流動介質(zhì)經(jīng)由容器的溢流咀輸出。
在液壓分級機的情況下，介質(zhì)是被一個或附屬的幾個外置的泵壓進容器里的，在裝置里與氣體介質(zhì)起作用，引起空氣環(huán)流的扇形輪安裝在分級機內(nèi)的上部，一般是與分散的輥筒在同一轉(zhuǎn)軸上，其目的在于均勻分散向上流動的介質(zhì)里的物料，該裝置的缺點是，它在比較粗的顆粒尺度范圍里起作用，因為例如對于小于20μm的顆粒，在重力場里下降速度非常低，而且由于不能提供層流，分級的精確度是不能令人滿意的。在液壓裝置里，經(jīng)由小的橫截面進入的介質(zhì)應(yīng)該一般是以均勻速率分布在非常大的橫截面里，這是一個不能解決的問題，當裝置與氣體介質(zhì)起作用時，扇形輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生湍流。由于液壓分級機分級不夠精確，它一般用作礦物預處理的輔助設(shè)備，這些類型的分級機僅用在不要求精確分級的場合，例如作為磨削循環(huán)里的中間分級機。
離心分級機的效率是低的，即，在離心機里分離力是施加到朝向容器外壁的每一個顆粒上(從而增大范圍)。因此離心機(轉(zhuǎn)筒、蝸桿、篩型等)對于沉淀物增厚或脫水是非常有效的，但是作為分級機，它們的效率卻很低。僅僅是由于離心機轉(zhuǎn)筒內(nèi)的介質(zhì)垂直于顆粒降落方向流動，并且非常細的顆粒直到溢流能夠與流體一起排出才下沉，這樣才有可能分級。然而，這表示一個比較寬的范圍及沒有特定的尺寸。
在西德專利2556382和2649382里描述了這樣的裝置。
螺旋分離機是目前所知的最精確的分級機。
西德專利2629745揭示流動的一個近似的數(shù)學模型。取這樣的流管形狀和速度以及加速率，以致使同樣程度的提升力和分離力施加到顆粒上。這樣，這些分級機便分離更大的或更小的、特定尺寸的顆粒。它們的缺點部分在于流程線的適當運行僅借助分級室壁(扁平的圓筒形空間)的快速旋轉(zhuǎn)來完成，另一部分在于它不考慮作為連續(xù)性定律的結(jié)果，僅僅是空間的一邊受平坦的表面限制。不考慮這一情況導致分級的精確度的降低。另一方面，旋轉(zhuǎn)部分的存在機械地(靜態(tài)地)限制分級機能夠想作用的顆粒大小的范圍。即，通過改變影響流管形狀的處在周圍的輪葉的角度和室壁旋轉(zhuǎn)速度，能夠控制被分離的顆粒的尺寸，機器的輸出量受室壁和同軸安裝的排氣風扇的限制，因而，排出空氣的量也是限定的。
早先的分級機的一種型式是這樣的系統(tǒng)，它通過設(shè)有徑向縫的中央旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)速度代替輪葉角度的變化來控制螺旋形運行。兩種系統(tǒng)的主要缺點是由于硬質(zhì)顆粒的作用，旋轉(zhuǎn)部分快速磨損，因而它們僅能用于軟性物料的分級。
本發(fā)明的目的是提供一種即使在非常硬的物料的情況下也能可靠地工作、并能正確地分離和分級的裝置。
按照本發(fā)明，用于固體物料分離或分級的裝置包括設(shè)置一個進口短管，細粒級出口短管和粗粒級出口短管以及一個輪葉冠的一個外殼，其中，所述的進口短管連接到一個環(huán)形導溝上，所述的出口短管是同軸并垂直地排列，設(shè)置一個進口輪葉冠和一個出口輪葉冠，并且分離室或分級室在所述的進口和出口輪葉冠之間有一個旋轉(zhuǎn)的雙曲面的套筒。
如果該裝置用于分級，則輪葉的表面與其切線的夾角用下面的公式表示θ＝arc tg (c)/(ω)r]]>其中ω是標稱角速度，r是極半徑(和分級室的半徑)，c是一個常量。
分級室的高度則用下面的公式表示
m =Rm0rω2+ c2Rω2+ c2/R - r /,]]>其中mo是m在R處的值，r是分級室的半徑，R是分級室的外(標稱)半徑，ω是標稱角速度，c是一個常量。
如果該裝置用于分離，輪葉的表面與其切線的夾角用下面的公式表示θ＝arc tg R·eωt其中R是分離室的外(標稱)半徑，e是自然對數(shù)系的底數(shù)，ω是標稱角速度，t是時間。
分離室的高度則由下面的公式表示m =m0rR3r + R3,]]>其中mo是m在R處的值，r是分離室的半徑，R是分離室的外(標稱)半徑。
與粉塵混合物接觸的表面最好是襯以硬質(zhì)材料和/或用硬質(zhì)材料制成。
與粉塵混合物接觸的材料應(yīng)該與被旋轉(zhuǎn)的顆粒在化學性質(zhì)上是相同的，例如由燒結(jié)剛玉制成。
本發(fā)明是基于承認精確分級依賴于應(yīng)該對沿著流管的每一個顆粒施加同樣強度的力這樣的條件。如果徑向的(離心的)加速度(ar)和徑向速度分量(Vr)是常量，便滿足這個條件。
按照路徑方程式r＝R-ωt和φ =2cωR - ω t]]>由此，隨之有r′＝常量和r″＝0，因為Vr＝r′。如果r″＝0，則從ar＝r″-rφ′2，rφ′2必然是常數(shù)。也即，φ ′= /r]]>，然而，r是t(時間)的線性函數(shù)，也即r＝f(t)，并且φ ′= c /f ( t )]]>(c＝常數(shù)，r和φ是極坐標)。
另一方面，分級機內(nèi)的物料僅能從外側(cè)向內(nèi)側(cè)通過。
r＝Rωt其中R是分級室的外徑，ω是標稱角速度。
通過φ′的積分，得到另一對方程式∫φ ·d t=∫cR - td]]>d t = -2cωR - ω t]]>流程線或路徑的方程式r＝R-ωt和φ = -2cωT - ω t]]>速度分量
vr＝F＝-ω(常量)V φ = r φ = 2cR - ω t]]>加速度分量ar＝r″-rφ′2＝-c2(常量)a φ = 2 r φ ″+rφ ″= -c ω2R - ω t]]>決定進口和出口輪葉冠的輪葉角度的切線和半徑矢量的夾角可定義為tgθ＝r (dr)/(dφ) ，于是θ = a r c t g φ / 2 = a r c t gcωR - ω t]]>按照斯托克斯定律，被分離的顆粒的尺寸d =18 / u vr△ ρ ar=18 u△ ρ×ωc,]]>其中μ是介質(zhì)的動態(tài)速度，△ρ是物料和介質(zhì)的密度之差，還要求沿著路徑的速度大小w =v2r+ v2φ=ω2+ c2/ R -ω t /,]]>由此，輸入速度W i n =ω2+ c2R]]>(如果t＝0)等于空氣速度的值。
決定輸出量的許可進入裝置的介質(zhì)的量Qin能用輸入速度(ωin)和入口橫截面(Fin)的乘積來表示Qin＝WinFin＝Win2Rπmo其中
mo是入口輪葉的高度。
最后，要求根據(jù)流動的連續(xù)條件WF′＝常量它的另一個形式WinFin＝WrFr′來決定分級室的外形。
式中右邊表示在任何橫截面里該條件均滿足。
詳細地說，ω2+ c2R (m0)=ω2+ c2(R - r ) m,]]>由此，分級室的高度是導向半徑的函數(shù);
m =R m0rω2+c2Rω2+c2(R - r )]]>平方根下方的表示式的值近似等于1，因此分級室的形狀是一個旋轉(zhuǎn)雙曲面，由于這樣的事實進入輪葉間的介質(zhì)在同樣幾何條件的流管里運動，因此在彼此接觸的流管的接觸點有相同的速度，從而使精確分級便變得更為方便。因而，這點與旋流器對比，流動是不間斷的，這意味著更高的輸入速度和處理能力。在旋流器的流管里速度慢下來，構(gòu)成相互纏繞的曲線，因此接觸點的速度是很不同的，也就是說，流動受到干擾。
而且，本發(fā)明是基于承認在分離的情況下，流動必須是這樣的，它使得施加到與介質(zhì)相反方向的顆粒上的分離力在排出“潔凈”介質(zhì)的方向必定恒定地增強。在恒定的徑向加速度(ar)，徑向速度(Vr)朝著出口慢下來，或者徑向速度是恒定的，而離心加速度增大。后一種情況是最有利的。最簡單的路徑曲線是由如下所述的方式得到的。
將函數(shù)r用一個容易求微分的隨時間單調(diào)下降的值表示，例如，r＝Re-ωt隨后給出一個類似的、但增加角位移的表示式，例如，r＝Reωt它也是容易求微分的。寫出基本命題，并求那些微分r＝Re-ωt，r′＝-Rωe-ωtr″＝Rω2e-ωt和φ＝Reωt，φ′＝Rωeωtφ″＝Rω2eωt就得到速度分量和加速度分量，Vr＝r′＝-Rωe-ωt徑向速度(隨時間減小)Vφ＝rφ′＝R2ω軸向速度(時間上恒定)ar＝r″-rφ2＝Rω2(e-ωt-R2eωt)經(jīng)向加速度(隨時間增大)φ∫aφ=2r′φ+rφ″=R2(ω2-2)軸向加速度(時間上恒定)切線和半徑矢量的夾角，也就是輪葉角度θ=arc tg r/ (dr)/(dφ) =arc tg (R/φ)/(-R2/φ2) =arc tg -φθ＝arc tg Reωt(常量)沿著路徑的速度w =v2r+ v2φ=R22e - 2ω t +R4ω2= R ωe2 ω t-R2(減小)]]>W i n = R ω1- R2]]>
輸入空氣的量Q i n = ( φ0m0R ) R ω1 - R2]]>由連續(xù)條件決定的輪廓高度m = m0RR + R3rr + R3m0rR3r + R3]]>在不考慮進口輪葉冠的直徑的情況下，該輪廓的形狀是一個旋轉(zhuǎn)雙曲面，其形狀不受任何東西影響。因而該結(jié)構(gòu)適用于分離任何尺寸的粉塵微粒，最后，該尺寸是由除去粉塵(除去礦泥)的空氣(或液體)的量所決定。
被分離的最小顆粒的尺寸由下面的公式給出d =18 η△ ρvror]]>在空氣的情況下，并且如果已得到確定的分離的尺寸，那么，輸入空氣的數(shù)據(jù)就能推算出來，因此d = 1.1256 × 10- 3vr i nar i n= 1.1256 × 10- 3- R ωR ω2( 1 - R2)(cm)]]>= 1.1256 × 10- 3-1ω ( 1 - R2)(cm)]]>在附圖里詳細地顯示了該裝置。
圖1是裝置的側(cè)視圖，部分作截面圖。
圖2是裝置的頂視圖，部分作截面圖。
外殼由1，2，3，4四部分組成，所述的四部分是通過裝配在它們之間的螺釘5和O型環(huán)6安裝在一起的，出口輪葉冠7和進口輪葉冠8排列在外殼內(nèi)。
切向的進口短管9設(shè)置在外殼部分1上，與導溝10連通，用于在進口輪葉冠8的表面均勻分布含塵氣體(或泥漿狀的液體)。在由輪葉所決定的角度下進入給定半徑的裝置的含塵氣體(或泥漿狀水)沿著由進入的角度和速度以及由出口輪葉冠7的輪葉角度所決定的路徑運動，這時便發(fā)生分級或粉塵分離。細的產(chǎn)物和氣體或者潔凈的氣體由出口輪葉冠7內(nèi)部經(jīng)由出口短管11排出，粗的產(chǎn)物或粉塵流回到進口輪葉冠，這時，由于重力作用，它沉積在分級機空間的底部，它從那里沿著雙曲面輪廓12經(jīng)由輪葉冠13和雙曲面輪廓間的空隙，并經(jīng)由出口短管14流出，進入一儲存容器。
粉塵分離機和分級機結(jié)構(gòu)上的相互區(qū)別在于，在粉塵分離機里進口和出口輪葉的角度不依據(jù)操作條件而變化，而另一方面，在分級機里，合適的路徑曲線是借助于依據(jù)操作條件(例如許可進入的空氣量)的變化而可更換的輪葉冠而形成的。
與固體微粒和導向輪葉接觸的裝置的內(nèi)表面是由燒結(jié)剛玉成分制成的，所以它們能抵抗硬質(zhì)物料的磨耗作用。由于裝置實際上沒有快速旋轉(zhuǎn)(運動)部分，因而器壁和微粒的相對速度較小，它降低了顆粒的磨耗作用，從而抵抗力便增大。裝置的結(jié)構(gòu)是非常簡單的，所以非常緩慢地磨耗的部件能方便地、迅速地更換，并且費用很低。
由于不存在運動部件，也就是說不需要機械驅(qū)動源，裝置的作業(yè)費用便降低。而且，對于驅(qū)動所要求的介質(zhì)的流動在某些情況下可由磨床(例如噴射磨)的廢棄能量供給。由此，能夠制定高度節(jié)省能量的工藝過程。
按照本發(fā)明的裝置的優(yōu)點在于，在常規(guī)的旋流器里，粉塵的85%被分離，15%再隨空氣運動，在該裝置里，分離量為97%。用作分級機，不合規(guī)格的產(chǎn)物(小于或超過尺寸)的量，即使該產(chǎn)物在5μm和7μm之間這樣的情況里，也不超過重量的10%，而在已知的最好裝置里，這個值約為30%。由于與粉末接觸的表面，特別是輪葉冠，是由燒結(jié)剛玉制成的，即使在工作半年以后，分級和粉塵分離的值仍不降低。如果已知的裝置用剛玉運行，則在幾小時內(nèi)葉輪便損壞。
權(quán)利要求
1.一種用于固體物料，特別是硬質(zhì)的和高純度的物料的分級或分離裝置，包括設(shè)置一個進口短管，細粒度級出口短管和一個粗粒度級出口短管以及一個輪葉冠的外殼，其特征在于所述的進口短管(9)連接到一個環(huán)形的導溝(11)，所述的出口短管(10、14)同軸并垂直地排列，設(shè)置一個進口輪葉冠(8)和一個出口輪葉冠(7)并且分離或分級室在所述的進口和出口輪葉冠(8，7)之間有一個旋轉(zhuǎn)雙曲面的套筒(12)。
2.按照權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，輪葉表面和其切線的夾角由下面的公式表示θ＝arc tg (c)/(ω)r]]>其中ω是標稱角速度，r是極半徑(以及分級室的半徑)，c是一個常量。
3.按照權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，輪葉表面和其切線的夾角由下面的公式表示θ＝arc tg R·eωt其中R是分離室的外(標稱)半徑，e是自然對數(shù)系的底數(shù)，ω是標稱角速度，t是時間。
4.按照權(quán)利要求
1或2所述的裝置，其特征在于，分級室的高度由下面的公式表示m =Rm0rω2+c2Rω2+c2(R-r ),]]>其中mo是m在R處的值，r是分級室的半徑，R是分級室的外(標稱)半徑，ω是標稱角速度，c是一個常量。
5.按照權(quán)利要求
4所述的裝置，其特征在于，輪葉冠的輪葉可調(diào)整角位置。
6.按照權(quán)利要求
4所述的裝置，其特征在于，輪葉冠是可更換的。
7.按照權(quán)利要求
1或3所述的裝置，其特征在于，分離室的高度由下面的公式表示m =m0rR3r + R3,]]>其中mo是m在R處的值，r是分離室的半徑，R是分離室的外(標稱)半徑。
8.按照權(quán)利要求
1至7所述的裝置，其特征在于，與粉塵混合物接觸的表面襯以硬質(zhì)材料和/或由硬質(zhì)材料制成。
9.按照權(quán)利要求
1至8所述的裝置，其特征在于，與粉塵混合物接觸的材料與作為基底的顆粒在化學性質(zhì)上是相同的。
10.按照權(quán)利要求
1至9所述的裝置，其特征在于，與粉塵混合物接觸的材料襯以燒結(jié)剛玉和/或由燒結(jié)剛玉制成。
專利摘要
本發(fā)明涉及一個用于固體物料，特別是硬質(zhì)的和高純度的物料分級的裝置，包括設(shè)置一個進口短管，細粒度級出口短管和一個粗粒度級出口短管以及一個輪葉冠的一個外殼，其中，所述的進口短管(9)連接到一個環(huán)形的導溝(11)，所述的出口短管(10，14)同軸并垂直地排列，設(shè)置一個進口輪葉冠(8)和一個出口輪葉冠(7)，并且分離或分級室在所述的進口和出口輪葉冠(8，7)之間有一個旋轉(zhuǎn)雙曲面的套筒(12)。
文檔編號B07B7/083GK86105306SQ86105306
公開日1988年2月17日 申請日期1986年8月8日
發(fā)明者佐爾特·克席埃格, 格贊·賽德雷奇, 萊賽羅·賽皮雷, 卡羅雷·沙立曼, 皮萊·萊吉塔, 泰珀·凱來姆, 泰珀·雷克特, 佩爾·托斯, 潔蘭西·錫特凱, 法蘭西·羅森曼, 法蘭西·凡羅, 吉諾斯·史蒂爾, 鮑勒特·席鮑, 吉諾斯·摩塞爾, 戴勃·摩勒, 賽陶·克席弗特 申請人:匈牙利鋁工業(yè)托拉斯導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan