深錐濃縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究范文

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摘要：深錐濃縮機(jī)是一種帶有攪拌裝置的高效濃縮設(shè)備，結(jié)合其工作原理，探討了大直徑深錐濃縮機(jī)變坡度池底設(shè)計(jì)、傳動(dòng)方式的選擇、橋架設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題、攪拌裝置結(jié)構(gòu)和合適的布料方式等；并以直徑為24m的深錐濃縮機(jī)為例，介紹了大直徑深錐濃縮機(jī)的設(shè)計(jì)思路，為大型深錐濃縮機(jī)的設(shè)計(jì)和使用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：深錐濃縮機(jī)；濃縮池；橋架；傳動(dòng)裝置；攪拌裝置；布料裝置

引言

小直徑深錐濃縮機(jī)是上部為圓筒、下部為錐角較小的倒圓錐形高效濃縮設(shè)備［1］，主要應(yīng)用于洗煤廠煤泥水處理及礦山浮選精礦、尾礦脫水。20世紀(jì)80年代初英國(guó)煤炭局首先推出了深錐濃縮機(jī)處理尾煤；法國(guó)奈爾技術(shù)公司的高效濃縮機(jī)實(shí)際上是一種深錐濃縮機(jī)，濃縮機(jī)內(nèi)有攪拌裝置；美國(guó)DORR－OLIVEREIMCO公司生產(chǎn)的深錐濃縮機(jī)直徑可達(dá)12m；我國(guó)煤炭系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代末研制了直徑為5m的深錐濃縮機(jī)［2］。目前我國(guó)生產(chǎn)的深錐濃縮機(jī)的直徑局限在30m以下，隨著我國(guó)選煤廠、選礦廠向大型化、高效化發(fā)展，以及礦產(chǎn)資源日趨貧、細(xì)、雜，尾礦輸送向高濃度輸送發(fā)展，大直徑深錐濃縮機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有十分重要的意義。

1大型深錐濃縮機(jī)的組成及工作過(guò)程

深錐濃縮機(jī)主要由濃縮池、橋架、傳動(dòng)裝置、攪拌裝置、布料裝置、去氣裝置、電控裝置等組成。橋架安裝在濃縮池上，驅(qū)動(dòng)裝置安裝在橋架上，驅(qū)動(dòng)裝置下部連接攪拌裝置，橋架下部安裝有布料裝置，物料通過(guò)入料管進(jìn)入布料裝置后，進(jìn)入濃縮池中下部。當(dāng)傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)攪拌裝置回轉(zhuǎn)，沉降后的物料自動(dòng)流向濃縮池集泥坑，由底流泵排出。圖1為直徑為24m的GNS－24型深錐濃縮機(jī)示意圖。1—橋架；2—深層布料裝置；3—傳動(dòng)裝置；4—攪拌裝置；5—絮凝劑均勻混合裝置。圖1GNS－24型深錐濃縮機(jī)示意圖

2大型深錐濃縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問(wèn)題

2．1濃縮池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

深錐濃縮機(jī)濃縮池可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，也可采用鋼結(jié)構(gòu)。濃縮池由直壁段、錐體及集泥坑等組成。小型深錐濃縮機(jī)濃縮池的特點(diǎn)是錐形濃縮池的高度大于直徑［3］。大直徑深錐濃縮機(jī)高徑比大于1顯然不實(shí)際，為了使大直徑深錐濃縮機(jī)能夠產(chǎn)生高濃度礦漿，可合理設(shè)置濃縮池直壁段高度和采用合適的錐體角度。根據(jù)沉降理論，濃縮礦漿在深錐濃縮機(jī)中的沉降存在4個(gè)區(qū)域，從上到下依次為澄清水區(qū)域、初始濃度區(qū)域、過(guò)渡區(qū)域和壓縮區(qū)域［4］。為了保證有足夠的澄清水區(qū)域高度，增加沉淀時(shí)間，方便安裝傾斜板或采用合適的深層布料方式，一般采用高的濃縮池直壁段；同時(shí)較高的濃縮池直壁段還能提供高濃度礦漿生成所需的壓縮層深度和壓縮容積［5］，以得到高濃度底流。大直徑深錐濃縮池直壁段設(shè)計(jì)時(shí)高度一般大于4m，比普通濃縮機(jī)和高效濃縮機(jī)的直壁段要高得多。小型深錐濃縮機(jī)錐體為單一角度，角度一般為30～60°，大直徑深錐濃縮機(jī)錐體一般采用變坡度錐體，即外側(cè)錐體角度為30～40°，內(nèi)側(cè)錐體角度為45～55°，集泥坑錐體角度為60～65°。GNS－24深錐濃縮機(jī)為中型深錐濃縮機(jī)，濃縮池直壁段高6m，外側(cè)錐體角度為25°，集泥坑錐體角度為60°，這樣設(shè)計(jì)既可以降低濃縮池的高度，又有利于高濃度底流的自流和排放。

2．2深錐濃縮機(jī)橋架設(shè)計(jì)

深錐濃縮機(jī)橋架既是設(shè)備安裝維修的通道，又起到支承傳動(dòng)裝置、攪拌裝置和布料裝置等部件的作用。與普通濃縮機(jī)相比，深錐濃縮機(jī)橋架的強(qiáng)度和剛度要高得多；特別是深錐濃縮機(jī)需要提耙時(shí)，提耙裝置對(duì)橋架產(chǎn)生向下的反作用力比普通濃縮機(jī)要大得多，這就對(duì)深錐濃縮機(jī)橋架的強(qiáng)度和剛度提出了更高的要求。在實(shí)際使用過(guò)程中曾出現(xiàn)深錐濃縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)橋架強(qiáng)度能滿足要求，但在提耙時(shí)橋架下塌的事故。基于以上原因，大直徑深錐濃縮機(jī)橋架可根據(jù)需要采用桁架結(jié)構(gòu)或雙焊接工字鋼加上拱支撐結(jié)構(gòu)。采用桁架結(jié)構(gòu)可根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用雙焊接工字鋼加上拱支撐結(jié)構(gòu)可參考橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。在橋架強(qiáng)度計(jì)算和校核時(shí)應(yīng)充分考慮以上各因素及提耙時(shí)的反作用力對(duì)橋架的影響。綜合考慮本研究GNS－24深錐濃縮機(jī)采用桁架結(jié)構(gòu)橋架。

2．3傳動(dòng)方式的選擇

深錐濃縮機(jī)在工作過(guò)程中由于添加絮凝劑或采用傾斜板裝置，處理能力是普通濃縮機(jī)的3～6倍，底流呈膏狀。濃縮池內(nèi)的膏狀壓縮層完全覆蓋了攪拌裝置的耙架，耙架的運(yùn)動(dòng)對(duì)下部壓縮層膏狀礦漿產(chǎn)生很大的剪切作用力。因此和同直徑的普通濃縮機(jī)相比，深錐濃縮機(jī)的工作扭矩和驅(qū)動(dòng)功率要大得多。雖然普通濃縮機(jī)的工作扭矩和驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算公式有多種，考慮深錐濃縮機(jī)壓縮層的非沉降性，粗細(xì)粒趨向不分離，高濃度沉淀層的屈服應(yīng)力、剪切變稀以及觸變性等因素，普通濃縮機(jī)選擇扭矩的經(jīng)驗(yàn)不能用于深錐濃縮機(jī)。根據(jù)深錐濃縮機(jī)驅(qū)動(dòng)功率與刮泥耙的結(jié)構(gòu)、礦漿的性質(zhì)、處理量的大小及中心傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速等［6］，大直徑深錐濃縮機(jī)采用單電機(jī)或液壓馬達(dá)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)不能滿足大扭矩要求，一般采用多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)如三驅(qū)動(dòng)或四驅(qū)動(dòng)等，可根據(jù)需要選擇合適的工作扭矩。GNS－24深錐濃縮機(jī)傳動(dòng)裝置采用三液壓馬達(dá)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，四個(gè)液壓缸提耙。

2．4深錐濃縮機(jī)攪拌裝置設(shè)計(jì)

深錐濃縮機(jī)的攪拌裝置和普通濃縮機(jī)的耙架的作用不同，結(jié)構(gòu)形式也不同。由于深錐濃縮機(jī)池底的角度能夠使高濃度礦漿接近自流，因此深錐濃縮機(jī)攪拌裝置的作用是進(jìn)一步提高底流的濃度，防止深錐濃縮機(jī)底部的高濃縮沉淀物固結(jié)。耙架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有足夠大的扭矩，以便能穿通沉降的漿狀物。為了防止集泥坑底流堵塞，可設(shè)計(jì)集泥錐坑獨(dú)立攪拌裝置，小耙設(shè)計(jì)成反螺旋結(jié)構(gòu)，并在小錐坑底部安裝反沖水裝置。在使用過(guò)程中當(dāng)工作扭矩超過(guò)最大扭矩60％時(shí)，應(yīng)加大底流泵排礦量防止損害耙架或液壓馬達(dá)減速機(jī)齒輪。GNS－24深錐濃縮機(jī)在攪拌裝置底部設(shè)置有雙葉片反螺旋裝置，濃縮機(jī)攪拌裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)雙葉片反螺旋將集泥坑下部的物料向上旋動(dòng)，可有效防止?jié)饪s池集泥坑內(nèi)濃稠狀物料固結(jié)。

2．5采用合適的布料裝置

根據(jù)深層沉降理論采用合適的布料方式可以獲得較高的底流濃度和較低的溢流水濃度。常見(jiàn)的有E－Duc進(jìn)料自稀釋布料裝置、Floc－Miser給料筒、深層旋流布料裝置等。GNS－24深錐濃縮機(jī)采用的是深層旋流布料方式，目的在于減小進(jìn)料的湍流作用，使尾礦漿中的固體顆粒在濃縮機(jī)中分布均勻，粗顆粒很快沉入壓縮區(qū)，相對(duì)降低池體中、上部礦漿的濃度，有利于細(xì)粒物料的沉降。

3大型深錐濃縮機(jī)在實(shí)踐中的應(yīng)用

大直徑GNS型深錐濃縮機(jī)已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)部分選煤廠如山西沁新選煤廠、山西臨汾安澤縣佳潤(rùn)鑫成煤業(yè)有限公司等，礦山尾礦水處理方面如山西代縣金升鐵礦、河北邯鄲武安市南洺河鐵礦、河南欒川寶華鎢鉬礦業(yè)有限公司也已選用大直徑深錐濃縮機(jī)，直徑為18～24m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況，濃縮機(jī)溢流水固體質(zhì)量濃度為0．5～10g／L，能夠達(dá)到循環(huán)水的補(bǔ)水回用要求；底流排出質(zhì)量濃度為350～550g／L，能夠達(dá)到后續(xù)工藝要求，用戶反映良好。

4結(jié)語(yǔ)

我國(guó)目前對(duì)于大型深錐濃縮機(jī)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)還處于探索階段，通過(guò)對(duì)GNS－24深錐濃縮機(jī)濃縮池的結(jié)構(gòu)、橋架、傳動(dòng)裝置、攪拌裝置及布料裝置的設(shè)計(jì)探討，以期為大型深錐濃縮機(jī)的設(shè)計(jì)和使用提供借鑒。

5參考文獻(xiàn)

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作者：陳慶來(lái) 單位：淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院