ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАЗГРУЗКИ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПЕСЧАНО-ГРАВИЙНОЙ СМЕСИ НА СХЕМУ КЛАССИФИКАЦИИ ПЕСЧАНО-ГРАВИЙНОЙ СМЕСИ С ВЫДЕЛЕНИЕМ ФРАКЦИОНИРОВАННОГО ПЕСКА И ГРАВИЯ
PROCESS COMPLEX FOR UNLOADING AND CARRYING SAND-GRAVEL MIX TO SAND-GRAVEL CLASSIFICATION CIRCUIT WITH SEPARATION OF GRADED SAND AND GRAVEL

Изобретение относится к гидромеханизированным комплексам для разгрузки сыпучего груза, а также к устройствам для выгрузки песка из барж при производстве дноуглубительных работ на водоемах и к оборудованию для гидравлической классификации.
Известен гидромеханический комплекс для разгрузки сыпучего груза, содержащий плавсредство с установленным трубопроводом и лебедкой для подъема всасывающего патрубка. Грунтовый насос установлен на поворотной платформе, закрепленной на ней стрелой и противовесом, а нижняя часть всасывающего патрубка перфорирована отверстиями и снабжена герметическим кожухом, концентрично охватывающим эту часть всасывающего патрубка, внутренняя полость герметичного кожуха подсоединена к трубопроводу, свободный конец которого опущен в водоем, при этом горизонтальные участки всасывающего патрубка и трубопровода размещены соосно друг относительно друга и с возможностью поворота в опорах, закрепленных на стреле, всасывающий патрубок снабжен вставкой с возможностью поворота относительно нее горизонтального участка всасывающего патрубка, а нагнетательный трубопровод с грунтовым насосом связан вертикальной вставкой с возможностью поворота относительно нее грунтового насоса, нагнетательный патрубок которого размещен на оси поворота платформы, причем всасывающий патрубок и трубопровод связаны между собой перемычками, одна из которых гибким элементом через отклоняющий блок соединена с барабанной лебедкой, смонтированной на стреле (патент RU, 2287473, 2006.11.20).
Недостатком известного технического решения при его использовании в качестве гидромеханического комплекса является то, что внутри кожуха возникает не постоянное разрежение из-за различной плотности смеси, что не обеспечивает систематический подсос заборной воды из водоема и, следовательно, надежное транспортирование гидросмеси по всему тракту. Указанный недостаток решается патентом на изобретение «Устройство для разгрузки песчано-гравийной смеси» №2409510, авторов Любченко Л.П. Черниловского С.К. Известна технологическая схема обогащения песка на Ивановском карьере в Киргизстане и является наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности. Хрусталев М.И. Передовой опыт обогащения песка. Аналитический обзор. М., 1990.
Исходная пульпа подается на установку от земснаряда по трубопроводу в конический гидрогрохот, где происходит очистка песка от гравия. Гравий подается на площадку, откуда отгружается потребителям. Песчаная пульпа самотеком направляется в гидроклассификатор, где осуществляется разделение песка по граничному зерну 0,4 мм. Крупный песок около 30% поступает в спиральный классификатор, в котором обезвоживается до транспортальной влажности 14-18%. Отсюда обогащенный песок направляется на ленточный конвейер, который доставляет его на хребтовый склад с фиксирующим основанием. Мелкая фракция песка в виде гидросмеси самотеком подается на карты намыва через шандорные колодцы в выработанное пространство, где подвергается осветлению и затем подается в кругообразную систему.
Недостатком этой схемы является то, что разделение песка в гидроклассификаторе производится неточно, так как неизбежные изменения в работе земснаряда влияют на стабильность режима гидроклассификатора. Поэтому в крупной фракции остается около 30% зерен менее 0,4 мм, а также данная схема позволяет только очистить песок от гравия, но не позволяет получать фракционированный гравий.
Целью настоящего изобретения является объединить два выданных ранее изобретения, авторов Любченко Л.П., Черниловского С.К. в единый технологический комплекс, который практически может быть применен только в совокупности:
1. Патент №2409510 «Устройство для разгрузки песчано-гравийной смеси»
2. Патент №2400304 «Схема классификации песчано-гравийной смеси с выделением фракционированного песка и гравия». А также целью предлагаемого изобретения является обеспечение полной разгрузки и транспортирование песчано-гравийной смеси из баржи на схему классификации песчано-гравийной смеси с выделением фракционированного песка и гравия, а также повышение производительности и эффективности процесса выделения фракционированного песка и гравия.
Указанная цель достигается тем, что известном технологическом комплексе для разгрузки песчано-гравийной смеси на схему классификации песчано-гравийной смеси с выделением фракционированного песка и гравия, находящемся на гидротехническом сооружении с установленными на нем грунтовым насосом с всасывающим патрубком, нагнетательным трубопроводом, трубой подачи воды для размыва песчано-гравийной смеси, монтажной стреловой мачтой, лебедкой для поворота всасывающего патрубка, согласно изобретению грунтовый насос смонтирован на поворотной площадке с закрепленной на ней монтажной стреловой мачтой и противовесом, а нижняя часть всасывающего патрубка снабжена кожухом, концентрично охватывающим эту часть всасывающего патрубка, к наружной стороне кожуха подсоединена труба для подачи воды, снизу кожуха расположены сопла для размыва песчано-гравийной смеси, при этом горизонтальные участки всасывающего патрубка и трубы подачи воды для размыва песчано-гравийной смеси расположены параллельно относительно друг друга и с возможностью поворота в опорах, закрепленных на монтажной стреловой мачте, всасывающий патрубок снабжен вставкой с возможностью поворота относительно нее грунтового насоса, нагнетательный патрубок которого размещен по оси поворота площадки. Причем всасывающий патрубок через отклоняющий блок связан с барабанной лебедкой, смонтированной на монтажной стреловой мачте, а также пультом управления, установленным на поворотной площадке.
Также указанная цель решается за счет технического результата, который заключается в повышении эффективности работы гидроциклона-классификатора и соответственно с помощью гидроклассификатора, в простом по конструкции устройстве.
Указанный технический результат достигается тем, что гидроциклон-классификатор, включающий цилиндрический корпус, содержащий тангенциальный входной и сливной патрубки, песковое отверстие, согласно изобретению на полезную модель №76523, авторов Л.П.Любченко, С.К.Черниловского, содержит герметично соединенную с гидроциклоном вихревую камеру, включающую цилиндроконический корпус с углом конусности 90-150°, включающую входной тангенциальный патрубок, соединенный со средствами подачи воды, причем гидроциклон конической частью опущен в вихревую камеру на глубину 3/4 ее цилиндрической части, а соотношение площади сечений цилиндрических частей вихревой камеры и гидроциклона равно 1:(4-5), а соотношение площади сечений пескового питающего патрубка вихревой камеры и площади сечения пескового отверстия гидроциклона равно соответственно 1:1,5:5,5. Коническая часть гидроциклона имеет угол конусности 10-90°. Указанные соотношения параметров гидроциклона и вихревой камеры позволяют создавать в вихревой камере необходимый восходящий поток для вывода частиц твердой фазы заданного размера через сливной патрубок в гидроциклоне.
Указанный технический результат также достигается тем, что применяемые гидроклаесификаторы снабжены вихревыми камерами, согласно изобретению №240979, авторов Л.П.Любченко, С.К.Черниловского, которые играют большую роль, где за счет тангенциальной подачи воды в вихревые камеры образуется вращающийся вихревой поток воды, который значительно усиливает в камере восходящий поток воды в коническую часть классификационной камеры и приподнимает на большую высоту образования «кипящего слоя», соответственно увеличивая площадь образования зерен заданной фракции в «кипящем слое», что способствует большому оседанию их в вихревые камеры, тем самым увеличивая производительность гидроклассификаторов. Высота образующего «кипящего слоя» уже не будет зависеть от давления гидросмеси на входе гидроклассификатора.
Указанная цель решается также тем, что применяемый многоситовый гидрогрохот производит сортировку гравия на три различные фракции с дополнительной промывкой. Для доказательства соответствия заявленного изобретения критерию «изобретательский уровень» проводилось сравнение с другими техническими решениями, известными из «уровня техники». Заявленное изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как обеспечивает полную разгрузку песчано-гравийной смеси из барж при надежном транспортировании по нагнетательному трубопроводу с классификацией песчано-гравийной смеси и выделением фракционированного песка и гравия, а также обеспечивает повышение производительности и эффективности процесса фракционирования песка и гравия, что не следует явным образом из известного «уровня техники». Технологический комплекс разгрузки песчано-гравийной смеси с классификацией песчано-гравийной смеси и выделением фракционированного песка и гравия и последующие его варианты являются промышленно применимыми.
Технологический комплекс для разгрузки и транспортирования песчано-гравийной смеси на классификации песчано-гравийной смеси с выделением фракционированного песка и гравия представлен на чертеже, поперечный разрез.
Технологический комплекс состоит из гидротехнического сооружения 1, на котором установлена поворотная площадка 2 со смонтированным на ней грунтовым насосом 3, монтажной стреловой мачтой 4 и противовесом 5. Грунтовый насос 3 снабжен всасывающим патрубком 6 Г-образной формы и нагнетательным трубопроводом 7 с подачей по нему гидросмеси на гидроциклон 31, расположенный на берегу 8 водоема 9. Всасывающий патрубок 6 выполнен с возможностью его размещения внутри баржи 10 с песком в виде гидросмеси 11. Нижняя часть всасывающего патрубка 6 снабжена кожухом 12, концентрично охватывающим эту часть всасывающего патрубка 6, снизу которого расположены сопла 13 для размыва песчано-гравийной смеси и труба 14 для подачи воды для размыва. Подача воды производится от насосной станции 27 через регулирующий клапан 22. Расход воды контролируется расходомером 23, прибор 21 служит для измерения давления подачи оборотной воды. Снизу кожух 12 имеет защитную сетку 15. Горизонтальные участки всасывающего патрубка 6 и трубы 14 размещены параллельно относительно друг друга и имеют возможность поворота в опорах 16, закрепленных на монтажной стреловой мачте 4. Всасывающий патрубок 6 снабжен вставкой 17 с возможностью поворота относительно нее горизонтального участка всасывающего патрубка 6. Нагнетательный трубопровод 7 с грунтовым насосом 3 связан вертикальной вставкой 18 и имеет возможность поворота относительно нее грунтового насоса 3, нагнетательный патрубок которого размещен по оси 19 поворота платформы 2. Поворот всасывающего патрубка 6 обеспечивается барабанной лебедкой 20, через отклоняющий блок 24, гибким элементом 26, закрепленным за ось, расположенную на вертикальном участке патрубка 6. Пульпопровод 29 соединен с верхним тангенциальным входом гидроклассификатора 31, представляющего собой гидроциклон-классификатор, содержащий сливной патрубок с отводными трубопроводами, и через регулирующую арматуру соединен с входом гидроклассификатора 34 через демпферное устройство 37, внутри которого установлено съемное сито.
Вихревая камера 32 является гидроциклоном, которая соединена последовательно через шламовой выход аппарата 31 и является одновременно сливным каналом аппарата 31, где на трубопроводе 30 установлен расходомер 23, а также прибор для измерения давления подачи оборотной воды 21 и регулирующий клапан 22. Вихревая камера 32 имеет выходной патрубок для выхода целевой фракции по трубопроводу 38 и шиберную задвижку 40 в гидрогрохот 35. Цилиндроконический гидроклассификатор 34 содержит демпферного устройства 37. Внизу конической части демпферного устройства 37 установлен входной патрубок, связывающий его с гидроклассификатором 34. Гидроклассификатор 34 через патрубок 42 соединен с вихревой камерой 33. Вихревая камера 33 имеет выходной патрубок для выхода целевой фракции продукта по трубопроводу 39 и шиберную задвижку 41 на карту намыва песка 49 и выходной патрубок 36, соединенный с ответвлением магистрального водопровода через расходомер 23, прибора для измерения давления подачи оборотной воды 21, а также регулирующего клапана 22. Гидрогрохот 35 позволяет производить сортировку гравийных смесей на три фракции от 40-20 мм, 20-10 мм, 10-5 мм. Ленточный конвейер 43 служит для приема крупной фракции гравия и подачи на карту 46 готовой продукции. Ленточный конвейер 45 служит для приема средней фракции гравия и подачи на карту 47 готовой продукции. Ленточный конвейер 44 служит для приема мелкой фракции гравия и подачи на карту 48 готовой продукции.
Технологический комплекс работает следующим образом.
Прибывшая с песком баржа 10 швартуется к гидротехническому сооружению 1. На пульте 52 устанавливают определенные расчетным путем значения объемного расхода воды, подаваемой на вихревую камеру 32 гидроциклона-классификатора 31 и на вихревую камеру 33 гидроклассификатора 34. Одновременно по пульпопроводу 29 вода подается через гидроциклон 31 по трубопроводу 36, которая через демпферное устройство 37 поступает в гидроклассификатор 34. При герметичности всех трубопроводов и аппаратов установки вода должна выходить лишь из выходных трубопроводов 38, 39. После проведения всех подготовительных мероприятий дают команду на подачу гидросмеси. После швартовки баржи 10 начинают разворот поворотной площадки 2 в горизонтальной плоскости относительно оси 19 и всасывающий патрубок 6 опускают в баржу 10, затем включают грунтовый насос 3 на пульте управления 25. Одновременно вода подается от насосной станции 27 по трубопроводу 28 через регулирующий клапан 22. Расход воды контролируется расходомером 23. Через всасывающий патрубок 6 гидросмесь 11 засасывается. Проходит через грунтовый насос 3 и по нагнетательному трубопроводу 7 подается пульпопроводом 29 на классификацию песчано-гравийной смеси. Путем поворота монтажной стреловой мачты 4 в горизонтальной плоскости и разворота всасывающего патрубка 6 в опорах 16 с помощью барабанной лебедки 20 в сочетании с продвижением баржи 10 относительно гидротехнического сооружения 1, обеспечивается бесперебойная подача песчано-гравийной смеси на классификацию. При этом при работе грунтового насоса 3 во всасывающем патрубке 6 постоянно создается разрежение, обеспечивающее захват гидросмеси 11. При работе грунтового насоса 3 по трубе 14 подается вода в кожух 12 полости А, создавая давление с дальнейшим выбросом воды через сопла 13 для размыва песчано-гравийной смеси. Поворот патрубка 6 обеспечивается барабанной лебедкой 20, установленной на монтажной стреловой мачте 4 через отклоняющий блок 24 гибким элементом 26, закрепленным за ось вертикального участка всасывающего патрубка 6. Снизу кожуха 12 всасывающего патрубка 6 от посторонних включений предусмотрена защитная сетка 15. Вставки 17 и 18 обеспечивают манипулирование всасывающим патрубком 6 при разгрузке баржи 10, а противовес 5 обеспечивает уравновешивание монтажной стреловой мачты 4 с закрепленным на ней всасывающим патрубком 6 и трубы 14 подачи воды для размыва песчано-гравийной смеси.
Гидросмесь подается по пульпопроводу 29 на тангенциальный вход гидроциклона 31, где она приобретает вращательное движение. Гидросмесь перемешивается в потоке и за счет центробежных сил осуществляется отделение песка от гравия с одновременной мокрой оттиркой зерен песка от глинистых включений и органических продуктов. Крупная фракция гравия, имея большую инерционную массу и за счет большего давления по сечению конуса, начинает прижиматься к стенкам конуса, где она теряет скорость и под действием сил тяжести оседает вниз со скоростью их гидравлической крупности. Выделенный гравий подается на просеиваемую поверхность гидрогрохота 35. В результате гравий начинает двигаться по верхней части сита гидрогрохота 35. При движении по ситу нижние слои гравия под действием верхних слоев и воздействием собственного веса, частично за счет трения между частицами материала, проходят в просеивающие отверстия сита и отсекаются от общей массы встречными потоками воды в виде тонких струй, исходящих из трубы, расположенной под ситом. Толщина струй, а следовательно, и крупность гравия зависят от размера отверстия, скорости потока и толщины слоя гравия. Регулируя скорость потока на входе в гидрогрохот при помощи регулирующего клапана 22 на подводящем патрубке, можно в какой-то мере управлять границей разделения при одном и том же размере отверстий сита. Крупные размеры гравия (40-20 мм), перемешиваясь в потоке по поверхности сита, увлекаются в разгрузочный патрубок, полностью освобождаясь от песка и воды, поступают на ленточный конвейер 43. Гравий размером менее 20 мм поступает на второе сито, где также отсекается водяными струями от общей массы. Размеры гравия (20-10 мм), перемешиваясь в потоке по поверхности сита, увлекаются в разгрузочный патрубок, полностью освобождаясь от песка и воды, поступают на ленточный конвейер 45, затем на карту 47. Гравий размером 10-5 мм и меньше поступает на третье сито, размеры гравия (10-5 мм), перемешиваясь в потоке по поверхности сита, увлекаются в разгрузочный патрубок, полностью освобождаясь от песка и воды, поступают на ленточный конвейер 44, затем на карту 48. Мелкая фракция гравия меньше 5 мм в виде гидросмеси самотеком подается на карту намыва 30 через шандорные колодцы в выработанное пространство, где подвергаются осветлению, и затем осветленная вода подается в кругообразную систему. Внутри конуса гидроциклона 31 образуется разрежение за счет разницы давлений в центре и по краям, где частицы более легкие, относящиеся к формовочным пескам, поднимаются вверх и выносятся по трубопроводу 36 для дальнейшей классификации. Гидросмесь, состоящая из разных частиц, транспортируется по трубопроводу 36 на вход гидроклассификатора 34 через демпфирующие устройства 37, где гидросмесь, проходя через съемное сито, дополнительно промывается. Подача воды в гидроциклон-классификатор 31 осуществляется через вихревую камеру 32 из магистрального водопровода 30. При этом воду контролируют расходомерами 23 и регулирующим клапаном 22. Таким образом, в гидроциклоне 31 происходит разделение исходного материала на две фракции: верхнюю - песка и нижнюю - гравия.
Гидроклассификация песков осуществляется следующим образом: частицы песка, поступающие в виде гидросмеси на вход гидроклассификатора 34, осаждаются в его цилиндрическую часть, где встречаются с восходящим потоком воды заданной скорости, рассчитанной для данного классификатора, поступающим из вихревой камеры 33. Так как скоростной режим потока воды рассчитан на скорость витания частиц максимальной крупности, содержащихся в заданной для выделения фракции гранулометрического ряда формовочных песков, и частицы, большие по размеру, чем свойственные для данной фракции в песчаной смеси, отсутствуют, то на уровне стыка низа классификационной камеры гидроклассификатора и патрубка 42 вывода крупной фракции из классификационной камеры скорость осаждения частиц гасится (тормозится) до такого значения, при котором крупные частицы не могут быть вынесены наверх и зависают на некоторой высоте, образуя «кипящий слой», а мелкие частицы выносятся восходящими потоками вверх, выводятся в трубопровод на карту намыва 50. Так как вода поступает на тангенциальный вход в вихревую камеру 33, то, попадая в нее, она раскручивается, увеличивая восходящий поток воды и тем самым приподнимая высоту образования «кипящего слоя» и соответственно увеличивая ее площадь. В процессе «кипения» крупные зерна интенсивно перемешиваются в горизонтальной плоскости по всей нижней полости над патрубком 42, стремясь равномерно распределиться и заполнить все пространство образовавшего слоя. А так как скорость восходящего потока равна скорости витания частиц максимальной крупности заданной фракции, то слой этих частиц начинает наращиваться и увеличивается по толщине, а его проницаемость для потока воды уменьшается и возникает возможность оседания на поверхности слоя более мелких частиц. При этом увеличивается давление воды под слоем и происходит нарушение баланса между массой слоя и давлением воды над ним, он начинает вспучиваться, и затем происходит импульсный прорыв слоя столбом воды с одновременным резким уменьшением скорости восходящего потока в прилегающей зоне вокруг столба воды и колебательным процессом самовыравнивания скорости этого потока. Это колебательное изменение скорости потока воды нарушает паритет витания частиц в «кипящем слое», и они равномерно оседают в виде связанного потока в патрубке 42. За время нарушения скоростного режима потока воды в конической части классификационной камеры патрубка 42 вихревой камеры, скорость оседания крупных частиц, содержащихся в слое, успевает превысить восстановленную до заданного значения скорость восходящего потока воды, и они оседают в патрубке 42, подхватываются стремительно вращающимся потоком в вихревой камере 33, а затем по трубопроводу 39 через шиберную задвижку 41 выносятся на карту 49 как конечный продукт. Частицы меньшего размера, при осаждении попадающие в восстановленный до заданного значения восходящий поток воды, не успевают развить скорость своего осаждения больше скорости выходящего потока воды и выносятся наверх по патрубку в цилиндрическую приеморазделительную камеру гидроклассификатора 34, где происходит выделение следующей заданной фракции по трубопроводу на карту 50, как конечный продукт. Отработанная вода вместе с пылевидными и глинистыми частицами удаляется с карт намыва, через шандорные колодцы в выработанное пространство, где подвергается осветлению и затем снова подается в кругообразную систему. Таким образом, гидроклассификация гидросмеси с выделением фракционированного песка позволяет повысить производительность гидроциклона по сливу твердой фазы, регулировать границу разделения частиц твердой фазы гидросмеси в зависимости от концентрации исходной смеси, не изменяя геометрические параметры гидроциклона, а используемый гидроклассификатор с применением вихревых камер позволяет увеличить производительность, где высота «кипящего слоя» уже не будет зависеть от давления гидросистемы на входе гидроклассификатора.
Данный технологический комплекс для разгрузки и транспортирования песчано-гравийной смеси на схему классификации песчано-гравийной смеси с выделением фракционированного песка и гравия является промышленно применимым. Предлагаемое производство переработки песчано-гравийной смеси является безотходным, так как остающиеся после обогащения и классификации 3% обрабатываемого сырья представляют материал для строительных отраслей промышленности.