МНОГОСТРУЙНЫЙ ПОЛИУРЕТАНОВЫЙ ИМПЕЛЛЕР

Предлагаемое устройство относится к элементам флотомашин, применяемых в горнодобывающей промышленности для обогащения полезных ископаемых. Импеллеры выполняют функции диспергирования и насыщения пульпы диспергированными пузырьками воздуха.
Известны многие конструкции импеллеров, среди которых наиболее близкими к предлагаемой модели являются импеллеры пневмомеханических флотационных машин типа ФПМ. В ФПМ импеллеры присоединены к аэрационной трубе, которой служит полый вал привода, подающий внутрь импеллера струю воздуха, распределяемую и диспергируемую в объеме камеры флотомашины вращающимся импеллером.
Известен импеллер в виде полого усеченного конуса, установленного на полом валу, с отверстием в нижнем основании, с выступами и щелями. Щели импеллера расположены по образующим усеченного конуса и выполнены высотой не менее 1/6 высоты конуса, суммарная площадь щелей составляет не менее 30% площади сечения выходного отверстия патрубка для подачи воздуха /1/.
В импеллере /2/ воздух в камеру флотомашины поступает через вертикальные прорези в нижней части конуса и сопряженном с ним цилиндре.
Недостатком этих и аналогичных импеллеров является относительно низкие эффективность насыщения пульпы воздухом и его диспергирования и показатели флотации.
Известен импеллер ОК-38 (прототип), содержащий диск с отверстием в центральной части, суживающиеся лопатки, соединенные между собой попарно под углом 60° и прикрепленные вертикально к нижней поверхности диска с образованием радиальных межлопаточных щелей между смежными поверхностями лопаток, вертикальный воздушный канал от отверстия в диске до нижних торцов лопаток для подаваемого в импеллер воздуха, образованный круговым расположением торцевых стенок смежных лопаток с выходом посредством радиальных межлопаточных щелей в камеру флотомашины за пределами диска /3/.
Воздух под давлением подается в вертикальный воздушный канал импеллера вращающимся полым валом. Из канала пульповоздушная смесь поступает через его донное отверстие и щели между лопатками в объем пульпы в камере флотомашины, смешивается с потоком пульпы и увлекается вверх, концентрируясь в областях пониженного давления за лопатками. У вращающегося импеллера вследствие разностей окружных скоростей его верхней и нижней частей лопаток центробежное действие усиливается снизу вверх, что приводит к возникновению потока вверх вдоль лопаток к диску.
Пульповоздушная смесь при сходе с диска импеллера выбрасывается в камеру. Возникающие на границе выходящих из импеллера воздушных полостей с пульпой вихри осуществляют диспергирование пульпы.
Недостатком данной конструкции импеллера является низкая эффективность распределения воздуха в объеме пульпы и его диспергирования, что отрицательно влияет на результаты флотации. При больших расходах воздуха может наблюдаться одностороннее пробулькивание воздуха, выходящего из нижнего отверстия вертикального воздушного канала. Это обусловлено тем, что процесс аэрации пульпы и диспергирования пузырьков воздуха является гидроаэродинамическим процессом, зависящим от параметров подаваемых в пульпу струй воздуха (скорости, размера) и точек подачи, которые в данной конструкции не оптимизированы. В соответствии с исследованиями степень диспергирования воздуха в пульпе возрастает с уменьшением начальных размеров воздушных образований, подвергаемых дроблению в пульпе /4/. Начальные размеры образований зависят от величины сечений отверстий и щелей, через которые и по которым в импеллере движутся пульпа и воздух перед входом в камеру флотомашины. Назовем эти щели и отверстия проходными щелями и отверстиями. В данной конструкции импеллера при принятых размерах и форме проходных отверстий и щелей: круглого в конце воздушного канала и щелей между лопатками, размеры и форма воздушных образований, поступающих в камеру, могут изменяться в широком диапазоне, отрицательно влияя на процесс тонкой аэрации пульпы.
Задачей данной полезной модели является повышение эффективности флотационного процесса за счет увеличения степени диспергирования пузырьков воздуха и более равномерного их распределения в объеме пульпы в камере. Поставленная задача решается снижением размеров начальных воздушных образований, поступающих в пульпу из импеллера в зоне максимального центробежного действия лопаток, что оптимизирует процесс аэрации и диспергирования в камере флотомашины. Размер таких образований зависит от величины сечения проходных щелей в импеллере, по которым движется воздух перед подачей его в пульпу камеры. За счет варьирования размеров проходных воздухом щелей в предлагаемой модели осуществляется текущее изменение - регулировка величин первичных воздушных образований и оптимизация процесса аэрации пульпы.
Технический результат полезной модели достигается тем, что в полезной модели импеллера, содержащего диск с отверстием в центральной части, суживающиеся лопатки, соединенные между собой попарно под углом 60° и прикрепленные вертикально к нижней поверхности диска с образованием радиальных межлопаточных щелей между смежными поверхностями лопаток, вертикальный воздушный канал от отверстия в диске до нижних торцов лопаток для подаваемого в импеллер воздуха, образованный круговым расположением торцевых стенок смежных лопаток, в вертикальный воздушный канал помещена вставка, представляющая собой полиуретановый толстостенный цилиндр с дном и с вертикальными прямоугольными прорезями в стенке, примыкающими к щелям между лопатками, перемещаемый горизонтальным вращением и вертикально по высоте канала с целью оптимизации размеров проходных щелей импеллера. Проходных щелей в предлагаемой модели импеллера две группы: щели в виде прорезей во вставке и межлопаточные щели. Вставка является сменной деталью, конструкция которой позволяет варьировать щели и сечения струй воздуха, поступающих на лопатки, за счет перемещения вставки относительно лопаток и межлопаточных щелей. Межлопаточными называем щели между смежными поверхностями лопаток. Сочетание конструктивных элементов вставки и суживающихся лопаток, позволяющих осуществлять текущее варьирование и оптимизацию размеров проходных из вставки к лопаткам щелей для повышения эффективности первичного дробления поступающей воздушной струи на мелкие воздушные образования и последующих диспергирования и аэрации, является новым в предлагаемом импеллере.
Текущее регулирование ширины проходных из вставки к лопастям щелей достигается вращением вставки вокруг вертикальной оси и изменением степени совмещения прорезей вставки с межлопаточными щелями от полного до частичного. Воздух из вставки поступает на лопатки через прорезь при ее совпадении с щелью между лопатками или через узкую щель на выходе из прорези, образующуюся сужением прохода при несовпадении прорези вставки с межлопаточной щелью. Вертикальным перемещением устанавливается высота воздушного слоя, отсекаемого в камеру от поступающего в импеллер потока вставкой, и место поступления струй воздуха на лопатки по вертикали.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-2. На фиг 1а приведен общий вид многоструйного импеллера, фиг. 1б - вертикальный разрез, фиг. 1в - вид снизу по Б - на фиг. 1г - вид сверху по А-А. На фиг. 2а показан вид вставки сбоку, на фиг. 2б - вид вставки с торца по В. Импеллер содержит диск 1 с центральным отверстием 2, к диску прикреплены вертикально суживающиеся лопатки 3, соединенные попарно между собой вогнутыми пластинами 4, образующими вертикальный воздушный канал 5. Между смежными лопатками расположены радиальные межлопаточные щели 6, соединяющие воздушный канал с торцами лопаток. В воздушный канал помещена полиуретановая вставка в виде толстостенного цилиндра 7 с боковыми вертикальными прорезями 8 (фиг 2а, 2б.), совпадающими с межлопаточными щелями 6 (фиг. 1в), 9 дно вставки (фиг. 2а).
Импеллер приводится во вращение полым валом привода, соединенным с диском импеллера (не показано). Воздух из полого вала поступает в полость вставки, где распределяется между равномерно расположенными по кругу прорезями, пропускающими струи воздуха в щели между лопатками, сбрасывающими воздух вместе с пульпой в камеру. При этом воздух поступает в области разрежения, образуемые между лопатками при вращении импеллера. Воздух из щелей устремляется вверх и подвергается диспергированию. При вращении импеллера через его радиальные лопатки засасывается пульпа из нижней части камеры под импеллером, которая выбрасывается затем в радиальном направлении, при этом формируется восходящий поток пульпы. В процессе диспергирования участвуют как поток пульпы, обтекающий импеллер, так и поток пульпы под диском. Зоной наиболее интенсивного диспергирования является зона, расположенная на кромках лопаток диска. В данном импеллере основное количество воздуха выходит не через нижнее основание, а через щели, устремляясь вверх по боковой поверхности лопаток. В предлагаемой модели резко уменьшаются размеры начальных пузырьков воздуха, поступающих из совмещенных прорезей вставки и межлопаточных щелей импеллера в пульпу. Это существенно повышает степень тонкой аэрации пульпы /4/.
При текущей регулировке ширины проходных щелей вращением вставки вокруг вертикальной оси вставка крепится в воздушном канале жесткой посадкой. Для повышения надежности частых текущих перемещений дополнительно к жесткой посадке предусмотрено крепление вставки крепежными винтами к стенке воздушного канала через поперечную и вертикальную щели, 10 (фиг. 3а), прорезанные для крепежных винтов вставки 11 (фиг. 3а, 3б), позволяющие перемещать винты и вращать вставку, изменяя проходное из вставки в межлопаточную щель сечение прорезей. Ее поворот вокруг оси и смещение по вертикали осуществляются в пределах длин щелей для винтов. Полезность предлагаемой модели состоит в повышении показателей флотации: содержания полезных компонентов в концентрате и их извлечения. Согласно проведенным исследованиям диспергирование воздушных пузырьков также повышается с увеличением скорости струи воздуха, поступающего в пульпу /4/. Это явление используется в настоящей модели для увеличения положительного эффекта от примененной вставки. Задача повышения скорости воздушных струй в данной модели достигается снижением аэродинамического сопротивления воздушных каналов. Снижение сопротивления входу воздуха из аэродинамической трубы (полого вала) в прорези вставки достигается за счет придания движущейся струе вращения, синхронного с вращением трубы. Для этого к диску импеллера над отверстием прикреплен аэрационный патрубок с вертикальной поперечной перегородкой внутри. К патрубку прикрепляется питающая аэрационная труба: полый вал привода. Вертикальная перегородка в аэрационном патрубке обеспечивает при вращении импеллера вращательное движение поступающей в импеллер из полого вала воздушной струи, синхронного с вращением патрубка и импеллера. При этом эффективное живое сечение прорезей равно их номинальному значению, а аэродинамическое сопротивление входу воздуха во вставку минимальное. На фиг 4а показан аэрационный патрубок 12, прикрепленный к диску 1 над воздушным каналом 5, на фиг. 4б вид по Г поперечной перегородки 13 в патрубке 12.
2
2
Дополнительное увеличение скорости подачи насыщенной воздухом пульпы импеллером может быть достигнуто приданием плоскости лопаток кривизны, аналогичной кривизне лопастей центробежных насосов. Профили лопастей насосов, широко применяемых в промышленности, имеют цилиндрическую форму с конструктивным выходным углом наклона лопастей β=30°-60°. Соответственно конструктивно суживающиеся лопатки в предлагаемой модели могут быть изогнуты в горизонтальном сечении по дуге окружности с углом наклона лопаток на выходе за кромку диска β=50-60°.
2
С целью максимального увеличения скорости подачи пульповоздушной смеси в камеру лопаткам при изготовлении импеллера придается изогнутый по окружности профиль с сохранением щели между смежными лопатками. На фиг. 5 показан вид снизу по Б (фиг. 1а) импеллера с, криволинейными по окружности лопатками 14 и с криволинейными межлопаточными щелями между смежными лопатками 15, совпадающими с прорезями 8 во вставке. Профиль лопатки представляет собой дугу окружности, соединяющую воздушный канал импеллера 5 с торцом круглого диска 1, с конструктивным углом на выходе β=50-60°. При таком профиле значительно снижается гидроаэродинамическое сопротивление движению пульповоздушной смеси по поверхности лопаток и увеличивается ее скорость перемещения на выходе за их пределы. Изготовление импеллеров предложенной модели из полиуретана осуществляется с применением известных и используемых в настоящее время способов: полиуретанового формовочного литья отдельных деталей: диска, лопаток, соединительных стенок и последующего их склеивания высоко-качественным полиуретановым клеем в данный импеллер. Эффективность предлагаемой полезной модели заключается в повышении позателей флотации: производительности флотомашин, содержания полезных компонентов в концентрате и их извлечения, что обеспечивает снижение себестоимости продукции обогатительной фабрики.
Источники: 1 - патент РФ № 2158186, 2 - патент РФ № 225514, 3 - himplast.net/ flotomashiny, 4 - В.И. Классен, В.А. Мокроусов Введение в теорию флотации. Москва, 1953.