ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОНЦЕНТРАТОР С КАЧАЮЩИМСЯ РАБОЧИМ ОРГАНОМ

Известны устройства для извлечения тяжелого металла типа центрифуг, например, центробежный сепаратор ([1] с.292-295), имеющий вращающуюся сферическую чашу (рабочий орган) с внутренними кольцевыми нарифлениями.
Поступающий в этот рабочий орган, исходный материал (пульпа) под действием центробежных сил расслаивается, тяжелая компонента перемещается к периферии рабочего органа, легкая, поднимаясь вверх, выносится из него через его верхнюю кромку.
Недостаток: недостаточно глубокое расслоение пульпы по фракциям из-за того, что рабочий орган имеет только одного движение, а именно вращение вокруг своей оси.
Известно так же устройство центробежного типа концентратор [2]. В нем разделение материала происходит под действием переменного центробежного поля, за счет дополнительного переносного движения, вращающегося рабочего органа вокруг смещенной оси.
Недостаток: тот же, что и в предыдущем аналоге, а дополнительное вращение вокруг параллельной оси не может служить источником интенсивного разжижения и глубокого расслоения пульпы из-за быстро уплотняющейся и заполняющей рифли минеральной постели, снижающей эффективность извлечения металла и значительной вибрации вызванной не уравновешенным рабочим органом.
Автоматизация технологического процесса, а именно по съему наработанной компоненты, затруднена ввиду конструктивных особенностей концентратора.
Близким к предлагаемой полезной модели является концентратор, содержащий раму, привод, рабочий орган, по патенту на изобретение [3] (взято за прототип).
В этом концентраторе воздействие на пульпу, которая находится в рабочем органе, представляющим собой эллипсоид вращения, двойное: и центробежное, и колебательное, второе происходит за счет плавного смещения оси этого эллипсоида, параллельно оси его вращения, благодаря кривошипу приводимого электродвигателем.
Недостатки: аналогичны аппарату, описанному выше - колебания рабочего органа параллельны оси его вращения и движение жидкости в рабочем органе носит такой же характер. Это снижает эффективность расслоения пульпы, что в конечном итоге снижает процентное содержание полезной компоненты в извлекаемом продукте, значительная вибрация, усиливающаяся при увеличении смещения рабочего органа от оси вращения, отрицательно сказывающаяся на надежности устройства.
Наличие конструктивных элементов на внутренней поверхности рабочего органа, то, как крепление шатунов, пружин и т.д., не может благоприятно сказываться на плавности переливания жидкости внутри рабочего органа. А из-за неуравновешенности масс этих элементов, возникают дополнительные вибрации, ограничивающие частоту вращения рабочего органа, а вместе с этим и воздействие на находящийся внутри его материал.
Что же касается автоматизации, проблема так же аналогична предыдущему аппарату.
Цель изобретения: повышение эффективности извлечения полезной компоненты, за счет интенсивного разжижающего и глубокого расслаивающего воздействия на исходный материал, повышение надежности устройства, а также автоматизация процесса накопления и съема накопленной полезной компоненты.
Поставленная цель достигается за счет того, что рабочий орган конструктивно выполнен по форме близкой к конфигурации трехосного эллипсоида, усеченного с обеих сторон перпендикулярно большой оси и за счет его движения одновременно и вращательного вокруг большой оси, и возвратно-вращательного вокруг оси не параллельной оси вращения.
Благодаря этому, рабочая жидкость, находящаяся в рабочем органе, совершает сложное движение, приводящее к интенсивному разжижению и глубокому расслоению содержащихся в ней фракций. Уравновешенность рабочего органа повышает надежность аппарата. Данное техническое решение и позволяет автоматизировать процесс по извлечению тяжелой компоненты.
Общий вид предлагаемого концентратора с элементами управления представлен на рис.1. На рис.2 положение рабочего органа в процессе накопления, на рис.3 процесс съема накопленного материала. На рис.4 вариант конструктивного решения подшипниковых узлов рабочего органа.
Основание концентратора 1 выполнено в виде двух раздельных поддонов. Поддон 2 для сбора накопленной полезной компоненты, поддон 3 для отходов («хвостов»).
Рабочий орган 4 выполнен в виде емкости с внутренними нарифлениями. Конфигурация этой емкости близка к трехосному эллипсоиду с двусторонними не равными усечениями перпендикулярными большой оси (форма симметрично сжатой бочки), большее по площади усечение со стороны сброса отходов. С этой же стороны расположен привод 5 вращения рабочего органа 4. Закреплен рабочий орган 4 в раме 6, с возможностью вращения вокруг своей большей оси. Эта рама имеет возможность совершать возвратно-вращательное движение (качание), вокруг оси 7, которая расположена под углом (не параллельно) к оси вращения рабочего органа 4 (в нашем конкретном случае перпендикулярно, т.е. под углом 90 градусов и в одной плоскости с осью вращения), а также устанавливаться в вертикальное положение. Конструктивно ось 7 совпадает с входным патрубком трубопровода 8 для подачи, как исходного материала - пульпы, так и воды используемой для смыва накопленной компоненты из внутренней полости рабочего органа 4. Переключение пульпа - вода осуществляется распределительным устройством 9.
При необходимости для подачи исходного материала (как и воды для смыва) предусмотрена возможность установки загрузочной чаши 10 непосредственно в перекрестие трубопровода 8.
Привод 11 осуществляет возвратно-вращательное движение (качание) рамы 6 с рабочим органом 4, а также для приведения его в вертикальное положение для разгрузки накопленного материала.
Диск 12 служит сборником сбрасываемых на ходу (в процессе накопления материала) отходов («хвостов»), которые по патрубку 13 сливается в поддон 3.
Рабочий орган 4 закреплен на раме 6 посредством подшипников 14 и 15 обеспечивающих минимальный момент сопротивления его вращению с необходимыми для работы скоростными параметрами в режиме накопления материала.
Автоматическое управление процессом осуществляется посредством блока управления 16 подающим последовательность команд на распределительное устройство 9 и на привод 5 и 11.
Работает устройство так: по сигналу из блока управления 16 на привод 5 рабочий орган 4 приводится во вращательное движение. Исходный материал (пульпа) через распределительное устройство 9 (по сигналу из блока управления 16) подается во входной патрубок 7 и далее по трубопроводу 8 (показано стрелками) в полость рабочего органа 4. Во вращающемся рабочем органе 4, при больших оборотах, жидкость разделяется на две части и находится на максимальном удалении от центра вращения рабочего органа. Одновременно с включением привода вращения 5 включается (по сигналу из блока управления 16) привод 9 качания рамы 6.
Жидкость (пульпа) внутри рабочего органа 4 испытывает воздействие от двух движений: от вращения и от качания. При этом происходит следующее: жидкость под действием центробежной силы прижимается к стенке, как уже было уже сказано, в максимально удаленных от центра вращения рабочего органа точках и под действием качания перекатывается внутри рабочего органа 4 от одного его торца к другому. Периодическое перемещение жидкости по внутренней поверхности рабочего органа приводит к разжижению и расслоению ее компонентов по удельному весу.
При качании за счет более широкого усечения торца рабочего органа 4 со стороны привода 8, происходит частичное сбрасывание жидкости (отходов). Для предотвращения разбрызгивания жидкости на ходу предусмотрен сборник в виде диска 12 с бортиком, который улавливает эти отходы и по патрубку направляет их в поддон 3.
Усилению расслоения и разжижения пульпы способствуют еще и такой фактор воздействия, как пульсация прижимного (центробежного) усилия. Эта пульсация обусловлена силой гравитации, воздействующей на жидкость, из-за горизонтального расположения оси вращения рабочего органа, т.е. от суммарного воздействия центробежной силы и силы тяжести которое изменяется в зависимости от положения рабочего органа и жидкости в нем в данный момент времени.
Вместе с тем, на перекатывающуюся внутри рабочего органа 4 жидкость, при его вращении и его качании вокруг оси 7, действует кориолисово ускорение. Это ускорение приводит к тому, что под его воздействием жидкость смещается в сторону противоположную вращению рабочего органа, т.е. жидкость в нем колеблется из стороны в сторону.
Съем накопленного материала происходит в следующей последовательности: по команде от блока управления 16 на распределительное устройство 9, подача пульпы в рабочий орган 4 прекращается и по тому же трубопроводу 8 подается в него вода для смыва. При замедлении вращения рабочего органа 4 (по сигналу из блока управления 16) и после выключения привода 8 (т.е. на выбеге) накопленный материал смывается водой. После чего, опять же по команде из блока управления 16, привод качания 9 устанавливает рабочий орган 4 в вертикальное положение, и накопленная компонента сливается в поддон 2. Далее процесс повторяется сначала.
Таким образом, суммарное воздействие на рабочую жидкость таких сил, как гравитационное, центробежное и кориолисово, вызывает ее сложное колебательное движение, способствующему и интенсивному разжижению, и глубокому расслоению, что положительно сказывается на эффективности извлечения полезной компоненты (в нашем конкретном случае тяжелого металла). Этому же способствует и автоматизация процесса.
Дополнительно стоит отметить, что процесс расслоения пульпы, (ее движение внутри рабочего органа предлагаемого устройства), близок к процессу расслоения в классическом лотке, т.е. жидкость совершает сложное колебание с частичным сбросом легкой компоненты, в результате чего происходит накопление тяжелого металла, оседающего на дне лотка.
Список использованной литературы.
1. Лопатин А.Г. Центробежное обогащение руд и песков. М. «Недра», 1987
2. Ротационно-вибрационный концентратор П.А.Брагина// А.С. СССР, №1651955, кл. В03В 5/32, 1989.
3. Патент на изобретение RU №2259236 С2, В03В 5/32, 2002.