ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР
HYDRAULIC SEPARATOR

Изобретение относится к устройствам для разделения частиц по гидравлической крупности, плотности, геометрическим размерам и может быть использовано в горной, строительной, химической и других отраслях промышленности.
Известен гидравлический классификатор зернистых материалов (авт.свид. №1738358, МПК B03B 5/62, бюллетень №21.92 г.). Гидравлический классификатор содержит цилиндрический корпус с днищем, выполненный в виде установленного меньшим основанием вверх усеченного конуса, в нижней части которого смонтированы патрубки - приемники для продуктов разделения. Внутри цилиндрического корпуса расположена цилиндрическая обечайка, соединенная с валом привода. На внешней стороне обечайки установлены с зазором к корпусу и днищу радиальные пластины, которые вместе с обечайкой образуют в корпусе вращающиеся разделительные камеры, над которыми установлен питатель исходного материала. К недостаткам известного гидравлического классификатора зернистых материалов, снижающим эффективность разделения частиц по крупности, относятся:
- высота жидкости в разделительных камерах в радиальном направлении, ограниченная поверхностью усеченного конуса, различна, а следовательно, и время осаждения частиц одной гидравлической крупности различное;
- время осаждения частиц в жидкости и плюс время их скольжения по поверхности конического днища на неравных по длине участках от точки падения на эту поверхность до отверстий, ведущих в приемные патрубки, еще более различается, даже для частиц одинаковой формы (с одним коэффициентом трения);
- образующийся на поверхности конуса слой сепарируемого материала высотой, равной зазору между разделительными пластинами и указанной поверхностью, будет периодически, по мере накопления, стекать в различные приемники продуктов разделения.
Наиболее близким по технической сущности является гидравлический сепаратор (патент РФ №2395345, МПК B03B 5/62, 2010 г.) для разделения частиц по крупности, содержащий цилиндрический корпус с днищем, установленные внутри корпуса, с зазором к нему и днищу с возможностью вращения, разделительные камеры с радиальными пластинами, экран в зазоре между разделительными камерами и приемниками продуктов разделения, вал с приводом вращения, питатель исходного материала и приемники продуктов разделения. Корпус выполнен в виде двух соосных цилиндров, нижние кромки которых герметично соединены с приемниками продуктов сепарации, образуя днище корпуса, а разделительные камеры выполнены в виде двух соосных цилиндрических обечаек, соединенных парами направляющих П-образной формы основанием вверх, которые образуют с корпусом сообщающийся сосуд. Корпус снабжен устройством для регулирования уровня зоны сепарации - внешним карманом с патрубками для слива и подачи воды.
Основными недостатками известного сепаратора являются:
- взаимное засорение продуктов сепарации по причине отклонения траекторий осаждения частиц (особенно частиц уплощенной формы) от оси симметрии их потока в зоне между цилиндрами разделительной камеры и радиальными перегородками;
- низкая эффективность обогащения частиц по плотности из-за разделения их исключительно по скоростям осаждения (по гидравлической крупности), что является значительным недостатком при разделении частиц широких диапазонов крупности;
- нестабильность уровня среды разделения в сепараторе по причине низкоэффективной системы разгрузки продуктов разделения.
Отклонение от прямолинейного осаждения частиц в зоне разделения происходит вследствие гидродинамических особенностей их обтекания средой, которые, в свою очередь, принимают особо сложный характер при неправильной форме разделяемых зерен. Так, полиминеральная смесь одного диапазона крупности (по результатам ситового анализа) вследствие уплощенной формы частиц большей плотности (например, частиц самородного золота) разделяется недостаточно эффективно. Поэтому, для оптимизации разделительного процесса требуется ограничить возможность отклонения частиц от оси симметрии потока путем создания механической преграды в горизонтальной плоскости в виде сплошных вертикальных стенок.
При наличии в разделяемой смеси равнопадающих частиц, т.е. частиц, осаждающихся с одинаковой конечной скоростью, но различными плотностями, гравитационное обогащение методом гидравлической классификации становится затруднительным. Поэтому для повышения эффективности сепарации следует комбинировать механизм разделения частиц по скоростям осаждения и механизм дифференциального ускорения (т.е. разделения по плотности частиц) реализуемый, например, в отсадочных машинах. Искусственно изменения скорости осаждения частиц можно добиться при изменении окружающих их условий осаждения. Так, при резком изменении условий осаждения частиц в «неограниченной среде» на условия «пристеночного осаждения», частицы будут замедляться и тем больше, чем меньше их плотность. Далее, по прохождении частицами узких каналов (зоны «пристеночного осаждения»), условия движения изменяются на первоначальные, т.е. становятся вновь в «условно неограниченной среде» с отсутствием боковых препятствий. Таким образом, чередованием в разделительной камере по ее высоте (глубине) узких каналов и зон осаждения частиц в «условно неограниченной среде» реализуется сепарационный механизм дифференциального их ускорения.
Разгрузка материала в известных конструкциях сепаратора производится через краны, т.е. «самотеком», что при недостаточном количестве материала (осадка) в приемнике приводит к неконтролируемому выходу жидкой среды и значительному снижению ее уровня в сепараторе. Кроме того, разгрузку достаточно крупного материала (более 1-2 мм) самотеком организовать достаточно сложно. При автономной работе системы регулирования уровня зоны сепарации, в случае непреднамеренного слива (пролива) воды из разгрузочных устройств, происходит быстрое заполнение сепаратора водой через патрубок для ее подачи, что приводит к образованию перемешивающих потоков, препятствующих эффективному разделению частиц. Поэтому, для стабилизации процесса разделения необходимо предусмотреть возможность разгрузки продукта разделения с постоянным содержанием влаги (отношением Ж:Т). Разгрузка осевшего материала из приемников может осуществляться механически, например подъемом осадка по наклонному желобу выше уровня пульпы вращающейся спиралью.
Целью изобретения является повышение эффективности и стабильности процесса разделения частиц по плотности. Достигается это тем, что
1) в зазоре между цилиндрами и радиальными перегородками разделительной камеры установлены секции узких каналов на расстоянии друг от друга по ее высоте (глубине), например три, состоящие из пересекающихся вертикальных пластин, которые образуют по пути движения частиц зоны пристеночного осаждения,
2) приемники продуктов разделения снабжены устройством для механической транспортировки осадка выше уровня пульпы и его разгрузки - наклонным цилиндром, в котором помещен параллельно его днищу вращающийся вал с насаженной на него спиралью (шнеком).
На фиг.1 показан гидравлический сепаратор (общий вид), на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 изображено расположение пластин, образующих три секции вертикальных каналов на различной глубине разделительной камеры.
Гидравлический сепаратор содержит цилиндрический корпус, образованный внешним 1 и внутренним 2 цилиндрами, к нижней кромке которых прикреплены приемники продуктов разделения 3 с наклонным цилиндром 4, в котором помещен параллельно его днищу вращающийся вал 5 с насаженной на него спиралью 6 для их разгрузки. Внутри корпуса соосно с цилиндрами 1 и 2 с зазорами к ним и приемникам продуктов разделения установлена разделительная камера 7, выполненная из двух коаксиальных, цилиндрических обечаек, образующих с корпусом сообщающийся сосуд, соединенных парами радиальных перегородок П-образной формы основанием вверх 8. В зазоре между перегородками установлены пластины 9, выполненные из отдельных прямоугольных элементов (например, трех) с возможностью их вертикального перемещения и демонтажа. Разделительная камера посредством траверсы 10 связана с валом 11 и приводится во вращение электродвигателем 12. Сепаратор снабжен питателем исходного материала 13, установленным над разделительной камерой и устройством для регулировки уровня зоны сепарации 14, установленным по высоте внешнего цилиндра от верхней его кромки до уровня, соответствующего установке одного элемента радиальных пластин. Устройство выполнено в виде внешнего кармана с патрубками для слива и подачи воды. В зазоре между разделительной камерой и приемниками продуктов разделения установлены пластины экрана 15 в виде сегментов кругового кольца с возможностью их радиального перемещения и снятия. В разделительной камере на различных ее глубинах установлены секции узких каналов 16 (например, три секции), выполненные в виде пересекающихся вертикальных пластин, которые образуют зоны пристеночного осаждения.
Сепаратор работает следующим образом. В режиме обогащения материала, содержащего частицы различной плотности и предварительно рассеянного на достаточно узкие классы крупности, устанавливаются пластины экрана 15 таким образом, чтобы препятствовать распределению частиц по всем приемникам продуктов сепарации и обеспечить разгрузку только из определенных приемников. На заданной высоте рабочей зоны сепаратора, в зависимости от крупности материала в питании, устанавливаются элементы радиальных пластин 9 и секции узких каналов 16. Корпус, образованный внешним 1 и внутренним 2 цилиндрами с приемниками продуктов сепарации 3 и установленная в нем разделительная камера 7 заполняются водой на соответствующий уровень рабочей зоны сепаратора. Камера посредством вала 11 и электродвигателя 12, связанных траверсой 10, приводится во вращение. Вал 5 и спираль 6 с помощью электродвигателя 17 каждого приемника продуктов разделения приводится во вращение. В камеру питателем 13 подается исходный материал в сухом виде или в виде жидкой пульпы. Частицы материала под действием гравитационной, архимедовой силы и силы сопротивления воды приобретают различную скорость осаждения и в зависимости от нее, а так же высоты и скорости вращения камеры распределяются по приемникам и пластинам экрана. За счет установленных последовательно секций узких каналов в зоне разделения реализуется дифференциальное ускорение частиц в процессе осаждения, следовательно частицы материала распределяются по приемникам в соответствии с их плотностью. Более плотные частицы (частицы с большей инерцией) приобретают большее ускорение при резком переходе из зоны пристеночного осаждения в зону условно свободного осаждения, следовательно, быстрее осаждаются и концентрируются в зоне ценного продукта (концентрата). Далее, при резком переходе из зоны условно свободного осаждения в зону пристеночного осаждения частицы относительно большей плотности замедляются менее интенсивно, что так же является частью сепарационного механизма дифференциального ускорения. По ходу движения камер материал, накопившийся на пластинах экрана, посредством нижней части радиальных пластин механически транспортируется в соответствующие приемники продуктов обогащения. Разгрузка продуктов из приемников производится за счет вращения спиралей. В режиме гидравлической классификации материала для получения узких классов крупности пластины экрана 15 не устанавливаются, и разгрузка продуктов производится из всех приемников.
Оптимизация процесса сепарации исходного материала производится изменением скорости вращения разделительной камеры, уровнем зоны сепарации, а так же высотой секций узких каналов (зон дифференциального ускорения), протяженностью зоны условно свободного осаждения (расстоянием между двумя последовательными секциями узких каналов), числом секций по пути осаждения частиц и размером каналов.
Высокая эффективность разделения частиц по их крупности либо по плотности достигается тем, что аппарат практически исключает условия перемешивания этих частиц и реализует комбинацию сепарационных механизмов: разделение по скоростям осаждения и дифференциальное ускорение частиц.