СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ТВЁРДЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО КРУПНОСТИ
METHOD OF SEPARATION OF SOLID MATERIALS BY FINENESS

Изобретение относится к способам разделения, обогащения, классификации нерудных и рудной материалов, в частности к способам разделения твердых материалов по крупности.
Известен способ разделения твердых материалов по крупности Авторское свидетельство СССР 444567, кл. В07В 4/08, 1971, включающий введение материала в зону разделения, направление на материал воздушного потока, разделение воздушным потоком по крупности, подачу выделенных фракций на боковую поверхность барабана, разделенных фракций.
Однако данный способ разделения твердых материалов по крупности отличается низкой эффективностью, поскольку не позволяет разделять частицы твердых материалов различающиеся парусностью.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ разделения твердых материалов по крупности Авторское свидетельство SU №1313530 А1 кл. В07В 13/00 30.05.87. Бюл. №20 Государственный всесоюзный дорожный научно-исследовательский институт (72) А.А. Матросов, Ф.В. Панфилов, А.М. Сысоедов и В.В. Никольский, включающему введение материала в зону разделения, направление на материал воздушного потока, разделение воздушным потоком по крупности, подачу выделенных фракций на боковую поверхность барабана, разделение на барабане и вывод разделенных фракций, материал перед введением в зону разделения расслаивают, а воздушный поток направляют в сторону вращения барабана.
Однако данный способ разделения твердых материалов по крупности отличается недостаточной эффективностью, поскольку не позволяет эффективно использовать для разделения частиц аэродинамическую силу обусловленную их вращением - и силу Магнуса.
Задача изобретения заключается в повышении эффективности использования аэродинамической силы Магнуса, обусловленной вращением частиц материала в процессе их поступательного движения, то есть управление скоростью витания частиц, определяемой их паруностью и как результат повышение качества разделения твердых материалов по крупности.
Указанная задача достигается тем, что в предлагаемом способе разделения твердых материалов по крупности, включающем в себя расслоение материала, введение его в зону разделения, направление на материал воздушного потока, разделение его воздушным потоком по крупности, подачу выделенных фракций на боковую поверхность барабана, разделение на барабане и вывод разделенных фракций, воздушный поток направляемый на материал предварительно закручивают в интенсивное вихревое движение, формируя слой устойчивых вихрей, присоединенных к зоне разделения материала.
Предлагаемый способ разделения твердых материалов по крупности, способствуя закручиванию частиц материала за счет предварительно закручиваемого воздушного потока, направляемого на них в зоне разделения, формирует аэродинамическую силу Магнуса действующую на частицы материала, определяемую их парусностью. Аэродинамическая сила Магнуса, создавая вертикальное ускорения частиц материала, согласно закону Ньютона, изменяет скорость их вертикального перемещения. Частицы, различающиеся крупностью (размерами), то есть парусностью, определяемой отношением площади миделева сечения к их плотности, перемещаясь в вертикальном направлении с различной скоростью, способствуя повышению качества разделения твердых материалов, то есть повышению эффективности классификации по крупности путем более тонкой градации частиц материала по их размерам в процессе разделения.
На фиг 1. Изображено устройство для реализации предложенного способа разделения твердых материалов по крупности.
Устройство состоит из гладкого вращающегося барабана 1, вибролотка 2, вихреисточника 3, включающегося в себя конфузорный канал подачи воздуха 4, вихревую камеру 5, сопла 6, формирующие воздушный поток с устойчивыми вихрями, секция бункеров 7 для сбора расслоенных мелких фракций в вихревом потоке, секция бункеров 8 для сбора расслоенных крупных материалов при контакте с поверхностью барабана, разделительный шибер 9. В положении вихреисточника позиции А поток закручивается против направления вращения барабана. В случае закрутки потока в зоне разделения по направлению вращения барабана положение вихреисточника 3 указано на положении Б.
На фиг. 2 представлена схема действия аэродинамической силы Магнуса на частицу твердого материала, вращающуюся под действием предварительно закрученного, направленного на нее воздушного потока. Позиция А соответствует вращению частицы против направления вращения барабана. Позиция Б соответствует вращению частицы по направлению вращения барабана.
Способ разделения твердых материалов по крупности осуществляется следующим образом.
Исходный твердый материал, поступая в вибролотк 2, расслаивается по крупности за счет действующих на частицы материала, сил трения, в процессе их вибрационного движения. Частицы обладающие большим коэффициентом трения движутся по вибролотку 2 с меньшей скоростью V по отношению к частицам обладающим меньшим коэффициентом трения. В результате чего на входе в зону разделения частицы движутся широким веером, что способствует более эффективному воздействию на них предварительно закрученного в вихреисточнике 3 потока.
Воздушный поток через конфузорный канал подачи воздуха 4 поступает в вихревую камеру 5, в которой закручивается в зависимости от положения вихреисточника 3 по направлению барабана 1 либо против направления. Закрученный в вихревой камере 5 воздушный поток через сопла 6 направляется в виде устойчивой системы присоединенных вихрей в зону разделения частиц материала.
ω
Для обеспечения устойчивости системы присоединенных вихрей, то есть обеспечения равенства скорости воздушного потока U вытекающего из сопла 6, формирующего воздушный поток с устойчивыми вихрями, и скорости движения вихрей U, согласно теории «вихревой дорожки Кармана», необходимо соблюдение условия, при котором ширина слоя закрученного воздушного потока на выходе из сопла 6 должна быть не более 10% от диаметра вихревой камеры 5:
При этом необходимая ширина воздушного потока направляемого в зону разделения в зависимости от компоновки устройства определяется количеством и расположением сопел 6.
M
Под действием устойчивых присоединенных вихрей в зоне разделения происходит закручивание частицы твердого материала в зависимости от их парусности. В зависимости от направления вращения частиц твердого материала по направлению или против направления вращения барабана 1, определяемого положением вихреисточника 3 по отношению к барабану 1,на них действует аэродинамическая сила Магнуса F направленная вниз или вверх соответственно, определяемая по формуле:
M
F=mω(U+V).
M
Таким образом, масса частицы твердого материала m, определяемая крупностью (размером) и плотностью частиц, то есть их парусностью, скорость воздушного потока U в зоне разделения, угловая скорость вращения частиц ω, задаваемая вихреисточником 3, определяет величину аэродинамической силы Магнуса F. Указанное позволяет эффективно управлять скоростью витания частиц твердого материала, расширяя диапазон боковой поверхности барабана 1, на которую поступают частицы из зоны разделения, тем самым повышая качество разделения материала.
В случае закрутки воздушного потока в систему устойчивых вихрей по направлению вращения барабана 1 аэродинамическая сила Магнуса будет создавать подъемную силу, аналогичную циркуляционной силе Жуковского, способствуя существенному увеличению времени витания частиц твердого материала уменьшению скорости их оседания, тем самым существенно увеличивая сегмент боковой поверхности барабана, на которую поступают закрученные частицы материала из зоны разделения. Указанное дополнительно способствует повышению эффективности классификации по крупности путем более тонкой градации частиц материала по их размерам в процессе разделения. Для повышения качества разделения используется шибер 9 позволяющий регулировать разделение частиц с высокой парусностью.
Экспериментальная проверка способа и устройства провидена в условиях асбестовой опытной фабрики на экспериментальной модели фрикционного сепараторов на различных асбестосодержащих продуктах, а так же на различных видах покрытия поверхности вибролотка.
Режим проведения опытов и результаты разделения приведены в табл. 1
Анализ полученных продуктов разделения на сепараторе позволил классифицировать полученные концентраты и хвосты разделения согласно скоростей витания асбеста и диаметра породных частиц по приемным секциям бункеров (см Фиг. 1 поз. 7, 8) таблица 1 опыт 1, 2 представлены в таблице 2. Согласно методике описанной в статье Потапов В.Я., Макаров В.Н., Анохин П.М., Потапов В.В., Костюк П.А., Степаненков Д.Д. Изучение аэродинамических характеристик частиц, обладающих парусностью с целью создания пневмотранспортных систем // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2017. №5. С. 136-144.