ГИДРОЦИКЛОННАЯ УСТАНОВКА С РЕГУЛИРУЕМЫМИ КОНСТРУКТИВНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
HYDRAULIC CYCLONE UNIT WITH ADJUSTABLE PARAMETERS

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в которой осуществляются процессы классификации измельченного материала по крупности зерен в водной среде.
Задачей создания гидроциклонной установки, включающей гидроциклоны, осуществляющие разделение исходного материала, насос, подающий пульпу под давлением в гидроциклон, зумпф и транспортирующие пульпу трубопроводы, приборы контроля параметров пульпы в процессе работы установки, датчики, передающие результаты замеров на аппаратуру автоматического контроля и управления гидроциклонной установкой (АСУ ГУ), исполнительные механизмы, выполняющие команды АСУ ГУ, является обеспечение заданных технологических параметров разделения исходной пульпы в условиях колеблющихся технологических процессов на обогатительных фабриках. Сложность этой задачи обусловлена непостоянством потоков пульпы, поступающей на классификацию. При работе гидроциклонной установки в замкнутом цикле с шаровыми мельницами, являющейся основной функцией гидроциклонов на обогатительной фабрике, наиболее часто нарушения установленного режима классификации материала происходят из-за колебаний производительности и циркулирующей нагрузки шаровых мельниц, при которых изменяется крупность продукта и плотность пульпы, поступающей в гидроциклоны. Колебания производительности и циркулирующей нагрузки шаровых мельниц вызываются эпизодическими изменениями прочности поступающего на обогащение сырья при отсутствии или недостаточности его усреднения.
Эти условия эксплуатации гидроциклонов выдвигают в качестве основного направления в разработке гидроциклонных установок повышение степени стабильности технологических характеристик продуктов разделения при колебаниях параметров исходного питания установок.
^
Известна гидроциклонная установка, состоящая из батареи гидроциклонов с песковыми насадками и сливными патрубками, шламового насоса, трубопроводов подачи пульпы и воды, запорных шиберов, контрольно-измерительной аппаратуры, включающей измерители давления пульпы, расходомеры воды, пульпы, уровнемер пульпы, регулировочный клапан подачи воды и преобразователь частоты, включенные в автоматическую систему управления гидроциклонной установкой (АСУ ГЦУ). (прототип: гидроциклонная установка Contiglass- R-System - Engineering Dobersek GmbH. http//www.ed-mg.de/Contigiass-R-System. 87.0.html)
Приемами стабилизации показателей данной установки служат:
1) поддержание постоянства плотности питания гидроциклонов;
2) сохранение заданного давления на входе в гидроциклон. С помощью АСУ ГЦУ регулируют:
- давление на входе в гидроциклон изменением частоты вращения рабочего колеса насоса,
- уровень пульпы в зумпфе насоса подачей в зумпф вместе с исходной пульпой технической воды, при этом должна поддерживаться оптимальная плотность пульпы, подаваемой в гидроциклон.
Недостатком прототипа является то, что установка применима при узких пределах колебания объемов поступающей на классификацию пульпы и не обеспечивает постоянство показателей разделения пульпы в условиях обогатительной фабрики, на которых эти колебания, как правило, значительны. Так поддержание постоянства плотности пульпы в зумпфе при подаче в него воды может быть достигнуто при небольших колебаниях величин производительности и циркулирующей нагрузки мельницы и большом объеме зумпфа, благодаря чему эти колебания сглаживаются.
Недостаток прототипа обусловлен главным образом тем, что используются только средства регулирования крупности разделения продукта и производительности гидроциклона: давление на входе в гидроциклон и подача пульпы; средства регулирования такого параметра как плотность песков, заданную величину которой необходимо выдерживать, например, при работе установки в замкнутом цикле с мельницами 2-й и 3-й стадий измельчения, отсутствуют. В связи с этим средствами прототипа невозможно устранить отрицательное влияние колебания плотности питания гидроциклонов на показатели разделения. Это можно проследить на основе анализа работы прототипа при разных нагрузках.
При заданной производительности мельницы, в замкнутом цикле с которой работает гидроциклонная установка, с поступлением в мельницу менее прочного сырья снижается циркулирующая нагрузка и соответственно объем пульпы, поступающей в зумпф насоса. При уменьшении объема пульпы происходят следующие изменения параметров работы АСУ ГЦУ:
1) снижается плотность пульпы, подаваемой в гидроциклон, в связи с подачей технической воды в зумпф для поддержания в нем заданного уровня пульпы;
2) уменьшается гидродинамическое сопротивление гидроциклона, соответственно при установленной частоте вращения насоса увеличивается подача пульпы в гидроциклон.
Функции АСУ ГЦУ при этом режиме работы сводятся к поддержанию в зумпфе заданных уровня пульпы подачей оборотной воды и давления разбавленной пульпы на входе в гидроциклон, стабилизируемого за счет изменения частоты вращения насоса и его производительности. Этот прием регулирования не устраняет отрицательного влияния на показатели разделения происходящего изменения плотности питания гидроциклонов. Колебание содержания твердого в питании гидроциклона приводит к изменению содержания твердого в сливе и песках гидроциклона и крупности слива (См. А.И.Поваров. Гидроциклоны на обогатительных фабриках. М.: Недра, 1978).
Возможно поддержание постоянной плотности пульпы изменением давления на входе в гидроциклон и его производительности пропорционально объему поступающей в зумпф пульпы, однако это недопустимо, так как при колебаниях давления и производительности гидроциклонов изменяется крупность разделяемых продуктов.
При поступлении в мельницу более прочного сырья увеличивается циркулирующая нагрузка и повышается объем поступающей в зумпф пульпы. В данном случае приемом увеличения пропуска через гидроциклон возросшего объема пульпы служит повышение частоты вращения насоса и соответственно его производительности при увеличении давления на входе в гидроциклон. Недостатком является то, что с увеличением давления и производительности понижается крупность и выход твердой фазы слива, в то же время чаще перегружается песковое отверстие, при этом, наоборот, увеличивается выход и крупность слива.
В целом причиной, определяющей низкую эффективность работы прототипа, является то обстоятельство, что реализуемый способ регулирования процесса разделения в гидроциклоне использует только прием оптимизации одного параметра подаваемой в гидроциклон пульпы: давления на входе, определяющего подачу пульпы, что является недостаточным, так как показатели разделения в большой степени зависят также от конструктивных параметров гидроциклона, в частности от размеров разгрузочных отверстий песковой насадки и сливного патрубка и их соотношения: от диаметра сливного патрубка зависит гидродинамическое сопротивление гидроциклона и соответственно его пропускная способность, от отношения диаметра песковой насадки к диаметру сливного патрубка - разгрузочного отношения - плотность продуктов разделения. Разгрузочное отношение определяет объемы песковой и сливной фракций, выделяемых гидроциклоном при разных плотностях питания (А.И.Поваров. Гидроциклоны на обогатительных фабриках. М.: Недра 1978). Достаточная для подачи в мельницу плотность песков достигается при определенных разгрузочных отношениях в зависимости от плотности питания гидроциклона. Следовательно для достижения заданной плотности песков при изменениях плотности питания необходимо изменять (регулировать) разгрузочное отношение гидроциклона.
Задачей настоящего изобретения является повышение степени стабилизации технологических показателей разделения пульпы в гидроциклонах в условиях колебания характеристик поступающих в гидроциклоны потоков пульпы.
Технический результат достигается тем, что гидроциклонная установка с регулируемыми конструктивными параметрами, состоящая из батареи гидроциклонов с песковыми насадками и сливными патрубками, шламового насоса с всасывающим и напорным трубопроводами, зумпфа, запорного шибера, трубопровода подачи технической воды, оснащенная контрольно-измерительной аппаратурой: измерителем давления пульпы, расходомером воды, уровнемером пульпы, регулировочным клапаном подачи воды и преобразователем частоты, включенными в автоматическую систему управления гидроциклонной установкой АСУ ГЦУ, согласно изобретению дополнительно оснащена устройствами автоматического регулирования конструктивных параметров гидроциклона: песковая насадка каждого гидроциклона оснащена регулируемой диафрагмой в виде упругого полого резинового тороида, расположенного  между торцом песковой насадки и стальной прижимной втулкой в опоясывающем песковую насадку соленоиде, перемещающем прижимную втулку, которая при этом деформирует тороид сжатием с уменьшением его внутреннего диаметра, а к сливному патрубку соосно присоединен разгрузочный патрубок, оснащенный регулируемой диафрагмой в виде полого резинового тороида, расположенного между фланцем сливного патрубка и стальной прижимной втулкой в соленоиде, опоясывающем разгрузочный патрубок, соленоид, перемещая прижимную втулку, деформирует тороид с уменьшением его внутреннего диаметра, таким образом изменяя проходные сечения обоих разгрузочных каналов каждого гидроциклона. АСУ данной предлагаемой авторами гидроциклонной установки дополнительно к приемам регулирования технологических параметров (давление на входе, производительность) осуществляет приемы автоматического регулирования конструктивных параметров гидроциклона, в частности проходных сечений разгрузочных каналов, определяемых диафрагмами.
Таким образом в устройство гидроциклонной установки внесены новые конструктивные элементы: регулируемые диафрагмы новой конструкции в обоих разгрузочных каналах гидроциклона.
Новизна данного изобретения заключается в том, что сочетание регулируемых диафрагм в обоих разгрузочных каналах гидроциклонов установки обеспечивает возможность комплексного многокомпонентного автоматического регулирования движения потоков пульпы в гидроциклоне, определяющего главные его показатели: гидродинамическое сопротивление и распределение пульпы между сливным и песковым каналами. Регулированием соотношения песковой и сливной фракции разделяемого продукта достигается заданная плотность песков или слива при колебаниях плотности питания гидроциклона. Регулированием выпускных отверстий диафрагм достигается:
1) стабилизация производительности гидроциклона при изменении плотности питания,
2) оптимизация разгрузочного отношения, определяемого как отношение диаметра отверстия диафрагмы песковой насадки к диаметру отверстия диафрагмы разгрузочного патрубка, с достижением заданной плотности песков или слива. Необходимость стабилизации производительности обусловлена следующим. При снижении плотности поступающей в гидроциклон пульпы снижается гидродинамическое сопротивление гидроциклона, в связи с чем увеличивается подача пульпы в гидроциклон насосом. При уменьшении отверстия диафрагмы разгрузочного патрубка увеличивается сопротивление гидроциклона и уменьшается его производительность и соответственно скорость потоков внутри гидроциклона, достигая заданных изначально величин, при которых осуществляется запрограммированное разделение зерен по крупности.
Регулирование диафрагм позволяет изменять в процессе работы разгрузочное отношение и таким образом определять соотношение объемов песков и слива, влияя на показатели разделения при всех возможных параметрах исходного питания гидроциклонов: плотности пульпы и давления на входе. С увеличением разгрузочного отношения относительное количество песков возрастает, соответственно уменьшается выход слива и содержание твердого в песках; твердая фаза слива и песков становится тоньше (А.И.Поваров. Гидроциклоны на обогатительных фабриках. М.: Недра, 1978). Оптимальные результаты могут быть достигнуты при одновременном регулировании производительности гидроциклона и разгрузочного отношения изменением диаметров отверстий диафрагм. При снижении плотности питания гидроциклона АСУ ГЦУ выполняет следующие функции: а) регулирование производительности (пропускной способности) гидроциклона уменьшением отверстия диафрагмы разгрузочного патрубка; б)регулирование разгрузочного отношения в соответствии с плотностью питания гидроциклонов изменением отверстия диафрагмы песковой насадки. При увеличении циркулирующей нагрузки в цикле измельчения и объема поступающей на классификацию пульпы с большей плотностью автоматическое управление процессом включает: а) регулирование производительности (пропускной способности) гидроциклона на более плотной пульпе путем увеличения отверстия диафрагмы разгрузочного патрубка; б) дополнительное регулирование частоты вращения насоса при избыточных объемах поступления пульпы; в)увеличение отверстия диафрагмы песковой насадки до оптимального значения разгрузочного отношения.
Технологический эффект предлагаемой согласно изобретению гидроциклонной установки заключается в том, что регулированием размеров отверстий разгрузочного патрубка и песковой насадки и соответственно разгрузочного отношения достигается постоянство плотности песков при колебаниях плотности питания гидроциклонов в замкнутых циклах с мельницами 2-й и 3-й стадий измельчения, где требуется высокая постоянная плотность поступающих в мельницу песков в виде циркулирующей нагрузки, или плотности слива в первой стадии измельчения, в которой плотность слива контролируется перед последующим обогащением.
Увеличение плотности слива гидроциклонов в первой стадии измельчения достигается повышением плотности питания гидроциклона и уменьшением отверстия диафрагмы песковой насадки.
На фиг.1 приведена схема предлагаемой гидроциклонной установки с регулируемыми конструктивными параметрами,
На фиг.2 показан разрез песковой насадки с диафрагмой.
На фиг.3 приведен разрез разгрузочного патрубка с диафрагмой.
На фиг.1 приведена схема гидроциклонной установки с новыми конструктивными элементами, расширяющими область регулируемых в процессе работы параметров разделения пульпы.
Установка состоит из батареи гидроциклонов 1 с оснащенными диафрагмами песковыми насадками 2 и разгрузочными патрубками 3, являющихся продолжением сливных патрубков гидроциклона, шламового насоса 4 с всасывающим 5 и напорным 6 трубопроводами, запорного шибера 7, зумпфа 8, измерителя давления 9, трубопровода технической воды 10, расходомера воды 11, уровнемера 12, регулировочного клапана подачи воды 13, сливных труб 14, трубы отвода песков 15, преобразователя частоты 16.
Контрольно-измерительными приборами с датчиками осуществляется замер параметров технологического режима: давления пульпы на входе в гидроциклон, уровня заполнения зумпфа, расхода технической воды и пульпы, подаваемых в зумпф, плотности пульпы, степень открытия диафрагм относительно исходного положения. На основе полученных данных с помощью АСУ, к которой подключается гидроциклонная установка, осуществляется непрерывный контроль и управление ее работой, обеспечивая поддержание заданных параметров технологического процесса: уровня пульпы в зумпфе, давления пульпы на входе в гидроциклон и его производительности, плотности песков и слива гидроциклона и крупности продуктов разделения.
Для реализации управления гидродинамическим сопротивлением насоса и распределением объемов песков и слива разработано новое устройство диафрагм, регулирующих размеры отверстий выходных каналов гидроциклона: в песковой насадке и разгрузочном патрубке, служащем продолжением сливного патрубка гидроциклона.
Известно устройство в виде резиновой манжеты, изменяющее сечение отверстия песковой насадки с помощью сжатого воздуха (А.И.Поваров. Гидроциклоны на обогатительных фабриках. М.: Недра, 1987) Недостатком этого устройства является сложность, обусловленная необходимостью герметизировать пространство вокруг манжеты, в которое подается сжатый воздух,
1
2
На фиг.2 паказан схематично разрез песковой насадки 17 с диафрагмой предлагаемой конструкции, выполненной в виде полого тороида 18 с прижимной шайбой 19 и соленоида 20, где d - внутренний диаметр тороида (диаметр отверстия диафрагмы), d - диаметр отверстия песковой насадки.
1
2
Полый тороид изготовляется из упругой резины, способной восстанавливаться после сжатия, прижимная втулка - из малоуглеродистой стали. Тороид и втулка устанавливаются в полиуретановой трубке соленоида, которая прикрепляется к торцу песковой насадки, при этом тороид верхней поверхностью прижат к торцу песковой насадки, нижней и боковиной - к горизонтальной и вертикальной круговым поверхностям втулки. Внутренний диаметр тороида d равен (1-0,9)d - диаметра отверстия на выходе из песковой насадки.
1
Диафрагма функционирует следующим образом. При включении электропитания соленоида 20 стальная прижимная втулка 19 перемещается вверх, сжимая полый резиновый тороид 18. При этом происходит упругая деформация стенок тороида внутрь тороида, в связи с чем уменьшается диаметр d. Увеличению внешнего диаметра тороида при сжатии препятствует внутренняя вертикальная круговая поверхность втулки.
При отключении питания соленоида резиновый тороид за счет своей упругости возвращает свою исходную конфигурацию.
На фиг.3 показан предлагаемый разгрузочный патрубок 22 с диафрагмой 23. Разгрузочный патрубок соосно присоединен к сливному патрубку 21. Диафрагма в виде полого тороида из упругой резины 23 и стальная цилиндрическая втулка 24 помещены в разгрузочный патрубок, который опоясан соленоидом 25, при этом тороид упирается нижней поверхностью во фланец сливного патрубка 21, верхней - во втулку, внешней - во внутреннюю поверхность сливного патрубка.
1
4
Внутренний диаметр тороида d равен внутреннему диаметру патрубка d.
Отверстие диафрагмы разгрузочного патрубка при включении электропитания соленоида уменьшается благодаря сжатию тороида перемещаемой вниз втулки 24 и восстанавливается в прежнем размере за счет упругости резины при отключении питания соленоида.
В обоих устройствах по фиг.2 и фиг.3 предусмотрено переключение соленоида на снятие нагрузки с тороида путем опускания втулки (фиг.2) или подъема втулки (фиг.3).
Диафрагма по фиг.2 функционирует аналогично диафрагме по фиг.3. Функционирование предлагаемой авторами гидроциклонной установки в замкнутом цикле с мельницей происходит следующим образом. Пульпа слива мельницы поступает в зумпф, откуда насосом подается на классификацию в батарею гидроциклонов. Слив гидроциклонов, содержащий готовые по крупности классы измельченного материала, направляется на последующее обогащение, пески, содержащие относительно крупные классы, возвращаются в мельницу в виде циркулирующей нагрузки.
Управление гидроциклонной установкой осуществляется встроенной автоматической системой, обеспечивающей стабилизацию основных показателей продуктов разделения при колебаниях объемов поступающего на классификацию слива мельницы, при которых плотность пульпы, подаваемой в гидроциклон после вынужденного разбавления для поддержания заданного уровня, тоже колеблется.
Со встроенными диафрагмами предлагаемая гидроциклонная установка осуществляет с помощью системы автоматического управления следующие функции:
1) при снижении плотности пульпы, подаваемой в гидроциклон:
а) уменьшение отверстия диафрагмы разгрузочного патрубка до снижения производительности гидроциклона по пульпе, равной исходной производительности. Таким образом максимально восстанавливаются гидродинамические параметры потоков пульпы в гидроциклоне и условия разделения зерен по крупности, изменившиеся при снижении плотности питания;
б) уменьшение отверстия диафрагмы песковой насадки до оптимального значения разгрузочного отношения при данных плотности подаваемой в гидроциклон пульпы и диаметре отверстия диафрагмы разгрузочного патрубка. При этом достигается заданная плотность песков при изменении плотности питания гидроциклона;
в) одновременное уменьшение размеров отверстий диафрагм разгрузочного патрубка и песковой насадки при сохранении оптимального значения их разгрузочного отношения. При этом достигается за счет увеличения сопротивления гидроциклона снижение его производительности до поддержания заданного уровня пульпы в зумпфе при подаче в него воды или без;
г) одновременное изменение размеров отверстий диафрагм с поддержанием оптимального разгрузочного отношения в зависимости от плотности разделяемой в гидроциклоне пульпы и изменении подачи пульпы в гидроциклон насосом. При этом достигается при увеличении подачи снижение крупности слива; при снижении подачи - увеличение крупности слива при заданной плотности пульпы;
2) при эпизодическом увеличении объема пульпы, поступающей в зумпф насоса:
а) синхронно увеличиваются отверстия диафрагм песковой насадки и разгрузочного патрубка с достижением разгрузочного отношения, оптимального для плотности пульпы, поступающей в гидроциклон. При этом достигается стабилизация плотности продуктов разделения и их крупности;
б) при растущем увеличении уровня пульпы в зумпфе увеличивается частота вращения насоса до стабилизации уровня.
С увеличением отверстия диафрагмы разгрузочного патрубка уменьшается гидродинамическое сопротивление гидроциклона и повышается его производительность при данной частоте вращения насоса, соответственное увеличение отверстия диафрагмы песковой насадки обеспечивает пропускную способность гидроциклона по пескам при возросшей производительности при стабильных показателях по крупности и плотности продуктов.
Предлагаемая авторами гидроциклонная установка изготовляется из освоенных промышленностей элементов, кроме разгрузочного патрубка и песковой насадки с диафрагмами. Полые тороиды изготовляются свариванием двух резиновых желобчатых полуколец выпуклостью наружу. Желобчатые полукольца отливаются из резины упругих износостойких марок.
Полезность данного изобретения заключается в том, что благодаря повышению степени стабилизации показателей разделения пульпы в гидроциклоне достигаются более высокие результаты обогащения продуктов классификации на обогатительных фабриках.