Строительные машины и оборудование

Оборудование для гидравлической классификации материалов

Гидравлическая классификация представляет собой процесс раз­деления исходной смеси на классы за счет различной скорости осаждения частиц в жидкой сфере. Наибольший эффект дает гидравлическая классификация строительных песков, которые при этом не только разделяются на фракции, но и промываются в во­де для удаления глинистых включений, т. е. происходит их обо­гащение. При гидравлической классификации скорость осаждения частиц зависит от формы, размера, плотности частиц, а также от свойств жидкости. Частицы исходной смеси, подвергаемой гид­равлической классификации, находятся под действием гравитаци­онных или центробежных сил, а также сил лротиводействия жид­кой среды — сопротивления трения, зависящего от вязкости жид­кости, и динамического сопротивления, определяемого скоростью движения частиц.

Силы трения преобладают для частиц крупностью менее 0,1 ... ... 0,2 мм, динамическое сопротивление — для частиц крупностью более 1 ... 2 мм. Силы тяжести частицы шарообразной формы, по­груженной в жидкость (Н), равна G4=^d3/[6(pM—рж)], где d — диаметр частицы, м; рм — плотность материала частицы, кг/м3; рж — плотность жидкости, кг/м3. Динамическое сопротивление при турбулентном движении определяется по закону Ньюто­на (Н): Рд=і|з5ичрж/2, где ■ф — коэффициент пропорциональности; S — площадь проекции частицы на плоскость, перпендикулярную направлению движения частицы относительно жидкости, м2; и,— скорость движения частицы относительно жидкости, м/с.

Сопротивление трению, по Стоксу (Н): Рт=3лцёач, где р,— динамическая вязкость среды, Па-с. Для определения скорости выпадения частиц крупностью более 1,5 мм приравниваем силу тяжести выпадаемой частицы G4 и силу динамического сопротив­ления Рд. Конечная скорость падения тела в жидкости (м/с): ик— cVd(pM — Рж)/Рж>гДе с — коэффициент, зависящий от формы
частицы, для шарообразной частицы с—5Д2. При выпадении ча­стиц в воде (рж= 1000 кг/м3), согласно Риттингеру, конечная скорость

VK = 0,l6Yd(рм — 1 ООО) .

При выпадении частиц крупностью 0,012 ... 0,175 мм, где учиты­вается только сила взаимного трения частиц и жидкости, прирав­няем силы G4 и Р, и получим скорость выпадения (м/с). Конеч­ная скорость выпадения і>к=0,545сР(рм—рж)/ц. При выпадении частиц в воде

VK=0,545d2 (рм—1000)/ц. (9.2)

Скорость выпадения частиц промежуточной крупности определя­ется по эмпирической зависимости:

Vk~ 0,1146с? j/^(pM— Ю00)/р. . (9.3)

При стесненном выпадении частиц определение Он весьма затруднено из-за многих факторов, влияющих на ее значение. Поэтому в общем случае зависимость между скоростями сво­бодного падения частиц (м/с) имеет вид £к. ст=Ук&, где k — коэффициент снижения скорости, зависящей от со­отношения твердой и жидкой фаз, крупности материала и др.

Наиболее распространенными ги­дравлическими классификаторами в настоящее время являются вертикаль­ные, горизонтальные, стесненного па­дения с восходящим потоком воды, центробежные. Первые из них просты по конструкции, надежны в работе и при требованиях невысокой точно­сти классификации могут быть ис­пользованы для обогащения строи­тельных песков; вторые — компакт­ны, с относительно большой производительностью, позволяют получать необходимое число фракций песка. Центробежные клас­сификаторы используют для классификации смесей с крупностью частиц 0,01 ... 0,5 мм, для которых разделение только под дей­ствием гравитационных сил становится неэффективным.

Вертикальный прямоточный классификатор (рис. 9.2) работает по следующей схеме. Водно-песчаная пульпа под давлением 0,3 МПа подается в классификатор через патрубок 1 и, проходя через диффузор 4, поступает в обогатительную камеру 5, площадь сечения которой превышает площадь верхнего сечения диффузора. 106

При этом скорость движения пульпы снижается настолько, что происходит выпадение наиболее крупных частиц, которые посту­пают в классификационную камеру 3. Мелкие частицы уносятся с водой по трубе 7. Для классификации осевших частиц смеси по граничному размеру в нижнюю часть классификационной камеры по трубе 2 подают чистую воду, часть которой, двигаясь вверх, через кольцевой коллектор 8 уносит мелкие частицы в обогати­тельную камеру. Остальная часть воды используется для гидро­

Транспорта крупной фракции по трубе 10 на склад. Спиральные лопатки 9 придают восходящему потоку в классификационной камере винтовое (вращательное) движение, что облегчает отде­ление и осаждение крупной фракции. В осадительной камере установлен регулируемый по высоте отбойный щиток 6.

Горизонтальный классификатор стесненного падения с восхо­дящим потоком воды (рис. 9.3) представляет собой классифика­ционную камеру, в которую поступает пульпа. Для повышения интенсивности и точности классификации в камеру снизу подается вода, образующая восходящий поток. Вода, поднимаясь по ка­мере, выносит более мелкие частицы из камеры, крупные частицы при этом осаждаются на дно классификационной камеры. Раз­грузка песка из камеры производится автоматически при задан­ной плотности пульпы. Для повышения производительности го­ризонтальные классификаторы делают многокамерными. Качество готовой продукции достигается регулированием подачи дополни­тельного количества воды.

Центробежные классификаторы бывают двух типов: 1) цент­рифуги— аппараты, в которых движение пульпы обеспечивается вращением движущихся рабочих поверхностей. В центрифугах происходит классификация мелкозернистых смесей (мел, глина). Основной недостаток центрифуг — интенсивный износ рабочих по­верхностей — препятствует их широкому применению; 2) гидро­циклоны— неподвижные аппараты, в которых движение пульпы носит вращательный характер. Гидроциклон состоит из двух свар­ных или литых секций; нижняя 1 (рис. 9.4) имеет форму конуса, верхняя 2 — цилиндра. Пульпа подается в цилиндрическую сек­цию через патрубок 3 под давлением 0,1 ... 0,3 МПа тангенци­ально к внутренней поверхности. В патрубке 3 имеется направ­ляющая втулка с сужающимся каналом, что повышает скорость потока на входе до нескольких десятков метров в секунду. Бла­годаря этому возникает центробежное ускорение, значительно превышающее ускорение свободного падения. При движении пульпы в конусной части корпуса под действием центробежных сил она начинает разделяться на две части: более крупные, ча­стицы осаждаются и через насадку 5 разгружаются, более мел­кие вместе с потоком воды через патрубок 4 выводятся наружу. Граница разделения материала регулируется давлением на вы­ходном патрубке: чем выше давление, тем меньше граничный размер зерна осаждаемого материала. Корпус гидроциклонов для предотвращения износа футеруется резиной или каменным литьем.