CN106680160A - 一种上升水流法连续水力分析仪及其分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上升水流法连续水力分析仪及其分析方法，包括由圆柱段和圆锥段构成的分级管，设置在分级管的圆柱段与圆锥段内腔连接处的稳流格板，设置在分级管的圆柱段上部的溢流槽和溢流管，设置在分级管的圆锥段下部的排水口和排水阀，在所述的溢流槽的上部设有进水支架，在所述的进水管支架和稳流格板中心位置开有通孔，进水管穿过进水支架和稳流格板中心的通孔插入至分级管的圆锥段底部，并通过定位环与进水支架固定连接，在所进水管上还设有用于测量上升水流的涡轮流量计。利用本发明的分析仪进行水力分析，其结构更简单，操作更方便，且分级界限和个数可根据需要灵活调整，且测量误差小、测量效率高。

Description

一种上升水流法连续水力分析仪及其分析方法

技术领域

本发明属于选矿设备技术领域，涉及对0.1mm以下固体物料进行水力分析的一种上升水流法连续水力分析仪及其分析方法。

背景技术

水力分析是通过测定颗粒的沉降速度间接量度物料粒度组成的方法，常用来代替筛分分析测定微细矿物的粒度组成，在选矿研究和生产中广泛应用。

目前常用的方法有3种，1)淘洗法，一般由水析槽、标尺和托架构成，水析槽侧面距槽底一定高度设排料口，用于排出悬浮物料；水析槽底设沉砂口，用于排出沉降的固体物料。水析槽可用烧杯代替，用虹吸管吸出悬浮物料，直接倾倒沉降的固体物料。淘洗法是利用细料物料粒度与自由沉降速度存在确定的关系，先根据要分级的界限粒度，计算出其沉降速度，由沉降高度和沉降速度，计算出沉降时间，通过控制沉降时间，从排料口排出或采用虹吸法吸出小于界限粒度的细物料悬浮液。淘洗过程中物料是在静态介质中沉降，一次淘洗不可能将小于界限粒度的细物料全部取出，需重复多次淘洗才能达到测试目的，因此，该方法存在操作不便，操作不稳定、测量误差大、测量时间长等缺点。2)上升水流法，分级装置由支架、给料槽、直径不同的容器和胶管构成，直径不同的容器由胶管串连，分级个数是容器个数加1。上升水流流速与沉降速度相等时，物料悬浮，沉降速度大于上升水流流速时，物料下降，沉降速度小于上升水流流速时，物料上升。水流量一定，直径越大，上升水流流速越小。根据分级个数n，设计n-1个装置，装置从前到后直径依次变大，在水流量一定的条件下容器中的上升水流速度依次降低。物料进入第一个容器中，大于界限粒度的物料沉降下来，细物料进入下个装置，物料连续顺序进入直径递增的容器，得到从粗到细的各级别物料。此法存在的问题是，装置个数多，结构复杂，操作不稳定，水流管径长，分析时间长，装置连接要求高，且装置一般是几个标准尺寸，只能分级限定的几个级别，灵活性差；3)旋流分级法，需要动力装置，结构复杂，只能分级限定的几个级别，误差较大，效率低。以上3种方法均存在缺点，影响了其在科研及生产中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，操作方便的上升水流法连续水力分析仪。

本发明的另一个目的是提供一种利用上述分析仪，通过控制给水流量，可高效、准确地对小于0.1mm的细粒物料进行水力分析的方法。

本发明提供的一种上升水流法连续水力分析仪，其特征在于包括由圆柱段和圆锥段构成的分级管，设置在分级管的圆柱段与圆锥段内腔连接处的稳流格板，设置在分级管的圆柱段上部的溢流槽和溢流管，设置在分级管的圆锥段下部的排水口和排水阀，在所述的溢流槽的上部设有进水支架，在所述的进水管支架和稳流格板中心位置开有通孔，进水管穿过进水支架和稳流格板中心的通孔插入至分级管的圆锥段底部，并通过定位环与进水支架固定连接，在所进水管上还设有用于测量上升水流的涡轮流量计。

本发明的一种利用上升水流法连续水力分析仪进行水力分析的方法，其特征在于包括下列步骤：

1)打开进水管向分级管内注水，至液面没过稳流格板，然后停止给水；

2)从上部将待分级物料加入分级管内，其物料粒度小于0.1mm，容积浓度3％，物料通过稳流格板沉降至分级管底部；

3)根据拟分级的界限粒度，采用下列公式计算相应的自由沉降沉降速度；

式中ν_n为沉降末速，m/s；μ为水的粘性系数，常温0.001Pa·s；d_n为临界粒径，mm,n个界限粒度d₁，d₂,……d_n将物料分成(-d₁)、(d₁-d₂)、……、(d_n-1-d_n)和(+d_n)n+1个级别的产品，mm；δ为待测物料密度,kg/m³；ρ水密度一般为1000,kg/m³；χ为形状修订系数，球形为1，类球形0.8-2，多角形0.65-0.8，长条形0.5-0.65，扁平形<0.5。

4)根据设定粒级的沉降速度ν₁到ν_n，按照由细粒度d₁到粗粒度d_n，调整上升水流速度由低到高ν₁到ν_n的顺序，依次调整水流速度至设定值，将各粒级物料分别经溢流管排出；

5)分级结束后，停止给水，打开水力分级管下部的排水阀，并冲洗分级管，排出分级管内的水及剩余物料，得到最粗级别的物料；

6)对各级别物料过滤、烘干、称重，最终获得该试样n+1个粒级，即(-d₁)、(d₁-d₂)、……、(d_n-1-d_n)和(+d_n)产品。

本发明的有益效果体现在：

与传统的上升水流法和旋流分级法相比，结构更简单，操作更方便，且分级界限和个数可根据需要灵活调整，且测量误差小、测量效率高，使水力分析在科研及生产中的重要作用得以方便发挥。

附图说明

图1为本发明上升水流法连续水力分析仪的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明提供的一种上升水流法连续水力分析仪，其特征在于包括由圆柱段7和圆锥段9构成的分级管，设置在分级管的圆柱段2与圆锥段9内腔连接处的稳流格板8，设置在分级管的圆柱段7上部的溢流槽5和溢流管6，设置在分级管的圆锥段9下部的排水口11和排水阀10，在所述的溢流槽5的上部设有进水支架4，在所述的进水管支架4和稳流格板8中心位置开有通孔，进水管2穿过进水支架4和稳流格板8中心的通孔插入至分级管的圆锥段9底部，并通过定位环3与进水支架4固定连接，所述的稳流格板由与分级管的圆柱段内腔直径大小相匹配的圆柱体，均匀设置在圆柱体内的通孔所组成，所述的圆柱体的高度为分级管的圆柱段高度的1/4-1/5。其稳流格板8的作用是稳定上升水流，并保证上升水流在垂直方向各位置基本一致，消除进水管反击水产生涡流和旋流现象，本发明在所进水管2上还设有用于测量上升水流的涡轮流量计1。其涡轮流量计1，可测量流量，这样可以根据流量计算上升水流流速的大小，并可以通过调节改变流量，而改变上升水流的流速。

本发明所述的圆柱体的高度为分级管的圆柱段高度的1/4-1/5。

实例1：将100克小于0.1mm的石英球形颗粒按界限粒度分别为0.075mm、0.050mm、0.037mm、0.025mm和0.010mm，即d₁＝0.010、d₂＝0.025、d₃＝0.037、d₄＝0.050、d₅＝0.075，分成-0.010mm、0.010-0.025mm、0.025-0.037mm、0.037-0.050mm、0.050-0.075mm和+0.075mm六个级别。

采用本发明的一种上升水流法连续水力分析仪进行水力分析的方法，包括下列步骤：

1)打开进水管向分级管内注水，至液面没过稳流格板，然后停止给水；

2)将100克待分级物料加水500mL配成悬浮液加入分级管内，冲洗补水后液面升至距分级管顶约50mm以下处，

3)计算不同界限粒度的沉降速度

已知：δ＝2650kg/m³；ρ＝1000kg/m³；μ＝0.001Pa·s；χ＝1

当临界粒径为0.075mm时

＝5.053×10^-3(m/s)＝5.053(cm/s)

即：当d₅＝0.075mm时，v₅＝5.053(cm/s)

同理，当d₁＝0.010mm时，v₁＝0.090(cm/s)；

当d₂＝0.025mm时，v₂＝0.561(cm/s)；

当d₃＝0.037mm时，v₃＝1.230(cm/s)

当d₄＝0.050mm时，v₄＝2.246(cm/s)

4)调整上升水流速度为0.090cm/s，将-0.010mm粒级物料经溢流管排出，装入容器；依次调整水流速度至0.561cm/s、1.230cm/s、2.246cm/s、5.053cm/s，分别将0.010-0.025mm、0.025-0.037mm、0.037-0.050mm和0.050-0.075mm各粒级物料分别经溢流管排出，分别装入容器；

5)分级结束后，停止给水，打开水力分级管下部的排水阀，并冲洗分级管，排出分级管内的水及剩余物料的，得到最粗级别即+0.075mm的物料；

6)对各级别物料过滤、烘干、称重，最终获得该试样6个粒级，即-0.010mm、0.010-0.025mm、0.025-0.037mm、0.037-0.050mm和0.050-0.075mm和+0.075mm产品。

Claims (4)

1.一种上升水流法连续水力分析仪，其特征在于包括由圆柱段和圆锥段构成的分级管，设置在分级管的圆柱段与圆锥段内腔连接处的稳流格板，设置在分级管的圆柱段上部的溢流槽和溢流管，设置在分级管的圆锥段下部的排水口和排水阀，在所述的溢流槽的上部设有进水支架，在所述的进水管支架和稳流格板中心位置开有通孔，进水管穿过进水支架和稳流格板中心的通孔插入至分级管的圆锥段底部，并通过定位环与进水支架固定连接，在所进水管上还设有用于测量上升水流的涡轮流量计。

2.根据权利要求1所述的上升水流法连续水力分析仪，其特征在于所述的稳流格板由与分级管的圆柱段内腔直径大小相匹配的圆柱体，设置在圆柱体上的十字支撑架，均匀设置在十字支撑架内的通孔所组成。

3.根据权利要求2所述的上升水流法连续水力分析仪，其特征在于所述的圆柱体的高度为分级管的圆柱段高度的1/4-1/5。

4.一种利用上升水流法连续水力分析仪进行水力分析的方法，其特征在于包括下列步骤：

1)打开进水管向分级管内注水，至液面没过稳流格板，然后停止给水；

2)从上部将待分级物料加入分级管内，其物料粒度小于0.1mm，容积浓度3％，物料通过稳流格板沉降至分级管底部；

3)根据拟分级的界限粒度，采用下列公式计算相应的自由沉降沉降速度；

$v_n=\frac{d_n^2(\mathrm{\&delta;}-\mathrm{\&rho;})}{18\mathrm{\&mu;}}g\sqrt{\mathrm{\&chi;}}$

式中ν_n为沉降末速，m/s；μ为水的粘性系数，常温0.001Pa·s；d_n为临界粒径，mm,n个界限粒度d₁，d₂,……d_n将物料分成(-d₁)、(d₁-d₂)、……、(d_n-1-d_n)和(+d_n)n+1个级别的产品，mm；δ为待测物料密度,kg/m³；ρ水密度一般为1000,kg/m³；χ为形状修订系数，球形为1，类球形0.8-2，多角形0.65-0.8，长条形0.5-0.65，扁平形<0.5。

4)根据设定粒级的沉降速度ν₁到ν_n，按照由细粒度d₁到粗粒度d_n，调整上升水流速度由低到高ν₁到ν_n的顺序，依次调整水流速度至设定值，将各粒级物料分别经溢流管排出；

5)分级结束后，停止给水，打开水力分级管下部的排水阀，并冲洗分级管，排出分级管内的水及剩余物料，得到最粗级别的物料；

6)对各级别物料过滤、烘干、称重，最终获得该试样n+1个粒级，即(-d₁)、(d₁-d₂)、……、(d_n-1-d_n)和(+d_n)产品。