CN110560273B - 自吸气浮选机叶轮及自吸气浮选机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自吸气浮选机叶轮及自吸气浮选机，包括中心轮毂(9)和多个叶片(2)，叶片(2)周向均布固定于沿中心轮毂(9)外圆柱面，与中心轮毂(9)轴向平行设置；所述的叶片(2)设有功能参数影响部，调节叶片的功能参数；提供了一种基于各区域叶片面积影响分析的自吸气浮选机叶轮设计方法，调节浮选机的吸气能力、泵吸能力和能耗，在叶轮线速度一定的约束条件下，可以单独调节吸气量、循环量或控制设备运转能耗。可有效解决自吸气浮选机特别是大型自吸气浮选机粗颗粒沉积问题，同时改善矿物颗粒的搅拌混合效果。吸气量提高，配合矿浆循环量增加，使得矿物颗粒和气泡碰撞概率增加，有助于提升选别性能。同时，可以满足对于大吸气量矿物分选的要求。

Description

自吸气浮选机叶轮及自吸气浮选机
技术领域
本发明涉及一种机械结构技术领域，尤其涉及一种自吸气浮选机叶轮及自吸气浮选机。
背景技术
浮选机是实现矿物浮选分选的主要设备，在浮选机内通过叶轮的搅拌作用均匀悬浮、分散矿浆中的矿石颗粒，在促进空气形成微小气泡的同时均匀弥散气泡，从而使得有用矿物粘附于气泡表面实现有用矿物富集。浮选机主要分为充气式浮选机和自吸气浮选机两大类。充气式浮选机是通过鼓风机给浮选机送入空气，而自吸气浮选机则是由叶轮自身的空气卷吸能力提供浮选分选所需的空气，自吸气浮选机叶轮的功能更为复杂，相同容积的自吸气浮选机单设备本身的能耗往往更高。由于自吸气浮选机叶轮功能的复杂性，叶轮直径和转速的改变往往同时影响吸气量，循环量和能耗。
矿产资源品质日益恶化，大型浮选机技术被用于解决低品位矿产资源的大规模开发利用。对于大型自吸气浮选机而言，对叶轮的均匀搅拌混合、粗粒矿物悬浮、空气卷吸分散等提出了更高的要求。
叶轮是浮选机的核心部件，浮选机能够从气、液、固三相复杂体系中将有用矿物和无用矿物分离，叶轮起关键作用。自吸气浮选机叶轮的作用原理是叶轮旋转，离心力形成负压区或低压区。一方面，负压作为驱动力抽吸叶轮下方的矿浆，使矿浆经由叶轮腔泵出，在浮选机内流动或循环。另一方面，负压作为驱动力同时卷吸上部大气中的空气，空气进入叶轮腔后与抽吸的高速矿浆流相互作用，使得空气被矿浆流切割形成微小气泡群，进而实现矿物的浮选分选过程。由于自吸气浮选机叶轮需要从叶轮上方卷吸空气，自吸气浮选机的叶轮一般位于浮选机的上部区域以利于从外界卷吸空气。
最典型的叶轮位于上部区域的自吸气浮选机1934年由Fagergern Wemco发明(美国专利No.1986122)，该设备通过结构放大增加容积以满足大处理量的要求，其结构示意图如图1所示。该浮选机的叶轮常被称为“星形”叶轮14，如图2与图3所示，叶轮叶片径向辐射分布，叶轮成正方形状。叶轮旋转时在叶片的上部区域形成很大的涡，外界空气被涡流卷入叶轮叶片间，实现自吸空气。叶片的下部区域，由于叶轮的旋转在背浆面将形成较大的负压区抽取矿浆，而迎浆面则推动矿浆运动排出叶轮。由于叶轮长期在矿浆中搅拌，一般会在叶片表面模压或粘连橡胶等耐磨材料。叶轮则由外层耐磨层和叶轮骨架组成。该叶轮骨架由一定厚度且与叶片外形相似的钢板作为叶片骨架，叶片骨架一边则焊接在轮毂上。骨架的作用主要是保障叶轮在搅拌矿浆时叶轮有足够强度不会被矿浆流压弯、折断或疲劳断裂。
自吸气浮选机容积从1m3到320m3，槽体直径从0.8m到9m，高度1m-7m，叶轮直径从0.3m到1.5m。在设备放大的过程中，为实现空气卷吸，叶轮始终位于设备的上部区域，离叶轮上部液面的距离在300-600mm之间，变化较小，而离底部的距离则越来越大，使得颗粒特别是粗重颗粒的离底悬浮和目的矿物的均匀混合带来很大困难。因此，大型自吸气浮选机常出现矿物颗粒沉积，影响设备分选性能乃至流程稳定。另一方面，矿产资源的恶化，需要大规模处理低品位的矿石。为降低磨矿的能耗，磨矿粒度变粗，在大型自吸气浮选机内颗粒沉积的问题更为突出。
第二，充气式浮选机一般可以达到1.0m3/m2min以上气量，一般现有大型自吸气浮选机只能达到0.7m3/m2min左右，吸气能力难以提高，也就无法满足需要大气量才能更好选别的矿物的需求。
第三，自吸气浮选机的单机功耗相对充气式浮选机大，简单通过增加叶轮直径或转速的方法来提高吸气能力和循环能力，会导致设备能耗增加和叶轮磨损增加等等。由于自吸气浮选机叶轮空气卷吸和矿浆搅拌功能于一体，常规叶轮无论是直径还是转速的变化，吸气能力、循环能力和功耗是一起变化的，难以根据单一目标进行设计优化，比如拟仅提高吸气能力，而保证循环能力和功耗基本不变是难以实现的。另一方面，浮选过程的特殊性，实现矿物颗粒与气泡的碰撞粘附，叶轮搅拌线速度要保持在6-8m/s，才能营造适宜的动力学环境，这就限制了自吸气浮选机转速和直径的改变。总体上，自吸气浮选机适应矿物性质变化的能力较弱，而矿物性质变化较大，正是目前资源禀赋变化的新特点之一。
可见叶轮的功能参数主要包括浮选机的吸气量、矿浆循环量与运行能耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种自吸气浮选机叶轮及自吸气浮选机，一种各区域叶片面积影响分析的叶轮设计方法，可以根据目的矿物的矿石性质、磨矿细度等特点，设计叶轮，可以满足对于大吸气量、大循环量矿物分选的要求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种自吸气浮选机叶轮，用于自吸气浮选机，包括中心轮毂9和多个叶片2，叶片2周向均布固定于沿中心轮毂9外圆柱面，与中心轮毂9轴向平行设置；所述的叶片2设有功能参数影响部，调节叶片的功能参数；
所述的功能参数影响部包括：
所述的叶片2的轴向纵截面上部沿径向向外凸出有吸气量影响部4，调节浮选机的吸气量；或者，所述的叶片2的轴向纵截面下部沿径向向外凸出有矿浆循环量影响部5，调节浮选机的矿浆循环量。
所述的叶片2轴向纵截面的中部沿径向内凹有第一运行能耗影响部3；调节浮选机的运行能耗，和/或，
所述的叶片2的轴向纵截面上部径向内侧开有缺口为第二运行功能影响部6；调节浮选机的运行能耗，和/或，
所述的叶片2的轴向纵截面下部径向内侧开有缺口为第三运行功能影响部7，调节浮选机的运行能耗。
所述的多个叶片2沿径向分布，或者，与径向呈α角分布，α为30度至45度，叶片2外边缘向旋转方向的反向倾斜。
所述的中心轮毂9和多个叶片2外设有耐磨层。
一种自吸气浮选机叶轮，用于自吸气浮选机，包括中心轮毂9和多个叶片2，叶片2周向均布固定于沿中心轮毂9外圆柱面，与中心轮毂9轴向平行设置；所述的叶片2设有功能参数影响部，调节叶片的功能参数；
所述的功能参数影响部包括：
所述的叶片2的轴向纵截面上部沿径向向外凸出有吸气量影响部4，调节浮选机的吸气量；并且，所述的叶片2的轴向纵截面下部沿径向向外凸出有矿浆循环量影响部5，调节浮选机的矿浆循环量。
所述的叶片2轴向纵截面的中部沿径向内凹有第一运行能耗影响部3；调节浮选机的运行能耗，和/或，
所述的叶片2的轴向纵截面上部径向内侧开有缺口为第二运行功能影响部6；调节浮选机的运行能耗，和/或，
所述的叶片2的轴向纵截面下部径向内侧开有缺口为第三运行功能影响部7，调节浮选机的运行能耗。
所述的多个叶片2沿径向分布，或者，与径向呈α角分布，α为30度至45度，叶片2外边缘向旋转方向的反向倾斜。
所述的中心轮毂9和多个叶片2外设有耐磨层。
一种自吸气浮选机，安装有上述的自吸气浮选机叶轮。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种自吸气浮选机叶轮及自吸气浮选机，一种各区域叶片面积影响分析的叶轮设计方法，调控自吸气浮选机的吸气能力、泵吸能力和能耗，并研制一种大吸气量，大矿浆循环量，能耗低的自吸气浮选机叶轮。通过本方法，可以根据目的矿物的矿石性质、磨矿细度等特点，设计叶轮，使其在优化条件下选别矿物。矿浆循环能力增强，可有效解决自吸气浮选机特别是大型自吸气浮选机粗颗粒沉积问题，同时改善矿物颗粒的搅拌混合效果。吸气量提高，配合矿浆循环量增加，使得矿物颗粒和气泡碰撞概率增加，有助于提升选别性能。同时，可以满足对于大吸气量矿物分选的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为现有技术自吸气浮选机的结构示意图；
图2为现有技术自吸气浮选机的叶轮及结构主视剖视示意图；
图3为现有技术自吸气浮选机的叶轮及结构俯视示意图二；
图4为本发明实施例一提供的自吸气浮选机的叶轮的结构示意图；
图5为本发明实施例一提供的自吸气浮选机的叶轮的叶片结构示意图；
图6为本发明实施例二提供的自吸气浮选机的叶轮的结构示意图；
图7为本发明实施例二提供的自吸气浮选机的叶轮的叶片结构示意图；
图8为本发明实施例三提供的自吸气浮选机的叶轮的结构示意图；
图9为本发明实施例三提供的自吸气浮选机的叶轮的叶片结构示意图；
图10为本发明实施例提供的自吸气浮选机的叶轮的叶片的布置的结构示意图一；
图11为本发明实施例提供的自吸气浮选机的叶轮的叶片的布置的结构示意图二。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。
实施例一
如图4所示，一种自吸气浮选机叶轮，用于自吸气浮选机，包括中心轮毂9和多个叶片2，叶片2周向均布固定于沿中心轮毂9外圆柱面，与中心轮毂9轴向平行设置；所述的叶片2设有功能参数影响部，调节叶片的功能参数；叶片的功能参数主要包括浮选机的吸气量、矿浆循环量与运行能耗。本例主要对于浮选机的吸气量的调节，所述的功能参数影响部包括：所述的叶片2的轴向纵截面上部沿径向向外凸出有吸气量影响部4，调节浮选机的吸气量；同时，本例还对运行能耗进行调节，所述的叶片2轴向纵截面的中部沿径向内凹有第一运行能耗影响部3；调节浮选机的运行能耗，这里是降低。这两个结构是同步的，也就是外凸出的吸气量影响部4客观上造成了内凹的第一运行能耗影响部3。
同时，为了进一步的降低运行能耗，所述的叶片2的轴向纵截面上部径向内侧开有缺口为第二运行功能影响部6；调节浮选机的运行能耗。
如图5所示，所述的叶片2的外轮廓线，上部外凸形成吸气量影响部4，同时客观形成了第一运行能耗影响部3，且上部的内侧去角形成第二运行功能影响部6。外轮廓线从上至下，从内至外，具体包括依次连接的上部内侧去角段形线6-1、上部凸出吸气量影响部4外形线、上部过渡段形线4-3、中下部形线3-1和下边段形线。
具体的，所述的上部凸出吸气量影响部4外形线包括上部直径控制线段4-1和上部长度控制线段4-2，通过改变上部直径控制线段4-1和上部长度控制线段4-2的尺寸，使得局部卷吸空气的叶片增加或减小，从而提高或减小浮选机的吸气能力。也就是，叶轮叶片的上部沿直径方向凸出，使得该区域的外直径相对增加，叶轮旋转过程中产生更大的局部线速度，大的离心驱动力提高了卷吸外界空气的能力，可以使得浮选机的吸气能力增加。
具体的，所述的上部内侧去角段形线6-1以β角减少上部内侧叶片面积，径向的去除区域约为叶片2上部径向总长的五分之一左右，β角在30°～60°之间，通过上部内侧去角，减少了叶片面积，叶轮的功耗降低。由于内侧线速度小，该区域叶片对吸气量的作用小，所以对吸气量影响小。
实施例二
如图6所示，一种自吸气浮选机叶轮，用于自吸气浮选机，包括中心轮毂9和多个叶片2，叶片2周向均布固定于沿中心轮毂9外圆柱面，与中心轮毂9轴向平行设置；所述的叶片2设有功能参数影响部，调节叶片的功能参数；叶片的功能参数主要包括浮选机的吸气量、矿浆循环量与运行能耗。本例针主要对于浮选机的矿浆循环量的调节，所述的功能参数影响部包括：所述的叶片2的轴向纵截面下部沿径向向外凸出有矿浆循环量影响部5，调节浮选机的矿浆循环量。同时，本例还对运行能耗进行调节，所述的叶片2轴向纵截面的中部沿径向内凹有第一运行能耗影响部3；调节浮选机的运行能耗，这里是降低。这两个结构是同步的，也就是外凸出的矿浆循环量影响部5客观上造成了内凹的第一运行能耗影响部3。
同时，为了进一步的降低运行能耗，所述的叶片2的轴向纵截面下部径向内侧开有缺口为第三运行功能影响部7，调节浮选机的运行能耗。
如图7所示，所述的叶片2的外轮廓线，下部外凸形成矿浆循环量影响部5，同时客观形成了第一运行能耗影响部3，且下部的内侧去角形成第三运行功能影响部7。外轮廓线从上至下，从内至外，具体包括依次连接的上边段形线、上中部形线3-2、下部过渡段形线5-3、下部外凸矿浆循环量影响部5外形线、下部的内侧去角段形线7-1。
具体的，所述的下部外凸矿浆循环量影响部5外形线包括下部直径控制线段5-1和下部长度控制线段5-2，通过改变下部直径控制线段5-1和下部长度控制线段5-2的尺寸，使得局部泵吸矿浆的叶片增加或减小，从而提高或减小浮选机的泵吸矿浆的能力。也就是，叶轮叶片的下部沿直径方向凸出，使得该区域的外直径相对增加，叶轮旋转过程中产生更大的局部线速度，叶轮的泵吸能力得以提高，能够更好的循环槽内矿浆，搅拌混合均匀，另一方面粗重颗粒悬浮能力得以改善，不易发生颗粒沉积问题。
具体的，所述的下部内侧去角段形线7-1以γ角减少下部内侧叶片面积，径向的去除区域约为叶片2上部径向总长的五分之一左右，γ角在30°～60°之间，通过下部内侧去角，减少了叶片面积，叶轮的功耗降低。由于内侧线速度小，该区域叶片对泵吸的作用小，所以对泵吸能力的影响小。
实施例三
如图8所示，一种自吸气浮选机叶轮，用于自吸气浮选机，包括中心轮毂9和多个叶片2，叶片2周向均布固定于沿中心轮毂9外圆柱面，与中心轮毂9轴向平行设置；所述的叶片2设有功能参数影响部，调节叶片的功能参数；叶片的功能参数主要包括浮选机的吸气量、矿浆循环量与运行能耗。本例针主要对于浮选机的吸气量与矿浆循环量的调节，所述的功能参数影响部包括：所述的叶片2的轴向纵截面上部沿径向向外凸出有吸气量影响部4，调节浮选机的吸气量。同时，所述的功能参数影响部包括：所述的叶片2的轴向纵截面下部沿径向向外凸出有矿浆循环量影响部5，调节浮选机的矿浆循环量。另外，本例还对运行能耗进行调节，所述的叶片2轴向纵截面的中部沿径向内凹有第一运行能耗影响部3；调节浮选机的运行能耗，这里是降低。这三个结构是同步的，也就是外凸出的吸气量影响部4与矿浆循环量影响部5客观上造成了内凹的第一运行能耗影响部3。
如图9所示，所述的叶片2的外轮廓线，上部外凸形成吸气量影响部4，下部外凸形成矿浆循环量影响部5，同时客观形成了第一运行能耗影响部3。外轮廓线从上至下，从内至外，具体包括依次连接的上部凸出吸气量影响部4外形线、上部过渡段形线4-3、中部形线3-3、下部过渡段形线5-3、下部外凸矿浆循环量影响部5外形线。
具体的，所述的上部凸出吸气量影响部4外形线包括上部直径控制线段4-1和上部长度控制线段4-2，通过改变上部直径控制线段4-1和上部长度控制线段4-2的尺寸，使得局部卷吸空气的叶片增加或减小，从而提高或减小浮选机的吸气能力。也就是，叶轮叶片的上部沿直径方向凸出，使得该区域的外直径相对增加，叶轮旋转过程中产生更大的局部线速度，大的离心驱动力提高了卷吸外界空气的能力，可以使得浮选机的吸气能力增加。
具体的，所述的下部外凸矿浆循环量影响部5外形线包括下部直径控制线段5-1和下部长度控制线段5-2，通过改变下部直径控制线段5-1和下部长度控制线段5-2的尺寸，使得局部泵吸矿浆的叶片增加或减小，从而提高或减小浮选机的泵吸矿浆的能力。也就是，叶轮叶片的下部沿直径方向凸出，使得该区域的外直径相对增加，叶轮旋转过程中产生更大的局部线速度，叶轮的泵吸能力得以提高，能够更好的循环槽内矿浆，搅拌混合均匀，另一方面粗重颗粒悬浮能力得以改善，不易发生颗粒沉积问题。
具体的，所述的中部形线3-3减少外边缘叶片面积，减少了整体的叶片面积，叶轮的功耗降低。
也就是说，如图4、图6和图8所示，本发明所涉及基于各区域叶片面积影响分析的叶轮设计方法，通过叶片外沿轮廓线的设计可以调控自吸气浮选机的吸气能力、泵吸能力和能耗。改变叶轮1上部可以调节吸气量而维持矿浆循环量基本不变。改变叶轮1下部可以调节矿浆循环量而维持吸气量基本不变。改变叶轮1的中部、上部内侧和下部内侧可以控制叶轮的运行功耗。
在上述的实施例中。多个叶片2有两种布置方式：
第一种，如图6所示，所述的多个叶片2沿径向分布；
第二种，如图7所示，所述的多个叶片2径向呈α角分布，α为30°～45°；叶片2外轮廓向旋转方向的反向倾斜，这一布置方式可以进一步提高叶轮的循环量。
另外本例中，所述的中心轮毂9和多个叶片2外设有耐磨层。
本发明的自吸气浮选机叶轮，叶轮具有卷吸空气和抽吸矿浆作用。叶轮叶片的上部区域主要是卷吸空气，将空气从外界吸入浮选机内。叶轮叶片的下部区域主要是泵吸矿浆。卷吸的空气和泵吸的矿浆大约在叶轮的中部位置混合，产生复杂的相互作用，使得空气变成小气泡，并随矿浆一起排出，从而在槽体内实现浮选过程。
本发明调节浮选机的吸气能力、泵吸能力和能耗的设计方法可以解决自吸气浮选机无法保证其他性能基本不变的情况，单独调节吸气量、循环量或控制设备运转能耗的问题。在自吸气浮选机线速度一定的约束条件下，本发明通过叶轮上部、中部和下部尺寸设计，解决叶轮的转速和直径改变，吸气能力、泵吸能力和能耗同步改变的问题。叶轮叶片通过改变上部叶片的长度和外直径大小来改善浮选机的吸气能力；通过改变下部叶片的长度和外直径大小来改善浮选机的泵吸能力；通过中部区域的长度和直径来调节叶轮的能耗。本方法可以针对矿物不同吸气量和循环量，甚至同一种矿物不同的粒度特点设计叶轮，提供矿物分选最优的叶轮参数，提高矿物回收效率。
实施例四
本发明还提供一种自吸气浮选机，安装有实施例一至三所述的自吸气浮选机叶轮。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种自吸气浮选机叶轮，用于自吸气浮选机，包括中心轮毂(9)和多个叶片(2)，叶片(2)周向均布固定于沿中心轮毂(9)外圆柱面，与中心轮毂(9)轴向平行设置；其特征在于：所述的叶片(2)设有功能参数影响部，调节叶片的功能参数；
所述的功能参数影响部包括：
所述的叶片(2)的轴向纵截面上部沿径向向外凸出有吸气量影响部(4)，调节浮选机的吸气量；或者，所述的叶片(2)的轴向纵截面下部沿径向向外凸出有矿浆循环量影响部(5)，调节浮选机的矿浆循环量；
所述的叶片(2)轴向纵截面的中部沿径向内凹有第一运行能耗影响部(3)；调节浮选机的运行能耗，和/或，
所述的叶片(2)的轴向纵截面上部径向内侧开有缺口为第二运行功能影响部(6)；调节浮选机的运行能耗，和/或，
所述的叶片(2)的轴向纵截面下部径向内侧开有缺口为第三运行功能影响部(7)，调节浮选机的运行能耗。
2.根据权利要求1所述的自吸气浮选机叶轮，其特征在于，所述的多个叶片(2)沿径向分布，或者，与径向呈α角分布，α为30度至45度，叶片(2)外边缘向旋转方向的反向倾斜。
3.根据权利要求2所述的自吸气浮选机叶轮，其特征在于，所述的中心轮毂(9)和多个叶片(2)外设有耐磨层。
4.一种自吸气浮选机叶轮，用于自吸气浮选机，包括中心轮毂(9)和多个叶片(2)，叶片(2)周向均布固定于沿中心轮毂(9)外圆柱面，与中心轮毂(9)轴向平行设置；其特征在于：所述的叶片(2)设有功能参数影响部，调节叶片的功能参数；
所述的功能参数影响部包括：
所述的叶片(2)的轴向纵截面上部沿径向向外凸出有吸气量影响部(4)，调节浮选机的吸气量；并且，所述的叶片(2)的轴向纵截面下部沿径向向外凸出有矿浆循环量影响部(5)，调节浮选机的矿浆循环量；
所述的叶片(2)轴向纵截面的中部沿径向内凹有第一运行能耗影响部(3)；调节浮选机的运行能耗，和/或，
所述的叶片(2)的轴向纵截面上部径向内侧开有缺口为第二运行功能影响部(6)；调节浮选机的运行能耗，和/或，
所述的叶片(2)的轴向纵截面下部径向内侧开有缺口为第三运行功能影响部(7)，调节浮选机的运行能耗。
5.根据权利要求4所述的自吸气浮选机叶轮，其特征在于，所述的多个叶片(2)沿径向分布，或者，与径向呈α角分布，α为30度至45度，叶片(2)外边缘向旋转方向的反向倾斜。
6.根据权利要求5所述的自吸气浮选机叶轮，其特征在于，所述的中心轮毂(9)和多个叶片(2)外设有耐磨层。
7.一种自吸气浮选机，其特征在于，安装有权利要求1至6任意一项所述的自吸气浮选机叶轮。
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