CN110631869A - 一种消能式矿浆分流取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种消能式矿浆分流取样装置，包括：由底板、进料槽、内槽、外槽组成的消能组件和分流取样组件；进料槽、内槽、外槽均为空心柱体；进料槽底部边壁开有四个小口，内槽底部边壁开有四个分流口，其中小口分布位置正对分流口，小口截面积小于进料槽底面积且小于分流口截面积，分流口截面积小于内槽底面积；内槽的高度>进料槽的高度>外槽的高度；进料槽的底面积小于内槽的底面积，内槽的底面积小于外槽的底面积；分流取样组件由空心正方体、取样管组成的分流取样组件；空心正方体密封固定在外槽的外壁上，空心长方体的顶部略高于外槽的上沿，取样管密封固定在空心正方体的外部并可实现引流。本发明能对矿浆进行充分搅拌，取样代表性高。

Description

一种消能式矿浆分流取样装置

技术领域

本发明专利涉及一种消能式矿浆分流取样装置，属于取样设备领域。

背景技术

在矿物加工领域，为了保证产品的加工质量，需要对矿浆浓度进行实时在线检测。然而由于工业现场的各种因素，如矿浆浓缩底流浓度低、矿浆脱泥效率低、磨矿作业不均匀等都会影响矿浆的均匀性，进而导致矿浆浓度检测结果代表性不强。因此，在矿浆浓度检测装置中采用消能技术实时取样，确保所取样品均匀，保证检测结果具有代表性。

矿浆作为一种悬浮物，流速过慢会出现沉降、堆积现象，进而堵塞取样装置，矿浆流速过快又会导致矿浆对取样装置冲击较大，使取样装置稳定性较差。现有取样装置并未考虑这一因素或实际情况，同时现有取样装置普遍存在结构复杂、维护不便、具有放射性及无法对所取样品进行对比分析等问题，不利于推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种消能式矿浆分流取样装置，以解决现有的取样装置稳定性较差以及普遍存在结构复杂、维护不便、具有放射性及无法对所取样品进行对比分析等技术问题。

本发明为解决上述问题提出的技术方案为：

一种消能式矿浆分流取样装置，包括：由底板、进料槽、内槽、外槽组成的消能组件和分流取样组件；所述进料槽、内槽、外槽的形状均为空心柱体；所述进料槽、内槽、外槽均密封固定在底板上并通过底板实现所述进料槽、内槽和外槽的底部的封闭；所述进料槽底部边壁开有四个小口，所述内槽底部边壁开有四个分流口，其中小口分布位置正对分流口，小口截面积小于进料槽底面积且小于分流口截面积，分流口截面积小于内槽底面积；所述进料槽、内槽、外槽的高度关系为：内槽的高度>进料槽的高度>外槽的高度；所述进料槽的底面积小于内槽的底面积，所述内槽的底面积小于外槽的底面积。

所述分流取样组件由空心正方体、取样管组成的分流取样组件；所述空心正方体密封固定在外槽外壁上，空心正方体顶部开口与外槽不连接，底部与外槽连接固定部分为一段圆弧，其余边均为直线，空心长方体的顶部略高于外槽的上沿，取样管密封固定在空心正方体的外部并可实现引流。

所述进料槽、内槽底部矿浆流量Q与小口、分流口的面积A的关系均由孔流关系式

计算，式中：排矿管高度，Q为小口流量，A为小口/分流口的面积，μ为流量损失系数取0.61，g为重力加速度。

所述进料槽、内槽、外槽的形状为圆柱体/正方体/长方体。

所述进料槽、内槽、外槽的形状为圆柱体；所述空心正方体边长与空心正方体与外槽下端固定连接部分圆弧的弧长所对应的圆心角对边直线长度相等，同时下端弧长与空心正方体顶部边长对应的外槽弧长相等。

所述取样管面积任意。

所述进料槽、内槽、外槽的形状为圆柱体；所述取样组件为在外槽的外壁上沿采用等分方式垂直密封固定多个挡板，所述挡板的间距与挡板数量及尺寸的关系为

2πR-n*x

式中：R为外槽半径，n为挡板数量，挡板的高度任意、宽度为x。

所述密封固定采用满焊方式实现。

取样装置在使用时将工业现场的排矿管插入进料槽中但不接触槽底。原矿浆经排矿管导入进料槽并撞击到槽底后，会沿进料槽槽底冲刷形成紊流，并顺底部小口流入内槽中，因小口开口面积较小，部分矿浆会从进料槽顶部溢出并溢流至内槽中。由进料槽底部小口流入内槽中的矿浆与由进料槽顶部溢溢流至内槽中的矿浆在内槽中对撞形成水跃，并在内槽底部形成强烈紊流。内槽中矿浆从底部分流口流入外槽，因分流口开口面积较大，内槽中矿浆全部从底部分流口流入外槽。此时外槽中矿浆可维持平稳上升并溢出外槽，最后被取样组件截取。

装置工作过程包括消能过程、冲击混样过程、消能补偿过程、分流取样过程。消能的目的在于减小矿浆动能对取样装置的冲击，提升装置稳定性。冲击混样过程的目的在于提高矿浆中样品的均匀性，确保取样的代表性。消能补偿的目的在于防止矿浆因流速过慢，进而在取样装置内沉积堵塞。分流的目的在于实现对所取矿浆的等分截取，进而可以对不同取样点的矿浆进行检测分析，实现对不同取样点所得结果的对比。

装置工作原理包括节流原理、伯努利原理、底流消能原理。

节流原理为：流体在管道中流动时，通过截面积增大(减小)的阀门、通道后流速会减小(增大)。本发明通过构建底面积逐级增大的进料槽、内槽、外槽，实现矿浆在从进料槽流至外槽这一过程中矿浆流速的逐级减小，起到对矿浆的节流消能作用，提高装置稳定性。本发明通过在进料槽、内槽底部边壁构建截面积小于进料槽、内槽底面积的小口、分流口，实现矿浆从进料槽流至内槽、由内槽流至外槽这一过程中流速增大，起到消能补偿作用，防止矿浆因流速过慢而沉积堵塞。

伯努利原理为：流体在流动时其动能、重力势能、压力势能之和为常数。也即自由流动的流体，其能量变化有如下关系式

其中，P为流体的压力势能，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为流体深度。

由该式可知，流体自由流动时，其能量是守恒的。当流体做上升运动时，其重力势能增加，压力势能减小，根据伯努利原理可知，深处的流体因其压力势能较大，会与浅处的流体形成压差，进而导致浅处流体的流速比深处流体的流速慢。本发明通过构建内槽高度大于进料槽高度这一结构，使进料槽流矿浆深度小于内槽中矿浆深度，进料槽矿浆压力势能大于内槽矿浆压力势能，使进料槽与内槽形成压差，进而保持内槽中矿浆流速小于进料槽中矿浆流速，起到对内槽中矿浆的伯努利压差消能，进一步提升取样装置稳定性。

底流消能原理利用了水力学中的底流消能法，由该法可知，通过构建井式结构，使下落流体跌入井内时，在井内呈上下对撞，形成水跃这一形态，可以实现由水跃产生的强烈絮流来消散流体下落过程中产生的动能。本发明通过在进料槽底部构建面积较小的小口以及高度较低的进料槽，使进料槽中矿浆分两部分流至内槽中，并在内槽中呈对撞形态，进而在内槽底部形成强烈的絮流，既起到搅拌矿浆，提高矿浆密度均匀性的作用，又起到减小内槽中矿浆流速，提升装置稳定性的作用。本发明将内槽底部分流口面积取的较大，目的在于使矿浆全部从内槽底部流至外槽。防止内槽顶部未经搅拌的矿浆从顶部溢出至外槽，进而给外槽中矿浆密度均匀性造成影响。

分流原理利用了数学中圆心角与弧长、正多边形边长内角、圆周长与半径之间的关系，根据弧长公式

L＝α*r

其中L为弧长，α为圆心角。

可知对同一个圆，其周长为定值2πr，当圆心角α相等时，该圆心角所对应的弧长L相等，弧长L对应的直线也相等。通过在圆内以辅助线形式构建内角、边长均相等的正多边形，则正多边形每条边对应的圆周弧长相等。通过在圆外部固定一边长与正多边形边长相等的空心正方体，使该正方体与外槽连接部分为内部正多边形对应的弧长，其余边长与内部正多边形边长相等，就可实现对整个圆周流出矿浆的多分之一截取。

根据上述原理，本发明可有效减小矿浆在取样装置内的动能，提升了取样装置稳定性，同时提高了矿浆密度的均匀性，提高了取样的代表性。也可对取样矿浆进行等分截取，进而实现对不同取样点的矿浆进行对比分析，所得结果更可靠。

本发明在实际使用过程中，工作效果良好，达到了发明目的，解决了现存的问题。

综上所述，本发明的有益效果在于，结构简单、不会堵塞、无放射性源、能对所取样品进行对比分析、能对矿浆进行充分搅拌，取样代表性更高，实用性较强，有利于推广使用，只要涉及到矿浆密度不均匀导致的取样代表性差，以及取样过程中出现的堵塞问题，本发明均可解决。

附图说明

图1为本发明的消能式矿浆分流取样装置的整体结构示意图，标注为：1进料槽、2内槽、3外槽、6底板、7空心长方体、8取样管。

图2为本发明取样组件固定位置平面示意图，标注为：3外槽、7空心正方体、8取样管。

图3为本发明取样组件固定位置立体示意图。

图4为本发明的消能式矿浆分流取样装置的进料槽1结构示意图，标注为：1进料槽、4小口。

图5为小口4面积计算举例图。

图6为本发明的消能式矿浆分流取样装置的内槽2结构示意图，标注为：2内槽、5分流口。

图7、图8为本发明的消能式矿浆分流取样装置的分流取样原理图。

图9为本发明的消能式矿浆分流取样装置的一种实施举例图，图中标注：7空心长方体、8取样管、3外槽、9挡板。该图叙述见具体实施方式末尾。

具体实施方式

下面将结合本发明附图，对本发明的整体结构、工作原理进行完整的描述。

请首先参考图1，一种消能式矿浆分流取样装置整体结构示意图，包括进料槽1、内槽2、外槽3，底板6、空心正方体7、取样管8。其中进料槽1、内槽2、外槽3通过焊接方式固定在底板6上，且互相嵌套，焊接顺序为进料槽1、内槽2、外槽3。各槽底面积、高度关系分别为进料槽1底面积<内槽2底面积<外槽3底面积、内槽2高度>外槽3高度>进料槽1高度，空心正方体7通过焊接方式固定在外槽3外壁处，其顶部略高出外槽3顶部，取样管8通过焊接方式固定在空心正方体外部并可实现对外槽3内的矿浆的引流。取样组件在外槽3处的固定位置平面图如图2所示，取样组件在外槽3处固定位置立体图如图3所示。

进料槽1底部边壁开有4个位置对称、形状可为正方形、圆形但不局限于上述形状的小口4，本例以长方形为例叙述，进料槽1结构示意图如图4所示。小口4的面积由工业现场实际情况决定，以在某选矿厂大型浓密机底部使用为例，示意图如图5所示。该选矿厂浓密机顶底高差(排矿管高度)为h，现需要对浓密机底部高速流动的矿浆进行消能，若要求进料槽1底部矿浆小口流量为Q，则由孔流关系式

式中Q为小口流量，A为小口面积，μ为流量损失系数取0.61，g为重力加速度计算出小口4的面积A。

内槽2底部边壁开有4个位置对称、形状可为正方形、圆形但不局限于上述形状的分流口5，本例以长方形为例叙述，内槽2结构示意图如图6所示。其面积取值原理与小口4相同。

取样装置在使用时将工业现场的排矿管插入进料槽1中但不接触槽底。原矿浆经排矿管导入进料槽1并撞击到槽底后，会沿进料槽槽底冲刷形成絮流，并顺底部小口流入内槽2中，因小口开口面积较小，部分矿浆会从进料槽1顶部溢出并跌落至内槽2中。由进料槽1底部小口流入内槽2中的矿浆与由进料槽1顶部溢出跌落至内槽2中的矿浆在内槽2中对撞形成水跃，并在内槽2底部形成强烈絮流。内槽2中矿浆从底部分流口流入外槽，因分流口开口面积较大，内槽2中矿浆全部从底部分流口流入外槽。此时外槽中矿浆可维持平稳上升并溢出外槽，最后被取样组件截取。

装置工作过程包括消能过程、冲击混样过程、消能补偿过程、分流取样过程。

装置工作原理包括节流原理、伯努利原理、底流消能原理。

节流原理为：流体在管道中流动时，通过截面积增大(减小)的阀门、通道后流速会减小(增大)。本发明通过构建底面积逐级增大的进料槽1、内槽2、外槽3，实现矿浆在从进料槽1流至外槽3这一过程中矿浆流速的逐级减小，起到对矿浆的节流消能作用，提高了装置稳定性。本发明通过在进料槽1、内槽2底部构建截面积小于进料槽1、内槽2底面积的小口4、分流口5，实现矿浆从进料槽1流至内槽2、由内槽2流至外槽3这一过程中流速增大，起到消能补偿作用，防止矿浆沉积堵塞。

伯努利原理为：流体在流动时其动能、重力势能、压力势能之和为常数。也即自由流动的流体，其能量变化有如下关系式

其中，P为流体的压力势能，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为流体相对地面高度。

由该式可知，流体自由流动时，其能量是守恒的。当流体做上升运动时，其重力势能增加，压力势能减小，那么根据伯努利原理可知，流体上升过程中，其动能是减小的，也即流速是减小的。本发明通过构建内槽2高度大于进料槽1高度这一结构，使内槽2中矿浆压力势能小于进料槽1中矿浆的压力势能进而形成压差，使内槽2中矿浆的动能小于进料槽1中矿浆动能，进而减小内槽2中矿浆流速。起到对内槽2中矿浆的伯努利压差消能，进一步提升取样装置稳定性。

底流消能原理利用了水力学中的底流消能法，由该法可知，通过构建底部开有导流洞的消能井，可以使下落流体跌入井内时在井内呈上下对撞，形成水跃这一形态，最终实现由水跃产生的强烈絮流来消散流体下落过程中产生的动能。本发明通过在进料槽1底部构建面积较小的小口4以及高度较低的进料槽1，使进料槽1中矿浆分两部分流至内槽2中，并在内槽2中呈对撞形态，进而在内槽2底部形成强烈的絮流，既起到搅拌矿浆，提高矿浆密度均匀性的作用，又起到减小内槽2中矿浆流速，提升装置稳定性的作用。本发明将内槽2底部分流口5面积取的较大，目的在于使矿浆全部从内槽2底部流至外槽。防止内槽2顶部未经搅拌的矿浆从顶部溢出至外槽，进而给外槽3中矿浆密度均匀性造成影响。

分流利用了数学中圆半径与周长、正多边形内角与边长、圆心角与弧长之间的关系式。

根据弧长公式

L＝α*r

其中L为弧长，α为圆心角。

可知对同一个圆，其周长为定值2πr，当圆心角α相等时，该圆心角所对应的弧长L相等，弧长L对应的直线也相等。通过在圆内以辅助线形式构建内角、边长均相等的正多边形，使正多边形每个圆心角、每条边长对应的圆周弧长相等。此时通过在圆外部固定一弧长与圆内正多边形对应弧长相等，其余边长与圆内正多边形边长相等的空心正方体，就可实现对整个圆流出矿浆的多分之一进行截取，具体等分示意图如图7、8所示。本例在此以4等分为例叙述，如图所示将外槽3顶部视为一个圆，经圆心垂直水平各做一条辅助线，再将辅助线与外圆相连形成一个正方形，则正方形4个角均为90度，每条边对应的弧长均为其中r为外槽3半径，圆内正方形每条边边长为

通过在外槽3外壁处焊接固定一弧长为

其余边长均为的空心正方体，就可实现对外槽3圆周全部溢出矿浆的4分之一截取。

综上所述，本发明的有益点在于，结构简单、不会堵塞、无放射源、能对所取样品进行对比分析、能对矿浆进行充分搅拌，取样代表性更高，实用性较强，有利于推广使用，只要涉及到矿浆密度不均匀导致的取样代表性差，以及取样过程中出现的堵塞问题，本发明均可解决。

最后要说明的是，本发明保护范围不局限于上述论述，尤其是分流原理，不论采用任何分流方法，例如图9所示利用挡板9进行分流的方式，该例中外槽半径为R，周长为2πR，所用等分方式为在外槽半径为R的圆顶部通过焊接方式固定数量为n、挡板高度任意、宽度为x、间距为2πR-n*x的挡板，挡板与外槽垂直，该方法实际上也是利用对圆周长与弧长之间的关系式来实现分流，因此类似图9所用分流方式也应在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种消能式矿浆分流取样装置，其特征在于：

包括由底板、进料槽、内槽、外槽组成的消能组件和分流取样组件；

所述进料槽、内槽、外槽的形状均为空心柱体；

所述进料槽、内槽、外槽均密封固定在底板上并通过底板实现所述进料槽、内槽和外槽的底部的封闭；

所述进料槽底部边壁开有四个小口，所述内槽底部边壁开有四个分流口，其中小口分布位置正对分流口，小口截面积小于进料槽底面积且小于分流口截面积，分流口截面积小于内槽底面积；

所述进料槽、内槽、外槽的高度关系为：内槽的高度>进料槽的高度>外槽的高度；

所述进料槽的底面积小于内槽的底面积，所述内槽的底面积小于外槽的底面积。

2.根据权利要求1所述的消能式矿浆分流取样装置，其特征在于：

所述分流取样组件由空心正方体、取样管组成；所述空心正方体密封固定在外槽外壁上，空心正方体顶部开口与外槽不连接，底部与外槽连接固定部分为一段圆弧，其余边均为直线，空心长方体的顶部略高于外槽的上沿，取样管密封固定在空心正方体的外部并可实现引流。

3.根据权利要求2所述的消能式矿浆分流取样装置，其特征在于：

所述进料槽底部矿浆流量Q与小口的面积A的关系由孔流关系式

计算，式中：h为排矿管高度，Q为小口流量，A为小口/分流口的面积，μ为流量损失系数取0.61，g为重力加速度。

4.根据权利要求2所述的消能式矿浆分流取样装置，其特征在于：

所述进料槽、内槽、外槽的形状为圆柱体/正方体/长方体。

5.根据权利要求2至4任一项所述的消能式矿浆分流取样装置，其特征在于：

所述进料槽、内槽、外槽的形状为圆柱体；

所述空心正方体边长与空心正方体与外槽下端固定连接部分圆弧的弧长所对应的圆心角对边直线长度相等，同时下端弧长与空心正方体顶部边长对应的外槽弧长相等；

所述取样管面积任意。

6.根据权利要求1所述的消能式矿浆分流取样装置，其特征在于：

所述进料槽、内槽、外槽的形状为圆柱体；

所述取样组件为在外槽的外壁上沿采用等分方式垂直密封固定多个挡板，所述挡板的间距与挡板数量及尺寸的关系为

2πR-n*x

式中：R为外槽半径，n为挡板数量，挡板的高度任意、宽度为x。

7.根据权利要求1至4任一项或者权利要求6所述的消能式矿浆分流取样装置，其特征在于：所述密封固定采用满焊方式实现。

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