CN116786276A - 一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于选煤装置领域，具体涉及一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置；包括浮选筒，浮选筒的内部是圆柱形浮选室，浮选室内设有定子和转子，定子的圆周上均布有若干个挡板；转子的圆周上均布有若干个叶片；转子与浮选室外的转矩输出设备之间通过转轴相连，转轴通过空心轴进入浮选室内，转轴与空心轴之间的环空间隙作为进气流道，空心轴上连接进气管将进气流道与充气设备连通；浮选室的侧壁底部设置进料口和出料口，浮选筒上的浮精槽围在浮选室的顶部周圈，浮精槽上设有溢流口；该浮选装置既有机械搅拌功能又具有充气功能，可在不改变原浮选效果的同时，优化浮选装置结构，解决当前机器视觉技术应用到煤泥浮选过程，采集图像信息困难的问题。

Description

一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置

技术领域

本发明属于选煤装置领域，具体涉及一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置。

背景技术

近年来，机器视觉技术越来越多被应用到一些金属与非金属矿物浮选过程的研究中。很多研究者对泡沫图像的颜色，形态，纹理等视觉特征进行了相关研究。一直以来，泡沫图像分类、工况识别、产品检测是各位专家学者不断进行探索研究的热点。

在工业现场浮选生产设备多为浮选机或浮选柱。其中使用较多的是机械搅拌自吸式浮选机或旋流微泡浮选柱，浮选机多为几个腔室以连通器方式连接。煤浆与药剂分别输送到矿浆预处理器后进行充分混合，然后由浮选机第一室入口流入，药剂与煤粒发生作用，利用每室的旋转叶轮产生的负压自吸气体，最终将疏水精煤颗粒承载上来并通过刮板刮到浮精槽，尾煤由最末端腔室的尾部流出。浮选柱的基本原理一般是设备将空气压缩后，通过浮选柱的多孔介质充气设备，利用压缩空气的动能对矿浆实施充气和搅拌。浮精自溢流出，尾煤由底部出口排出。

在常规泡沫浮选中，经验丰富的工人通过用肉眼观察泡沫状态（泡沫颜色、纹理、形态等）来手动调节操作变量直到达到预期值，这说明煤泥浮选泡沫包含着一些浮选过程的内在信息，如果能利用图像装置采集煤泥浮选泡沫图像，通过图像处理等方法提取泡沫图像的视觉特征，根据某些数学模型及算法研究各种典型操作变量状态下的煤泥浮选泡沫视觉特征的分布特点，可以对煤泥浮选过程各操作变量状态进行实时识别或者对精煤产品质量进行预测，提醒岗位司机对各异常状态及时调整，以实现煤泥浮选生产过程的健康运行。

工业现场的浮选机或者浮选柱虽然在一定时间内处于连续运转状态，由于工业现场煤质变化、工况波动大、影响因素较多，对于初期单因素变量试验研究困难，且工业现场多为正常生产状态，在常态下难以获取复杂的图片数据，获取的图片数据较为单一，数据信息量不够完整，影响后期算法模型的准确性，如果频繁调节操作变量采集试验数据反而会影响产品质量。

而实验室浮选机多为单槽浮选机，实验过程为非连续的单一实验，需人为调节液面高度，且由于皮带轮盖板和刮板的遮挡，难以获取到清晰高质量的泡沫图像。实验室浮选柱多为微泡或者沫状，泡沫特征不是非常明显，不利于对浮选泡沫的视觉特征研究。

综上所述，为配合机器视觉系统并达到理想效果，结合现有机械搅拌自吸式浮选机与旋流微泡浮选柱，设计了一种实验室微型连续机械搅拌充气式浮选装置。

发明内容

本发明为了解决当前机器视觉技术应用到煤泥浮选过程，由于目前实验室浮选柱多为微泡或者沫状，泡沫特征不是非常明显，不利于对浮选泡沫的视觉特征研究的问题。

本发明提供了如下技术方案：一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置，包括浮选筒，浮选筒的内部是圆柱形浮选室，浮选室内设有与其同轴的定子和转子，定子固定在浮选室的内底，定子的圆周上均布有若干个与其径向平行的挡板；转子位于挡板围成的空间内，转子的圆周上均布有若干个与其径向平行的叶片；转子与浮选室外的转矩输出设备之间通过转轴相连，转轴通过空心轴进入浮选室内，空心轴与浮选筒之间密封，转轴与空心轴之间的环空间隙作为进气流道，空心轴与转轴之间设置旋转密封，空心轴上连接进气管将进气流道与充气设备连通，进气管的接口位于旋转密封和浮选室之间；

浮选室的侧壁底部设置进料口和出料口，进料口和出料口位于反向的两侧，浮选室的顶部敞口，浮选筒上的浮精槽围在浮选室的顶部周圈，浮精槽的壁高于浮选室的顶部，浮精槽上设有溢流口。

进一步地，浮选室内设有与其轴向平行呈十字交叉的稳流板，稳流板的相交线与浮选室的轴线对齐。

进一步地，定子包括顶板、底板、挡板，挡板连接在顶板和底板之间构成笼状结构；转子包括盖板和叶片，叶片安装在盖板上，叶片向下、盖板与转轴相连。

进一步地，定子的底部设置有假底，使定子相对于浮选室的内底悬空。

进一步地，浮精槽的底板向一侧下倾，溢流口位于底板的坡底。

进一步地，转矩输出设备是变频电机，变频电机与转轴之间通过联轴器联接。

进一步地，浮选筒的底部是底座，变频电机安装在底座上，底座上还安装有一个轴承座，转轴穿过轴承座后连接联轴器。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明提供的一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置，既有机械搅拌功能又具有充气功能，可在不改变原浮选效果的同时，优化浮选装置结构，解决当前机器视觉技术应用到煤泥浮选过程，采集图像信息困难的问题。

浮选室设计为圆柱形，通过转子旋转产生的负压，利用抽吸作用使矿浆通过筒壁侧部进料口进入腔体，可避免正方形或其他形状的浮选室带来死角问题，同时可避免煤颗粒堆积并有利于向圆柱腔体中心移动，使其返回转子区搅拌再循环，降低矿浆短路现象。

充气系统给矿浆提供气体形成气泡，用来承载精煤颗粒。本发明的一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置区别于机械搅拌自吸浮选机，由于转子的搅拌机构和传动装置设计在浮选筒底部，所以设计空心轴并固定在浮选筒底部。气体由充气泵经调节阀、进气管进入到空心轴，通过转子的搅拌作用散布到整个强稳流区。转子离心作用可使固体颗粒充分悬浮，提高空气分散度，使得空气与矿浆充分混合，提供更多的矿浆-空气界面。定子将转子产生的旋转矿流变成径向矿流，稳定液面，防止翻花现象的发生。

稳流板消除转子搅拌过程中产生的涡流，由浮选室底部吸入的矿浆，与充入的气体在搅拌区混合后，经稳流板减轻浮选室上部区域的湍流度，产生稳定的上升的气泡流和矿浆流，在稳流板上方形成流态化层，为浮选泡沫产生创造有利条件。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为浮选筒的俯视图。

图3为转子、转轴、变频电机联接示意图。

图4为浮选装置的流体动力学区域示意图。

图中： 浮精槽；2-溢流口；3-定子；4-空心轴；5-假底；6-转轴；7-联轴器；8-浮选筒；9-稳流板；10-转子；11-进气管；12-旋转密封；13-轴承座；14-变频电机；15-出料口；16-底座；17-进料口。

实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的附图。

如图1、图2、图3所示：一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置，包括浮选筒8，浮选筒8的内部是圆柱形浮选室，浮选室内设有与其同轴的定子3和转子10，定子3固定在浮选室的内底，定子3的圆周上均布有若干个与其径向平行的挡板；转子10位于挡板围成的空间内，转子10的圆周上均布有若干个与其径向平行的叶片；转子10与浮选室外的转矩输出设备之间通过转轴6相连，转轴6通过空心轴4进入浮选室内，空心轴4与浮选筒8之间密封，转轴6与空心轴4之间的环空间隙作为进气流道，空心轴4与转轴6之间设置旋转密封，以防高压气体泄露和保证转轴6自由转动，空心轴4上连接进气管11将进气流道与充气设备连通，进气管11的接口位于旋转密封12和浮选室之间。

浮选室的侧壁底部设置进料口17和出料口15，进料口17和出料口15位于反向的两侧，浮选室的顶部敞口，浮选筒8上的浮精槽1围在浮选室的顶部周圈，浮精槽1的壁高于浮选室的顶部，浮精槽1上设有溢流口2。

为了提高浮选效果，浮选室设计为圆柱形，通过转子10旋转产生的负压，利用抽吸作用使矿浆通过筒壁侧部的进料口17进入腔体，可避免正方形或其他形状的腔体带来死角问题，同时可避免煤颗粒堆积并有利于向浮选室中心移动，使其返回转子区搅拌再循环，降低矿浆短路现象。

充气设备主要是给矿浆提供气体形成气泡，用来承载精煤颗粒，主要由充气泵、调节阀组成。本实施例的一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置区别于机械搅拌自吸浮选机，由于转子10的搅拌机构和传动装置设计在浮选室底部，所以设计空心轴4并固定在浮选筒8底部。气体由充气泵经调节阀、进气管11进入到空心轴4，通过转子10的搅拌作用散布到整个强稳流区。转子10离心作用，可使固体颗粒充分悬浮，提高空气分散度，使得空气与矿浆充分混合，提供更多的矿浆-空气界面。

定子3固定在浮选室的内底，主要是将转子10产生的旋转矿流变成径向矿流，稳定液面，防止翻花现象的发生。浮选室内充气-搅拌区需要较强的混合效果，矿浆处于紊流状态，而分离区和泡沫区又需要相对稳定矿浆流，定子3必须能够将转子10产生的切向旋转的矿浆流转化为径向矿浆流，防止矿浆在浮选室中打旋，促进稳定的泡沫层形成，并有助于矿浆在浮选室内进行再循环。其次，在转子10周围和定子3挡板间产生一个强烈的剪力环形区，促进细小气泡的形成。

考虑到转子10在较低输入功率的情况下，对矿浆产生足够的离心力，并使压入的气体在转子10和定子3间完成剪切粉碎，形成小气泡，因而将转子10的叶片和定子3的挡板设计为平直板体。

浮选室内设有与其轴向平行呈十字交叉的稳流板9，稳流板9的相交线与浮选室的轴线对齐。稳流板9的作用是消除转子10搅拌过程中产生的涡流，由浮选室底部吸入的矿浆，与充入的气体在搅拌区混合后，经稳流板9减轻浮选室上部区域的湍流度，产生稳定的上升的气泡流和矿浆流，在稳流板上方形成流态化层，为浮选泡沫产生创造有利条件。

定子3包括顶板、底板、挡板，挡板连接在顶板和底板之间构成笼状结构；转子10包括盖板和叶片，叶片安装在盖板上，叶片向下、盖板与转轴6相连。

定子3的底部设置有假底5，使定子3相对于浮选室的内底悬空。假底5支撑定子，更利于槽底部矿浆循环。

浮精槽1的底板向一侧下倾，溢流口2位于底板的坡底，进入浮精槽1的泡沫自然从溢流口2流出。

转矩输出设备是变频电机14，变频电机14与转轴6之间通过联轴器7联接，带动转子搅拌工作。浮选筒8的底部是底座16，变频电机14通过螺杆螺母固定在底座16上，为使转轴6稳定运行，底座16上还安装有一个轴承座13，转轴6穿过轴承座13后连接联轴器7。

经处理后的矿浆被浮选装置旋转的转子10从进料口17吸入转子叶片间。同时，空气由充气泵经调节阀、进气管11、空心轴输送到转子叶片间，空气与矿浆在叶片的搅拌作用下充分混合，然后由转子10周边排出，经安装在转子10外周的定子3稳定和定向后，分散到整个浮选室中，完成矿化的气泡上升，进一步通过上方稳流板9稳流，形成稳定的泡沫层，未完成矿化的煤颗粒继续返回到转子10、定子3区再进行搅拌循环。精煤在浮选室上方出口自溢到精煤槽1，尾煤通过浮选室底部出料口15排出，并通过调节阀门开度来控制尾煤排放量。

本发明优化了浮选机的结构，在不改变浮选机工艺性能的前提下，简化了浮选加工工艺。达到同样的浮选效果的同时，且能够提供足够可供拍摄研究的泡沫区域。解决当前机器视觉技术应用到煤泥浮选过程，采集图像信息困难的问题。利用泡沫图像采集装置拍摄不同实验条件下的泡沫图像，经网络传输给图像存储及计算处理装置。对采集的图像进一步预处理、特征提取、特征建模、分类预测等。通过将工况分类模型或者产品预测模型应用工业现场，可以对煤泥浮选过程各操作变量状态进行实时识别或者对精煤产品质量进行预测, 提醒岗位司机对各异常状态及时调整，以实现煤泥浮选生产过程的健康运行。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置，其特征在于：包括浮选筒（8），浮选筒（8）的内部是圆柱形浮选室，浮选室内设有与其同轴的定子（3）和转子（10），定子（3）固定在浮选室的内底，定子（3）的圆周上均布有若干个与其径向平行的挡板；转子（10）位于挡板围成的空间内，转子（10）的圆周上均布有若干个与其径向平行的叶片；转子（10）与浮选室外的转矩输出设备之间通过转轴（6）相连，转轴（6）通过空心轴（4）进入浮选室内，空心轴（4）与浮选筒（8）之间密封，转轴（6）与空心轴（4）之间的环空间隙作为进气流道，空心轴（4）与转轴（6）之间设置旋转密封，空心轴（4）上连接进气管（11）将进气流道与充气设备连通，进气管（11）的接口位于旋转密封（12）和浮选室之间；

浮选室的侧壁底部设置进料口（17）和出料口（15），进料口（17）和出料口（15）位于反向的两侧，浮选室的顶部敞口，浮选筒（8）上的浮精槽（1）围在浮选室的顶部周圈，浮精槽（1）的壁高于浮选室的顶部，浮精槽（1）上设有溢流口（2）。

2.根据权利要求1所述的一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置，其特征在于：所述的浮选室内设有与其轴向平行呈十字交叉的稳流板（9），稳流板（9）的相交线与浮选室的轴线对齐。

3.根据权利要求2所述的一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置，其特征在于：所述的定子（3）包括顶板、底板、挡板，挡板连接在顶板和底板之间构成笼状结构；转子（10）包括盖板和叶片，叶片安装在盖板上，叶片向下、盖板与转轴（6）相连。

4.根据权利要求3所述的一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置，其特征在于：所述的定子（3）的底部设置有假底（5），使定子（3）相对于浮选室的内底悬空。

5.根据权利要求2所述的一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置，其特征在于：所述的浮精槽（1）的底板向一侧下倾，溢流口（2）位于底板的坡底。

6.根据权利要求4所述的一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置，其特征在于：所述的转矩输出设备是变频电机（14），变频电机（14）与转轴（6）之间通过联轴器（7）联接。

7.根据权利要求6所述的一种机械搅拌充气式实验室微型浮选装置，其特征在于：所述的浮选筒（8）的底部是底座（16），变频电机（14）安装在底座（16）上，底座（16）上还安装有一个轴承座（13），转轴（6）穿过轴承座（13）后连接联轴器（7）。