ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОНЦЕНТРАТОР Российский патент 1998 года по МПК B03B5/32 

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, в частности к устройствам для обогащения геологоразведочных проб, шламов, песков, хвостов обогащения, содержащих свободные тяжелые металлы. Более конкретно, изобретение относится к конструкции устройств, осуществляющих концентрацию в общей массе материала частиц с повышенной плотностью и получивших название "концентраторов". Еще более точно, изобретение относится к концентраторам, использующим для повышения в пробе доли частиц повышенной плотности центробежные силы.

Широко известны концентраторы, в которых разделение материала (пробы) по плотности происходит за счет центробежных сил, действующих на массу материала, помещенную во вращающийся рабочий орган. При этом обычно для обеспечения разрыхления материала и повышения тем самым эффективности разделения рабочему органу наряду с вращением вокруг своей оси сообщают еще и планетарное движение, то есть вращение вокруг другой оси, не совпадающей с осью рабочего органа. Таким образом выполнен например, концентратор по авт. свид. СССР N 1651955, 1991 [1]. Указанный концентратор имеет рабочий орган, выполненный в виде чаши, и механизм привода чаши во вращение вокруг своей оси и оси планетарного движения.

Однако эффективность разделения материала в указанном концентраторе низка, поскольку ось чаши и ось планетарного вращения параллельны друг другу, в результате чего оба ускорения (центробежное - от вращения чаши вокруг своей оси, и планетарное) действуют на частицы материала в одной плоскости. В результате этого не происходит эффективного разрыхления материала, что затрудняет прохождение тяжелых частиц через массу более легких частиц.

Одним из известных решений, направленных на устранение указанного недостатка, является установка рабочего органа с наклоном по отношению к вертикали. Так выполнен концентратор по патенту США N 4267036, кл. В 03 В 5/74, 1981 [2]. Поскольку ось чаши (рабочего органа) указанного концентратора расположена наклонно, при ее вращении возникает дополнительное ускорение, направленное под углом к центробежному, в результате чего материал разрыхляется более интенсивно.

Хотя существуют решения, направленные на повышение эффективности работы концентраторов, определяемой качеством получаемого концентрата и производительностью, эта задача продолжает оставаться актуальной. Именно она является основной и для предлагаемого изобретения. Другой его задачей является упрощение механизма привода, сложность которого обусловлена сложным характером движения рабочего органа.

Эти задачи решаются в изобретении благодаря замене жесткой связи между механизмом привода и рабочим органом на гибкую через гибкий элемент, допускающий не только желательное, как указано выше, отклонение оси вращения рабочего органа от вертикали, но и возможное изменение этого угла наклона. Благодаря этому дополнительное ускорение, возникающее из-за наклона чаши, становится, в отличие от [2], переменным по величине и направлению, что резко повышает качество получаемого концентрата.

Возможность угловых смещений рабочего органа в данном изобретении ограничивается с помощью нового элемента - ограничителя угла наклона чаши. Выполнение этого ограничителя в виде опоясывающей чашу в какой-то ее части криволинейной поверхности, периметр которой превышает периметр чаши в этом месте, позволяет перенести на нее функцию привода чаши в планетарное вращение, так как при достижении при определенных оборотах чаши контакта ее с указанной поверхностью вращающаяся чаша начинает еще и перекатываться по этой поверхности. Для обеспечения надежности указанного контакта опоясывающая чашу криволинейная поверхность и поверхность самой чаши в месте контакта с указанной поверхностью могут быть выполнены из материалов, обладающих фрикционными свойствами. Конфигурация криволинейной поверхности ограничителя наклона чаши может быть в виде окружности или отличаться от нее. Будучи выполненной по окружности она в то же время может быть смещена относительно оси вала механизма привода чаши во вращение. В свою очередь контактная поверхность чаши также может быть расположена с эксцентриситетом по отношению к оси чаши.

Гибкий элемент, связывающий рабочий орган с механизмом привода, может быть выполнен самым различным образом. Так, он может быть выполнен в виде муфты из упругого материала, которая в свою очередь может представлять собой отрезок трубы из упругодеформируемого материала, например резины, связанного одним концом с валом механизма чаши, а другим - с чашей. Гибкий элемент может быть выполнен также в виде винтовой пружины.

На фиг. 1 изображен концентратор, общий вид; на фиг. 2 один из вариантов выполнения концентратора (с гибким элементом в виде винтовой пружины); на фиг. 3 - еще один вариант выполнения концентратора (с гибким элементом в виде муфты); на фиг. 4 - то же, что и на фиг. 3, с иной конфигурацией контактной поверхности ограничителя угла наклона чаши; на фиг. 5 - схема движения чаши при выполнении концентратора по варианту, изображенному на фиг. 4; на фиг. 6 - схема воздействия сил на материал в процессе вращения чаши.

Выполненный в соответствии с изобретением концентратор включает рабочий орган 3, выполненный в виде чаши, приводимой во вращение механизмом привода 2. Соединение чаши с механизмом привода осуществлено через гибкий элемент 4. Концентратор снабжен ограничителем 1 угла наклона, выполненным в частном случае в виде кожуха с отверстием 5, в котором некоторой своей частью располагается чаша 3. Внутри чаши 3 помещается съемный вкладыш 7, выполненный из эластичного материала, например мягкой резины, и удерживаемый в чаше буртиком 9. Вкладыш имеет кольцевые канавки 8. Загрузка чаши осуществляется питателем 10, легкая фракция выгружается в сборник 11.

Соединяющий механизм привода и рабочий орган (чашу) гибкий элемент может быть выполнен различным образом. В варианте исполнения концентратора, показанном на фиг. 1, гибкий элемент 4 представляет собой отрезок трубы из упругодеформируемого материала, например резины.

В другом варианте, показанном на фиг. 2, гибкий элемент выполнен в виде винтовой пружины, связанной одним концом с валом механизма привода, а другим - с чашей.

В вариантах выполнения концентратора, изображенных на фиг. 3 и 4, гибкий элемент выполнен в виде муфты 4 из упругого материала, допускающей возможность постоянного изменения пространственного положения вала 13 рабочего органа 3 при его вращении. В этом варианте выполнения указанный вал 13 может иметь шаровую опору 12.

Концентратор работает следующим образом. При включении механизма привода 2 чаша 3 через гибкий элемент 4 получает вращение вокруг ее оси. При этом благодаря гибкой связи, обеспечиваемой элементом 4, чаша при вращении отклоняется от вертикали. Это первоначальное отклонение может произойти и в статическом состоянии чаши, до привода ее во вращение. Центробежные силы увеличивают угол наклона чаши до максимально возможного значения "альфа", задаваемого соотношением размеров криволинейной поверхности 5 ограничителя угла поворота 1 чаши и наружной поверхности 6 чаши, в месте прохода ее через ограничитель угла поворота чаши. При достижении угла наклона чаши указанного значения "альфа" происходит контакт поверхностей 5 и 6, и вследствие трения между ними вращающаяся чаша получает дополнительное движение качения (планетарное движение) по неподвижной поверхности ограничителя угла наклона чаши. Центробежные силы прижимают чашу к поверхности 5, обеспечивая надежное сцепление. Тем не менее для уменьшения возможности проскальзывания чаши указанные поверхности 5 и 6 могут быть выполнены из материалов с усиленными фрикционными свойствами. При выходе чаши на установленный режим обогащаемый материал, например пески, подают вместе с водой через питатель в чашу 3. Под действием центробежных сил материал попадает в кольцевые канавки 8, при этом тяжелые частицы постепенно концентрируются у стенок канавки, а более легкие фракции вымываются водой в верхнюю часть чаши и выбрасываются в сборник 11. После проведения цикла работы вкладыш 7 вынимают из чаши и, вывернув его наизнанку, выгружают концентрат из канавок 8.

Отличительные признаки изобретения обеспечивают следующие специфические особенности функционирования концентратора.

Как показано на фиг. 6, на частицы материала действует кроме обычного центробежного ускорения a_ц и планетарного ускорения а_п, еще и дополнительное ускорения а_д, создаваемое наклоном чаши и направленное поперек кольцевых канавок. Благодаря гибкой связи чаши с механизмом привода через гибкий элемент 4, а также определенной конфигурации поверхности 5 качения чаши угол "альфа" наклона чаши может меняться по величине в процессе ее вращения, что равнозначно повороту и смещению кольцевых канавок 8 относительно обогащаемого материала. При этом постоянно изменяется направление действующих на материал ускорений а_ц и а_п относительно стенок, ускорение а_д, направленное поперек канавок меняется и по величине. Это обеспечивает очень эффективное разрыхление материала и, как следствие, повышение степени концентрации конечного продукта. Кроме того, гибкая связь с приводом и фрикционное зацепление чаши с контактной поверхностью ограничителя угла ее наклона сообщает дополнительные импульсные воздействия на материал. Это происходит благодаря тому, что гибкий элемент силами инерции чаши и силами трения, возникающими на контактных поверхностях 5 и 6, закручивается вокруг своей оси, а при уменьшении этих сил восстанавливает свое положение, сообщая при этом чаше движения, направленные против ее вращения. При этом меняются по величине уже и центробежное, и планетарное ускорения, действующие на материал, что еще более усиливает эффективность работы концентратора.

Возможность изменения угла наклона чаши в процессе работы может обеспечиваться подбором конфигурации криволинейных контактных поверхностей 5 и 6. Например, выполнение контактной поверхности 5 ограничителя угла наклона чаши в виде эллипса уже, как это показано на фиг. 5, будет обеспечивать изменение угла наклона.

На фиг. 3 показан другой вариант, когда обе контактные поверхности 5 и 6 выполнены по окружности, но поверхность чаши 6 в зоне контакта расположена с эксцентриситетом "е" относительно ее оси. На фиг. 4 показан еще один вариант, при котором обе контактные поверхности 5 и 6 опять-таки выполнены по окружности, но контактная поверхность 5 ограничителя угла наклона расположена с эксцентриситетом "А" по отношению к оси выходного вала механизма привода.

По приведенному выше описанию был создан экспериментальный образец концентратора, который имел следующие технические характеристики:
Наибольший внутренний диаметр чаши 100 мм
Глубина чаши 60 мм
Длина гибкой части вала (резиновой трубки) 25 мм
Диаметр гибкой части вала 18 мм
Общий размах колебаний чаши по среднему диаметру 3 мм
Частота вращения чаши 700 и 950 об/мин
Частота колебаний при планетарном обкатывании чаши соответственно 7400 и 10000 1/мин.

Угол отклонения чаши от вертикали 3-4
Прошедший переработку материал включал примерно 70 об.% воды, 25 об.% песка и 5 об.% магнетита. Содержание золота колебалось от 2 до 670 г на 1 т материала. Материал подавали с производительностью 160 и 600 л/ч. Извлечение золота в концентрат составило в первом случае 90%, во втором - 95%.

При этом было установлено, что извлечение золота с размером частиц менее 0,05 мм составило 97-98%, а золота с размером частиц от 0,5 до 1 мм 80-85%, причем увеличение частоты вращения до 950 об/мин приводит к увеличению выхода тонкого золота и некоторым потерям (примерно 5%) крупного золота.

Для специалистов в данной области техники очевидно, что в конструкцию вышеописанного устройства могут быть внесены изменения и дополнения, не выходящие за рамки сути изобретения, объем которого определен в формуле изобретения.

Концентратор сыпучих материалов имеет рабочий орган в виде вращающейся чаши, связанной с приводом гибким элементом. Концентратор снабжен ограничителем угла наклона чаши с отверстием, по кромке которого чаша перекатывается при вращении частью своей поверхности. Подбором конфигурации поверхностей угол наклона чаши при ее вращении может постоянно меняться. Ограничитель угла наклона выполнен в виде криволинейной поверхности, опоясывающей чашу, по которой чаша перекатывается при ее вращении. Криволинейная поверхность ограничителя угла наклона чаши и контактирующая с ней часть наружной поверхности чаши выполнены из фрикционного материала. По меньшей мере одна из контактирующих поверхностей выполнена по кривой, отличной от окружности. Контактная поверхность чаши выполнена по окружности, расположенной с эксцентриситетом по отношению к оси вращения чаши. Контактная поверхность ограничителя угла наклона чаши выполнена по окружности, расположенной с эксцентриситетом по отношению к оси выходного вала механизма привода. 8 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Центробежный концентратор с рабочим органом, выполненным в виде чаши, приводимой во вращение механизмом привода, отличающийся тем, что связь чаши с механизмом привода осуществлена через гибкий элемент, обеспечивающий возможность отклонения оси вращения чаши от вертикали, а концентратор снабжен ограничителем угла наклона чаши. 2. Концентратор по п.1, отличающийся тем, что ограничитель угла наклона чаши выполнен в виде криволинейной поверхности, опоясывающей чашу, по которой чаша перекатывается при ее вращении механизмом привода. 3. Концентратор по п.2, отличающийся тем, что криволинейная поверхность ограничителя угла наклона чаши и контактирующая с ней часть наружной поверхности чаши выполнены из материалов с фрикционными свойствами. 4. Концентратор по п.2 или 3, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из контактирующих поверхностей выполнена по кривой, отличной по окружности. 5. Концентратор по п.2 или 3, отличающийся тем, что контактная поверхность чаши выполнена по окружности, расположенной с эксцентриситетом по отношению к оси вращения чаши. 6. Концентратор по п.2 или 3, отличающийся тем, что контактная поверхность ограничителя угла наклона чаши выполнена по окружности, расположенной с эксцентриситетом по отношению к оси выходного вала механизма привода. 7. Концентратор по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что гибкий элемент выполнен в виде отрезка трубы из упругодеформируемого материала, связанного одним концом с валом механизма привода чаши, а другим - с чашей. 8. Концентратор по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что гибкий элемент выполнен в виде винтовой пружины, связанной одним концом с валом механизма привода чаши, а другим - с чашей. 9. Концентратор по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что гибкий элемент выполнен в виде муфты из упругого материала, установленной между валом механизма привода чаши и чашей.