Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции высокоглинистой полиминеральной составляющей гидросмеси Российский патент 2020 года по МПК B03B5/00 

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли и может быть использовано при освоении природных и техногенных высокоглинистых россыпных месторождений полезных ископаемых с повышенным содержанием мелкого и тонкого золота.

Известен способ газоструйной дезинтеграции материала и устройство для его осуществления на основе принципа струйно-акустического воздействия на материал [1].

Недостатком данного способа является использование энергозатратных систем подачи струи газа и регулировки перемещения струйно-акустического генератора.

Установлены также способы и устройства, осуществляющие генерацию акустических колебаний ультразвукового диапазона в жидкотекучих средах посредством возбуждения потоком жидкости стержней, пластин, мембран или в результате модуляции струи жидкости [2-4].

Основным недостатком данных устройств является соотношения между геометрическими размерами элементов гидродинамических генераторов колебаний и гидродинамическими параметрами прокачиваемой дисперсионной среды, которые сужают диапазон плотности прокачиваемой гидросмеси. Это не позволит эффективно обработать минеральную составляющую гидросмеси глинистых песков россыпей с включениями твердых частиц размером от 10 мм. Данным обстоятельством определяется ограничение по технологическим показателям, максимальной развиваемой мощности и производительности систем.

Известны различные системы роторного типа, использующие принцип струйной генерации акустических потоков [5, 6] и различные системы кавитационно-струйной диспергации [7].

Использование этих устройств ограничено пропускной способностью обрабатываемой среды, дисперсностью твердой фракции и не пригодно для дезинтеграции гидросмеси с повышенным содержанием глин.

Известен гидродинамический генератор акустических колебаний ультразвукового диапазона и способ создания акустических колебаний ультразвукового диапазона, включающий корпус в виде конусно-цилиндрический трубы с входным и выходным отверстиями и размещенное внутри него препятствие для потока жидкости, которое представляет из себя систему, состоящую из последовательно соединенных плохо обтекаемого тела, стержня и диска, установленных соосно с трубой [8].

Данный способ основан на создании резонансных акустических явлений в гидропотоке посредством системы стационарных кавитационных элементов, однако конструктивное выполнение стационарных излучателей не выдержит давления потока песково-глинистых гидросмесей и не обеспечит дезинтеграцию минеральных составляющих в пульпе.

Известен способ струйно-акустической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси, включающий скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку материала в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри корпуса и последовательно установленных стационарных элементов, в том числе пластинчатых кавитационных элементов, с обеспечением глубокой дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе, на входе которого создают высокоскоростную струю [9].

Данный способ основан на создании резонансных акустических явлений в гидропотоке посредством системы кавитационных элементов, однако в основе управления процессом направленного изменения свойств песчано-глинистых пород лежит задача формирования более устойчивого состояния высокодисперсных детерминированных систем, содержащих минеральные частицы, поэтому для обеспечения при дезинтеграции устойчивости системы данный фактор подлежит совершенствованию.

Известны способ активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси [10] и способ инициирования кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси [11], включающие подвижные гибкие кавитационные элементы, которые под действием гидродинамических явлений в гидропотоке совершают дополнительные колебательные движения.

Использование этих способов ограничено пропускной способностью обрабатываемой среды, дисперсностью твердой фракции и не обеспечит надежность конструкции при попадании прочных кусков глинистой породы.

Наиболее близким по технической сущности является способ активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси [12], включающий кавитационные элементы в виде балок-уголков, обеспечивающих надежность конструкции.

Данный способ обеспечивает создание гидродинамических течений, создающих разрушающий эффект, способный воздействовать на элементы твердого в гидросмеси в узком диапазоне размерного ряда частиц. Способ требует усовершенствования, направленного на усиление кавитационного эффекта и обеспечения надежности конструкции.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении эффективности процесса микродезинтеграции путем создания условий для устойчивости процесса разрушения элементов глинистых песков россыпей в широком размерном диапазоне, повышенной прочности, на основе дополнительного усиления кавитационно-акустического воздействия на минеральную составляющую гидросмеси, с обеспечением надежности конструкции, и увеличением максимальной развиваемой мощности и производительности системы.

Технический результат достигается за счет того, что в способе кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции высокоглинистой полиминеральной составляющей гидросмеси, включающем скоростную подачу струи, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния профилированных сужающихся и расширяющихся каналов, образующих корпус гидродинамического генератора, а также - последовательно установленных стационарных кавитационных элементов в виде верхних балок-уголков и нижних балок-уголков, разделение с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний, для усиления полей акустических колебаний на выходе из верхнего диффузора создают турбулентность, переходящую в разреженность посредством жестко закрепленных на полке верхнего конфузора и крестовине, установленной на выходе из верхнего конфузора, верхних балок-уголков, кромки прямого угла которых повернуты вверх на встречу потоку, и установленных вертикально с зазором по отношению к стенке верхнего конфузора и наклоном к центральной части с осью, образующим по ходу движения гидросмеси дополнительную зону сужения - кавитации, при этом на выходе из верхнего конфузора, переходящего в нижний диффузор, на крестовине жестко закреплены и вертикально установлены нижние балки-уголки с наклоном, образующим по ходу движения гидросмеси зону расширения в центральной части и зону сужения в пристеночной области нижнего диффузора, причем кромки прямого угла нижних балок-уголков повернуты внутрь, при этом последующий турбулентный режим осуществляется с помощью ребер жесткости, установленных с наклоном в нижней части корпуса - нижнем конфузоре гидродинамического генератора.

Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.

На фиг. 1 - общий вид гидродинамического генератора; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, вид сверху на верхние балки-уголки верхнего конфузора; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2, показано расположение кромок балки-уголка, направленных вверх на встречу потоку.

Способ выполняется с помощью гидродинамического генератора 1 с профилированными сужающимися и расширяющимися каналами 2, образующими корпус 3 гидродинамического генератора 1, а также - последовательно установленных стационарных кавитационных элементов 4 в виде верхних балок-уголков 5 и нижних балок-уголков 6. Выход 7 верхнего диффузора 8 соединен с верхним конфузором 9 посредством полки 10, к которой жестко прикреплены верхние балки-уголки 5. На выходе 11 из верхнего конфузора 9 установлена крестовина 12, к которой прикреплены верхние балки-уголки 5, кромки 13 прямого угла 14 которых повернуты вверх на встречу потоку 15. Верхние балки-уголки 5 установлены вертикально 16 с зазором 17 по отношению к стенке 18 верхнего конфузора 9 и наклоном 19 к центральной части 20 с осью 21, образующим по ходу движения гидросмеси дополнительную зону сужения - кавитации 22. На выходе 11 из верхнего конфузора 9, переходящего в нижний диффузор 23, на крестовине 12 жестко закреплены и вертикально установлены нижние балки-уголки 6 с наклоном 24, образующим по ходу движения гидросмеси зону расширения 25 в центральной части 26 и зону сужения 27 в пристеночной области 28 нижнего диффузора 23. Кромки 29 прямого угла 30 нижних балок-уголков 6 повернуты внутрь 31. В нижней части 32 корпуса 3 - нижнем конфузоре 33 гидродинамического генератора 1 установлены с наклоном ребра жесткости 34.

Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции высокоглинистой полиминеральной составляющей гидросмеси выполняется следующим образом.

Способ включает скоростную подачу струи в гидродинамический генератор 1, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния профилированных сужающихся и расширяющихся каналов 2, образующих корпус 3 гидродинамического генератора 1, а также - последовательно установленных стационарных кавитационных элементов 4 в виде верхних балок-уголков 5 и нижних балок-уголков 6. Осуществляется разделение потока гидросмеси с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний. Для усиления полей акустических колебаний на выходе 7 из верхнего диффузора 8 создают турбулентность, переходящую в разреженность посредством жестко закрепленных на полке 10 верхнего конфузора 9 и крестовине 12, установленной на выходе 11 из верхнего конфузора 9, верхних балок-уголков 5. Для усиления эффекта кавитации кромки 13 прямого угла 14 верхнего конфузора 9 повернуты вверх на встречу потоку 15 и установлены вертикально 16 с зазором 17 по отношению к стенке 18 верхнего конфузора 9 и наклоном 19 к центральной части 20 с осью 21. Образование по ходу движения гидросмеси дополнительной зоны сужения - кавитации 22 усиливает эффект разрушения минеральной составляющей гидросмеси. Перемещаясь дальше поток подвергается усилению гидродинамического воздействия в зоне расширения 25 в центральной части 26 нижнего диффузора 23. На выходе 11 из верхнего конфузора 9, переходящего в нижний диффузор 23, на крестовине 12 жестко закреплены и вертикально установлены нижние балки-уголки 6 с наклоном 24, образующим по ходу движения гидросмеси зону расширения 25 в центральной части 26 и зону сужения 27 в пристеночной области 28 нижнего диффузора 23. В зоне сужения 27 увеличивается скорость потока, падает давление и усиливается кавитационный эффект, способствующий разрушению наиболее прочных мелких фракций, а в зоне расширения 25, посредством гидродинамической турбулизации, разрушаются более крупные минеральные включения. Кромки 29 прямого угла 30 нижних балок-уголков 6 повернуты внутрь 31 для усиления гидродинамического эффекта. Последующий турбулентный режим осуществляется с помощью ребер жесткости 34, установленных с наклоном в нижней части 32 корпуса 3 - нижнем конфузоре 33 гидродинамического генератора 1.

Способ повышает эффективность процесса микродезинтеграции путем создания условий для устойчивости процесса разрушения элементов глинистых песков россыпей в широком размерном диапазоне, повышенной прочности. На основе дополнительного усиления кавитационно-акустического воздействия на минеральную составляющую гидросмеси увеличивается максимальная развиваемая мощность и производительность системы с обеспечением надежности конструкции.

Источники информации

1. Патент №2425719 RU, МПК В03В 5/02. Способ газоструйной дезинтеграции материала и устройство для его осуществления. - опубл. 10.08.2011. Бюл. №22.

2. Агранат Б.А. Основы физики и техники ультразвука / Б.А. Агранат, М.Н. Дубровин, Н.Н. Хавский, Г.И. Эскин. - М.: Высш. шк., 1987. - 352 с.

3. Патент №2015749 RU, МПК В06В 1/20, F15B 21/12. Гидродинамический генератор колебаний. - опубл. 15.07.1994.

4. Патент №2229947 RU, МПК В06В 1/20. Способ глубокой обработки жидких и газообразных сред и генератор резонансных колебаний для его осуществления. - опубл. 10.06.2004.

5. Промтов М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика: Монография. М.: Машиностроение - 1, 2001. - 260 с. ISBN 5-99275-006-8.

6. Балабышко A.M., Юдаев В.Ф. Роторные аппараты с модуляцией потока и их применение в промышленности. - М.: Недра, 1992. - с.: 176 ил. ISBN 5-247-02380-3.

7. Федоткин И.М., Немчин А.Ф. Использование кавитации в технологических процессах. - Киев.: Вища школа. Изд-во Киев. Ун-те, 1984, - 68 с. с. 52, рис. 22

8. Дудко М.П., Тагиев М.М., Люкшин Е.Г. Патент №2325959 RU, МПК В06В 1/18. Гидродинамический генератор акустических колебаний ультразвукового диапазона и способ создания акустических колебаний ультразвукового диапазона. - опубл. 10.06.2008. Бюл. №16.

9. Хрунина Н.П. Патент №2506127 RU, МПК В03В 5/00. Способ струйно-акустической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси и гидродинамический генератор акустических колебаний. - опубл. 10.02.2014, Бюл. №4.

10. Хрунина Н.П. Патент №2687680 RU, МПК В03В 5/02. Способ активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси. - опубл. 15.05.2019, Бюл. №14.

11. Хрунина Н.П. Патент №2688709 RU, МПК В03В 5/02. Способ инициирования кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси. - опубл. 22.05.2019, Бюл. №15.

12. Хрунина Н.П. Патент №2652517 RU, МПК В03В 5/00, В02С 19/18. Способ активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси. - опубл. 26.04.2018, Бюл. №12.

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли и может быть использовано при освоении природных и техногенных высокоглинистых россыпных месторождений полезных ископаемых с повышенным содержанием мелкого и тонкого золота. Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции высокоглинистой полиминеральной составляющей гидросмеси включает скоростную подачу струи, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния профилированных сужающихся и расширяющихся каналов, образующих корпус гидродинамического генератора, а также - последовательно установленных стационарных кавитационных элементов в виде верхних балок-уголков и нижних балок-уголков, разделение с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний. Для усиления полей акустических колебаний на выходе из верхнего диффузора создают турбулентность, переходящую в разреженность посредством жестко закрепленных на полке верхнего конфузора и крестовине, установленной на выходе из верхнего конфузора, верхних балок-уголков, кромки прямого угла которых повернуты вверх на встречу потоку, и установленных вертикально с зазором по отношению к стенке верхнего конфузора и наклоном к центральной части с осью, образующим по ходу движения гидросмеси дополнительную зону сужения – кавитации. На выходе из верхнего конфузора, переходящего в нижний диффузор, на крестовине жестко закреплены и вертикально установлены нижние балки-уголки с наклоном, образующим по ходу движения гидросмеси зону расширения в центральной части и зону сужения в пристеночной области нижнего диффузора. Кромки прямого угла нижних балок-уголков повернуты внутрь. Последующий турбулентный режим осуществляется с помощью ребер жесткости, установленных с наклоном в нижней части корпуса - нижнем конфузоре гидродинамического генератора. Технический результат - повышение эффективности процесса микродезинтеграции. 3 ил.

Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции высокоглинистой полиминеральной составляющей гидросмеси, включающий скоростную подачу струи, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния профилированных сужающихся и расширяющихся каналов, образующих корпус гидродинамического генератора, а также - последовательно установленных стационарных кавитационных элементов в виде верхних балок-уголков и нижних балок-уголков, разделение с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний, отличающийся тем, что для усиления полей акустических колебаний на выходе из верхнего диффузора создают турбулентность, переходящую в разреженность посредством жестко закрепленных на полке верхнего конфузора и крестовине, установленной на выходе из верхнего конфузора, верхних балок-уголков, кромки прямого угла которых повернуты вверх на встречу потоку, и установленных вертикально с зазором по отношению к стенке верхнего конфузора и наклоном к центральной части с осью, образующим по ходу движения гидросмеси дополнительную зону сужения - кавитации, при этом на выходе из верхнего конфузора, переходящего в нижний диффузор, на крестовине жестко закреплены и вертикально установлены нижние балки-уголки с наклоном, образующим по ходу движения гидросмеси зону расширения в центральной части и зону сужения в пристеночной области нижнего диффузора, причем кромки прямого угла нижних балок-уголков повернуты внутрь, при этом последующий турбулентный режим осуществляется с помощью ребер жесткости, установленных с наклоном в нижней части корпуса - нижнем конфузоре гидродинамического генератора.