专利名称：定水头淹没铅直射流水重力分选器的制作方法
技术领域：
定水头淹没铅直射流水重力分选器，是流体力学的一大分支——水力学(水静力学和水动力学)原理在工程上的应用。以水动力学相似原理，从简化的工程观点出发，解决实际问题。利用淹没铅直射流的动能铅直射流的力(向上)，堰流的力(水平方向)，根据物粒群在淹没铅直射流中，由于密度和粒度的不同，其沉浮状态的不同，对物粒群进行分选。这一分选方法不仅适用于选矿工程，也适用于其它物粒的分选、分级，以及粮食的淘洗等方面。
定水头淹没铅直射流水重力分选器，它不同于现有任何常规分选方式。如矿山分级机械现有的螺旋分级机、水力旋流器、水力分级机；现有重力选矿机械的跳汰机、重介质选矿设备和摇床；现有的浮选机等。虽然这些选矿技术大都是建立在流体力学的基础上，但是，不论从结构上，还是从原理的应用上，都有各自的特点。对定水头淹没铅直射流水重力分选器的理解，在水力学原理方面，可参考《水力学与水力机械》(上册)北京工业学院、西北工业大学合编，人民教育出版社，1961年。
《机械工程手册》(第2卷，第5篇，流体力学，第1～6章)，机械工程手册、机电工程手册编辑委员会编，机械工业出版社，1982年。对水力学原理在工程上的应用方面，可参考《机械工程手册》(第11卷，第66篇，矿山机械，第16～18章)，机械工程手册、机电工程手册编辑委员会编，机械工业出版社，1982年。在新产品开发的导向方面，可参考《国家级重型矿山机械新产品开发指南》(第71页，90Z211国家级洗选设备新产品开发指南)机械电子工业部、国务院生产办公室、国家计划委员会，1991年9月。
定水头淹没铅直射流水重力分选器的研究，主要针对选矿工程。我国及国外(奥大利亚等国)存有大量的砂金尾矿得不到处理，还有相当数量品位较低的砂金矿得不到开采；其它金属矿在浮选、磁选后的尾矿里，除漏选部分外，还有数量可观的重金属流失，如金、银等得不到提取而流失于尾矿砂中。定水头淹没铅直射流水重力分选器则可用于处理多种尾矿，提取重金属。还可以在摇床前用以完成分级工作；在浮选、磁选前，用以取代老式螺旋分级机；在洗煤工程中，用以完成末煤的洗选；对非金属物粒亦可进行分选，如金刚砂的分级(分号)，用以取代干式筛分；还可用以对粮食的淘洗。
定水头淹没铅直射流水重力分选器，是以自然界的水(包括淡水、咸水、海水)为介质，由给水部分向定水头部分供水；给水槽、定水头槽、分选槽横向相连，定水头槽内设有溢流管，采用溢流的方式，经调整使溢流定高，形成恒定水面，即定水头，亦即所需要的速度头；定水头槽下部开口与分选槽相通，介质由开口处进入分选槽，借速度头的重力作用，经分选槽内的栅状喷咀，形成稳定铅直向上的射流群；由于射流分散后所形成的堰流影响，射流周界被同种流体所包围，其射流则为淹没铅直射流；以其动能，从而获得所需要的介质阻力。纵向给料直接进入分选槽，正选物随堰流排出，负选物穿过射流沉下；依据被分选物密度、粒度、形状及表面光滑程度的不同，以不同结构的设备和不同的方式，对物粒群进行不同要求的分选，达到不同的分选目的。
定水头淹没铅直射流水重力分选器的基本原理，是建立在流体力学基础上的。实际流体运动的规律相当复杂，在水动力相似原理力学参数中，几何相似，运动相似和动力相似，不可能完全相似。从简化的工程观点出发，在实验的基础上，应用经验公式和实验数据，以达到工程要求内的近似效果而得到应用。根据矿物(或其它物质)的密度差异及粒度的不同，在介质中其沉浮状态的不同，以不同的方式分别提取，可获得多种产品。
以理想流体——水为介质，以水动力对物粒群按其密度或粒度进行分选，是运动相似和动力相似原理(运动方向、速度、加速度等)的应用。作用在运动物体上的力主要是重力，对运动物体的阻力主要是介质——水的阻力。水的整体在水力学中被认为是绝对静止的，根据阿基米德原理和潜体原理，潜体的重力与浮力大小相等，方向相反。介质浮力P铅直向上。物体的重力G＜P则浮，G＝P则潜，G＞P则沉。
物体在介质中的重力加速度gb为g0=ρ0-ρρ0g--(1)]]>式中ρ0-----物体的密度 kgf.s2/m4ρ -----介质的密度 kgf.s2/m4g -----重力加速度，工程上取9.81m/s2，它与质量有关，亦可视为质量力的加速度，或单位质量的质量力。可见，它只与物体和介质的密度有关。
在介质中，作用在物体上的重力为物体重力与介质浮力之代数和，其大小与物体和介质的质量或体积有关，可视为质量力或体积力，以Fm表示Fm＝V(ρb-ρ)g (2)或 Fm＝Mg式中V----物体的体积m3M----物体的质量Kgf.s2/m流体具有重量，故亦具有重力作用，在实验或实施中，当主要作用力为重力时，则按富鲁德数相等这一近似动力相似准则处理。力F用重力G代替，是富鲁德数相等和牛顿数相等的一特例。富鲁德数相等和雷诺数相等是二个动力相似准则，在技术上二者不可能同时相等，当由于物体形状的不同考虑物体阻力系数时，却与雷诺数有关。
当物体密度大于介质密度时，物体在介质中下沉，需克服介质的阻力，介质对物体的阻力是物体与介质间相对运动产生的。这里的介质为自然界的水，包括淡水、咸水和海水(只是密度不同)，不添加任何加重剂。介质阻力D为D＝Cpd2υ2ρ(3)式中Cp----- 物体阻力系数(它与形状和雷诺数有关，查手册。)d ----- 物体的粒度υ ----- 物体与介质间的相对速度在实施中，物体的密度ρ0＞1，介质流为等速上升流，其速度υ＞0。物体与介质间的相对运动，引起介质对物体的阻力，阻力随速度而变化，重力与阻力的平衡是瞬时的，当阻力大于重力时，物体则随介质流上升；若阻力小于重力时，物体则逆介质流而下降。
在一定粒度范围内，若不仅粒度不同，且密度不同，按负选(反选)方式提取大密度物粒，这时主要考虑大密度物粒群粒度的下限(较小物粒)，设其得以下沉的临界阻力为D1，则应满足Fm＞D1以正选方向排除上浮物，需考虑其小密度大物粒上浮而不能下沉的临界阻力，设为D2，则应满足Fm＜D2对于同类物质(同密度)的物粒群，按粒度进行分选，则主要考虑其体积影响，则体积力是主要的。根据水动力学原理，由于物体粒度的不同，其迎流面积亦不同，物体的形状也趋于复杂，在粗略计算时，亦应注意阻力系数的参考数据。
在粒度较接近的情况下，对不同密度的物粒群进行分选时，其物体重度的影响则是主要的，即质量力是主要的。
根据物体在介质中的升浮和沉降条件作定量分析，很显然，其它条件为定量，介质的流速υ为变量。介质为水，则以水的密度比例尺，确定其速度比例尺。依据绝对运动的伯努利方程式的物理意义，由水静力学知道，液体质量为M，重力为Mg。在其几何意义中， 的因次为L，并且，确实代表一个高度。两个几何相似液流的主要作用力是重力时，其近似动力相似的条件是富鲁德数相等，即牛顿数相等，如堰流、孔口及管咀出流(射流)等。但由于条件的互相制约，要达到完全的动力相似是不可能的。因此，把问题简化，只考虑主要作用力的一种，使之满足牛顿数相等的关系。
定水头淹没铅直射流水重力分选器，在实用中，需要解决二个主要的动力一是沿Z轴向上完成对物粒群进行分选的作用力；二是沿X轴完成输送上升排出物粒的水平方向作用力。
解决第一个作用力，是利用淹没铅直射流。简便起见，对射流的有关计算，按自由射流处理。由于流程短，沿程损失可略而不计；喷咀处由于光滑而又有很好的修圆，几何形状为缩放形，局部阻力系数ζ＜0.005，流速系数＞0.9975，视ζ＝0，＝1。这时的流速υ则为理想流速，即v=2gH---(4)]]>喷咀处的速度头H则为H=v22g---(5)]]>射流分散高度Hf为Hf=H1+K1H---(6)]]>K1=0.00025d+(10d)3]]>式中d -----射流喷咀处的直径紧密部分的高度，由于H值较小(只有几厘米)，且又为淹没射流，所以与分散高度很接近，可不必计算，只在实施中略加调整即可。
解决第二个主要作用力(水平方向)是利用堰流的力，堰流的力主要是重力。射流分散后，沿X轴向流动。在一定容积浓度下，堰流的出流，自然要携带同一梯度的物粒群而同时流泄，即完成输送作用。
当介质流速一定，根据公式(5)，其水头(速度头)亦定。要使水头稳定不变，即定水头问题，是主要问题之一，这里是利用溢流的方法。溢流定高，即保持水面恒定，调整溢流高度，即可极其简便地获得理想的定水头，即射流的速度头H。
定水头淹没铅直射流水重力分选器，与现有选矿工程分级设备相比较，它具有缩小占地面积、降低能耗、提高效率等优点。现有重力选矿其流程长，设备复杂，相比较则可简化工艺、缩短流程，且能提高效率和精度。与重介质选矿相比，它不需要添加任何加重剂，既不需要重介质的准备和配制，也不需要进行重介质回收，不但经济也简便易行。在非金属材料如金刚砂等的分级(分号)方面，取代干式筛分，可简化工艺设备，便于维修，降低能耗，缩小占地面积，无粉尘污染，提高效率。在尾矿的处理方面，极其简便地对重金属进行回收，可取得经济且充分地利用资源的积极效果。在粮食的淘洗方面，由于污染源渐多，粮食经淘洗后再加工，势在必行，它具有改善食品卫生现状，增进人类身体健康的积极意义。对农作物种子进行淘洗，亦可减少病虫害。
实施于选矿和分级工作，还有极其有利的一面。矿山多处于山区，由于山地河流落差较大，利用河流或渠道的落差，最为经济。即使落差较小，稍加迭坝(滚水坝)即可满足需要。既节省能源，且供水稳定。
定水头淹没铅直射流水重力分选器的缺点是耗水量较大，在干旱缺水和高寒地区不易采用。而在水源较充足的地方却是经济可行的，况且在选矿工程上对水质要求不高，经沉淀后可循环使用。唯有淘洗粮食用水一次性为好。
附图
图面说明图一是本实用新型第一个实施例的正面视图，且沿图三的A-A局部剖视。
图二是图一的B-B剖视图。
图三是图一的俯视图。
图四是图一中I处的局部放大图。
图五是图一中II处的局部放大图。
图六是本实用新型第二个实施例的正面视图，且沿图八的C-C局部剖视。
图七是图六的D-D剖视图。
图八是图六的俯视图。
图九是图六中II处的局部放大图。
图十是本实用新型第三个实施例的正面视图，且沿图十二的E-E局部剖视。
图十一是图十的F-F剖视图。
图十二是图十的俯视图。
图十三是图十中II处的局部放大图。
图十四是图十中G-G的局部剖视放大图。
附图中 1.给料槽 2.阻砂条 3.喷咀栅 4.排出槽 5.给水槽6.定水头槽 7.溢流管 8.分选槽 9.橡胶管 10.接收器 11.接样瓶 12.出矿槽 13.提升机 14. 上排出槽 15.中排出槽 16.下排出槽 17.条形筛
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
定水头淹没铅直射流水重力分选器的第一个实施例，是在砂金矿(单质分离存在，即非包容性)的分选和尾矿处理，以及磁选、浮选后的尾矿处理方面的应用，其结构和流程参看附图一、图二、图三、图四、图五。供水系统向给水槽(5)供水，在此消除由于供水所形成的气泡，若有砂石亦能得到沉淀。再流入定水头槽(6)，同时充灌分选槽(8)。调整溢流管(7)，在此槽中形成恒定水面，从而获得定水头。在定水头的重力作用下，由喷咀栅(3)的各喷咀出流而形成射流，分散后形成堰流，由排出槽(4)流泄。由于上部的堰流，这时的射流则成为淹没射流。给矿立由水溜输送，一是节省机械动力，二是矿砂经预先湿润，充分消除以空气为介质的表面张力，提高分选精度。当矿砂经给料槽(1)进入分选槽(8)后，大粒度砂石被阻砂条(2)阻隔，同时，由于射流的作用，上部堰流呈波浪状态，矿砂即迅速分散，加之矿砂密度和粒度的不同，其运动状态的不同，至使给矿的容积浓度迅速大幅度降低，为大密度矿粒的充分沉降创造了条件。矿砂随堰流向排出槽(4)运动，大密度矿粒则逐渐且充分沉降。重力大于介质阻力的矿粒为精矿，穿过喷咀栅(3)下沉，经橡胶管(9)进入接收器(10)。连续给矿(给矿量应小于介质总流量的25％)，连续分选。接样瓶(11)与排出槽(4)相通，且与排出槽(4)等宽开口。当排出矿砂随堰流流经此处时，其中密度和粒度较大者，仍有机会落下，进入接样瓶(11)。对接收矿样进行分析，可监视分选精度，为调整水头高度提供参考。阻砂条(2)的安装，顺物流方向应有5°～10°的倾角，以利大粒度砂石排出，其位置高度应在射流的分散高度和紧密部分高度之间。阻砂条(2)的间距b和喷咀栅(3)的间距B(见图四和图五)，均随入选粒度而定，且应B＞b。
在磁选和浮选的尾矿处理方面应用，只把阻砂条(2)去掉即可。如果连续分选提取几个产品，可分段进行，将接样部分也去掉，首尾由溜槽连接，根据沉降条件的不同，分别调整溢流管(7)，使之形成不同的水头高度，即可获得几个产品。一般情况下，为提高精矿入选率，可用于初(粗)选，然后采用其它工艺再加精选。在矿物粒度比较接近的情况下，可用为精选，一次性完成分选工作。
更换接收器(10)和接样瓶(11)时，先把橡胶管(9)夹死，然后取下，将预备瓶装满水再与橡胶管(9)连接。更换不用停机。
定水头淹没铅直射流水重力分选器的第二个实施例，是在选矿工程选前分级上的应用，如浮选前、磁选前、摇床前等，取代老式螺旋分级机和现有的水力分级箱，结构和流程简述如下(见附图六、图七、图八、图九)外部供水系统向给水槽(5)供水，然后流向定水头槽(6)，同时充灌分选槽(8)和出矿槽(12)，喷咀栅(3)各喷咀逐渐形成射流。出矿槽(12)内的水面与定水头槽(6)的水面形成等压面后，调整溢流管(7)获得定水头，分选槽(8)内的射流即达到所需高度，也即流速υ达到理想流速。射流分散后形成堰流，经排出槽(4)流泄。从给料槽(1)由水溜送矿进入分选槽(8)，矿砂受介质浮力和射流的作用力迅速分散，将大幅度降低容积浓度。小粒度、小密度的矿粒(符合要求的)，随堰流从排出槽(4)流向下道工序分选；大粒度、大密度矿粒，即重力大于介质阻力的矿粒，穿过射流的紧密部分沉降至底部，由(斗式或刮板式)提升机(13)从出矿槽(12)中提升出槽，再通过其它输送形式，返回粉碎。如此周而复始，连续给矿(给矿量应小于介质总流量的25％)，连续分选，即完成了分级工作。
在非金属物粒的分级上亦可应用，如金刚砂的分号，取代干式筛分，可首尾相连，分段连续分选。根据要求粒度的不同分别调整各段的溢流管(7)，使之形成不同的水头高度，分几段即可获得几个不同粒度的产品。它的分选是由大粒度到小粒度逐级进行，与筛分恰恰相反。同时，还可用于当前筛分前的水洗方面，取代老式螺旋洗砂机。
定水头淹没铅直射流水重力分选器的第三个实施例，是在粮食淘洗方面的应用，其结构和流程简述如下(见图十、图十一、图十二、图十三、图十四)外部供水系统向给水槽(5)供水，然后流向定水头槽(6)，同时充灌分选槽(8)。调整溢流管(7)，获得所需要的定水头，喷咀栅(3)各喷咀形成足够高度的射流。射流分散后形成堰流，经上排出槽(14)和下排出槽(16)流泄。粮食的给入由水溜输送，使之充分湿润，一是预先湿润易于淘洗干净，二是充分消除以空气为介质的表面张力，以免被水漂走粮食。从给料槽(1)将粮食送进分选槽(8)，由于介质的浮力和射流的作用力，粮食及杂物迅速散开。然后分三个流向一是重力大于介质阻力的大砂粒和小石子，穿过射流的紧密部分下沉，经橡胶管(9)落入接收器(10)。二是诸如草、糠之类和畜、禽粪便等漂浮物，漂浮于堰流水面；同时，也有一部分泥土一起从上排出槽(14)随堰流的一部分排出。三是粮食的流向，它既不能上浮至水面，又不能沉降，而是悬潜于中部，同小砂粒在一个梯度上，形成另一个物流层，随堰流向排出方向运动，进入中排出槽(15)。中排出槽(15)的底部为条形筛(17)，这一大部分堰流携带小砂粒、泥土及污垢从条形筛(17)筛隙(见图十四，筛隙L应小于粮食粒度)漏下，进入下排出槽(16)，与上排出槽(14)同方向排出。而粮食则阻隔于条形筛(17)斜面上，随之滑坡出槽。连续给料(给入量应小于介质总流量的25％)，连续淘洗，即完成粮食的淘洗工作。
粮食品种的不同，其重度和形状亦不同。但只须调整溢流管(7)，从而获得不同高度的水头，不同的流速，不同的介质阻力，也就都可以淘洗了。
当接收器(10)积满需更换时，先把橡胶管(9)夹死，再取下接收器(10)，将预备接收器灌满水，再与橡胶管(9)连接，然后松开橡胶管(9)。更换不用停机。
本实用新型的三个实施例相比较，见图一和图十，不难看出，第一和第三个实施例的分选槽(8)，其下部为漏斗状．经橡胶管(9)与接收器(10)相连，且与大气隔绝，这里称之为闭式；而第三个实施例的又一不同特点为排出槽分上、中、下三个，即图十中(14)、(15)、(16)，其物流是分层排出的。第二个实施例见图七，它的出矿槽(12)是开口向大气的，这里称之为开式，出矿槽(12)与定水头槽(6)为等压面；排出槽(4)的排出物和出矿槽(12)的接收物均为有用物流。
定水头淹没铅直射流水重力分选器的实施，从附图可以看出，几何尺寸不大，结构简单，应用方便，这是不难理解的。从机械设计应遵循的品格及原则来说，由于总体尺寸小，结构简单，实现其实用性、整体性，达到满足需要、经济合理，其它方面也就不难解决了。在整体制造上，采用金属材料倒未尝不可，倒不如采用非金属材料经济，工艺性也好，成本亦低廉，同时耐腐蚀，维修也方便。若采用非金属透明材料更为适宜，可以直接观察物流的运动状态，把握各方面的具体情况，便于调整，这将更为理想。另外，如图一的阻砂条(2)和喷咀栅(3)，图六的喷咀栅(3)，图十的喷咀栅(3)和条形筛(17)，采用注塑工艺制作更为适宜。不但工艺性好，几何尺寸易于保证，且装配简便可靠，拆卸维修方便。
各喷咀的几何形状是利用其缩放形的特性，在客观作用上利用其20°夹角(见附图五、九、十三局部放大II)之实体，占居二相邻射流所形成的真空部分，以防止物粒在此部位停滞，它起着双重的作用。但20°夹角由于射流的速度不同等因素，它不是精确值，就实用来说，不必十分精确。实验证明，其范围在±5°或更大些均可。
初步设计时的几何尺寸，可参照公式(4)、(5)、(6)。考虑供水的非均匀性，供水量应略大于介质的总流量。其总流量Q为Q＝Aυ (7)式中 A------喷咀栅各喷咀截流面积的总和υ-----喷咀处的流速，即 定水头槽(6)(见附图)与分选槽(8)连通处的开口面积，应大于喷咀栅(3)各喷咀截流面积的总和A。定水头槽(6)和给水槽(5)的面积(水平面)均应大于上述连通处的开口面积，以充分满足喷咀处的总流量Q。
针对选矿设备、分级设备和粮食淘洗设备而作为产品进行制造，可依据被处理物的密度、粒度及单位时间处理量等条件，将分选槽(8)(见附图)定为不同的宽度。同时相应改变其它有关尺寸，则可设计成系列产品。如将分选槽(8)的宽度设计为100mm、200mm、400mm、600mm等。以适应不同的需要。
权利要求1.定水头淹没铅直射流水重力分选器是由给水槽、定水头槽、分选槽、排出槽、出矿槽、接收器及相连的附属部分构成其特征是给水槽与定水头槽并列相连，中间隔板上半部开口使两槽相通定水头槽与分选槽并列相连，中间隔板下半部开口使这两槽贯通在定水头槽中设有溢流管，在分选槽内设有喷咀栅。
2.根据权利要求1所述的水重力分选器，其特征在于溢流管高低可调，喷咀栅之栅肋横截面的形状是下端为圆弧形，上部为20°之尖角，夹角两边与下端圆弧相切，相邻两栅肋之栅隙呈缩放形。
3.根据权利要求1所述的水重力分选器，其特征在于分选槽下部呈漏斗状，经橡胶管与接收器相连接，成闭式状态。
4.根据权利要求1所述的水重力分选器，其特征在于分选槽与出矿槽并列相连，中间隔板下部开口使两槽贯通，出矿槽开口向大气，呈开式状态。
5.根据权利要求1所述的水重力分选器，其特征在于排出槽分层设置，上排出槽与中排出槽之间有隔板，中排出槽与下排出槽之间由条形筛相分。
专利摘要定水头淹没铅直射流水重力分选器是由给水槽、定水头槽、分选槽、排出槽、出矿槽、接收器及相连的附属部分构成；其特征是给水槽与定水头槽并列相连，中间隔板上半部开口使两槽相通；定水头槽与分选槽并列相连，中间隔板下半部开口使这两槽贯通；在定水头槽中设有溢流管，在分选槽内设有喷嘴栅。
文档编号B03B7/00GK2243342SQ95214000
公开日1996年12月25日 申请日期1995年6月1日 优先权日1995年6月1日
发明者田素海 申请人:田素海