CC BY
20
УДК 622.7:622.33:534.232 © ОЛ. Дудченко, Г.Б. Федоров, 2019
Виброакустическая техника для интенсификации обогащения угля
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-4-62-66
ДУДЧЕНКО Олег Львович
Канд. техн. наук, доцент НИТУ «МИСиС», 119049, г. Москва, Россия, тел.: +7 (925) 507-75-06, e-mail: dionis4444@mail.ru
ФЕДОРОВ Геннадий Борисович
Канд. техн. наук, доцент НИТУ «МИСиС», 119049, г. Москва, Россия, тел.: +7 (916) 397-72-82, e-mail: dionis_4444@mail.ru
Предлагается новый кластер виброакустических аппаратов для интенсификации различных технологических процессов горного производства. Эти аппараты позволяют при высокой производительности качественно обрабатывать исходный продукт. Особенность виброакустической техники заключается в том, что в обрабатываемой жидкости возникают нелинейные физические эффекты, которые повышают эффективность обработки горной массы. Ключевые слова: промывочно-классифицирующая машина, виброакустический классификатор-сгуститель, гидроклассификатор, виброакустический фильтр.
ВВЕДЕНИЕ
Для повышения эффективности использования минеральных ресурсов страны необходимы разработка и внедрение в производство инновационной техники и технологий, обеспечивающих полное извлечение полезных компонентов из горной массы и комплексную переработку минерального сырья.
Одним из перспективных направлений научных исследований НИТУ «МИСиС», способных принести ощутимые результаты в ближайшее время, является использование виброакустической техники для интенсификации процессов горного производства [1, 2].
Применение виброакустической техники открывает широкие возможности для решения целого ряда сложных задач: тонкую классификацию, отсадку, обезвоживание, флотацию, промывку, фильтрацию промышленных стоков [3, 4, 5, 6, 7].
Особенность виброакустической технологии - прямая трансформация механической энергии вибраций в колебательную энергию жидкости. Это позволяет получать высокие значения переменного гидравлического давления
и колебательной скорости в больших объемах обрабатываемого материала при минимальных энергетических затратах, создавать резонансный режим обработки. Виброакустическое воздействие позволяет получать в многофазных системах высокие значения энергии на молекулярном уровне в больших технологических объемах. При этом в жидкости возникают нелинейные физические явления, ускоряющие технологические процессы и повышающие их эффективность.
В настоящее время существует кластер модулей виброакустических аппаратов для интенсификации различных технологических процессов горного производства [8].
ВИБРОАКУСТИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
ДЛЯ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Разработана виброакустическая промывочно-классифицирующая машина (ВПКМ), которая позволяет одновременно проводить процессы классификации, промывки, транспортировки и обезвоживания исходного продукта. Принцип ее работы заключается в том, что исходная суспензия классифицируется на сетчатой перегородке по заданному классу. Надрешетный продукт скапливается в определенном месте, транспортируется, обезвоживается и подается на конвейер. Принципиальная схема виброакустической установки представлена на рис. 1.
Машина представляет собой сварную станину-ванну 1, на которую устанавливаются на подшипниковых опорах шестигранный барабан 2, привод барабана 3, привод механизма вибрации 4, устройство для питания 5, задвижка на линии схода хвостов 6, фланцы с рукавами на линии слива и поддержки уровня суспензии 7 и желоб на линии удаления концентрата 8. Дно ванны имеет наклон 6° в сторону пирамидальной воронки, а наклонная торцевая стенка, к которой крепятся печка и сальниковый уплотнитель-ный узел, состоит из нижней приваренной к станине части и съемной верхней части. На дно ванны устанавливается резиновая манжета 9 ,закрытая сверху тарелкой 10. Так как тарелка жестко соединена с балкой 11, закрепленной на качающейся балансирной раме 12, то колебательные движения рамы передаются тарелке и, следовательно, массе суспензии, находящейся в ванне. Балансирная рама и связанная с ней тяга 13 подвешена на резиновых опорах-шарнирах и получает колебательные движения благодаря перемещениям штока механизма привода вибрации, в котором предусмотрена возможность регулировки эксцентриситета нижнего шарнира и штока в пределах от 0 до 40 мм, а изменение частоты колебаний достигается установкой сменных шкивов на валу электродвигателя.
ВПКМ содержит шестигранный барабан, боковые поверхности которого выполнены перфорированными (например, шпальтовые сита). На внутренней стороне боковой поверхности установлена транспортирующая спираль. Барабан установлен в поддоне под углом к горизонту. На дне поддона размещены вибровозбудители с излучающими мембранами. Имеются узел загрузки исходного продукта и узел отвода шламов. Шестигранный барабан состоит из сварного каркаса и закрепляемых на нем 18 кассет со стеками. Барабан установлен под углом 8о к горизонтали.
Создана экспериментальная модель ВПКМ (рис. 2), которая прошла испытания в промышленных условиях (табл. 1).
Проведенные промышленные испытания показали целесообразность применения виброакустической машины для одновременного проведения процессов классификации, промывки и обезвоживания. Виброакустическая промывочно-классифицирующая машина позволяет надежно классифицировать продукты по классу 300-700 мкм (90-93%). Отмечены высокое качество отмывки исхо-
Рис. 2. Виброакустическая промывочно-классифицирующая машина
Техническая характеристика опытного образца ВПКМ
Таблица 1
Производительность по исходному продукту, т/ч 100-150
Классификация по классу, мм 0,3-0,7
Эффективность классификации, % 90-93
Влажность готового продукта, % 8-10
Габариты ДхШхВ, м: 6х2,5х3
Угол наклона, градус 7-9
Скорость вращения барабана, об./мин 10-15
Частота колебаний мембраны, Гц 5-15
Амплитуда смещения мембраны, мм 5-10
Площадь шпальтового сита, м2:
- общая 10
- рабочая 2
Масса, т 5
Потребляемая электрическая мощность, кВт 15
дного продукта от глинистых включений и обеспечение необходимой влажности продукта (8-10%). Это позволяет перемещать продукт по транспортеру.
В процессе эксплуатации разработанная пилотная конструкция показала свою надежность и работоспособность. Эффективность классификации в виброакустической машине всегда выше и стабильнее, чем в существующих аппаратах для классификации. Предложены пути реализации предложения на предприятиях в процессах обогащения полезных ископаемых.
Можно сделать вывод, что ВПКМ перспективна и найдет широкое применение для классификации, промывки и обезвоживания высокодисперсных суспензий в различных отраслях народного хозяйства.
Разработан унифицированный виброакустический классификатор-сгуститель, который в зависимости от режима его работы может быть использован как классификатор, как сгуститель и как аппарат для очистки сточных вод. Принципиальная схема этого виброакустического аппарата представлена на рис. 3.
Классификатор-сгуститель выполнен двухсекционным с общим вибровозбудителем. Каждая секция выполнена в виде полого металлического корпуса, верхняя часть которого приварена к раме. В торцах корпуса расположены поршни: верхний - плоский с системой отверстий, нижний - в виде усеченного конуса. Поршни соединены между собой тягами и связаны с вибровозбудителем через коромысло. Каждый корпус разделен сетчатой перегородкой на две камеры: верхнюю - тонкого готового продукта и нижнюю - приема исходного продукта (питания). Камера готового продукта имеет кольцевое разгрузочное устройство. В камере исходного продукта предусмотрены загрузочное и разгрузочное устройства. Последнее расположено в центре конического поршня. Сетчатая перегородка - основной рабочий элемент разделения частиц по крупности. Для увеличения прочности и срока службы сетка закреплена в металлической перфорированной кассете.
В аппарате предусмотрено изменение частоты и амплитуды колебаний поршней. Регулировка этих параметров обеспечивает надежную работу аппарата при различных
Рис. 3. Виброакустический классификатор-сгуститель:
I - разгрузочное устройство; 2 - тяги; 3 - металлический корпус;
4 - камера готового продукта; 5 - сетчатая перегородка; 6 - поршень с отверстиями; 7 - разгрузочное устройство; 8 - камера приема исходного питания; 9 - разгрузочное устройство; 10 - поршень в виде усеченного конуса;
II - коромысло; 12 - рама аппарата; 13 - вибровозбудитель
Таблица 2
Техническая характеристика виброакустического классификатора-сгустителя
Производительность по исходному продукту, т/ч 50-70
Классификация по классу, мм 0,1-0,5
Эффективность классификации, % 92-95
Влажность готового продукта, % 7-9
Частота двойного хода поршня, Гц 5-15
Размах двойного поршня, мм 5; 7; 9; 11
Мощность электроприврда, кВт, не более 1,8
Размеры, мм 2480x1480x1780
Масса, кг 1420
физико-механических свойствах исходной суспензии (гранулометрический состав и плотность взвесей, отношение Т:Ж).
Конструкция классификатора обеспечивает легкость смены фильтровального сита при выходе ее из строя. Это достигается без разборки самого аппарата. Выполнение разгрузочного узла в виде колеблющегося усеченного поршня обеспечивает сгущение продукта и надежное его удаление из аппарата.
Были проведены натурные испытания опытного образца виброакустического классификатора-сгустителя. Полученные результаты представлены в табл. 2.
Предлагаемый аппарат может быть с успехом применен для классификации и сгущения различных пульп. Следует отметить, что он может быть использован и для классификации высокодисперсных суспензий.
Учитывая опыт ранее проведенных исследований, был разработан виброакустический гидроклассификатор для разделения водоугольных смесей с одновременной классификацией твердого продукта на сетках с ячейками 100 мк. Внешний вид виброакустического классификатора представлен на рис. 4.
Виброакустический гидроциклон выполнен в виде цилиндра, а нижняя часть - в виде конуса. В корпусе 4 аппарата вмонтирован горизонтальный фильтровальный элемент 3. Он изготовлен в виде «сэндвича» - фильтровальная сетка установлена между двумя перфорированными пластинами. Такое выполнение обеспечивает жесткость фильтровального элемента и увеличивает срок его службы. Использовалась сетка с размером ячеек 100 мк, живое сечение которой составляло 50%. Над сеткой устанавливается поршень 3, предназначенный для возбуждения упругих колебаний жидкости, что обеспечивает непрерывную регенерацию сетки.
Поршень имеет систему сквозных отверстий и приводится в колебание вибратором 1. Частота колебаний вибратора изменяется от 3 до 5 Гц, а амплитуда колебаний от 3 мм до 20 мм. Питание виброакустического вибратора подается под сетку через патрубок, имеющий на своем конце раструб 5. Это позволяет осуществлять равномерную нагрузку на фильтровальный элемент. Слив тонкого продукта осуществляется над сеткой. Отвод сгущенного продукта проводится через патрубок, установленный в конусной части корпуса.
Размеры аппарата были следующими:
- диаметр цилиндрической части -500 мм;
- диаметр патрубков - 100 мм;
Рис. 4. Принципиальная схема виброакустического гидроклассификатора: 1 - вибратор; 2 - поршень; 3 - фильтр; 4 -корпус; 5 - раструб загрузочного устройства
- площадь фильтровального элемента - 0,2 м2;
- мощность электродвигателя вибровозбудителя - 3,2 кВт.
Исходный продукт подавался под давлением 0,015 МПа.
При этом производительность составляла 15 м3/ч по исходному продукту, а по сливу - 3 м3/ч. Из проведенных исследований установлено, что с помощью виброакустического гидроклассификатора можно при удовлетворительной производительности эффективно разделять продукт по классу 100 мкм.
Изучение результатов воздействия виброакустических колебаний на процесс фильтрования суспензий, поведения взвесей в мощных полях колебаний, а также возможности интенсификации фильтрования и повышения его эффективности позволило создать принципиально новую установку для очистки шахтных вод - дипольный виброакустический фильтр (ВАФ).
Принцип действия установки заключается в следующем. Через фильтровальный элемент под действием виброакустических колебаний возбуждают знакопеременные потоки жидкости. Амплитудное значение колебательной скорости должно быть больше значения скорости потока в отсутствие колебаний, что способствует периодической (с частотой, равной частоте колебаний) очистке пор фильтра от застрявших в них частиц. При этом происходит регенерация фильтровального материала, то есть восстановление его пропускной способности.
Предлагаемая установка отличается от ранее известных аппаратов с применением звуковых и ультразвуковых колебаний неподвижным фильтрующим элементом и возможностью возбуждать колебания в резонансном режиме
На базе проведенных научно-исследовательских работ разработан виброакустический фильтр для очистки сточных вод горных предприятий. На рис. 5 представлена пилотная конструкция виброакустического фильтра.
вным элементом конструкции является выполнение вибровозбудителя в виде диполя - двух поршней, жестко связанных между собой и расположенных по разные стороны от фильтра.
Виброакустический фильтр содержит следующие основные узлы:
- две рабочие секции с фильтровальными элементами;
- общий возбудитель вибраций в виде двух эксцентриков, расположенных на общем валу;
- поршни, установленные в торцах секций на гибких элементах и жестко попарно соединенные тягами;
- гидравлический привод для возбудителя вибраций;
- электродвигатель для вращения вала с эксцентриками.
В условиях крупномасштабного эксперимента предусматривалось опробование ВАФ для очистки шахтных вод. Результаты промышленных исследований показали перспективность использования предложенного виброакустического способа фильтрования в водошламо-вом хозяйстве горных предприятий. Это устройство при большой удельной производительности (до 70 м/ч) обеспечивает высокий уровень очистки сточной воды. Может быть получена эффективность осветления до 70-80%. Причем эффективность работы аппарата зависит от гранулометрического состава твердой фазы шахтных вод и ее физико-механических свойств. Показатели работы виброакустического фильтра всегда выше и стабильнее характеристик сооружения первой стадии очистки шахт-
Рис. 5. Внешний вид виброакустического фильтра
ных вод. Разработанная конструкция виброакустического фильтра показала свою работоспособность и надежность. Она может быть с успехом использована для классификации угольных суспензий.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приведены конструкции принципиально нового вида оборудования:
- виброакустическая промывочно-классифицирующая машина (ВПКМ);
- виброакустический классификатор-сгуститель;
- виброакустический гидроклассификатор;
- виброакустический фильтр (ВАФ).
Полученные результаты испытаний этих машин в промышленных условиях показали, что применение виброакустических аппаратов в технологических процессах горного производства позволяет увеличить их производительность и повысить эффективность обработки. Эти аппараты просты в изготовлении, надежны в работе, малогабаритны. В дальнейшем необходимо разрабатывать конструкции промышленных образцов виброакустической техники.
Список литературы
1. Agafonov J.G., Dudchenko O.L., Fedorov G.B. Infrasonics for intensification of mining practices // Scientific Reports on Resource Issues. Freiberg, Germany. 2014. Vol. 1. Рр. 176-183,
2. Agafonov J.G., Dudchenko O.L., Fedorov G.B. Infrasonic methods and technology: innovative approach to intensity mining practices // Scientific Bulletin of National Mining University. Dnepropetrovsk. 2014. N 2 (140). P. 99-104.
3. Ksenofontov B.S., Ivanov M.V. Case study: Use of flotation for industrial stormwater treatment // Water Practice and Technology. 2014. N 9 (3). Рр. 392-397.
4. Ksenofontov B.S., Ivanov M.V. Intensification of flotation treatment by exposure to vibration // Water Practice and Technology. 2014. N 69 (7). Рр. 1434-1439.
5. Ksenofontov B.S., Ivanov M.V. A novel multistage kinetic modeling of flotation for wastewater treatment // Water Practice and Technology. 2013. N 68 (4). Рр. 807-812.
6. Антипенко Л.А. К вопросу о современных технологиях переработки и обогащения угля // Уголь. 2015. № 12. С. 68-71. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/122015.pdf (дата обращения: 15.03.2019).
7. The influence of oil contaminated soil on the quality of surface waste water / B.S. Ksenofontov, E.S. Antonova, M.V. Ivanov, A.S. Kozodaev, R.A. Taranov // Water Practice and Technology. 2015. № 10 (4). Pp. 814-822.
8. Drebenstedt C., Agafonov J.G., Fedorov G.B. Research and development of waste waters vibroacoustic purification methods for mining enterprises // Mining Meets Water-Conflicts and Solutions. Leipzig, Germany, 2016. Pp. 859-866.
COAL PREPARATION
UDC 622.7:622.33:534.232 © O.L. Dudchenko, G.B. Fedorov, 2019
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 4, pp. 62-66 Title
VIBROACOUSTIC TECHNIQUE FOR INTENSIFICATION OF COAL PREPARATION
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-4-62-66
Authors
Dudchenko O.L.', Fedorov G.B.'
1 National University of Science and Technology "MISIS" (NUST "MISIS"), Moscow, 119049, Russian Federation
Authors' information
dudchenko O.L., PhD (Engineering), Associate Professor, tel.: +7 (925) 507-75-06, e-mail: dionis4444@mail.ru Fedorov G.B., PhD (Engineering), Associate Professor, tel.: +7 (916) 397-72-82, e-mail: dionis_4444@mail.ru
Abstract
This paper proposes a new cluster of vibroacoustic devices to intensify various processes of mining operations. The use of these devices allows qualitative processing of raw material at high performance. The generation of nonlinear physical effects during treatment of liquid is the feature of the vibroacoustic technique; as a result, an increase in the processing efficiency of the rock mass due to emergence of these effects occurs.
Keywords
Washing-classifying machine, Vibroacoustic classifier-thickener, Hydraulic classifier, Vibroacoustic filter.
References
1. Agafonov J.G., Dudchenko O.L. & Fedorov G.B. Infrasonics for intensification of mining practices. Scientific Reports on Resource Issues. Freiberg, Germany, 2014, Vol. 1, pp. 176-183.
2. Agafonov J.G., Dudchenko O.L. & Fedorov G.B. Infrasonic methods and technology: innovative approach to intensity mining practices. Scientific Bulletin of National Mining University. Dnepropetrovsk, 2014, Vol. 2(140), pp. 99-104.
3. Ksenofontov B.S. & Ivanov M.V. Case study: Use of flotation for industrial stormwater treatment. Water Practice and Technology, 2014, Vol. 9(3), pp. 392397.
4. Ksenofontov B.S. & Ivanov M.V. Intensification of flotation treatment by exposure to vibration. Water Practice and Technology, 2014, Vol. 69(7), pp. 1434-1439.
5. Ksenofontov B.S. & Ivanov M.V. A novel multistage kinetic modeling of flotation for wastewater treatment. Water Practice and Technology, 2013, Vol. 68(4), pp. 807-812.
6. Antipenko L.A. K voprosu o sovremennyh tekhnologiyah pererabotki i obogashcheniya uglya [On the issue of advanced coal processing and ben-eficiation technologies]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2015, No. 12, pp. 68-71. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/122015.pdf (accessed 15.03.2019).
7. Ksenofontov B.S., Antonova E.S., Ivanov M.V., Kozodaev A.S. & Taranov R.A. The influence of oil contaminated soil on the quality of surface waste water. Water Practice and Technology, 2015, Vol. 10(4), pp. 814-822.
8. Drebenstedt C., Agafonov J.G. & Fedorov G.B. Research and development of waste waters vibroacoustic purification methods for mining enterprises. Mining Meets Water-Conflicts and Solutions. Leipzig, Germany, 2016, pp. 859-866.
Назаровские горняки добыли 470-миллионную тонну угля
СУЭК
СИБИРСКАЯ УГОЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ
1 марта 2019 г. на Назаровском разрезе добыта 470-миллионная тонна угля с начала эксплуатации месторождения. Важное производственное событие произошло в смену экипажа экскаватора ЭР-1250 № 86 в составе опытного старшего машиниста Виктора Костылева, многократного победителя конкурсов профессионального мастерства, машиниста Артема Шатского, помощника машиниста Александра Найденко и начальника смены Владилена Колчанова.
Очередной рубеж стал выполнением взятых горняками обязательств - вести добычу угля бесперебойно, де-
монстрируя производственные мощности своего предприятия. Так, с начала года назаровцы идут с превышением плана, а годовой план прошлого года был перевыполнен и достиг 3,5 млн т.
К слову, также весной, в 2013 г., коллектив предприятия добыл юбилейную 450-миллионную тонну твердого топлива. Тогда угольщики поставили перед собой задачу - в ближайшее время отгрузить полумиллиардную тонну и планомерно идут к ее реализации. Добавим, что Назаров-ский разрез сдан в эксплуатацию 68 лет назад - в 1951 г.
