При осаждении крупных частиц преобладающее значение имеет динамическое сопротивление, а при осаждении мелких — сопротивление трения.

По принципу действия различают гидравлические классификаторы с горизонтальным или восходящим потоком воды; центробежные (гидроциклоны); механические (спиральные, реечные); многокамерные.

Конструкции аппаратов

Гидравлический классификатор с восходящей струей воды.

На рис. 1-38 представлены схемы классификаторов вертикального типа с восходящим потоком чистой воды. Подача гидросмеси по подводящему трубопроводу в диффузор (приемно-разделительную камеру) может осуществляться в центре сверху (рис. 1-38, а), радиально (рис. 1-38, б), тангенциально (рис. 1-38, в), в центре снизу (рис. 1-38, г). В диффузоре 2 и классификационной камере гидросмесь или пульпа встречается с потоком чистой воды, подаваемой по трубопроводу, и поднимается вверх. В вертикальном потоке более крупные частицы, имеющие больший вес, оседают и выгружаются через разгрузочное устройство, а мелкие фракции через сливное устройство отводятся из гидроклассификатора.

Простота и надежность конструкции гидроклассификаторов обеспечили их широкое внедрение для обогащения песков, используемых в технологии бетона и стекла.

В случае необходимости разделения пульпы на несколько фракций последовательно включают несколько гидроклассификаторов.

Классификаторы центробежные (гидроциклоны). В промышленности нерудных материалов и цементной широкое распространение получили центробежные классификаторы (гидроциклоны). Этому способствовали их высокая производительность и простота конструкции.

Гидроциклоны, применяемые в цементной промышленности, позволяют выделить из поступающего на помол шлама до 70% готового кондиционного продукта, не требующего дальнейшего помола в мельницах. При применении гидроциклонов снижается потребность в сырьевых мельницах, а расход электроэнергии на приготовление шлама сокращается почти на 50%.

Рис. 1-38. Схемы классификаторов вертикального типа с восходящим потоком чистой воды

Гидроциклон (рис. 1-39) состоит из двух частей: верхней цилиндрической и конической. Внутренняя часть корпуса футерована резиной или каменным литьем.

Пульпа (или шлам) подводящим трубопроводом тангенциально, под давлением, направляется в цилиндрическую часть гидроциклона, при этом она приобретает вращательное движение. Вследствие этого внутри циклона возникают значительные центробежные силы и образуются два потока, движущиеся в противоположных направлениях. Под действием центробежных сил более крупные частицы отбрасываются к стенкам и по спиральной траектории движутся вниз, а затем удаляются через нижний сливной патрубок. Мелкие частицы движутся во внутреннем спиральном потоке вверх и отводятся через верхний сливной патрубок.

Учитывая распределение скоростей и действующих сил, процесс разделения шламов в гидроциклоне можно представить в следующем виде. Под действием центробежных сил твердые частицы стремятся двигаться от оси к периферии. Их движению препятствуют сопротивление среды и вращательное движение жидкости.

Рис. 1-39. Гидроциклон

Частицы, имеющие промежуточный размер между максимальной крупностью зерен, уходящих в верхний слив, и минимальной крупностью зерен, которую можно получить в нижнем сливе, будут циркулировать в некоторой «мертвой зоне», медленно осаждаться и удаляться через нижний сливной патрубок.

Размеры и конструктивные особенности гидроциклона должны соответствовать его назначению (классификация, обогащение или. осветление суспензий). Чем меньше диаметр гидроциклона, тем больше центробежные силы и тем тоньше отделяемый продукт, так как

радиальное ускорение, приобретаемое в гидроциклоне частицами, обратно пропорционально радиусу траектории вращения. Следовательно, чем меньше диаметр гидроциклона, тем короче путь, который должна пройти частица, чтобы достичь стенки гидроциклона, и тем скорее она оседает; кроме того, эффективность разделения больше в гидроциклонах с малым углом конусности (15 и даже 10°). При такой форме конусности удлиняется путь твердых частиц и возрастает время пребывания их в центральном вращающемся потоке (увеличение времени определяется, однако, долями секунды).

Для тонкой классификации пульпы применяют батарейные гидроциклоны (мультигидроцик-лоны), состоящие из нескольких гидроциклонов небольших диаметров.

К центробежным гидроциклонам может быть отнесен и дуговой гидроклассификатор конструкции ВНИИЦеммаша, применяемый при мокром помоле сырья (рис. 1-40).

Сырьевой шлам после помола в мельнице подается насосом в нижнюю полость дугового короба прямоугольного сечения. Верхняя полость короба отделена от нижней в приемной части глухой листовой перегородкой, а далее — специальной сеткой. Под влиянием центробежной силы инерции, прижимающей шлам к сетке, в верхнюю полость через сетку проникают мелкие фракции шлама (вместе с соответствующей частью воды) и как готовый продукт выводятся через патрубки в шламовые бассейны. Крупная фракция возвращается на домол в мельницы по патрубку. Для регулирования потока шлама установлен клапан.

Рис. 1-40. Дуговой гидроклассификатор ВНИИЦеммаша

Классификаторы механические (спиральные и реечные). В этих аппаратах материал классифицируется в результате разности скоростей падения частиц в горизонтальном потоке пульпы при одновременном его взмучивании. Эти аппараты используют для классификации смеси частиц, главным образом мелких, на пески и шламы, а также для обезвоживания материала. Крупность разделяемого материала — не более 10 мм, крупность частиц слива колеблется в больших пределах.

Классификаторы отличаются друг от друга механическими разгрузочными устройствами: спиралью — в спиральных классификаторах, бесконечной гребковой цепью — в дражных классификаторах, гребковой рейкой — в реечных и чашевых классификаторах.

Благодаря наклонному корпусу (лотку), в котором движется пульпа и классифицируется материал, осевшие на дно крупные частицы извлекаются с помощью разгрузочных устройств и транспортируются наружу. Мелкие же частицы выдаются из классификатора вместе со сливом.

При своем движении разгрузочные устройства также взмучивают пульпу, а при выходе из нее отжимают из песка воду и частично его обезвоживают, что создает условия для транспортирования готового материала (песков) на ленточных конвейерах.

Работа механических классификаторов (размеры граничного, зерна) регулируется путем изменения скорости разгрузочных устройств (спирали, гребковые цепи и рейки) и скорости воды в аппаратах.

В промышленности строительных материалов большое распространение нашел спиральный классификатор. Он состоит из рамы-корыта (рис. 1-41), спирали на трубчатом валу, главного привода, механизма подъема спирали и системы питания пульпой.

Рама-корыто представляет собой сварной открытый желоб, расширяющийся с одной стороны. На выходном конце рамы-корыта приварены стойки с подшипниками, в которых покоятся цапфы траверсы редуктора главного привода. Благодаря цапфам редуктор вместе с электродвигателем может поворачиваться вокруг поперечной горизонтальной оси при подъеме спирали. Окно служит для выхода отсортированного и промытого материала. С помощью регулируемого по высоте серповидного порога образуется отжимной участок длиной 900 мм, при прохождении которого конечная влажность готового продукта снижается на 1—1,5%.

Осадительная камера рамы-корыта образована высокими бортами с двойными стенками, расходящимися под углом 60°.

Внутренние стенки (боковые и торцовая) набраны из деревянных досок, позволяющих регулировать высоту сливного порога в пределах 1500—2250 мм и отводить часть пульпы из осадительной камеры ниже зеркала слива путем создания щелей между досками. Частичный отвод пульпы из нижних горизонтов камеры осаждения повышает эффект классификации. Наружные стенки осадитель-ной камеры выполнены сварными. В сочетании с внутренними стенками они образуют сливные карманы.

Рис. 1-41. Спиральный классификатор

Спираль представляет собой двухзаходный шнек, большая часть витков которого крепится к трубчатому валу при помощи радиальных спиц с зазором между валом и витками. Выходной конец спирали не имеет витков, последний двойной виток выполнен сплошным без зазора со стороны трубчатого вала. В начале спирали, находящейся под зеркалом слива, установлены лопасти, которые усиливают перемешивание и особенно отмыв мельчайших фракций. Спирали армируются съемными износоустойчивыми пластинами.

Механизм подъема спирали служит для подъема и опускания нижнего конца спирали на высоту 1100 мм.

Система питания пульпой обеспечивает плавный ввод пульпы под зеркало камеры осаждения при разной высоте сливного порога, различной производительности и плотности. Она состоит из приемной воронки, двух выходящих из нее труб и двух питающих насадков, которые своими концами телескопически входят в трубы приемной воронки; соединение закрепляется деревянными клиньями. Такая конструкция питающих насадков позволяет устанавливать их на различном расстоянии от торцовой стенки осадительной камеры.

Нижняя опора (подшипник) трубчатого вала со спиралью работает в абразивной среде, и втулка подшипника обычно выполняется из лигнофоля или капрона, в которую под давлением 1—3 атм подается чистая вода. Поэтому главный привод и привод механизма подъема блокируют таким образом, чтобы пуск классификатора осуществлялся лишь после подачи чистой воды в нижнюю опору.

Производительность спирального классификатора 01500 мм 130—200 т/ч (по песку), влажность исходного продукта 15—18%, максимальная крупность 10 мм, угол наклона классификатора 18°. При увеличении угла наклона классификатора уменьшаются объем осадительной камеры и периметр слива, что приводит к увеличению скорости сливного потока и граничной крупности разделения. Скорость вращения спирали 4,91; 6,62; 9,9 об)мин. Шаг спирали 750 мм. Мощность электродвигателя главного привода 10; 12,5; 14 кет.

Классификаторы многокамерные. К ним относится автоматическая гидроклассификационная установка С-882 производительностью 50 т/ч, разработанная ВНИИСтройдормашем и предназначенная для получения высококачественных строительных песков требуемого зернового состава. Установка производит три технологические операции: разделяет исходный песок на четыре фракции и удаляет в слив илистые и глинистые частицы, смешивает полученные фракции в требуемых пропорциях и обезвоживает готовый продукт до состояния, пригодного для транспортирования.

Рис. 1-42. Автоматическая гидроклассификационная установка С-882 (многокамерный классификатор)
1 — пульпообразователь (приемное устройство); 2 — направляющий желоб гидроклассификатора; 3 —- гидростатическая трубка; 4 — классификационная камера; 5 — кабина оператора; 6 — поворотная воронка; 7 — дозировочный бункер; 8 — смесительная см-, кость; 9 — спиральный классификатор без обезвоживания песка (произвольного состава); 10 — спиральный классификатор для обезвоживания готовой смеси песка заданного состава (модулированного)

Аппаратом для разделения песка на фракции служит четырехка-мерный гидроклассификатор, представляющий собой прямоугольное корыто, разделенное перегородками на четыре камеры. В верхней части камеры соединены с направляющим желобом пирамидального сечения, расширяющимся к разгрузочному конусу (рис. 1-42).

Песок из камер разгружается автоматически при заданной плотности пульпы. Для измерения плотности пульпы в каждой классификационной камере установлена гидростатическая трубка (рис. 1-43) с датчиками уровня. Внутри гидростатической трубки находится вода с плавающим на ее поверхности поплавком. По мере накапливания взвешенных частиц в камере плотность пульпы увеличивается и вследствие этого поднимается уровень воды в гидростатической трубке (гидростатическая трубка с камерой работают по принципу сообщающихся сосудов). Как только поплавок достигнет’ уровня верхнего датчика, через систему реле подается сигнал и открывается клапан разгрузочного отверстия классификационной камеры. По мере разгрузки плотность пульпы в камере уменьшается, уровень воды снижается и поплавок опускается. При прохождении поплавка через нижний датчик система автоматического управления дает команду на закрытие разгрузочного отверстия. Затем начинается новый цикл работы камеры. В качестве датчиков на гидростатической трубке установлены бесконтактные конечные выключатели типа КВД-25, собранные на полупроводниках. Датчики на трубках присоединены к блоку питания прибора Д-3, управляющего исполнительными механизмами узла разгрузки гидроклассификатора.

Рис. 1-43. Схема поперечного сечения классификационной камеры гидроклассификатора
1 — классификационная камера; 2 — смотровое окно; 3 — перфорированная решетка; 4 — верхний датчик; 5 — поплавок; 6 — нижний датчик; 7 — гидростатическая трубка; 8 — клапан разгрузочного устройства

Меняя расстояние между верхним и нижним датчиком и расположение их по высоте трубки, можно изменять продолжительность цикла работы камеры, время разгрузки и плотность разгружаемой пульпы.

Каждая камера (см. рис. 1-42) работает в заданном режиме. Крупность фракции при этом определяется количеством чистой воды, подаваемой на классификацию; положение датчиков влияет на плотность разгружаемой пульпы и время разгрузки, а время цикла работы камеры зависит от процентного содержания ее в исходном материале. Излишки воды вместе с частицами песка, размер которых меньше размера граничного зерна последней камеры, переливаются через боковые проемы и задний борт направляющего лотка классификатора, а затем через сливные карманы отводятся из классификатора.

Принятая система разгрузки камеры автоматически поддерживает установленный режим разделения на фракции, независимо от изменения начальных условий процесса классификации (производительности, консистенции и зернового состава поступающей пульпы). Таким образом, автоматическая система разгрузки камер обеспечивает выдачу четырех фракций песка с постоянной обводненностью и определенным зерновым составом. Это в свою очередь дает возможность для составления шихтованной смеси применить объемное дозирование фракций непосредственно после классификации. Для составления требуемой смеси песка из полученных фракций под классификатором устанавливается шихтующее устройство, состоящее из двух рядов работающих поочередно дозировочных бункеров, распределительных механизмов и смесительной емкости.

В каждый бункер работающего ряда направляется фракция с определенным граничным зерном и постоянной для всех фракций обводненностью. На внешних вертикальных стенках бункеров по высоте имеется несколько отверстий для установки датчиков уровня, фиксирующих объем собираемого продукта. Датчики на бункерах устанавливают таким образом, чтобы обеспечить пропорциональность объемов дозируемых гидросмесей заданным соотношением соответствующих фракций в требуемой шихте. Из камер гидроклассификатора отдельные фракции песка распределительными механизмами направляются в соответствующий дозировочный бункер работающего ряда. В качестве уравномера в дозировочных бункерах использованы электронные сигнализаторы типа МЭСУ-1М. Исполнительные механизмы шихтующего устройства сблокированы между собой и работают автоматически следующим образом.

При наполнении одного из бункеров до фиксируемого датчиком уровня через релейную систему подается сигнал на соответствующий распределительный механизм, который автоматически переводит поворотную воронку в среднее положение и затем направляет излишки данной фракции по желобу между дозировочными бункерами в спиральный классификатор для обезвоживания. При наполнении пульпой следующего бункера до заданного уровня его поворотная воронка также занимает среднее положение. После наполнения последнего бункера работающего ряда, независимо от очередности их наполнения, распределительные механизмы всех камер переводят воронки в рабочее положение — на заполнение второго ряда дозировочных бункеров. Начинается новый цикл. Одновременно открываются клапаны выпускных отверстий наполненных бункеров и гидропесчаная смесь поступает в смесительную емкость, где перемешивается и равномерно направляется в другой спиральный классификатор для обезвоживания готовой шихтованной смеси. Время нахождения затворов бункеров в открытом положении определяется настройкой реле времени. (Время выдержки реле устанавливается опытным путем.)

Весь процесс обогащения песка на установке автоматизирован. На пульте управления имеется мнемоническая схема с сигнальными лампочками, по которой можно контролировать весь процесс обогащения песка на установке. Автоматическое управление предусматривает необходимую блокировку механизмов при нарушениях процесса.

Кроме автоматического режима работы узлов установки предусмотрено также дистанционное управление, при котором имеется возможность каждый исполнительный механизм установить в любое рабочее положение независимо от положения других узлов.