广东快乐十分软件下载

矿用充填料搅拌机研究进展

1   引言 矿产资源的合理开发利用是影响人类社会可持续 发展的重要因素,我国作为世界的人口大国,人均陆 地矿产资源量低于世界平均水平,居世界第80位。 我国矿产资源的战略储备已经低于或接近国家经 济和国防安全的底线,加之地壳浅部矿产资源过渡开 发,对深部矿产资源的开采势在必行。深部开采**大 问题是要控制好地压,防止和减少岩爆和岩层冒落等 灾害性事故的发生。岩层控制特别是采空区的处理将 成为深井开采的关键技术,采用合适的充填料及时回 填采空区,快速有效地控制岩体变形,是国内外公认 的防范灾害性深井地压事故、实现安全开采的重要措 施[1]。在空场采矿法嗣后充填和充填采矿法的充填工 艺中均需矿用充填料搅拌机作为充填料制备设备。 根据矿山所需充填空区的具体情况选择充填材 料、充填料浆浓度及充填料浆配合比等重要参数后即 可加入充填料进入搅拌机混合,搅拌应达到均匀不分 层、效率高的效果。而矿山充填料浆由于充填材料的 特殊属性,所涉及的高浓度、高粘度、高密度的固液 混合物体考虑到搅拌槽底部容易发生分层,甚**是沉 槽的发生,一般使用的搅拌机都采用以轴向流为主的 搅拌桨、高强度的转动轴配以高功率的电动机组装而 成。这样的搅拌机虽然能够达到搅拌效果,并尽可能 的减少沉槽的发生,但是不可避免的是在搅拌的液面 上部产生了较大的沿轴向转动的漩涡而增大了功耗, 降低了生产效率,并可能打断充填工艺的连续性,这 严重干扰了企业的正常生产,影响了企业的经济效 益。因此,开发满足生产需求的高效搅拌机是目前许 多矿山企业迫切的需求,而对新型搅拌机的开发和研 制也会取得很好的经济效益[2-3]。 2  基本原理 固体与液体在搅拌槽内的混合,其混合效果与搅 拌桨的类型、搅拌釜的尺寸设计、带动搅拌的电机等 基本参数相关。搅拌的目的是**大程度使混合物充分 扩散,使两种物质可以混合,并避免产生物质的团 聚。目前从宏观角度考虑,搅拌机采用的混合状态的 流况主要有径向流和轴向流,在非理想的混合状态 下,两种流况都存在,只是何种流况占主导的不同导 致了混合效果的侧重不同[4]。 从微观角度考虑,搅拌机的混合主要依靠的是搅 拌桨运动时对混合物产生的物理力学作用,如拉伸力 和剪切力。 从流体力学角度考虑,不同浓度的充填料浆浓度 其力学状态也各异,浓度75%以上的呈现膏体状态的 充填料已表现出部分固体特征,浓度75%以下的充填 料浆仍具有明显的流体特征。凡是流体在流动时都可 以表现出粘度,只是由于流体本身的物理特性,或悬 浮于流体中颗粒的性质不同使粘度各异而已[5]。牛顿 切应力公式表明:在平行的层状流动条件下,流体切 应力与速度梯度之间成正比关系,即τ=μ(du/dy), 这类流体被称为牛顿流体。但是,工程实际中还有许 多重要流体并不满足牛顿切应力公式所描述的规律。 虽然这些流体的切应力τ通常总可表示成速度梯度 du/dy的单值函数:τ=f (du/dy),但du与dy的函数 关系却是非线性的,这类流体统称为非牛顿流体。 矿山充填料浆属于非牛顿流体,其**大的特点就 是其黏度与流体自身的运动(或变形)相关,不再是物 性参数;非牛顿流体种类的不同,其切应力与速度梯 度之间表现出复杂的非线性行为[6]。   对于固液混合物体,要达到较好的混合效果,主 要需要的是搅拌桨产生的拉伸力和剪切力,这样可以 使混合物发生萦乱,产生湍流,使分子扩散,达到均 匀混合,从而也提高混合效率。   对于高浓度、高粘度、高密度的固液混合物体, 由于径向流和轴向流使用的桨型不同,导致搅拌桨在 搅拌槽内产生的宏观混合流型不同(如下图所示)。
对于本文所涉及的高浓度、高粘度、高密度的固
液混合物体考虑到搅拌槽底部容易发生沉槽,一般使
用的搅拌机都采用以轴向流为主的搅拌桨、高强度的
转动轴配以高功率的电动机组装而成。这样的搅拌机
虽然能够达到搅拌效果,并尽可能的减少沉槽的发
生,但是不可避免的是在搅拌的液面上部产生了较大
的沿轴向转动的漩涡而增大了功耗。  
基于以上情况,可考虑在槽壁内某一位置安放挡
板,或是采用组合搅拌桨,使其在与轴向流为主导,
在不可避免产生径向流的状态下,让大部分在水平面
上沿轴向运动的径向流,产生剪切力,发生湍流现
象,使混合物能够更充分的混合,以达到提高混合效
率的目的。  
3  国内外新型搅拌机的研制现状  
目前国内外许多公司和研究机构,都致力于新型
高效节能型矿用搅拌机的研究开发。目前国外矿山通
常采用卧式圆盘搅拌机,搅拌器呈多脚形铲状分布。
在国外比较有名的是德国K A B A G 公司制造的P G M型
卧式圆盘搅拌机的搅拌器呈星形状运动,可分一个星
形与两个星形搅拌器。搅拌器由电机驱动在盘内公
转,同时还自转,形成全方位搅拌。根据PGM型卧
式圆盘搅拌机具体型号的不同,生产能力在1 5 ~
120m3 /h之间。Teka公司生产的间断搅拌机搅拌铲
呈圆周状分布,这些精心设计的搅拌机对特定的工艺
要求,达到了**佳的搅拌效果和节能效果[7]
国内搅拌机的开发起步较晚,约始于20世纪70年
代后期,高浓度搅拌设备主要使用的是立式高浓度强力
搅拌槽,搅拌浓度75%~80%,该设备容积约5.5m3
叶轮直径650mm,主轴下部安装一个上左旋叶轮,
下部安装一个下右旋叶轮,生产能力60~80m3/h。
对于浓度要求较高的膏体制备搅拌机,主要是北京有
色冶金设计研究总院为金川公司、江西铜业公司、针
对散粒或块状固体物料与少量水泥混合而进行开发研
制的ATD系列搅拌机[7]。该系列搅拌机主要为卧式,
槽体中水平布置两组并列的轴,搅拌桨桨型主要有:
双轴叶片式、双轴螺旋式或一段搅拌双轴叶片式、二
段搅拌双轴螺旋式三种。    
现阶段研制进展主要集中在两个方面:
(1) 对入料方式的改进。如对传统的搅拌槽,胶
结物如水泥及物料尾砂如何进入搅拌槽内的方式进行
改进,或利用科技工作者工作经验积累和实验测试数
据进行开发,出现了搅拌槽尾砂由槽上部边缘入料,
水泥由槽中心主轴附近位置处入料。或使混合物在入
槽之前在管道输送的过程中进行不均匀地混合运动,
避免搅拌槽由于功率不足、或是槽内力学性能设计缺
陷产生分层。    
(2) 对搅拌槽流场和性能的研究。通过从国外引
进或自编的软件,对搅拌槽流场进行模拟,研究搅拌
槽的流场特点和动力学特性,为新型搅拌槽的设计和
工业放大提供了有力的参考。目前主要集中在对新型
搅拌浆和搅拌方式的研究。    
搅拌槽内的混合物粒径大小不一,粒径较大的尾
砂对搅拌效果影响较大,对尾砂搅拌不均匀,会产生
沉槽或分层。槽内流态主要分为轴向流和径向流,固
液混合物流态以轴向流为主,槽底部较大的颗粒才可
被提升力提起,在悬浮状态下循环混合。    
固液混合物流态主要由搅拌桨桨型决定,以轴向
流为主的桨型是矿山充填搅拌机主要使用的搅拌桨。
径向流搅拌桨虽然在桨叶端能够产生很强的剪切作
用,易形成湍流扩散,有利于混合,但它同时也容易
把反应釜内介质分成以搅拌器为界的上下两个循环
区,通常情况下,区间混合时间是区内混合时间的10
倍以上,结果使整个釜内的循环混合变得更加困难。
而轴向流搅拌桨可使流体产生轴向流动,循环能力
强,但剪切能力相对较弱,局部混合效果较差。
因此,为发挥两种桨型的优势,避免单一桨型的
不足,出现了组合桨[8]。主要思路是将两种或者三种
产生不同流态的搅拌桨组合在主轴上,对其搅拌作用
进行有机地结合,形成高效节能的搅拌机。这些桨各
具特色,不同搅拌桨用一个电机同步驱动,搅拌方向
相反,搅拌速度一致,但桨叶切线速度不同。
国内有关组合桨的开发,以北京矿冶研究总院和
长沙有色治金设计研究院的研究工作较为突出。他们
已经研制和实验出了单轴异桨组合搅拌机、单轴异向
桨组合搅拌机、搅拌主轴横置并可对充填料浆体实施
强力击打的直叶式搅拌桨等搅拌机。通过对这些组合
桨的研究,发现组合桨比单一类型的桨具有一定的优
[9]。但是,这些组合桨只是对各个单一桨进行简单
的组合,没有考虑如何采取适宜的手段对它们结构和
尺寸进行有机地融合,以**好地发挥它们的组合性
能,这正是国内搅拌器所要努力的方向。
4  新型搅拌机研制展望
(1) 新型搅拌桨的设计。
搅拌桨是搅拌釜内主要设备,决定了搅拌釜内流
体的整体流动形式,以前搅拌桨的主要开发途径为:
仿船用螺旋桨图谱设计法、仿制国外新型桨、在实验
条件下对搅拌进行不断改进并**终定型。在搅拌桨的
研发过程中,可运用计算流体动力学C F D 软件和
A N S Y S 软件帮助和指导设计是发展的趋势。C F D可
以帮助预测各种搅拌桨型的流场分布、计算搅拌功
 
耗、混合速率及混合效率等,减少桨研制过程中不必
 
要的实验。ANSYS软件可对桨叶、搅拌轴进行强度
和刚度校核。显然计算机辅助软件的运用,可以改进
 
 
和优化搅拌桨的设计,大大提高设计精度、缩短研发
周期、节省实验经费[10]
(2) 搅拌釜内的流态性能研究。
 
 
由于矿用充填料搅拌机,其混合物质主要特性为
高浓度、易沉槽并具有一定粘结性的固液混合物。以
 
前往往只是注重于对搅拌器功效性能的研究,如通过
 
 
测定混合时间、混合物浓度、混合的均匀度、搅拌功
率、每小时出料量等参量来衡量搅拌机的优劣[11]。单
一地从宏观角度提高搅拌机性能,已无法获得更大的
 
提升搅拌功效性能的空间,而对搅拌**终效果的提
升,并不能以提高某项性能为条件,如更换电机、更
 
换桨型、改变搅拌槽尺寸等。近年来研究者发现应该
果时的力学和流场特性对搅拌机进行相应的改进。搅
拌机、混合物均匀混合的关键是要弄清对某种混合物
需要什么样的流场,从而使用什么型式桨型才能以**
少的能耗来获得所需的流场。近年来,以激光为手段的
测量仪器的发展以利用到流场特性研究领域。激光测速
技术具有高精度、高方向敏感性等特点,在流动测量监
测中得到了广泛应用和发展,成为研究搅拌流场的强有
力工具。它包括激光多普勒测速仪LDV和粒子成像测速
仪,LDV和PIV作为一种有效的流场测量手段,为研究
者提供了丰富的湍流参数和生动的流场模型[12]
(3) 搅拌机的结构由简单化向组合化方向发展。
随着现代机械设计工业的发展,使得搅拌机有了
进一步的发展空间,搅拌效率得以提高。组合桨型和
新型桨型的出现,可改变或增强流场特性,达到高效
的均匀混合。如采用旋转时,混合物出桨方向相反的
组合桨,可提高剪切速率,利于混合物分散,还可产
生较强的循环能力。在搅拌槽侧壁内安装挡板,可增
强剪切效果,但挡板安设位置、安设角度、挡板大小
等参数还需在工业设计时等到充分论证,这些过程的
搅拌都可以看作是搅拌桨搅拌效果的完善或补充。针
对不同的工况国内外已研制出许多不同的组合桨,但
这些组合桨基本上都是对现有桨型进行组合和叠加,
而对组合桨的整体结构和整个搅拌槽内组件的优化设
计报道却较少,这也是国内外对搅拌机的结构的改进
所需研究的一个方向。

广东快乐十分APP下载 广西11选5计划 幸运赛车 幸运赛车开奖直播 幸运赛车官方网站 865棋牌 秒速快3 广西快乐十分软件下载 内蒙古快3开奖结果 幸运赛车