張艷軍

（山西大同大學建筑與測繪工程學院，山西大同037003）

動篩跳汰機篩板孔形和尺寸對洗選的影響

張艷軍

（山西大同大學建筑與測繪工程學院，山西大同037003）

針對篩板孔口形狀和大小不合理導致透篩物數(shù)量多、灰分高等問題，在研究篩孔水流特性和孔口流量的基礎上，對圓弧波浪形篩孔篩板和直條長方形篩孔篩板進行了工業(yè)性對比試驗，結果表明：圓弧波浪形篩孔大小和孔形較為合理，水流特性得到優(yōu)化，顯著減少了透篩物數(shù)量和灰分，有利于洗選作業(yè)。

篩孔；孔口流量系數(shù)；透篩物；洗選效果

動篩跳汰分選是一種常見的選煤方法，一般用于分選塊煤[1-4]，其主要通過篩板上下擺動使被選物料按密度得以分離[5]。篩板在上下擺動過程中，水介質穿過篩孔上下流動，形成水流。在水流通過篩孔流動過程中，要產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，渦流要消耗一部分能量，影響水流的順暢流動，進而影響到跳汰機的洗選效果。由于篩板孔口形狀和大小的不科學，常常會導致透篩物多、灰分高、耗能高等問題[6]，所以對篩孔孔形和大小研究是非常重要的[7-8]。本文針對篩板孔口形狀和大小不合理導致透篩物數(shù)量多、灰分高等問題，在分析篩孔孔口的水流特性和孔口流量的基礎上，對圓弧波浪形篩孔和直條長方形篩孔進行了工業(yè)性對比試驗，通過對比結果驗證兩種不同篩孔的洗選效果。

1 篩孔孔口的水流特性分析

當篩板向上擺動時，水流為向下流動，在通過篩孔時形成一個兩頭大、中間小的流束，見圖1（a）。在孔間篩條寬度方向，附著在上部的水形成一個液體壓墊，而在下部卻因篩板上升而形成部分真空。這樣在上部就形成流線，較順暢地進入篩孔；而在下部因有部分真空，水流繞過孔口后及時補充到其中，形成較大的渦流現(xiàn)象。

當篩板向下擺動時，見圖1（b）。在孔間篩條寬度方向，附著在下部的水形成一個液體壓墊，而附著在上部的水會隨著篩板的下降而下降，沒有形成部分真空。這樣在下部就形成較好的流線，較順暢地進入篩孔，而在上部沒有部分真空，不會出現(xiàn)渦流現(xiàn)象。

圖1 篩孔水流特性

當然，篩板向下運動時，實際上是在篩板的擠壓作用下，水穿過篩孔向上流動的，如果孔口阻力太大，不能及時補充到篩板上部，篩板上的被洗選物料將不會有效地漂浮起來，松散開來，水流勢必從篩板后部空間（即擋矸簾和溢流堰及其上部空間）反流到篩板上部，這就影響了洗選的正常作業(yè)和分選效果。因此，篩孔尺寸既要盡量大，以保證必要的開孔率，減少孔口阻力；又不能太大，否則將有大量物料透過篩孔成為透篩物，影響洗選效率。

通過使用圓截面篩條，孔口阻力大幅減少，水流順暢，既不能形成液體壓墊，又不會產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，情況要比使用直平面篩孔壁面好的多，水流特性得到優(yōu)化，有利于洗選作業(yè)。

2 篩板擺動時的孔口流量

2.1 篩板向上擺動時的孔口流量

圖2 篩板孔口流量分析示意圖

由于篩板在洗選過程中一直浸在水介質中，所以篩板作上下擺動時，其孔口的流量流出形似淹沒出流。

篩板向上運動時的情況，見圖2(a)，對其孔口流量進行分析。為了研究問題的方便，我們先研究直線型孔壁的孔口出流問題。以上部水面為基準面，取水面的1-1、2-2斷面，列出其伯努利方程：

式中：ζ1為水流經(jīng)孔口的局部阻力損失系數(shù)；ζ2為水流在孔口收縮斷面之后突然擴大的局部阻力損失系數(shù)；ζ3為水流在過孔口后因其篩條底部存在局部真空使水流迅速補充其間形成渦流而產(chǎn)生的阻力損失系數(shù)。

上下游水位差：H=H1-H2

因兩斷面的面積相同，如果忽略渦流的影響，其流量也相同，所以可以認為：υ1=υ2，則上式變?yōu)椋?/p>

令1-1、2-2、c-c斷面的面積分別為 A1、A2和Ac，則有

式中：ψ為篩板的開孔率。

因為Ac近似為篩孔孔口的面積，A2則為一個孔口兩側篩條對應的各一半的面積之和，故其比值近似為篩板的開孔率ψ。

于是流體速度υc為：

式中：A為孔口面積；ε為斷面收縮系數(shù)；φ為流速系數(shù)；μ為流量系數(shù)。

流量系數(shù)μ值的大小取決于斷面收縮系數(shù)ε和流速系數(shù)φ的大小。

由于水流是由篩板運動造成的，而篩板上的孔很多，故其水流特性與研究單個孔口的情況不同，流速系數(shù)φ與篩板的開孔率ψ有關；此外由于渦流而產(chǎn)生的阻力損失系數(shù)ζ3的影響，φ永遠小于1。開孔率ψ越大，流速系數(shù)φ越大；篩條越寬，渦流阻力損失系數(shù)ζ3就越大，流速系數(shù)φ越小。因此，流速系數(shù)φ越大越好，即開孔率ψ越大越好，篩條越窄越好?？梢?，采用小尺寸的篩條，而且采用圓截面篩條，使其成為流線型通道，有利于減少渦流，渦流阻力損失系數(shù)ζ3趨向于減小直至為0。另外，流速系數(shù)φ大，就意味著流量系數(shù)μ值較大，通過篩孔的流量Q就較大，這有利于篩選作業(yè)的正常工作。由于采用了圓形篩條，使用其孔口成為流線型，幾乎沒有收縮（ε=1）出流分散小，阻力損失最小，流量系數(shù)和流速系數(shù)都比較大，也不會產(chǎn)生低壓渦流區(qū)，無抽吸作用，故孔口流量較大。

2.2 篩板向下運動時的孔口流量

篩板向下運動情況，見圖2（b），其孔口流量分析與向上運動時的孔口流量分析相近，特別是篩板的特殊結構和篩條采用了圓形材料后，其斷面收縮系數(shù)ε=1，流速系數(shù)φ和流量系數(shù) μ都很大，因此其孔口流量都較大，而且在水的浮力作用下，顆粒呈松散狀態(tài)，不會對水造成堵塞，有利于水流出流和洗選作業(yè)。

3 試驗驗證分析

直條式長方形篩孔，見圖3；圓弧波浪形篩孔，見圖4[9]。分別對這兩種篩孔篩板進行分選試驗，對比結果，見表1。

圖3 直條式長方形篩孔示意圖

圖4 圓弧波浪形篩孔示意圖

表1 不同篩孔透篩物分選試驗結果對比

由表1可知，直條式長方形孔篩孔透篩物粒度比較粗，透篩物以矸石為主導，灰分相對高，＞25 mm粒級產(chǎn)率為72%。圓弧線波浪形篩孔透篩物粒度相對細，＜25 mm粒級占主導，產(chǎn)率約為62%，與直條式長方形篩孔透篩物灰分相比，灰分下降明顯。從總的灰分看，直條式長方形篩孔透篩物灰分為55.51%，圓弧線波浪形篩孔透篩物灰分為38.73%，灰分降低了16.78%。

由表2試驗知，直條式篩孔透篩物的產(chǎn)率為0.36%，而圓弧波浪式篩孔透篩物產(chǎn)率則降低到0.082%，產(chǎn)率減小了22.8%。由此可見，圓弧式波浪篩孔有效的減小了透篩物的數(shù)量。

表2 不同篩孔篩分試驗透篩物產(chǎn)率對比

4 結論

（1）圓弧波浪式篩孔口為圓弧曲面，孔口阻力大幅度減少，水流十分順暢，既不能形成液體壓墊，又不會產(chǎn)生渦流，水流特性得到優(yōu)化，有利于洗選作業(yè)。

（2）圓弧波浪式篩孔大小和孔形合理，有效減少了透篩物的數(shù)量和灰分。

[1]趙謀.動篩跳汰機及其應用[J].煤炭工程，2006,38(2)：13-15．

[2]于爾鐵.動篩跳汰機在我國的應用現(xiàn)狀與展望[J].煤質技術，2006，34(4)：1-6．

[3]張艷軍，雷美榮.動篩跳汰機篩板結構優(yōu)化設計與應用[J].煤炭科學技術，2014，42（2）：114-116.

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[6]中國煤炭加工利用協(xié)會.選煤實用技術手冊[M].北京：中國礦業(yè)大學出版社，2008：104-117.

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[8]武維承，王斌，吳廣明,等.動篩跳汰機篩下物的成因分析及研究[J].煤炭科學技術，2012，40(2)：125-128.

[9]吳廣明.圓弧波浪形篩板動篩跳汰機應用及效果分析[J].煤炭科學技術，2012，40(5)：125-128．

The Influence of the Shape and Size of Sieve Plate on the Washing Process

ZHANG Yan-jun
(School of Architecture,Surveying and Mapping Engineering,Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037003)

Improper shape and size of sieve plate may result in more screen materials and ash contents.This paper,on the basis of researching screen hole orfice flow and orfice flow,conducted industrial comparative tests on wavy mesh sieve plate and straight rectangular mesh sieve plate.Results showed that the shape and size of wavy mesh sieve plate is more reasonable,flow was optimized,which significantly reducing the quantity of materials and ash,which is good for the washing process.

sieve plate hole;orifice discharge coefficient;screening material;washing effect

TD94

A

1674-0874(2017)02-0055-03

〔責任編輯 王東〕

2016-10-08

山西省科技攻關計劃[20130321026-04]；山西大同大學校級青年科學研究項目[2012Q11]

張艷軍(1982-)，男，山西朔州人，碩士，講師，研究方向：計算流體力學。