浮选机叶轮和定子的设计

导读:CLF型浮选机叶轮采用了高比转数后倾叶片叶轮，下叶片形状设计成与矿浆通过叶轮叶片间的流线相一致，具有搅拌力弱，矿浆循环量大，功耗低，与槽体和格子板一起能充分保证粗粒矿物的悬浮及空气分散。

浮选机叶轮和定子的设计 1、浮选机叶轮其它主要参数的确定 确定叶轮参数是一个复杂的过程，除了进行理论计算外，还必须利用以往经验，进行大量实验，逐步取得合理的参数。

为了浮选机合理的叶轮结构参数，在浮选槽内进行了正交试验。

试验中保持充气量和叶轮转速不变，以主轴电机功耗和空气分散度两个性能参数为对比指标，改变叶轮直径、叶片高度、叶片倾角和进浆直径。

根据经验，对叶轮直径等四个因素分别列出三个水平，利用正交表来安排试验，待浮选槽的叶轮结构和结构参数确定后，再结构式初步确定。

浮选机的叶轮结构形式和结构参数。

一般来说，需要综合运用流体相似放大理论和以往设计浮选机及流体机构的经验，这是一个较为复杂的过程。

在实践中，工业型浮选机叶轮结构和参数的确定方法一般是根据经验先给出叶轮直径的范围和转速范围，通过试验选定出合适的直径和转速，叶轮的其它参数根据小型试验中叶轮直径与该参数的比值确定。

KYF浮选机叶轮属高比转速离心类型。

2、浮选机的定子设计 浮选槽内空气-搅拌区需要较强的混合，矿浆处于紊流状态，雷诺数一般大于10（4），而分离区和泡沫区需要相对稳定，因此定子必须能够将叶轮产生的切向旋转的矿浆转化为径向矿浆流，防止矿浆在浮 选槽中打旋，促进稳定的泡沫层的形成，并有助于矿浆在槽内进行再循环。

其次，在叶轮周围和定子叶片间产生一个强烈的剪力环形区，促进细小气泡的形成。

本设计中采用了悬空径向短叶片开式定子，由24个叶片组成，安装在叶轮周围斜上方，由支脚固定在槽底。

这样可使得定子下部区域周围的矿浆流通面积增大，消除了下部零件对矿浆的不必要干扰，有利于矿浆向叶轮下部区域的流动，降低了动力消耗，增强了槽体下部循环区的循环和固体颗粒的悬浮能力。

叶轮中甩出的矿浆-空气混合物可以顺利地进入矿浆中，空气得到了很好的分散。

3、浮选机充气量调节装置的设计 对不同矿物选别而言，充气量是经常变化的，甚至有时选别过程对充气量的变化非常敏感，所以充气机械搅拌式浮选机的空气调节装置首先必须能够微调，另外必须使中空轴内始终有一低压空气，使泡沫无法沿中空轴上爬。

试验表明，当中空轴中的风速大于https://www.flowerba.com/s时，能防止泡沫从中空轴进入轴承。

为此，充气量的调节装置应该能够在全关闭状态下产生一个既不超过充气量调节范围下限所需的气量，又大于能在中空轴内产生https://www.flowerba.com/s空气流速的气量。

为此我们专门设计了能满足这两方面要求的充气量无级调速装置。

实践证明：该充气量调节装置既可以防止泡沫钻入轴承，又能满足充气量调节要求，保证分选效果。

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浮选机叶轮结构设计研究

浮选机叶轮结构设计研究 浮选机的核心部件就是叶轮——定子结构系统，叶轮的结构及工作条件直接影响浮选机的选别效果。

随着世界范围内资源的枯竭和原生矿石不断的贫、细、杂化，对浮选机的研制提出了新的要求。

而传统设计方法都是根据理论和经验设计，然后通过样机试验进行调整改进，设计周期长、费用大。

利用pro/e的运动仿真和强大的分析功能，可以优化设计方案缩短设计周期，降低设计试验费用，实现浮选机叶轮的优化设计，获得更好的经济效益。

19世纪末，泡沫浮选开始正式作为一种工业选矿方法在选厂中得到应用，经过100多年的发展，目前，泡沫浮选法己成为世界上选别矿物原料最主要的方法之一，而浮选机是浮选过程的最重要设备。

浮选设备可以分为二类，即机械式浮选设备、浮选柱和反应器，分离器式浮选设备。

浮选柱因其独特的浮选特点近年来己成为浮选设备研制的热点，各种新型、高效浮选柱不断的开发及应用，使浮选技术进入一个崭新的阶段。

但在我国应用最多、最广泛的是机械式浮选机，其结构性能的好坏将直接影响到矿物浮选分离效果和选矿技术经济指标的好坏。

自上世纪60年代开始，我国浮选机的研制经过几十年的发展，浮选机的规格、性能己基木达到了世界先进水平，满足了国内选矿厂对矿石浮选的要求。

我国应用的浮选机类型以机械式浮选机为主，依照其供气方式的不同，又可分为自吸气机械搅拌式浮选机和充气机械搅拌式浮选机。

前者如XJF型、JJF型等浮选机；后者如XCF型、HCC型、CLF型和YX型等浮选机，其中我国应用的浮选机以充气机械搅拌式浮选机最广泛。

叶轮系统是机械搅拌式浮选机最重要的工作元件，是过流部件的心脏，它由盖板和中间的叶片及定子组成。

根据液体从叶轮流出的方向，浮选机叶轮可分为离心式、混流式和轴流式3种形式。

浮选机的性能好坏很大程度上取决于叶轮系统的工作，因此浮选机的研究重点之一就是对浮选机叶轮系统的研究。

我们可以通过机械浮选机的发展，了解浮选机叶轮的发展过程。

1、浮选机研究现状 我国浮选机品种繁多、规格各异，但按浮选机不同的应用领域，可归类为细粒浮选机、粗粒浮选机和其它新型浮选机。

、细粒浮选机 细粒浮选是浮选技术的一大难题。

针对细粒浮选的问题，我国借鉴国外细粒浮选机己取得的成功经验，开发出了多种细粒浮选设备。

但现有细粒浮选机均普遍存在对细粒矿物浮选回收效果欠佳的问题，有待于通过确定理想的细粒分选动力学状态开发出新型细粒浮选设备来提高细粒浮选效果。

我国自行研制成功的XYM型喷射浮选机是无搅拌机构类型的浮选机，其搅拌装置采用了带有半拱摆线型泞气叶片喷嘴，使矿浆呈螺旋状从喷嘴喷出，增加了矿浆与空气接触面积和夹带空气能力，从而具有很高的充气量。

被高速喷射出的矿浆处于混合室的负压区内，呈过饱和状态溶解于矿浆中的空气，以微泡形式有选择性地在疏水性矿浆表面析出，起到了强化气泡矿化、捕集细粒矿物的作用。

、粗粒浮选机 国内外现有常规浮选机的选别对象最佳粒度一般在10～100um，而对于粒度粗、比重大的粗重矿物（如锡石和含金、银等贵重矿物）的浮选，则普遍存在选别回收率低的问题，因此，研究适合于粗重矿物浮选的设备己成为国内外浮选设备研究的热点，为此国内也开发出了许多性能各异的粗粒浮选机。

1)CLF型浮选机。

北京矿冶研究总院研制的CLF型粗粒浮选机，在不降低中、细粒级回收率的基础上，显著提高了+和+粒级的回收率，有效扩大了浮选作业的粒度范围。

这种浮选机采用新式叶轮定子系统和全新的矿浆循环方式，在较低的叶轮转速下，保证了矿浆沿着规定的通道进行内部大循环。

槽内建立了上升矿流，有助于附着粗粒矿物的矿化气泡上浮，减少了粗粒矿物与气泡之间的脱离力；格子板造成的悬浮层使粗粒矿物悬浮在格子板上，可减少槽内紊流，有利于粗粒浮选。

2)YX闪速浮选机。

闪速浮选技术是对高浓度、粗颗粒的分级机沉砂进行快速浮选，其理论基础是快速浮选动力学。

YX闪速浮选机槽体是一个下端带有锥形的圆筒，主轴部件带有特殊设计的叶轮，实行外部充气。

叶轮转动时，把矿浆从槽体底部抽吸上扬，使粒度粗且浓度大的矿浆处于悬浮状态。

YX型闪速浮选机是专门用于磨矿分级回路中的单槽浮选设备，在磨矿分级回路中处理螺旋分级机或旋流器返砂，提前获得部分己单体解离的粗粒有价矿物或有价连生体，直接获得最终精矿或粗精矿。

3)BF型浮选机。

BF型浮选机采用了独创的带有双锥的闭式叶轮，与传统的半开式叶轮相比，具有节能和吸气量大等特点。

BF浮选机与同容积SF型浮选机相比，可节省功耗，吸气量增大10%。

由于该机的吸浆能力强，槽体下部有较强的下循环矿浆，有利于粗矿物悬浮和选矿指标的提高。

该机适用于选别有色金属、黑色金属、非金属、贵金属和污水处理。

BF型浮选机的研制成功使我国自吸式浮选机的研究技术进入了一个崭新的发展阶段。

4)HCC型浮选机。

该机叶轮采用螺旋叶片中一层半封闭结构，叶轮下部设有锥形导流台，槽体四周下部设有稳流板。

具有充气量大、空气弥散好、搅拌力强、浮选速度快、矿液面稳定、适用于选别粗重矿物和具有能耗药耗低等优点。

HCC-4型浮选机同6A浮选机相比，药剂用量减少30%，在两者精矿品位大致相等的情况下，硫、铅和锌的回收率分别提高、和。

5)GF型浮选机。

型浮选机采用了独特的叶轮定子结构。

叶轮具有上下叶片，上叶片的作用在于抽吸空气、给矿和中矿，而下叶片的作用则在于形成矿浆循环；定子采用了折角叶片，对矿浆流动进行稳流和导向，取消了稳流板，这保证了GF型浮选机槽内矿浆循环的特性良好，上下粒度分布均匀；分选区及液面平稳，无翻花现象，槽内矿浆无旋转现象，分选效率高，有利于提高粗粒和细粒的回收率。

GF型浮选机特别适用于含金、银等重矿物的浮选。

6)CLF型粗粒浮选机。

CLF型浮选机叶轮采用了高比转数后倾叶片叶轮，下叶片形状设计成与矿浆通过叶轮叶片间的流线相一致，具有搅拌力弱，矿浆循环量大，功耗低，与槽体和格子板一起能充分保证粗粒矿物的悬浮及空气分散。

活动式格子板的缝隙为33~35mm，安装在距槽底1/3槽深处，格子板使粗粒矿物的矿化气泡上升距离短，使粗粒矿物处在浅槽浮选状态下，并且减少了槽内上部区矿浆的紊流，建立了一个稳定的分离区和泡沫层。

循环通道能促使槽内矿浆大面积循环，保证了固体颗粒处于良好的悬浮状态，并使矿浆多次通过叶轮搅拌区，增加了可浮矿物与新鲜空气的接触机会，同时保证叶轮区矿浆中的固体含量和粒度大幅度降低，并有利于细粒浮选。

、其它新型浮选机 1)XCF型浮选机。

它是一种自吸浆充气机械搅拌式浮选机，其特点在于采用了既能循环矿浆和分散空气，又能从槽外部吸入给矿和中矿泡沫的双重作用的叶轮芦、开式定子、无叶片圆盘型盖板和带排气装置的连接管，解决了一般充气机械式搅拌浮选机山于低压空气进入叶轮腔中，抵消了山于叶轮旋转在叶轮腔中形成的负压而不能吸浆的难题。

该设备既具有一般充气机械搅拌式浮选机的优点，又能自吸矿浆，从而在平而配置和中矿返回时可取消泡沫泵。

2)KC浮选机。

KC浮选机为双通道叶轮设计，下端吸入型叶轮配合前循环流道，可形成液面环流，能及时收集精矿，与M-5A浮选机相比，在精矿品位相同时，该机可提高浮选回收率，降低电耗。

3)其他还有离心浮选机——集离心力场和重力场于一体，使切向给入的矿浆在浮选机内形成旋流，旋转的矿浆产生的离心力场强化了重力场中细粒煤泥的浮选，提高了煤泥的浮选速度和分选精度；溶气浮选机——应用气浮技术（浮选）是一种水处理的高效设备等等。

2、浮选机的发展趋势 、大型化和节能降耗 机械式浮选机的节能降耗仍将是今后一段时间内研究的热点，通过改进叶轮结构设计、完善充气方式以及设备大型化，提高浮选效率，降低浮选机的单位能耗，减轻浮选设备零部件的磨损。

浮选机的大型化具有许多优点，如空气分散性好、基建费用低、磨损小和减少维护费用、节能等，且易于实现自动控制和管理。

对于处理大量低品位原矿是非常有效的一种设备。

芬兰OK型和瑞典的SVEDALA型浮选机的最大单槽容积为200m3；美国的WEMCO浮选机为；而我国在大型化方面与国外存在着较大差距，最大的KYF浮选机最大单槽容积为50m3，因此，从现有技术和国内外市场需要来看，我国应在浮选机大型化方而加大研究开发力度，以适应国内大型选厂对浮选设备大型化的需要和提高国产浮选机在国际市场上的竞争力。

、自动化 加强浮选过程自动控制的研究。

研制先进实用的检测仪表，实现对液面等控制过程参数的自动控制，逐步实现全流程的计算机自动控制。

这就要求浮选机工作可靠、零部件使用寿命长，而且浮选机要便于操作、控制，其操作装置必须具有程序模拟和远程控制能力。

可以预测，过程检测技术、数学模型和仿真、控制理论、方法以及计算机技术的发展，必将直接推动选矿自动化的进步，最终使整个选厂的各个生产环节的控制系统通过信息网络，直接和高层信息管理系统相连，达到根据综合经济效益不断优化生产过程操作，实现更高的浮选效果和经济效益。

、特种化 由于矿石日趋贫细杂，并且矿石性质越来越复杂多样化，这就要求浮选机也要具有相应的特种型式。

适用于不同粒度矿物的浮选设备将成为一个研究热点。

浮选机的特种化发展方向应从以下方面加大研究发展力度：1）矿物粒度方面。

加大粗、细粒浮选机的进一步研制和针对具体矿石某一特定粒级浮选机的研制。

细粒浮选机主要研究难点集中在增强浮选机对不同粒级矿物浮选的适应性以及复杂力场的引入方式，提高细粒和微细粒矿物的分选效率等方面。

粗粒浮选机研究则主要集中在为粗粒矿物提供理想的悬浮条件上。

2）不同矿物选别方面。

针对具体某一矿物研制特定的浮选机，如磷浮选机、煤浮选机等。

3）矿用浮选机改进后在其它领域的应用。

积极研制改进矿用浮选机以适应在废水处理、脱墨等环境保护领域的应用。

3、存在的问题 我国浮选机叶轮的研制开发历经40多年的发展，逐步形成了国产化、多样化和系列化，以及在综合力场的应用研究方而也有所涉及。

其技术水平己基木达到了国际先进，基本上满足了国内选厂及其它方而的应用需求。

但随着原生矿产资源的贫、细、杂化和选矿工艺的日趋复杂，能耗、生产成本的不断上升，对浮选机的叶轮有了更高的要求，因此，新型叶轮研制应进一步加大开发力度，特别是适合处理不同物料和选别作业的特种和大型化浮选设备的叶轮，借鉴其它行业成熟技术和利用先进技术装备，发展传统选矿技术，实现精确选矿和选厂经济效益的提高。

由于不同矿山的矿石性质存在较大差异，即使性质十分接近的矿石，采用相同的浮选机叶轮，其选别的指标也会有很大差别。

这就说明浮选机叶轮的性能并不是最符合矿石性质的需要，导致浮选机的选别指标不能达到最优，因此，高效快速地设计出高适用型的浮选机叶轮系统就显得十分重要。

4、解决方案 作为浮选机的关键部件，叶轮叶片多为复杂曲面，设计工作量较大，叶轮的传统设计方法都是根据理论和经验进行设计，采用绘制二维木模图，然后制造叶片叶轮模具，这种原始方法，不仅费时费力，而且制造精度低，从而导致产品的市场适应能力差和新产品开发周期长的缺憾。

为解决多品种小批量生产和缩短产品的生产周期，降低成本，提高产品质量，以满足市场需求的问题，有必要对叶轮叶片的设计方法进行改进。

而随着现代制造技术的飞速发展，CAD技术已经逐渐取代传统的设计方法。

应用现代CAD技术以实现叶轮设计的自动化大大地缩短了产品开发周期并提高产品质量。

PTC的大型CAD软件pro/e就为我们提供了这样一个设计平台，其运动仿真和强大的分析功能的设计，可以大大提高设计效率，缩短设计周期，降低设计费用，使设计方案最优化。

因此，基于pro/e对浮选机叶轮结构进行设计，利用pro/e的运动仿真和分析功能，可以高效快速地优化叶轮的设计方案。

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简述对浮选机叶轮的选择

简述对浮选机叶轮的选择 我们大家应该都清楚，叶轮是机械搅拌浮选机的关键部件，叶轮担负着搅拌并循环矿浆、吸入并分散空气的作用。

其设计与制造质量决定浮选机的机械性能与浮选工艺性能。

叶轮设计又是决定悬浮能力、空气分散能力（表现为充气量大小；常用单位为按槽子横断面积计算的空气流量，亦即流速）、吸浆能力、动力消耗和液面稳定性的关键。

叶轮和定子的组合体称为叶轮-定子系统。

1、叶轮结构的选择；通常叶轮造型是在确定了矿浆循环路线之后考虑的，循环路线的选择着眼于矿粒悬浮。

给矿粒度的组成、最大粒度以及重矿物含量直接影响矿粒悬浮。

槽体形状也会影响矿粒悬浮，槽体愈深，愈难保证良好的悬浮状态，通常应采用较大的循环流量；槽体愈宽，愈易产生死角，应合理地提高叶轮周边线速度。

对于特别容易沉淀的矿浆，如脱了泥的铁精矿、粗粒的长石-石英混合物等，为了造成沿槽底的强烈扰动，要选择是“W”形的循环路线，并相应的降低槽体深度，这样就决定了必须选择锥形叶轮或者锥形棒轮。

对于一般的浮选矿浆，循环路线呈“U”形，循环矿浆可以从上方或下方进入叶轮。

如果既要求自吸气，又不愿意采用浅槽，则还可以选择双循环路线。

在主轮上安装两个独立工作的叶轮，上面的叶轮位于矿浆中部，与带盖板的定子配合，用于吸气及生产气泡；下面的叶轮接近槽底，单纯用于搅拌矿浆。

由于叶轮造型种类繁多，在讨论叶轮结构设计及其参数时，以平直叶片叶轮为主。

浮选机的叶轮设计与水泵叶轮设计有类似之处。

然而，两者的差距是明显的，水流在水泵中沿着规则而又封闭的流道流动，依据水力学原理较容易地推导出流量、压头、功率消耗的计算方式，而浮选中固-液-气三相混合物是在敞开的容器中循环流动，很难在模型研究之间应用理论公式进行预测。

设计的参考资料以经验数据为主。

浮选机的叶轮和定子系统可看成是漏气、漏浆的立式砂泵。

然而，设计者重视的不是出口压头，而是叶轮出口处矿浆流速。

叶轮是一个具有直立径向翘班的圆盘。

叶轮旋转时，离心力将叶轮里面的矿浆甩出，在吸浆室与套筒中造成负压吸气，大气从进气管经套筒和吸浆室进入叶轮，槽内矿浆则通过盖板上的一些圆孔进入叶轮叶片，浆、气在叶轮中良好的混合，离开叶轮时，形成气泡。

应该指出，槽内矿浆还可以通过叶轮的叶片与盖板平面之间的缝隙从周边回流到叶轮中，回流矿浆的体积流量明显地影响吸浆室的真空度。

因此，轴向间隙不宜超过规定值。

选定叶轮造型之后，再考虑合理的定予结构。

2、叶轮直径；（1）搅拌力要适中，不应在槽内造成较大的速度头（叶轮圆周速度）。

这是因为速度头大会造成分选区不稳定、液面翻花，影响气泡矿化，降低有用矿物的回收，同时增加了不必要的功率消耗。

（2）通过叶轮的矿浆循环量要大，这有利于矿粒悬浮、空气分散和改善选别指标。

（3）矿浆在叶轮中的流线合理，磨损轻且均匀。

（4）采用结构合理、参数优化的叶轮，在提高选别工艺指标的同时，尽可能降低叶轮圆周速度，达到降低能耗、提高叶轮、定子等易损件的使用寿命的要求。

（5）形式合理，结构简单，功耗低。

用这种表示方法，在对比不同型号的浮选机时很容易看出各主要尺寸之间的相互关系。

叶轮的线速度是影响机械搅拌式浮选机性能指标的重要参数。

叶轮线速度之所以是影响浮选机的重要参数之一，是因为它决定了浮选机的吸气量、气泡分散度、浮选机的功率消耗、浮选机对矿浆的搅拌强度和最大矿浆吸入量等重要指标。

根据叶轮的设计原则，矿浆要得到一定的搅拌力，又不应在槽内造成较大的速度头。

3、叶品进端与出端；叶轮轮毂与主轴相连，为便于更换，一般采用锥形孔；当主轴为空心轴时，也采用螺纹连接。

轮毂应有一定的厚度，以保证其机械强度。

为保护主轴免受矿浆的磨损，轮毂要离开叶片。

叶片与轮毂之间留有足够的空隙，以利于矿浆与空气的流动。

若不计及叶片厚度，在连续流动的情况下叶片进端与出端的高度之间存在着下列关系；浮选机设计中往往在叶片上方的盖板上设置循环孔，其位置对应与叶片中部，用于引入槽内循环矿浆，这样就增加了进入叶轮叶片的通道面积，此时进端叶片高度可适当减少。

为保持矿浆离开叶片时具有向上的垂直分宿舍，叶轮盘常制成皿形，叶片顶部则是水平的。

4、叶片厚度与流道；多数叶轮的叶片呈辐射状布置在叶轮圆盘上。

如果定子叶片是径向的，则叶片的一边经磨损后可将叶轮反转，以延长它的使用寿命，否则，叶轮不能反转。

5、叶轮盖板和进浆室；对大多数叶轮采用半封闭设计，在叶轮上方应设置盖板，以保持矿浆流道的闭封性，维持较大的负压，以利于从盖板中央部位上方的进浆室内抽吸矿浆和空气，此外，在浮选机停机时盖板可以阻挡吸浆和空气。

此外，在浮选机停机时盖板可以阻挡沉降的矿砂进入叶轮，避免叶轮被“压死”。

为保持足够的密封性，叶轮与盖板之间的间隙存在一个最佳值，应该通过试验来确定。

根据我们上述的方法和理论设计的浮选机叶轮在实际应用中达到了很好的效果，搅拌力适中，泡沫层温度，叶轮和定子等易损件的使用寿命有所提高，改善了浮选机的整机性能，是有一定的实际应用价值。

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