动筛跳汰机筛板孔形和尺寸对洗选的影响

张艳军

（山西大同大学建筑与测绘工程学院，山西大同037003）

动筛跳汰机筛板孔形和尺寸对洗选的影响

张艳军

（山西大同大学建筑与测绘工程学院，山西大同037003）

针对筛板孔口形状和大小不合理导致透筛物数量多、灰分高等问题，在研究筛孔水流特性和孔口流量的基础上，对圆弧波浪形筛孔筛板和直条长方形筛孔筛板进行了工业性对比试验，结果表明：圆弧波浪形筛孔大小和孔形较为合理，水流特性得到优化，显著减少了透筛物数量和灰分，有利于洗选作业。

筛孔；孔口流量系数；透筛物；洗选效果

动筛跳汰分选是一种常见的选煤方法，一般用于分选块煤[1-4]，其主要通过筛板上下摆动使被选物料按密度得以分离[5]。筛板在上下摆动过程中，水介质穿过筛孔上下流动，形成水流。在水流通过筛孔流动过程中，要产生涡流现象，涡流要消耗一部分能量，影响水流的顺畅流动，进而影响到跳汰机的洗选效果。由于筛板孔口形状和大小的不科学，常常会导致透筛物多、灰分高、耗能高等问题[6]，所以对筛孔孔形和大小研究是非常重要的[7-8]。本文针对筛板孔口形状和大小不合理导致透筛物数量多、灰分高等问题，在分析筛孔孔口的水流特性和孔口流量的基础上，对圆弧波浪形筛孔和直条长方形筛孔进行了工业性对比试验，通过对比结果验证两种不同筛孔的洗选效果。

1 筛孔孔口的水流特性分析

当筛板向上摆动时，水流为向下流动，在通过筛孔时形成一个两头大、中间小的流束，见图1（a）。在孔间筛条宽度方向，附着在上部的水形成一个液体压垫，而在下部却因筛板上升而形成部分真空。这样在上部就形成流线，较顺畅地进入筛孔；而在下部因有部分真空，水流绕过孔口后及时补充到其中，形成较大的涡流现象。

当筛板向下摆动时，见图1（b）。在孔间筛条宽度方向，附着在下部的水形成一个液体压垫，而附着在上部的水会随着筛板的下降而下降，没有形成部分真空。这样在下部就形成较好的流线，较顺畅地进入筛孔，而在上部没有部分真空，不会出现涡流现象。

图1 筛孔水流特性

当然，筛板向下运动时，实际上是在筛板的挤压作用下，水穿过筛孔向上流动的，如果孔口阻力太大，不能及时补充到筛板上部，筛板上的被洗选物料将不会有效地漂浮起来，松散开来，水流势必从筛板后部空间（即挡矸帘和溢流堰及其上部空间）反流到筛板上部，这就影响了洗选的正常作业和分选效果。因此，筛孔尺寸既要尽量大，以保证必要的开孔率，减少孔口阻力；又不能太大，否则将有大量物料透过筛孔成为透筛物，影响洗选效率。

通过使用圆截面筛条，孔口阻力大幅减少，水流顺畅，既不能形成液体压垫，又不会产生涡流现象，情况要比使用直平面筛孔壁面好的多，水流特性得到优化，有利于洗选作业。

2 筛板摆动时的孔口流量

2.1 筛板向上摆动时的孔口流量

图2 筛板孔口流量分析示意图

由于筛板在洗选过程中一直浸在水介质中，所以筛板作上下摆动时，其孔口的流量流出形似淹没出流。

筛板向上运动时的情况，见图2(a)，对其孔口流量进行分析。为了研究问题的方便，我们先研究直线型孔壁的孔口出流问题。以上部水面为基准面，取水面的1-1、2-2断面，列出其伯努利方程：

式中：ζ1为水流经孔口的局部阻力损失系数；ζ2为水流在孔口收缩断面之后突然扩大的局部阻力损失系数；ζ3为水流在过孔口后因其筛条底部存在局部真空使水流迅速补充其间形成涡流而产生的阻力损失系数。

上下游水位差：H=H1-H2

因两断面的面积相同，如果忽略涡流的影响，其流量也相同，所以可以认为：υ1=υ2，则上式变为：

令1-1、2-2、c-c断面的面积分别为 A1、A2和Ac，则有

式中：ψ为筛板的开孔率。

因为Ac近似为筛孔孔口的面积，A2则为一个孔口两侧筛条对应的各一半的面积之和，故其比值近似为筛板的开孔率ψ。

于是流体速度υc为：

式中：A为孔口面积；ε为断面收缩系数；φ为流速系数；μ为流量系数。

流量系数μ值的大小取决于断面收缩系数ε和流速系数φ的大小。

由于水流是由筛板运动造成的，而筛板上的孔很多，故其水流特性与研究单个孔口的情况不同，流速系数φ与筛板的开孔率ψ有关；此外由于涡流而产生的阻力损失系数ζ3的影响，φ永远小于1。开孔率ψ越大，流速系数φ越大；筛条越宽，涡流阻力损失系数ζ3就越大，流速系数φ越小。因此，流速系数φ越大越好，即开孔率ψ越大越好，筛条越窄越好。可见，采用小尺寸的筛条，而且采用圆截面筛条，使其成为流线型通道，有利于减少涡流，涡流阻力损失系数ζ3趋向于减小直至为0。另外，流速系数φ大，就意味着流量系数μ值较大，通过筛孔的流量Q就较大，这有利于筛选作业的正常工作。由于采用了圆形筛条，使用其孔口成为流线型，几乎没有收缩（ε=1）出流分散小，阻力损失最小，流量系数和流速系数都比较大，也不会产生低压涡流区，无抽吸作用，故孔口流量较大。

2.2 筛板向下运动时的孔口流量

筛板向下运动情况，见图2（b），其孔口流量分析与向上运动时的孔口流量分析相近，特别是筛板的特殊结构和筛条采用了圆形材料后，其断面收缩系数ε=1，流速系数φ和流量系数 μ都很大，因此其孔口流量都较大，而且在水的浮力作用下，颗粒呈松散状态，不会对水造成堵塞，有利于水流出流和洗选作业。

3 试验验证分析

直条式长方形筛孔，见图3；圆弧波浪形筛孔，见图4[9]。分别对这两种筛孔筛板进行分选试验，对比结果，见表1。

图3 直条式长方形筛孔示意图

图4 圆弧波浪形筛孔示意图

表1 不同筛孔透筛物分选试验结果对比

由表1可知，直条式长方形孔筛孔透筛物粒度比较粗，透筛物以矸石为主导，灰分相对高，＞25 mm粒级产率为72%。圆弧线波浪形筛孔透筛物粒度相对细，＜25 mm粒级占主导，产率约为62%，与直条式长方形筛孔透筛物灰分相比，灰分下降明显。从总的灰分看，直条式长方形筛孔透筛物灰分为55.51%，圆弧线波浪形筛孔透筛物灰分为38.73%，灰分降低了16.78%。

由表2试验知，直条式筛孔透筛物的产率为0.36%，而圆弧波浪式筛孔透筛物产率则降低到0.082%，产率减小了22.8%。由此可见，圆弧式波浪筛孔有效的减小了透筛物的数量。

表2 不同筛孔筛分试验透筛物产率对比

4 结论

（1）圆弧波浪式筛孔口为圆弧曲面，孔口阻力大幅度减少，水流十分顺畅，既不能形成液体压垫，又不会产生涡流，水流特性得到优化，有利于洗选作业。

（2）圆弧波浪式筛孔大小和孔形合理，有效减少了透筛物的数量和灰分。

[1]赵谋.动筛跳汰机及其应用[J].煤炭工程，2006,38(2)：13-15．

[2]于尔铁.动筛跳汰机在我国的应用现状与展望[J].煤质技术，2006，34(4)：1-6．

[3]张艳军，雷美荣.动筛跳汰机筛板结构优化设计与应用[J].煤炭科学技术，2014，42（2）：114-116.

[4]杨子海.国内外选煤装备发展概况[J].煤炭技术，2014，33（6）：3-6.

[5]李桂华，郭中华，郝景山,等.动筛跳汰机透筛物料排放方法比较[J].煤炭加工与综合利用，2011，190(5)：13-15．

[6]中国煤炭加工利用协会.选煤实用技术手册[M].北京：中国矿业大学出版社，2008：104-117.

[7]武维承，刘彦丽，吴广明,等.动筛跳汰机透筛物处理工艺改造研究[J].煤炭科学技术，2010,38(6)：126-128.

[8]武维承，王斌，吴广明,等.动筛跳汰机筛下物的成因分析及研究[J].煤炭科学技术，2012，40(2)：125-128.

[9]吴广明.圆弧波浪形筛板动筛跳汰机应用及效果分析[J].煤炭科学技术，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

〔责任编辑 王东〕

2016-10-08

山西省科技攻关计划[20130321026-04]；山西大同大学校级青年科学研究项目[2012Q11]

张艳军(1982-)，男，山西朔州人，硕士，讲师，研究方向：计算流体力学。