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第六章 跳汰选矿 第108页 第六章 跳汰选矿 61 概 述 一、跳汰选矿的基本概念 1、跳汰选矿众多的矿粒混合物，在垂直升降的变速介质流中，技密度差异进行分层和分离的过程，谓之跳汰选矿。 2、介质跳汰选矿的过程中，所使用的介质可以是水，也可以是空气。以水作为分选介质时，称为水介质跳汰或水力跳汰；若以空气为分选介质，则称风力跳汰。 当代，国内外选煤或选矿的工业生产中，水介质跳汰的应用最为广泛，相比之下，风力跳汰应用很少。从基本原理来看，风力跳汰与水力跳汰相似，突出的区别是由于空气只能作单向运动，故物料分选只能依靠在间断的上冲气流作用下来完成。从分选的工艺效果来看，风力跳沈也远不如水力跳汰，它只能在干旱缺水地区或原料不宜洁水时使用。故本章内容，仅涉及水介质跳汰。 3、床层实现跳汰过程的设备叫跳汰机。被选物料给入跳汰机内落到筛板上，便形成一个密集的物料展，这个物料层，称为床层。在给料的同时，从跳汰机下部周期性的给入上下交变的水流，垂直变速水流透过筛孔进入床层，物料就是在这种水流中经受跳汰的分选过程。 4、过程当水流上升时，床层被冲起，呈现松散及悬浮的状态。此时，床层中的矿粒，按其自身的特性（密度、粒度和形状），彼此作相对运动，开始进行分层。在水流已停止上升，但还没有转为下降水流之前，由于惯性力的作用，矿粒仍在运动，床层继续松散、分层。水流转为下降，床层逐渐紧密，但分层仍在继续。当全部矿粒落回筛面，它们彼此之间已丧失相对运动的可能，则分层作用基本停止。此时，只有那些密度较高、粒度很细的矿粒，穿过床层中大块物料的间隙，仍在向下运动，这种行为可看成是分层现象的继续。下降水流结束，床层完全紧密，分层便暂告终止。水流每完成一次周期性变化所用的时间称为跳汰周期。在一个跳汰周期内，床层经历了从紧密到松散分层再紧密的过程，颗粒受到了分选作用。只有经过多个跳汰周期之后，分层才逐趋完善。最后，高密度矿粒集中在床层下部，低密度矿粒则聚集在上层。然后，从跳汰机分别排放出来，从而获得了两种密度不同，即质量不同的产物。图6－1所描绘的就是物料在一个跳沈同期中，所经历的松散与分层过程。 物料在跳汰过程中之所以能分层，起主要作用的内因，是矿粒自身的性质，但能让分层得以实现的客观条件，则是垂直升降的交变水流。 在跳汰机入料端给入物料的同时，伴同物料也给人了一定量的水平水流。水平水流虽然对分选也起一定的影响，但它主要是起润湿和运输的作用。润湿是为了防止于物料进入水中后结团；运输是负责将分层之后，居于上层的低密度物冲带而走，使它从跳汰机的溢流堰排出机外。 5、在跳认过程中，跳汰周期特性的基本形式 有三种即间断上升介质流、间断下降介质流呈升降突变介质流。跳汰周期的特性在一定程度上决定了跳汰分层的效果，并间接地体现 了跳汰机主要结构特征。假如将垂直介质流的 速度与时间的关系，在直角坐标上绘制成曲 线，则上述三种基本形式的表达如图6－2所示。 这种曲线称跳汰周期特性曲线，反映了水流运 动形态。曲线上任一点的纵坐标表示水流的速 度，横坐标表示水流在该速度时所运行的时 间，斜率为水流运动的加速度。 （1）只有间断上升水流的脉动跳汰机， 它的水流运动特性如图6－2a所示。其脉动水流 可通过旋转阀门来实现。 （2）只有间断下降水流的动筛跳汰机，它的水流运动特性如图6-2b示。这种跳汰机水介质是静止的，但筛面在水中作往复上下运动。当筛面向下运动时，床层离开端面，矿粒实际上没有受到任何水流作用，完全依靠自重在水中向下松散并进行分层；当筛面向上运动时，筛面与床层接触，并迫使它在水中向上运动，相形之下，等于床层受到一股下降水流的作用，床层逐渐紧密。此时，由于筛孔被床层所堵，筛框内的水位高于框外液面，从而在床层中形成一股下降水流。 （3）具有垂直升降交变水流的跳汰机，它的水流运动特性如图6－2C所示。造成这种运动状态的水流。可用往复运动的活塞或隔膜，如活塞跳汰机、隔膜跳汰机；也可用压缩空气，如筛侧空气室跳汰机和筛下空气室跳汰机。跳汰周期特性曲线可是上下对称的，也可以是不对称的。这种跳汰机，分选效果好，选煤、选矿基本上都是采用该类跳汰机。 二、跳汰分选在重力选矿中的地位 1、跳汰分选法的优点工艺流程简单、设备操作维修方便、处理能力大、且有足够的分选精确度。因此，在生产中应用很普遍，是重力选矿中，最重要的一种分选方法。 煤炭分选中，跳汰选煤占很大比重。全世界每年入选煤炭中，有50％左右是采用跳汰机处理；我国跳汰选煤占全部入选原煤量的70％。另外，跳汰选煤处理的粒度级别较宽，在150一05mm范围；既可不分级入洗，也可分级入洗。跳汰选煤的适应性较强，除非极难选煤，均可优先考虑采用跳汰的方法处理。 62 跳汰过程中垂直交变水流的运动特性 一、跳洗机内垂直交变水流的运动特性 为了便于分析，现以简单的活塞跳汰机为例，讨论其水流的运动特性。活塞跳汰机的工作原理，如图6－3所示。 活塞跳汰机工作时，由于偏心轮4转动，经连杆5驱动活塞室1内的活塞6作往复上下运动。进水管7给人筛下水，在活塞往复运动的作用下，使跳汰室2中筛板3上的床层，经受着垂直升降变速水流的作用。按密度分层的跳汰过程，就是在这种条件下进行的。 由图6-3可知，若偏心抢的偏心距r；连杆长度为l，并且连杆长度l比偏心距r大许多，此时，活塞上下运动的速度v可以看作是偏心轮的圆周速度在垂直方向上的投影，即 跳汰室内水流运动速度u比活塞运动速度v小，这是由于活塞与机壁之间有缝隙，存在漏水现象，所以应考虑一个小于1的漏水系数β；再有，跳汰室面积小一般均大于活塞室横断面积A1，因此，还应考虑一个反映两室面积比的系数A1／A2（见图6－3）。所以，跳汰室内水速速度u加速度意及行程S（波高）分别为 根据式在直角坐标中可绘制活塞跳汰机垂直交变水流的速度、加速度及行程与时间的关系曲线，如图6－4所示。并可看出活塞跳汰机跳汰周期特性曲线即速度曲线为一条正弦函数曲纷而水流运动的加速度曲线，是一条余弦函数曲线。 实际生产中，为了调节床层的松散状况和水流下降时的吸啜作用（床层逐渐紧密的过程中，细颗粒在下降水流作用下，穿过大颗粒间隙的现象），要从筛下给入补充水、也称顶水，它的上升流速，即图6－4中所标注的。。。结果，跳汰过程中加大了上升水流的速度，减弱了下降水流的作用。致使上升水流的作用时间稍长于下降水流的作用时间。 二、水流运动特性对床层松散与分层的作用 由于床层的分层主要是在垂直交变水流的作用下完成，而分层产生又是以床层获得松散为前提，因此，研究跳汰周期的性质，即水流运动特性及其对床展松散与分层的作用，具有十分重要的意义。 为了便于分析问题，现以正弦跳汰周期为例，并将该跳汰周期分为t1、t2、t3、t3四个阶段（如图6-5所示），分别讨论跳汰周期的各阶段中水流和床层运动及变化的特点，来考察松散及分层过程。 在一个跳汰周期T中，介质、床层及矿粒的运动状态如图6－5所示。其中图6－5a反映在一个跳汰周期内，水流和床层的行程与时间的关系以及床层的松散过程；图6－5b则表示了水流运动的速度、加速度及矿粒运动行程随时间变化状况。现按水流运动特性对一个周期内四个阶段的作用分析如下 （一）t1阶段水流加速上升时期或称上升初期 上升水流在前π／2周期内，水流运动的特点是，水流上升，其速度越来越大，速度方向向上，其加速度方向也向上。速度由零增加到最大值，加速度则由最大值减小到零。由图6一5a可看出，在t1阶段初期，床层呈紧密状态，随着上升水流的产生，最上层的细小颗粒开始浮动，由于上升水流速度的逐渐加大，水流动压力大于床层在介质中所受的重力时，床层便脱离筛面而升起，并进而渐次松散。因矿粒密度大于水的密度，使得床层开始升起的时间迟于水。但床层一经松散，便给矿粒提供了相互转移的条件。于是，低密度颗粒向上启动时间早，且运动速度快；高密度颗粒则滞后上升，相比之下速度也慢，这种情况对接密度分层是有利的。但是，总的看来如图6－5。所示，在t1阶段，床层主要仍处于紧密状态，矿粒的运动和分层受到较大地限制。尤其在这个阶段，矿植上升的速度小于水速的增加，使矿粒与介质问的相对速度较大，这就加剧了矿粒粒度和形状对分层过程的不良影响，而且这段时间延续的愈长（即t1愈长），对按密度分层愈不利。由此可见，在水流加速上升时期，水流运动的主要任务，是较快地将床层学起，使其占据一定高度，为床层进一步的充分松散与分层，创造一个空间条件。 （二）t2阶段水流减速上升时期或称上升末期 上升水流在。π/2～π周期内，水流运动的特点是；水流上升，但速度愈来越小，由最大值降到零，速度方向仍向上为正；水流加速度由零到负的最大值，其方向问下。这时在水流动力作用下床层继续上升，松散度逐渐达到最大。矿粒在此期间的上升速度已开始逐渐减慢，甚至一部分粗粒高密度矿粒在这期间已转而下降。由于颗粒运动惯性的作用，物料上升速度比水流上升速度减小得慢，致使矿粒和水流问的相对运动速度变小，以至在某一瞬间它们的相对速度降低到零。此后，水流与矿粒间的相对速度还要再次逐渐增大，但与上升初期相比，仍然保持在较小的范围内。因此，在这一期间，矿粒的粒度和形状对按密度分层的影响较弱，而且，若是上升水流的负加速度越小，t2阶段延续的时间就越长，密度对矿粒运动状态起主导作用的时间也就愈长，故对按密度分层的效果就会愈好。 总之，水流在整个上升期间，所肩负的使命，是使床层尽快扩展松散，并使松散状态持续一段时间，为按密度分层提供足够的空间和时间。因此，上升水流作用的时间（t1＋t2）应尽量长些为宜，并且床层的松散过程，以先从床层上下两层扩展，故要求上升水流的运动特性，最理想的是开始短而速，尔后长而缓。 （三）t3阶段水流加速下降时期或称下降初期 水流运动到π～3π／2周期内，水流运动特点是水流下降，下降速度越来越快，速度方向向下，加速度方向也向下。在这期间，床层虽然还处于松散状态，但因水流运动方向已转而向下，故床层状况的发展趋势，是将逐渐趋于紧密。此时，一部分高密度的粗颗粒在下降水流出现之前已开始沉降，而另一部分密度小粒度又细的矿粒，则由于本身的惯性，在下降水流的前期还在继续上升，不过上升速度已经缓慢。随着下降水流速度的逐渐增大，前一类矿粒与介质间的相对速度必然渐趋变小，甚至达到某一瞬间而成零。后一类矿粒尽管在初期是顶着下降水流作上升运动，但是由于这时矿粒运动速度都比较小，所以与水流之间的相对速度也低，随着下降水速的增大，这些矿粒将逐渐转为下降，基于它们是受水流及重力的双重作用，其下降速度将比水流速度增加更快，这就使得相对速度进一步降低，而且很快由小于水速转而追上水速。由此可见，在t3 阶段，矿粒与介质之间的相对运动速度是较低的，这就有利于矿粒按密度分层。显然，如果在下降初期介质流速增加得过快，很有可能使与矿粒之间的相对速度变大，故从这个意义上说，在下降初期，应使水流加速度较小，t3时间宜长些为佳，即下降初期水流特点应是长而缓。 但是应当注意，在这个阶段，床层下部高密度的大颗粒，已逐渐落到筛板上，速度很快为零。整个床展在下降介质流中渐渐紧密起来，机械阻力猛增，粒度大密度高的矿粒首先失去活动性；而粒度小的矿粒，则在逐渐收缩的床层间隙中继续朝下运动，这就是吸啜作用显然，由于吸啜作用的存在，可使高密度细颗粒落入床层底部，从而获得它应有的归缩。由此可见，尤其对分选不分级或宽粒级物料，吸啜作用是必不可少的。它即是按密度分层过程的延续，又是分层过程的补充。为了加强吸啜作用，水流应是短而速。这就与前面分析产生了矛盾，顾及两方面要求，下降初期水流长而缓应适度。 （四）t4阶段；水流减速下降时期或称下降末期 水流运动进入3π/2～2π周期内，水流运动特点是水流继续下降，但速度越来越小，由最大绝对值降到零；加速度方向向上，由零增加到最大值。在这段时间年它包括床层恢复到筛面后的整个阶段，渡阶段的特点是床层比较紧密，分层过程几乎完全停止。但由于下降水流依然存在，使得一些细矿粒在下降水流的吸啜作用下，仍然可通过床层的间隙向下移动，从而使在前期被冲到上层的高密度细矿粒行至床层下方，甚至穿过筛孔进入跳汰机底部，成为重产物排出，改善了分层效果。但是，倘若下降水流的吸啜作用过强，作用时间过长，也会使一部分低密度的细矿粒进入底层，导致分选效率下降。因此，在下降末期，吸啜作用应加以适当控制。 再有，床层经历该阶段时间过长，则在一个跳汰周期中不起主要分层作用的时间占得过多，其结果势必使跳汰机的处理能力降低。此外，如果在此期间床层收缩得过于密集，将使床展在下一个跳汰循环中，不易很快松散，同样也降低跳汰机的处理能力。 总之，水流在整个下降期间，它所肩负的任务，是使床层的松散时间尽可能延长让分层过程得以充分进行；但当分层完毕后，下降水流也应尽快停止，既可防止低密度物混入高密度物中去，又可避免使床层过度紧密。故整个下降水流，初期应适度长而缓，末期应尽量短而速、原有跳汰周期一旦完结。应立即开始一个新的跳汰周期。 从上述跳汰周期特性对床层松散与分层的作用可以看出，活塞跳汰机水流运动特性， 并非是理想的跳汰周期。因为判断一个跳汰周期的水流特性是否合理，一般要从三个方面看，一是对床层的尽快松散是否有利；二是对技密度分层作用的效果；三是针对原料性质的特点，对吸啜作用的影响。 三、跳汰周期的合理选择 通过上述分析，在实际的生产过程中，使用跳汰方祛选矿，首先提出的是一个如何合理地确定跳汰周期特性的问题。显然，该问题的核心是在跳汰过程中，如何突出密度的主导作用，从而能获得最佳的分选工艺效果。但是，实现按密度分选的先决条件，是床层在水流作用下，能呈现良好的松散状态。为此，首先要分析床层松散过程的机理；然后研究影响跳汰周期的两个主要参数的作用；在此基础上，寻求合理确定跳汰周期的水流特性时，如何考虑与其相关的几个客观因素，从而最后解决合理选择水流特性的问题。 （一）垂直水流作用下底层松散过程的机理 床层松散是矿粒得以按密度大小进行分层的前提，松散不足，性质不同的颗粒就难以相互易位，甚至丧失分层的可能。可以说跳汰机内，床层的松散状况，不但决定着床层分层的好坏。而且还决定着床层的分层速度。一般，床层松散度大，分层速度也快。 由于只有当床层处于松散状况下，才有利分层过程的进行。因此，在一个跳汰周期中，应尽快使床层松散，并设法延长床层处于松散状况的时间。为此，在跳汰周期初期，加速床层由紧密变成松散的过程，而当床层达到适当松散后，便设法维持它的状况，减慢床层由松散转为紧密的沉降过程。但在床层紧密后，应迅速地令水流开始一个新的跳汰周期，决不允许在两个跳汰周期之间，有过长的停顿时间。当跳汰周期T过长（即水流运动频率过低），可能出现两个跳汰周期之间床层停顿时间过长，或水流运动特性不当。 分选时，床层的松散过程，可能出现以下的三种状况 （1）在上升水流作用下，如果床层承受的动压力不足以克服床层在介质中所受的重大，则床层不可能被举起，松散过程始于上层，然后自上而下逐渐扩展，下层松散最晚，而且也最紧密。它发生在肝升水流作用时间长，水流加速度小时，松散过程进行缓慢。 （2）在上升水流作用下，由于水流加速度较大，床层所承受的动压力大于床层在介质中的重力时，床展被整个举起而离开筛面。床层上面是自由空间，而床层下而此时也形成了一个自由空间。于是床层自上而下两头同时扩展进行松散，床层的中间层比较紧密而且松散得也最晚。这种松散过程进展得很快，它发生在上升水流加速度较大作用时间又很短的情况下。但应注意的是，在这种情况下，即使床层被整个托起，为了使床层得到充分松散，不应使水流立即转为下降，应使上升和下降之间有一个缓慢过渡。否则，床层将像活塞～样，只是上下运动，没有时间松散，就更不可能分层。 （3）当上升水流速度和加速度过大过猛时，跳汰周期一开始，床层就被举起。于是床层的松散过程是下部首先开始，而上层松散最晚，上层也最紧密，故松散过程进行得缓慢。 实践证明，上述三种松散状况中，以第二种松散状况为最理想，床层松散快，分选效果也好。 从上述对床层松散状况的描述中可知，床层松散是由于上升水流的运动速度和加速度所造成的。具有一定速度和加速度的水流；作用于床层，使床层被举起而运动，在床层运动过程中，由于矿粒的密度和粒度各异，致使上升的距离有别。密度大的、粒度粗的物料，上升的高度就小；密度小的、粒度细的物料，上升高度就大，于是使床层呈现松散状态。再有，当水流穿透床层时，由于矿粒的阻挠，产生了大量的涡流，而这些涡流又转变为压力作用于矿粒上，流体动力学称其为涡流撞击压力作用，导致矿粒呈现出不规则的旋转，由于矿粒旋转运动的产生，也促使了床层的松散。因此，可以认为，床层松散过程的机理，是上升水流产生的动压力与床层内涡流的撞击压力综合作用的结果。 （二）跳汰振幅和跳汰频率 床层的松散与分层和跳汰周期特性关系很密切，跳汰周期特性恰当与否，直接关系到床层u散与分层的效果。但是影响跳汰周期的因素很多，如跳汰振幅、跳汰频率、床层的厚薄、物料性质（密度组成、粒度组成及形状）、跳汰机结构、脉动源的类型（活塞、隔膜、压缩空气等）、采用压缩空气为脉动源时的风阀特性及风水制度等。实际上，所有影响水流特性的因素，也都影响床层的松散与分层。在此，仅讨论跳汰振幅及跳汰频率给予床层的影响，因两者是相互关联的。至于其它诸因素将在跳汰机及其操作工艺中进行分析。 1．跳汰振幅 跳汰周期若已定，跳汰频率也是定值，水流运动的振幅A体现着水流运动的速度。一般认为上升水流的速度u。应大于或等于低密度物中最大颗粒的悬浮速度。对于床层而言，跳汰振幅A的大小，决定着床层松散时的空间条件。根据经验，一般，被选物料粒度粗、密度高，则水流运动的振幅也应大。例如，跳汰选煤，一做要求振幅A应大于被选物料最大块粒度的0．5～2倍；对于选分金属矿石，由于其密度高，故振幅A相应也要大些。国内跳汰分选钨锡矿石时，物料粒度在12～16mm时，采用的振幅为8～10mml；物料粒度小于3mm时，振幅则在4～6mm的范围内。 若振幅过大，床层有过度松散的可能，致使容积浓度变小，在分层过程中，粒度和形状带来的不利影响增加；振幅过小，床层松散时的空间条件不足，密度不同的矿粒难以相互易位，也不利于技密度分层。振幅的大小，应根据实际情况而定，它与物料粒度、密度以及床层厚薄、处理量多少等因素有关。 2．跳汰频率 垂直交变水流的跳汰频率n和振幅A，综合地决定了水流运动的速度。和加速度。 一般，增加振幅A，水流运动速度。增加明显；而增高频率。；则对于水流运动的加速度a影响显著，u 大也大。 跳汰选煤时，上升水速多在14～22cm／s之间，而水流运动的加速度h一般都小于重力加速度 g，约为0．1～0．9 g之间。 如何有利于床层的松散与分层，频率和振幅应绕一考虑。其基本关系是振幅大时，频率应低；振幅小时，频率可高。 选煤用的跳汰机，绝大多数是以压缩空气作为脉动源。当分选宽粒级或不分级煤时，若采用滑动风问，频率在70次／min左右；如采用旋转风阀，则频率多在38～68次／m1n范围内。当分选0．5～13mm末煤时，其频率为59～105次／min。 曾有人认为，使跳汰机机械运动频率与水流自然振荡频率（固振频率）一致为最佳选择，即共振条件下，此时频率为45～47次／min，但这仅对不分级跳汰选煤为宜。 当根幅、周期及床层厚度等一定时，水流跳动频率的增加，床层的松散度将显著减小。在实际生产过程中，频率一经确定，日常生产就不再变化。 （二）跳汰周期特性的合理选择 1、确定跳汰过程的跳汰周期特性时，应建立以下三点认识 （1）不存在适合任何情况下的最佳万能跳汰周期； （2）选择跳汰周期时，必须充分考虑物料的性质（粒度组成及密度组成）以及对产品质量的要求； （3）水流运动特性虽然是跳汰过程中一个极重要的因素，但并非唯一的因素，它还应该与跳汰的其它因素密切配合，才能获得最大的效果。 2、选择跳汰周期特性时遵循原则 （l）水流在上升初期，床层被举起的高度，决定分选过程中床层的松散程度；为了保证床层在整个分选过程中，按密度分层得以充分进行，水流必须将床层举到一定高度；其高度以多大为宜，须经试验确定。 （2）上升初期煤粒与水流之间的相对速度较大，对按密度分层不利。因此，尽可能缩短该阶段所经历的时间，使床层在此期间内保持较小的松散度，即应尽快将整个床层托起。为此，增大水流速度或加速度都可以起到床层被迅速举起的作用。但是增大水速不如增大水流的加速度有利。因用大水速的办法，床层难以保持较小的松散度，还导致煤粒与水间相对速度的增大。因此，在上升初期，以采用短而速的上升水流为直。 （3）上升初期床层被迅速举起后，为使床层能够很快松散，水流加速度要缓慢地减小，水流变化应该是长而缓。 （4）上升末期和下降初期床层最为松散，为了使分层进行充分，应延长这段时间，并在这段期间内，尽量使煤粒与介质间保持最小的相对运动速度。但下降初期对于不分级煤炭的分选，也是吸啜作用为主要阶段，但下降初期的水流运动，苦过长过缓，导致吸啜作用消弱，所以水流在下降初期长而缓应适当。 （5）下降末期大部分床层已经紧密，分层作用几乎完全停止，所以这段时间以短为佳。但是吸吸作用还没完结，对于不分级煤又是必不可少的分层过程的补充和延续。因此，应根掂原煤性质，适当控制吸啜作用的强度及其延续的时间，其目的是一方面确保高密度细颗粒能够充分被吸啜到底层，另一方面应防止低密度细粒精煤损失到矸石中去。 思考题 1、 跳汰选矿优缺点； 2、 跳洗机内垂直交变水流的运动特性； 3、 跳汰周期的选择。 63 跳汰机 一、跳汰机的类型及应用 跳汰机根据所用分选介质的不同，分水力跳汰机和风力跳汰机两大关。在实际使用中，无论是选矿还是选煤，国内外应用最普遍的是水力跳汰机；风力跳汰机只用于干旱缺丁地区或不能被水浸湿的物料，使用范围很小。 水力跳汰机类型很多，根据设备结构和水流运动方式不同，大致可分为五种（1）活塞跳汰机；（2）隔膜跳汰机；（3）空气脉动跳汰机；（4）水力脉动跳汰机；（5）动筛跳汰机。 二、无活塞跳汰机 （一）筛侧空气室跳汰机（鲍姆式跳汰机） 筛例空气室跳汰机是目前我国选煤厂中使用最多的跳汰机。据其结构与用途的不同，筛侧空气室跳汰机可分为不分级煤用跳汰机、块煤跳汰机和末煤跳汰机三种。 1．基本结构 筛侧空气室跳汰机的基本结构如图6－12所示。跳汰机由机体1、风阀2、筛板6、排装置4和5和排矸道8、排中煤道7等部分组成。机体由纵向隔板9将机体分为空气室和跳汰室，两室的下部相通。空气室上部密闭，设有特制风阀，风阀的作用是将压缩空气交替地给入空气室中，同时按一定的规律将空气是中的压缩空气排出室外。当给入压缩空气时，跳汰室中的水被强制上升；待空气室的压缩空气排出时，跳汰室中的水位又自动下降，因此，推动跳汰室水面上下运动形成脉动水流10，如改变给入的压缩空气量时，可以调节跳汰机中的水流冲程，改变风阀的运动速度也可调节水流脉动的频率。顶水从空气室下部顶水进水管13进入以改变跳汰机水流运动特性，并在跳汰室中形成水平流，便于运输物料，同时使物料在跳汰室中进行松散和分层。跳汰机中的冲水是从机头与原料煤一起给入。跳汰机中经分层原料煤得到分选后，在第一段（矸石段）和第二段（中煤段）的重产物矸石、中煤，分别经各段末端的排料装置排到各自的排料道，并与透筛的小颗粒重产物一块排到各自的排料口，再经与机体密封的脱水斗子提升机排出。轻产物（精煤）自溢流口排出机体。 2．主要零部件 1）跳汰机机体 跳汰机机体是由厚钢板焊接而成，沿跳汰机纵向可分为单段、两段或多段。在每段又分成2个或3个隔室，每个隔室都设有风阀和筛下顶水管。在顺煤流方向各段的末端均设有排除重产物的闸门和通道，每段的长度均已系列化可根据原料性质和对产品的质量要求选定. 目前新设计的跳汰机，机体较大往往分隔室制造。这样需要几段跳汰机，每段要求几个隔室可按用户要求进行组合。也便于设备的运输和安装。 空气室与跳汰室宽度之比是跳汰机设计的一个重要参数。筛侧空气室跳汰机如何实现脉动水流沿跳汰机宽度均匀分布是一个重要问题。往往造成跳汰室两侧分选效果不同，靠近风阀一侧的流线短、脉动强。而在操作台一侧的流线长、脉动弱。跳汰室宽度愈大，其脉动差别愈明显，因此，筛侧空气室跳汰机的跳汰室宽度不宜过大，一般最宽可到2．5～3．0m。空气室的宽度B1与跳汰室的宽度B2之比称冲程系数。一般块煤跳汰机为0．7～1．0，末煤跳汰机和混合入选跳汰机为0．45～0．8，故筛侧空气室跳汰机难以大型化。 2）跳汰机的筛板 跳汰机的筛板与机体联合形成床层分层空间，并承托床层，控制透筛排料速度和重产物床层的水平移动速度。因此，要求筛板具有一定的刚性，耐磨性和坚固耐用性，又便于物料透筛须有一定的倾角和孔形。筛板要有适当的开孔率，克服上升水流的阻力，使床层顺利移动又不易堵塞筛孔又便于清理，故要选择合理的倾角和孔形。 筛板的倾角大小与原料的性质有关。重产物含量大时，筛板倾角应适当加大，反之则减小一些。筛板倾角的作用是保持床层的运动速度和床层有一定厚度及透筛量，一般第一段筛板倾角大于第2段筛板倾角。 对于各种型号的跳汰机的筛板筛孔尺寸都与其处理的原料性质和排料方式有关。如果增大筛孔尺寸可减小水流的阻力；加大了下降水流的吸啜力和透筛排料。因此，可能使轻产物透筛过多造成一定的损失，所以应适当控制筛板端孔的尺寸。 3）跳汰机的风阀 跳汰风阀是跳汰机的重要部件，其功能是周期性的使空气室与风包、风机和大气相连或隔绝，因此在跳汰室形成脉动水流。 风阀的结构和工作周期对水流在跳汰机中的脉动特性有很大影响，因此，跳汰机的风阀是关键部件之一。风阀的结构不仅直接影响跳汰机的分层效果，同时对跳汰机的生产能力影响也很大。 目前国内外使用的空气脉动跳汰机风阀有以下两种型式 （1）旋转风阀。旋转风阀又称卧式风阀，旋转风阀的型式较多，使用广泛，工作原理基本均相同。旋转风阀的结构见图6－14。 旋转风阀比滑动风阀在相同分选条件下其处理能力可提高0．5～1倍，所以，目前我国空气脉动跳汰机大部分采用旋转风阀。旋转风阀的结构有以下几部分组成有铸铁外壳，在外壳中装有进气、排气调整套，在调整套内是转于。外壳阀座下设有两个开口，一个开口与风箱连通，另一个升口利用风管通过风箱与跳汰机空气室相接。在转子上开有进气和排气两格，并且互不相通；每个格上都有开口仅两格各自的开口角位置不同。 转子旋转时，当转干的进气口和调整套的进气孔相遇，排气孔关闭，此时压缩空气由风箱经蝶阀、转于进入跳汰机的空气室，使跳汰室中产生上升水流。当转子的进气口离开调整套的进气口而排气孔尚未与调整套的排气孔相遇时，称为膨胀期。转子转到使排气孔与调整套的排气孔相遇时，才开始向外排气。旋转风问中多数没有压缩期即当转子的排气孔一离开调整套的排孔，而进气孔与调整套的进气孔就立刻相遇。LTX－14型跳汰机的旋转风阀的工作特性曲线如图6－15所示。 旋转风阀的特性曲线，即在一个跳汰周期内，风阀进气、排气面积的变化曲线。风阀进气孔的面积要确保跳汰机空气室的气压在进气初期迅速上升到所需要的压力，使脉动水流具有所要求的最大速度和加速度。所以风阀进气孔面积大小和使用的风源压力、跳汰机的结构及入选物料的粒度特性等因素有关。在其它条件相近的情况下，如果风源压力大时，风阀开口可小些；如跳汰机内压缩空气和水的沿程阻力大时，进气面积也应大些；块煤跳汰机比本煤跳汰机要求进气面积大。据统计资料，国内外某些型号的跳汰机风阀进气面积差别很大，其进气面积大约为跳汰面积的1／35至1／IO0。 风阀排气孔的面积一般比进气孔的面积大，因为排气时压力比进气时低，尤其是筛则空气上跳汰机。进气面积大约是排气面积的50％～90％。 调整套进气孔开口的弧线长度占圆周的度数称为转子的开口角。从风阀的工作特性曲线可知，开口角愈小，曲线上升愈陡，跳汰机空气室的压力上升愈快，上升水流更加强有力，加速度也愈大，这样对提高分选效果有时有利。在开孔面积不变的情况下，开口角减小，风阀的半径加大，因此，风阀的体积和重量都需增大。国产跳汰机进气孔开口角常用60。关于风阀的各种参数，一般根据实践经验确定的。 旋转风问具有转动平稳、结构轻巧、跳认周期调整范围广、调节方便、适应性强等特点，所以应用广泛。 （2）电控气动风阀。电控气动风阀是利用电子数控装置和电磁阀来控制跳汰机进气和排气的风阀，其频率和特性曲线可以任意调整。因此，该风阀可根据煤质特点和对产品的质量要求精确地控制脉动周期和吸啜过程的时间，从而使跳汰床层充分松散，并得到良好的分选效果。电控气动风阀是新型结构风阀。为跳汰机的大型化和自动化创造了有利条件。电控气动风阀工作系统示意图，如图6－16所示。 电控气动风阀的工作系统由以下几部分组成 气路系统。它包括高压风管至气缸的气动管路系统；数控装置。它包括通过电控气动阀的通电、断电时间，以便实现大范围内无极调节频率和跳汰周期特性；过排气系统。它包括进气阀、排气阀的组成等。 电控气动风阀的动作程序 电控气动风阀进气时，进气阀2打开并进气，排气阀6关闭。此时，两个电控气动风阀的动作过程是过气电控风阀1的电磁线圈断电，铁芯被弹簧推下，关闭上部进气管道，同时打开上部排气管道，排放阀体上部的气体，压缩空气沿着图中箭头指示的方向进入气阀2中，推动进气阀的活塞向上运动，并打开进气阀使分配箱3的压缩空气，经进气管8进入空气室。此刻，排气电控气动风阀5的动作过程恰好与进气电控气动风阀相反，即电磁线圈通电吸上铁芯，关闭上部排气道，打开上部进气孔，压缩空气进入阀6中，推动活塞向下运动，关闭排气管7。排气时的过程与进气过程相反。风问排出的高、低压气体经消音装置排出厂外。 电控气动风阀的优点，可用无极调节跳汰频率和跳汰周期特性，对不同可选性的原煤适应能力强，阀门开关迅速及时，并可自动调节。其缺点是，系统较复杂、需单独配置高压风源，气缸加工精度高，维修工作量大。 4）跳汰机排料装置 跳汰机排料机构种类繁多，其作用是将床层按密度分层后的物料，准确地、及时地和连续地排出重产品，并保证床层稳定、产品的质量和跳汰机的处理能力。排料机构也是跳汰机的重要部件之一。性能优的排料机构，可使跳汰机得到较好的分选效果和较高的生产率。 跳汰机各段的轻产物是通过水平流的输送，随水流一起经过溢流堰排出，各段的重产物，由筛上末端排料机构和透筛排料两部分排出。块煤和末煤的排料方式不同，块煤和不分级原煤的重产物是以筛上末端排料机构排出为主；末煤重产物则以透筛排料为主；煤泥跳汰机的重产物几乎全从透筛排出。 （1） 溢流堰。溢流堰的作用 是与重产物排料装置相配合，以控 制床层保持一定的厚度，并使轻产 物随溢流排走。溢流堰形式有高堰 式、半堰式和无堰式。溢流堰结构 如图6－17所示。 老式跳汰机设有高溢流堰，以 保持一定高度的床层，使轻产物随 水流排出，因此，在每段跳汰机末端都设有高溢流堰。块煤和混合入选跳汰机多采用高溢流堰，第一段400～450mm，第二段450～500mm；末煤跳汰机第一段250～350mm；第二段300～400mm。然而，生产实践证明，装设高溢流堰的跳汰机，由于水流经过溢流堰前后使物料流发生激烈扰动，从而导致已经分层的物料重新混杂，影响分选效果，因此，新设计的跳汰机，为了克服上述现象采用无溢流堰结构。同时为了控制一定的矸石层厚度，并且使矸石不致于进入中煤段，可将中煤段的筛板比矸石段筛板抬高约15O～200mm，或者在两段之间设有可动闸板，以调节矸石段床层厚度。无溢流堰结构，确实改善了水流运动状态，又不影响分层效果，但实践表明，无溢流堰容易造成煤炭损失。因而，现采用高堰式和无堰式之间的结构，即半溢流堰式。其优点是，对水流影响不大克服了高堰式和无堰式的不足。该式由于溢流堰低，并在半堰式前没有可调高度的闸板以调节床层厚度。 上述三种溢流堰结构，同时也可用在跳汰机的中煤段溢流口上。 （2）筛板上重产物的排料装置。跳汰机各种排料装置的区别，主要在传动方式、结构型式和调节系统等方面。观介绍几种常用的重产物排料装置 （a）排料装置在跳汰机中的位置。排料装置的位置与入选物料中高密度级物料含量的多少及排料条件有关。跳汰机中常见的排料装置的位置如图6－18所示。中高密度级物料含量的多少及排料条件有关。跳汰机中常见的排料装置的位置如图6－18所示。 图6－18a为正排矸跳汰机，其排料装置的位置，设置在矸石段和中煤段的末端。这是最常见的一种方式，一般在块煤和末煤跳汰机上采用。图6－18b是倒排矸跳汰机，第一段排料装置安设在入料端，适于原料中含矸量大，或者含黄铁矿多的大块原料煤的分选。如对混合入选的原料，则在矸石中轻产物损失较大。图6－18C往往应用在跳汰机的第二段排料处，即将重产物的排料装置设置在第二段的中部。多应用在特殊情况下，如物料经一段分选后进入二段跳汰，其中大块中煤经分选后从设在床层中部的中煤排料道排出，随后物料进入铺设有人工床层的本段，末中煤主要靠透筛排料，这种布置方式有利于控制溢流精煤的质量。 （b）排料机构型式。外料装置型式很多。以下为几种最常用的排料机构； 叶轮式排料装置如图6－19a所承。 该机构可连续自动排料。叶轮设在排料 口处跳汰机筛板的下方，前方设置一块挡板，将挡板的上端安装在固定的轴上，下端悬挂在一定的位置上，并作一定的摆动，以防大块重产物卡住N轮，挡板沿跳汰机宽度可配置几块。叶轮由电动机带动，叶轮转速较慢一般转速为0～3．5r／min。根据矸石床层的厚度，通过自动控制装置，及时调节叶轮的转速，控制重产物的排料速度，以实现自动排料。在排料口上装有垂直闸门，调节排料口的大小并控制床层的厚度。 叶轮式排料机构具有排料连续、均匀稳 定的优点，因此，使用叶轮排料装置的较多。 其缺点是排料箱的宽度较大，占用跳汰机的 有效面积大，并且在排料箱上（溢流堰顶部） 没有脉动水流作用，物料易堆积，影响下一 段的分选。块煤和混合入选的物料排料箱较 宽约350～450mm，末煤排料箱宽度适当减小一些约350～250mm。此外，叶轮易被矸石卡住影响排料或使局部床层排空，还有叶轮两端轴承密封不好，需经常检修等。 扇形闸门排料装置如图6－19b所示。 扇形闸门排料是间断性的。扇形闸门设置在跳汰机排料口处的筛板上，气缸内当活塞和杠杆系统运动时，将水平轴转动一定角度，控制扇形闸门的提升或降落。扇形闸门提起时排料，降落时停止排料。扇形闸门具有结构简单、维护方便、排料箱宽度小、气缸内活塞运动可根据床层厚度的变化和自然控制排料等优点。其缺点是因排料箱内脉动水流严重窜扰排料口并影响床层的良好分层，使产品污染或损失。另外扇形闸门易被大块矸石卡住，使然料不均匀造成床层不稳定等。 象鼻子管排料装置如图6－19C所示。 该装置设有垂直闸门，不设排料闸门。重产物的排放速度用阀门8进行调节，当阀门全部关闭时在B区没有脉动水流，重产物停止排放。当阀门打开后，B区有了脉动水流，重产物越过坎板7排到排料箱里。阀门开得愈大，脉动水流愈强，排放速度也愈快。在其它条件不变情况下，重产物的排放速度主要取决于阀门开启大小和坎板的高度。该排