选煤用跳汰机的基本结构
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跳汰机/结构
浏览次数：1107发表时间：2015-05-29 00:00:00.0
图2—3至图2—5是不同时期生产的有代表性的三种跳汰机型：德国维达克型跳汰机、国产X5032K型筛下空气室跳汰机及俄罗斯OM型跳汰机。这些图形清楚地表明了跳汰机的组成和基本结构。它们的结构形式，体现了设计者对其功能的理解。但是，尽管各类跳汰机结构有所变化，而其基本组成和功能却大体相同。
跳汰机的基本组成部件是：机体、空气室、筛板、风阀、排料装置和相应的控制系统等。
维达克型跳汰机为筛侧空气室式跳汰机。机体分为二段8个隔室，机体剖面呈圆锥弧形。该机采用卧式旋转风阀，通过调整套调整进、排气面积，以改变跳汰机风阀的周期。跳汰机矸石段和中煤段之间不设溢流堰，使床层从矸石段过渡到中煤段时不发生?昆乱。利用测压装置检测床层压力，再控制铰接可动闸门排出重产物。这虽是早期生产的机型，但对后来的跳汰机有一定的影响。
X5032K型跳汰机为二段5个隔室，数控盖板风阀，弧形顶空气室，闸门与排气阀组成排料装置，筛板伸入排料道内控制排料，下机体呈短锥形。
OM型筛下空气室跳汰机为三段6个隔室，普通盖板风阀，与筛板相接的全弧形侧置空气室及导流板，使水流向上呈喇叭状扩散，深仓式排料道，排料叶轮设在机体下部(图2—5)。
各型跳汰机顶水从空气室下部的筛下水管进入，物料与喷淋冲水一起从机头给入跳汰室筛板上。空气室中利用风阀周期性的进入或排出压缩空气，推动空气室内的水体在跳汰室形成上下脉动水流，使物料在跳汰室筛板上得以松散、分层。分层后的矸石和中煤分别从矸石段和中煤段的排料闸口(或排料轮)和排料道排到机体下部，并分别与透过筛板的小颗粒矸石和中煤会合，由脱水斗式提升机排出，而精煤则经溢流堰排出。
一、跳汰机的机体
机体的作用在于承受跳汰机的全部重量和脉动水流产生的动负荷。机体一般分为单段和多段，每段再分成隔室。制造时分隔室制造，便于运输和安装。机体通常采用16～20 mm钢板焊接而成。一般说来，跳汰机机体一旦确定，整机的轮廓大局已定，而且也是很难再改变的。这与筛板、风阀和排料装置不同，它们可视需要适当改造。机体的上部为矩形，中部在横断面上看为弧形或呈V状锥形，利于水流运动，机体侧下部不积存物料，又能降低机体高度。
筛侧空气室跳汰机靠近空气室一侧流线短，远离空气室一侧流线长，因此在相同压缩空气压力作用下，前者水流作用强度较大，后者水流作用强度相对较小，致使水流沿跳汰室宽度脉动强弱分布不均，特别是当机体宽度较大时尤为明显。一般的措施是纵向隔板深度适宜，下端呈流线形，并设导流板。跳汰室的宽度不宜太大，通常不超过2．5～3m。一般，空气室与跳汰室宽度之比，块煤跳汰机约为0．7～1．0，末煤和混煤跳汰机约为0．45～0．8。洗选混煤时该比值LTG型约为0．53，BM型和CT型还不到0．5。
为提高单机处理能力，有的将跳汰机背靠背或面对面的制成连体机型(图2—6)。
筛下空气室跳汰机因空气室设在筛下，机体较宽，大型筛下空气室跳汰机跳汰室宽度可达6～8 m。
二、跳汰机筛板
筛板的作用是承托物料床层，构成分选空间，控制水流速度和物料运动，同时排出细粒物料。要求筛板有足够强度，坚固耐用，开孔率大，减小介质阻力和风水用量，筛孔不易堵塞且便于清理。
目前广泛使用的是冲孔筛板和不锈钢焊接条缝筛，也有的跳汰机(如巴达克跳汰机)采用聚氨酯筛板，其好处是耐磨性强，不易堵塞(图2—7)。
冲孔筛板是在3～6 mm厚的钢板上冲制成上小下大的圆形孔，冲孔间距4～6 mm，开孔率较低，可达50％左右，较适合块煤跳汰机。不锈钢条缝焊接筛板是近年来广为应用的一种筛板，开孔率可达70％以上。不锈钢丝冷拉成型后，密度、硬度加大，耐磨性可提高2～3倍。这种筛板脉动水流上升阻力小，但较易损坏，较适合末煤跳汰机。
筛板开孔大小根据煤质和筛板所在段位确定。
筛板的倾角与原料煤中重产物的含量有关。重产物多时，筛板倾角大些，反之倾角小些。通常矸石段倾角大于中煤段倾角。当矸石和黄铁矿含量特别高时，或者矸石易泥化时甚至可以采用倒排矸，即矸石排料口设在第一段机头给料附近。筛板的孔径与倾角参见表2—1。
三、跳汰机风阀
风阀是跳汰机的关键装置，它控制跳汰机空气室周期性地与风包和大气相通，从而造成周期性的进气和排气，使水流产生合理的脉动，使物料达到较为理想的松散分层。
图2—8为典型的卧式旋转风阀。现以此为例说明风阀的作用。
风阀由铸铁外壳、进排气调整套和转子组成。外壳下部阀座有两个开口，一个开口与风箱接通，另一个穿过风箱与跳汰机空气室相连。转子上开有进、排气窗口，它们互不相通并错开一定角度。当转子的进气孔旋转到与调整套的进气口相遇时，排气口关闭，压缩空气由风箱经蝶阀、转子进入跳汰机空气室，这时为进气期。当转子的进气口离开调整套的进气口时，即关闭了进气，而转子的排气口还未与调整套的排气口相遇时为膨胀期。直到转子的排气口与调整套的排气口相遇才开始排气，称之为排气期。当转子的排气口已离开调整套的排气口但其进气口还未与调整套的进气口相遇时为休止期(又称压缩期)。多数旋转风阀没有压缩期．即转子的排气口一离开调整套的排气口。转子的进气口立即与调整套的进气口相通，马上开始进气。进、排气期水流的脉动状况如图2—9所示。
风阀的工作特性曲线如图2—10所示。它表明了在一个跳汰周期内风阀进、排气面积或其相对应值随时间或角度变化的曲线。风阀特性曲线是风阀和跳汰机的重要特征参数，它的变化形态大体上决定了水流运动的速度、加速度和水流的振幅、波形乃至床层的松散度。对于旋转风阀，进、排气时间长短和面积大小，可以用调整套进行调整，如图中的阴影部分。
风阀进气口的面积要保证空气室内的压力在进气初期能迅速上升到所需压力，使水流快速托起筛板上的物料。风阀进气口面积与入料粒度、风源压力、跳汰机结构等因素有关。据统计，风阀进气口面积约为跳汰面积的1/35～1/100。风阀排气口的面积一般比进气口面积大些，因为排气时压力比进气时低，排气面积约为进气面积的1．1～2倍。
转子进气口的弧线长度占圆周的度数称为转子开口角。显然，相同的开口角，转子直径越大，弧线的相对长度越大，则相对面积也越大，风阀的体积和重量也增大。因此在满足空气室压力上升快、上升水流强有力的条件下，开口角和直径不宜太大。图2—8中转子进气孔开口角为600，进气面积为423cm2，排气面积为432cm2。进气期为1100～1800，膨胀期为1400～00，排气期为1100～1800，无休止期(见图2—10)。
风阀是跳汰机的配套设备，目前广泛使用的除上述卧式旋转风阀外，主要还有数控电动风阀，后者又可分为盖板式风阀、滑动式风阀和旋转蝶阀等。有代表性的几种风阀如图2-ll、图2—12所示。其中图2—11(a)、(b)及图2—12(a)、(b)是目前国内应用较多的阀型。图2—11(c)为维达克跳汰机旋转风阀，图2—12(c)为可变波形风阀示意图。
数控电动风阀的风阀特性曲线见图2—13。曲线陡峭，达到阀口全开的时间甚短，约0．02～0．0138，托举床层的爆发力强，且进、排气期等各期段可调。对于中等可选性的煤，风压适当时进气期约占20％～25％，排气期约为25％～30％，休止期约为5％～10％，余为膨胀期。各时段所占比例与原料煤可选性、粒度组成及风压等有关。相对而言，进气期和排气期与普通旋转风阀相比要短，因为达最大进、排气面积的时间一般仅为普通风阀的1/3左右。
复合(叠加)脉动，可用改变风阀配置和供风系统来实现[参见图2—12(c)及SKT跳汰机]。
普通立式滑动风阀现已淘汰，现代滑动风阀可能由此启发而来，但结构和驱动方法完全不同，它和盖板风阀以及蝶阀等将在相关跳汰机中介绍。
原则上讲风阀是可以通用的，它们可以用于筛侧空气室跳汰机，也可以用于筛下空气室跳汰机。不过，从技术经济分析来看。现代大型筛下空气室跳汰机普遍采用数控电动风阀，而筛侧空气室跳汰机，特别是机型较小的跳汰机．多采用普通旋转风阀。选煤厂可根据厂型、煤质和技术管理条件等选用。
四、跳汰机的排料装置
排料装置是将跳汰机筛板上已分好层次的物料及时准确而连续排出的装置。为保证物料分选稳定。产品及时排出，结构适宜、工作可靠的排料装置对跳汰机而言是十分重要的。
跳汰机的排料和分层同时进行。已分层的轻产物随着水流经溢流堰排出，各段的矸石和中煤等重产物则有筛上排料和透筛排料两种方式。块煤或不分级的混煤以筛上排料为主，末煤则以透筛排料为主，或者二者兼有，煤泥跳汰机则几乎全部采用透筛排料。
1．溢流堰排料
溢流堰的作用在于控制床层厚度，保持适宜的分选条件，并使已分层的轻产物顺利排出。
溢流堰的形式如图2—14所示。对于块煤和不分级煤跳汰机，溢流堰高度为400～500 mm，末煤跳汰机溢流堰高度为250～400 mm，第一段高度小于第二段高度。但生产实践证明，
由于装设了溢流堰，特别是高堰。煤水流经过溢流堰时会发生激烈扰动，使已分好层的物料发生混乱，以致上层轻物料不能平稳地进入下一段，需要重新分层．降低了分选效果和处理能力。为克服这一缺陷，新型跳汰机大多采用无溢流堰结构。在这种结构中．为使矸石不致进入中煤段，将中煤段的筛板比矸石段提高约150～200 mm。两段之间设有可调高的闸板，以调节矸石段的床层厚度。这种结构不仅阻挡了矸石层向下一段的跨越，而且保持了上层轻产物向下一段的平稳转移，从而有利于分选过程。为了防止跑煤，也有的采用低溢流堰结构。上述的几种结构也可用于跳汰机中煤段的溢流堰上。
在国产机型中，个别采用高堰式，堰内设有风门控制排料；多数采用低堰式，或无堰式，巴达克跳汰机采用无堰式。采用排料叶轮便于无极调速。
2．筛上排料装置
筛上排料装置主要是用于排出已分层的重产物，简称排料装置。
重产物在跳汰机中排出的位置与原料煤性质和产品要求有关(图2—15)。
图2—15(a)为正排矸跳汰机，重产物排料装置设在各段的末端，它可用于块煤、不分级煤和末煤跳汰机中，是最常见、应用最广的一种形式。图(b)是倒排矸跳汰机，排矸装置设在第一段的入料端。这种跳汰机适用于分选含黄铁矿多及矸石量大的块煤，但对不分级混合人选的原料煤易造成跑煤，增加矸石中精煤的损失。图(c)用于粗、细粒分别处理的排料方式。其中第一段正排矸，第二段排料装置设在中间偏后。粗粒重产物由此排出，而细粒末煤进入后面的人工床层透筛排料，这有利于精煤质量的控制。巴达克末煤跳
汰机采用了这种方式。
排料装置通常由检测床层或重物料层厚度的装置、控制排料装置及控制系统等组成。实际应用时还必须与溢流堰的结构形式一起考虑。
床层厚度检测目前大多采用浮标装置，排料装置多采用叶轮或者不同形式的闸门来完成。控制系统多为可编程序控制器与液压系统或机械系统的组合。排料装置的结构形式种类繁多，各具特色，图2—16至图2—18中列举了有代表性的几种。
图2—16(a)为MAN-GHH双室跳汰机的排料装置。该机巾间为风阀和空气室，两侧各有3 m宽的跳汰室，分选块煤。排料采用漏斗形排料口，按浮标检测的矸石层厚度，由可动筛板控制排料口大小。Alljig跳汰机有的也采用这种排料装置。
图2—16(b)为直立排料道扇形闸门式排料装置。SKT—F型双通道块煤一末煤跳汰机采用这种型式。BM型的扇形闸门则直接位于筛板下方。
图2—16(c)为美国麦克纳利跳汰机的多指形排料装置。它可以根据床层厚度分别起落，保持排料的准确性，避免因大块矸石造成整体误动作，导致煤炭落入矸石层中。
图2—17(a)、(b)分别为德国巴达克跳汰机的可动筛板和托板式闸门排料装置，用在块煤、不分级混煤和末煤跳汰机上。国产X型跳汰机也有采用类似(b)型的。图2—17(c)是德国维达克跳汰机用的水平式闸门排料装置。
图2—18中的三种形式均为前苏联用的跳汰机排料装置。前两种为无溢流堰、深仓式长排料道的扇形闸门和叶轮排料装置。排料闸门设在下部的优点是不仅可以缩短闸门和排料轮的长度，而且防止了水流对排料口的窜动影响。
后一种为用风门(或排气阀)控制的自平衡排料装置，它能根据排料区压力变化自动调节重产物排放速度。
类似图2—18的三种排料装置我国现在都有所应用，当然结构都已做了各种改进。
此外，德国Alljig模块式可移动跳汰机的排料装置为前伸式，也颇有特点(图2—19)。该跳汰机可以是处理量50t／h的小型跳汰机，也可视需要而组装成600t／h的大型跳汰机。
3．透筛排料
透筛排料是指床层中分选出的重产物透过粗粒物料层和筛板排人跳汰机下部机体内的过程。在不分级煤和块煤分选的跳汰机中，细小的重产物是透过矸石层或者中煤层以及筛板落入机体内的，这一过程与跳汰分选同时进行。而在分选末煤的跳汰机中，细小的重产物颗粒则是透过它自身的重产物层和铺设的人工床层及筛板进入跳汰机的下机体内的。
要使全部重矿粒都能透筛排料，筛孔尺寸必须大于给料中最大矿粒的尺寸，但这又易使过多的不该排出的矿粒由筛面漏下去，影响稳定分层。为了控制透筛排料，既要使全部需透筛排除的高密度矿粒都能排出，又要防止低密度矿粒混入其中，一般用人工在筛面上铺设一层密度略大于重产物密度、粒度较粗的物料层，这种物料层称为人工床层。
人工床层在上升水流作用下也受到松散作用，当水流下降时又回复紧密。透筛作用主要发生在人工床层已经紧密的下降水流作用时期，而这时由于人工床层的密度和粒度都比较大，总是位于靠近筛板的底层，因此，它起了排料闸门的作用，能很好地控制重产物的透排速度和质量。
为使最大重产物颗粒能穿过人工床层，人工床层颗粒的间隙必须大于给料中的最大粒度。通常取人工床层的粒度为给料最大粒度的3～4倍。人工床层颗粒的密度不宜过高，床粒密度过高，人工床层不易松散，影响物料分层和透筛排料。但若人工床层颗粒密度低于重产物密度，则在跳汰分层过程中人工床层易被重产物所置换，不能保持稳定的分层条件，降低分选效果。人工床层的厚度要合适，过大虽可提高产品质量，但透排速度降低。一般是一经选定不必总变。
人工床层通常选用石英或者长石。床粒密度约为2．5～2．7g/cm3。矸石段人工床层的厚度为60～70 mm，中煤段为50～60mm。为使人工床层在跳汰过程中不做水平移动，并保持厚度均一，在筛面上设有格框。格框的尺寸为400mm×400mm×100mm，或者250mm×250 mm×100mm。
分选末煤用人工床层透筛排料，或者筛上排料与人工床层排料相结合。而块煤和不分级煤不需要铺人工床层，细粒重产物的透筛随跳汰过程自然进行。
4．床层检测及控制系统
为了实现选煤的优质高效，各种现代化跳汰机都装备有自动控制系统。其中包括风、水控制、精煤灰分控制、排料自动控制等。有的国家已实现了跳汰机的智能化，如Apic跳汰机，波兰的 Boss-2000跳汰机等。它们可检测水流脉动速度、空气室中的液位、床层平均密度及松散度等，以控制给煤量及风、水制度。
(1)浮标检测
国产跳汰机检测手段比较单一，主要还是利用浮标传感器检测床层厚度以实现排料量和给煤量的自动控制，而其他形式应用较少。浮标装置结构简单，检测准确，调节方便，故得到了广泛应用。
浮标是一个中空密封且具有一定密度的容器，与其配套的部件一起构成浮标装置(图
2—20)。这些部件有检测并发送浮标位移的装置，如电感线圈、差动变压器、超声波等无触点装置，当然也可以用位移传感器。浮标一般装在排料口前200 mm左右，并位于与其相同密度的床层中。浮标随水流的脉动而脉动。它在床层中所处位置的高低，基本上反映了重产物床层厚度的变化。为能准确反映床层厚度变化。它应能上下自由运动而不受非设定的机械约束。
浮标的形状各式各样，但用得较多的主要是蛋形、椭圆形和桶形等。浮标的外形为流线形，一般在跳汰机的第一段多采用高度较大、底面积较小的浮标。这类浮标对跳汰机负荷和用水量都不太敏感，受机械力作用大，精度较差，如圆筒形浮标。在第二段可采用高度较小、底面积较大的浮标，它对跳汰机负荷较为敏感，如椭圆形，纺锤形浮标等。浮标的材质一般采用碳钢、不锈钢或尼龙等合成材料。
此外，还可加装精煤在线测灰仪。实现精煤灰分自动控制。目前，我国的SKT型和X型跳汰机都采用PLC(可编程控制器)和触摸屏组成的智能控制系统，可方便的调节和显示跳汰机的各种工作参数，同时还可实现与集控室的通讯功能。
(2)γ射线检测
图2—21为采用Cs137作为射源的γ射线床层密度探测器，其射线能量为660keV，属中能射源。探测器仅在床层密实期进行床层密度探测。经信号处理和采用高斯函数作为隶属函数模糊计算后输出控制量。
γ射线探测系统不如浮标类探测系统应用广泛。
控制系统将结合跳汰机介绍。
事实上。跳汰机基本结构中的各组成部分(如机体、筛板、风阀、排料装置及控制系统等)，无论是在筛侧空气室跳汰机还是在筛下空气室跳汰机中都存在，它们都具有相同的功能，只是结构、配置、与整机的协调和功能完善程度的差异而已。
