Результат интеллектуальной деятельности: Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли и может быть использовано при освоении природных и техногенных высокоглинистых россыпных месторождений полезных ископаемых с повышенным содержанием мелкого и тонкого золота.

Известен способ газоструйной дезинтеграции материала и устройство для его осуществления на основе принципа струйно-акустического воздействия на материал [1].

Недостатком данного способа является использование энергозатратных систем подачи струи газа и регулировки перемещения струйно-акустического генератора.

Установлены также способы и устройства, осуществляющие генерацию акустических колебаний ультразвукового диапазона в жидкотекучих средах посредством возбуждения потоком жидкости стержней, пластин, мембран или в результате модуляции струи жидкости [2-4].

Основными недостатками данных устройств являются ограничение по технологическим показателям, максимальной развиваемой мощности и производительности систем.

Известны различные системы роторного типа, использующие принцип струйной генерации акустических потоков [5, 6] и различные системы кавитационно-струйной диспергации [7].

Использование этих устройств ограничено пропускной способностью обрабатываемой среды (производительностью по массе), дисперсностью твердой фракции и не пригодно для дезинтеграции гидросмеси с включениями крупнокусковой составляющей с повышенным содержанием глин.

Известен гидродинамический генератор акустических колебаний ультразвукового диапазона и способ создания акустических колебаний ультразвукового диапазона, включающий корпус в виде конусно-цилиндрический трубы с входным и выходным отверстиями и размещенное внутри него препятствие для потока жидкости, которое представляет из себя систему, состоящую из последовательно соединенных плохо обтекаемого тела, стержня и диска, установленных соосно с трубой [8].

Данный способ основан на создании резонансных акустических явлений в гидропотоке посредством системы стационарных кавитационных элементов, однако конструктивное выполнение стационарных излучателей не выдержит давления потока песково-глинистых гидросмесей и не обеспечит дезинтеграцию минеральных составляющих в пульпе.

Известны способы струйно-акустической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси, включающие скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку материала в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри корпуса и последовательно установленных стационарных элементов, с обеспечением глубокой дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе, на входе которого создают высокоскоростную струю [9-12].

Данные способы основаны на создании резонансных акустических явлений в гидропотоке посредством системы кавитационных элементов и обеспечивают износостойкость элементов в условиях повышенных гидродинамических нагрузок, однако, для увеличения необходимого срока службы генераторов потребуются дополнительные затраты.

Наиболее близким по технической сущности является способ кавитационно-гидродинамической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси, включающий скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри корпуса и последовательно установленных стационарных элементов с обеспечением глубокой дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе, на входе которого создают высокоскоростную струю, а для усиления полей первичной гидродинамической и создания вторичной акустической кавитации происходит каскадное перетекание гидросмеси на последовательно и ступенчато установленные в разные стороны по ходу движения гидросмеси наклонные поверхности с кавитационными наклонными порожками [13].

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении технологической и эксплуатационной эффективности процесса глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси на основе использования конструктивных особенностей системы, в том числе с обеспечением жесткости и износостойкости при образовании кавитационных и гидродинамических эффектов.

Технический результат достигается за счет того, что в способе кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси, включающем скоростную подачу струи в гидродинамический генератор, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри корпуса и последовательно установленных стационарных элементов с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний в гидродинамическом генераторе, на входе которого создают высокоскоростную струю, а для усиления полей первичной гидродинамической и создания вторичной акустической кавитации происходит каскадное перетекание гидросмеси на последовательно и ступенчато установленные с разных сторон по ходу движения потока гидросмеси наклонные поверхности с кавитационными наклонными порожками, высокоскоростная струя из диффузора подается на верхнюю наклонную поверхность, выполненную со смещением относительно оси - над уровнем нижележащей наклонной поверхности - конусообразного края и - кавитационными наклонными порожками, установленными по всей наклонной поверхности поперек потока гидросмеси для расслоения потока гидросмеси и усиления осцилляций, при этом для усиления кавитационно-акустического воздействия на полиминеральную составляющую гидросмеси и получения заданного среднего значения объемной плотности гидродинамического возмущения для обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц происходит каскадное перетекание потока гидросмеси на последовательно и ступенчато установленные в средней части корпуса и нижнем конфузоре - по ходу движения потока гидросмеси - наклонные поверхности с чередованием - с одной из сторон -наклонных поверхностей с конусообразным краем, а с другой из сторон - наклонных поверхностей с прямой кромкой, также снабженных кавитационными наклонными порожками, установленными по всей наклонной поверхности поперек потока гидросмеси для расслоения потока гидросмеси и усиления осцилляций, и - опорными радиусными элементами и штангами для увеличения жесткости конструкции, при этом зазоры между нижними поверхностями конусообразных краев - под ее угловой точкой - и уровнями нижележащих наклонных поверхностей изменяются в зависимости от соотношения твердого к жидкому в гидросмеси.

Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.

На фиг. 1 - общий вид гидродинамического генератора; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Способ выполняется с помощью гидродинамического генератора 1, который включает корпус 2 с входным отверстием 3 и выходным отверстием 4. Корпус 2 гидродинамического генератора 1, на входе 5 которого создают высокоскоростную струю, выполнен составным, состоящим из диффузора 6, средней части 7 и нижнего конфузора 8. Внутри корпуса 2 последовательно и ступенчато 9 установлены с разных сторон 10, 11 по ходу движения 12 потока гидросмеси 13 стационарные элементы 14. Стационарные элементы 14 выполнены в виде наклонных поверхностей 15 с кавитационными наклонными порожками 16. Верхняя наклонная поверхность 17 выполнена со смещением 18 относительно оси 19 - над уровнем 20 нижележащей наклонной поверхности 15 - конусообразного края 21 и - кавитационными наклонными порожками 16. Кавитационные наклонные порожки 16 установлены по всей верхней наклонной поверхности 17 поперек 22 потока гидросмеси 13 для расслоения потока гидросмеси 13 и усиления осцилляций. Для каскадного перетекания потока гидросмеси 13 в средней части 7 корпуса 2 и нижнем конфузоре 8 последовательно и ступенчато установлены - по ходу движения 12 потока гидросмеси 13 - наклонные поверхности 15 с чередованием - с одной из сторон 10 - наклонных поверхностей 15 с конусообразным краем 21, а с другой из сторон 11 - наклонных поверхностей 15 с прямой кромкой 23, также снабженных кавитационными наклонными порожками 16, установленными по всей наклонной поверхности 15 поперек 22 потока гидросмеси 13 для расслоения потока гидросмеси 13 и усиления осцилляций. Верхняя наклонная поверхность 17 и последующие наклонные поверхности 15 опираются на опорные радиусные элементы 24 и штанги 25 для увеличения жесткости конструкции и износостойкости при повышенной гидродинамической нагрузке. Зазоры 26 между нижними поверхностями 27 конусообразных краев 21 - под ее угловой точкой 28 -и уровнями 20 нижележащих наклонных поверхностей 15 предусматриваются в зависимости от соотношения твердого к жидкому в гидросмеси.

Способ кавитационно-гидродинамической дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси выполняется следующим образом.

Способ кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси, включающий скоростную подачу струи в гидродинамический генератор 1 через входное отверстие 3, обработку гидросмеси в условиях активных гидродинамических воздействий посредством влияния, размещенных внутри корпуса 2, выполненного составным, состоящим из диффузора 6, средней части 7 и нижнего конфузора 8, и последовательно установленных стационарных элементов 14 с обеспечением глубокой дезинтеграции полиминеральной составляющей гидросмеси до микроуровня посредством преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию акустических колебаний. На входе 5 гидродинамического генератора 1 создают высокоскоростную струю. Для усиления полей первичной гидродинамической и создания вторичной акустической кавитации происходит каскадное перетекание гидросмеси на последовательно и ступенчато 9 установленные с разных сторон 10, 11 по ходу движения 12 потока гидросмеси 13 стационарные элементы 14 в виде наклонных поверхностей 15 с кавитационными наклонными порожками 16. Высокоскоростная струя из диффузора 6 подается на верхнюю наклонную поверхность 17, выполненную со смещением 18 относительно оси 19 - над уровнем 20 нижележащей наклонной поверхности 15 - конусообразного края 21 и - кавитационными наклонными порожками 16, установленными по всей наклонной поверхности 17 поперек 22 потока гидросмеси 13 для расслоения потока гидросмеси 13 и усиления осцилляций. Для усиления кавитационно-акустического воздействия на минеральную составляющую гидросмеси и получения заданного среднего значения объемной плотности гидродинамического возмущения для обеспечения градиента давления с превышением предела прочности микрочастиц происходит каскадное перетекание потока гидросмеси 13 на последовательно и ступенчато 9 установленные в средней части 7 корпуса 2 и нижнем конфузоре 8 - по ходу движения 12 потока гидросмеси 13 - наклонные поверхности 15 с чередованием - с одной из сторон 10 - наклонных поверхностей 15 с конусообразным краем 21, а с другой из сторон 11 - наклонных поверхностей 15 с прямой кромкой 23, также снабженных кавитационными наклонными порожками 16, установленными по всей наклонной поверхности 15 поперек 22 потока гидросмеси 13 для расслоения потока гидросмеси 13 и усиления осцилляций, в том числе в нижнем конфузоре 8 с выходным отверстием 4. Для увеличения жесткости конструкции наклонные поверхности 15 снабжены опорными радиусными элементами 24 и штангами 25. В зависимости от соотношения твердого к жидкому в гидросмеси изменяются зазоры 26 между нижними поверхностями 27 конусообразных краев 21 - под ее угловой точкой 28 - и уровнями 20 нижележащих наклонных поверхностей 15.

Предлагаемый способ дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси с использованием кавитационных эффектов повысит технологический уровень добычи полезного ископаемого, уменьшит энергозатраты, улучшит эксплуатационные показатели по обслуживанию комплекса, повысит рентабельность производства и экологическую безопасность.

Источники информации

1. Патент №2425719 RU, МПК В03В 5/02. Способ газоструйной дезинтеграции материала и устройство для его осуществления. - опубл. 10.08.2011. Бюл. №22.

2. Агранат Б. А. Основы физики и техники ультразвука / Б. А. Агранат, М. Н. Дубровин, Н.Н. Хавский, Г. И. Эскин. - М: Высш. шк., 1987. - 352 с.

3. Патент №2015749 RU, МПК В06В 1/20, F15B 21/12. Гидродинамический генератор колебаний. - опубл. 15.07.1994.

4. Патент №2229947 RU, МПК В06В 1/20. Способ глубокой обработки жидких и газообразных сред и генератор резонансных колебаний для его осуществления. - опубл. 10.06.2004.

5. Промтов М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика: Монография. М.: Машиностроение - 1, 2001. - 260 с. ISBN 5-99275-006-8.

6. Балабышко A.M., Юдаев В.Ф. Роторные аппараты с модуляцией потока и их применение в промышленности. - М.: Недра, 1992. - с: 176 ил. ISBN 5-247-02380-3.

7. Федоткин И.М., Немчин А.Ф. Использование кавитации в технологических процессах. - Киев.: Вища школа. Изд-во Киев. Ун-те, 1984, - 68 с. с. 52, рис. 22

8. Патент №2325959 RU, МПК В06В 1/18. Гидродинамический генератор акустических колебаний ультразвукового диапазона и способ создания акустических колебаний ультразвукового диапазона. - опубл. 10.06.2008. Бюл. №16.

9. Хрунина Н.П. Патент №2506127 RU, МПК В03В 5/00. Способ струйно-акустической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси и гидродинамический генератор акустических колебаний. - Опубл. 10.02.2014. Бюл. №4.

10. Хрунина Н.П. Патент №2506128 RU, МПК В03В 5/00. Способ дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси в условиях резонансных акустических явлений в гидропотоке и геотехнологический комплекс для его осуществления. - Опубл. 10.02.2014. Бюл. №4.

11. Хрунина Н.П. Патент №2652517 RU, МПК В03В 5/00, В02С 19/18. Способ активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси. - Опубл. 26.04.2018. Бюл. №12.

12. Хрунина Н.П. Патент №2687680 RU, МПК В03В 5/02. Способ активизации кавитационно-гидродинамической микродезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси. - Опубл. 15.05.2019. Бюл. №14.

13. Хрунина Н.П. Патент №2634148 RU, МПК В03В 5/00. Способ кавитационно-гидродинамической дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси. - Опубл. 24.10.2017. Бюл. №30.