本發(fā)明涉及螺旋溜槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體為一種用于增強(qiáng)螺旋溜槽分選性能的雙凹槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、螺旋溜槽是一種依靠液流特性，在重力和離心力的作用下實(shí)現(xiàn)不同密度礦物分離的分選設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、無污染、分選效率高等優(yōu)點(diǎn)，在礦物分選領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)螺旋溜槽的槽面光滑，在選礦過程中，有一部分重礦顆粒在離心力的作用下會被甩到溜槽的外側(cè)而進(jìn)入尾礦區(qū)，且當(dāng)?shù)V漿運(yùn)動到一定螺距時(shí)，由于水流速度快，槽面礦漿濃度變大，流動性變差，導(dǎo)致螺旋溜槽分選效果不佳。

2、因此，近年來，眾多研究學(xué)者通過引入特殊的槽面結(jié)構(gòu)，如楔形刻槽和螺旋刻槽等，以此提升螺旋溜槽的分選性能。但是，這些結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)置大多依賴于研究者的工程經(jīng)驗(yàn)，并且通常需要引入優(yōu)化算法進(jìn)行大量的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)或原理并不清晰，這極大地限制了螺旋溜槽結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的精確性和螺旋溜槽性能提升的潛力。

3、現(xiàn)有技術(shù)中的，公開號為cn109731672a公開了選礦螺旋溜槽，通過受支撐豎立的呈螺旋狀的槽體，所述槽體的徑向橫截剖面曲線由槽體內(nèi)側(cè)至槽體外側(cè)逐漸升高，所述槽體的徑向橫截剖面曲線為復(fù)合曲線，所述復(fù)合曲線包括由槽體內(nèi)側(cè)至槽體外側(cè)依次設(shè)置的第一曲線段及第二曲線段，所述第一曲線段的尾端與所述第二曲線段的首端連接于第一連接點(diǎn)，所述第二曲線段首端的曲線切線與水平面的夾角小于所述第一曲線段尾端的曲線切線與水平面的夾角。上述選礦螺旋溜槽，不但能把“砂丘高墻”向外展開拉薄，改善礦物顆粒松散性，而且能增加小時(shí)處理量，使選礦效率和效果更好。但是該現(xiàn)有技術(shù)依舊存在不足，現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)通過將槽體分成兩部分，一段使用為第一曲線，一段為第二曲線，兩段曲線分開處理，雖然也能實(shí)現(xiàn)改善礦物顆粒松散性并達(dá)到一定的全礦效果，但是兩端曲線單獨(dú)處理礦物，當(dāng)?shù)V漿運(yùn)動到一定螺距時(shí)，由于水流速度快，槽面礦漿濃度變大，流動性變差，會導(dǎo)致螺旋溜槽分選效果不佳。

4、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于增強(qiáng)螺旋溜槽分選性能的雙凹槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種用于增強(qiáng)螺旋溜槽分選性能的雙凹槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，所述螺旋溜槽中用于分選礦物的槽體由內(nèi)槽壁、外槽壁和槽面組成，且槽面上設(shè)置有凹槽一與凹槽二，所述凹槽一靠近槽體的內(nèi)槽壁側(cè)，所述凹槽二靠近槽體的外槽壁側(cè)，且凹槽一與凹槽二一一對應(yīng)，具體步驟包括：

4、步驟1：選取凹槽一與凹槽二的內(nèi)徑與外徑；

5、步驟2：確定凹槽一和凹槽二均為等角螺旋線形式，并選取凹槽一與凹槽二的等角螺旋線螺旋角；

6、步驟3：選取凹槽一與凹槽二的最大深度與最小深度；

7、步驟4：選取凹槽一與凹槽二間的相鄰角，根據(jù)相鄰凹槽之間的角度選取凹槽寬度和螺旋溜槽總的凹槽數(shù)量；

8、步驟5：選取凹槽二出口至凹槽一進(jìn)口之間的垂直距離；

9、步驟6：對設(shè)計(jì)的用于增強(qiáng)螺旋溜槽分選性能的雙凹槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能校核，性能符合標(biāo)準(zhǔn)，則結(jié)束設(shè)計(jì)，若性能不符合標(biāo)準(zhǔn)，則重復(fù)步驟1-步驟6。

10、進(jìn)一步地，獲取未設(shè)雙凹槽時(shí)螺旋溜槽出口重礦顆粒和輕礦顆粒的分帶界限徑向距離，螺旋溜槽外直徑和螺旋溜槽內(nèi)直徑；

11、凹槽一內(nèi)徑取值范圍為：

12、；

13、其中，為凹槽一內(nèi)徑，為螺旋溜槽外直徑，為螺旋溜槽內(nèi)直徑，為未設(shè)雙凹槽時(shí)螺旋溜槽出口重礦顆粒和輕礦顆粒的分帶界限徑向距離；

14、凹槽一外徑取值范圍為：

15、；

16、其中，為凹槽一外徑，

17、凹槽二內(nèi)徑取值范圍為：

18、；

19、其中，為凹槽二內(nèi)徑；

20、凹槽二外徑取值范圍為：

21、；

22、其中，為凹槽二外徑。

23、進(jìn)一步地，所述凹槽一與凹槽二的等角螺旋線螺旋角約束條件是：

24、；

25、；

26、；

27、其中，為凹槽一的等角螺旋線螺旋角，為凹槽一的等角螺旋線螺旋角；為螺旋角常數(shù)，且；

28、凹槽一在極坐標(biāo)下的表達(dá)式為：

29、；

30、；

31、其中，為凹槽一在極角下的極徑，為決定凹槽一的等角螺旋線增長速率的系數(shù),為凹槽一的等角螺旋線螺旋角；

32、凹槽二在極坐標(biāo)下的表達(dá)式為：

33、；

34、；

35、其中，為凹槽在極角下的極徑，為決定凹槽二的等角螺旋線增長速率的系數(shù),為凹槽二的等角螺旋線螺旋角。

36、進(jìn)一步地，所述未設(shè)雙凹槽時(shí)螺旋溜槽出口重礦顆粒和輕礦顆粒的分帶界限徑向距離可通過數(shù)值計(jì)算方法或試驗(yàn)測試方法獲取；

37、通過數(shù)值計(jì)算方法獲取未設(shè)雙凹槽時(shí)螺旋溜槽出口重礦顆粒和輕礦顆粒的分帶界限徑向距離所依據(jù)的具體邏輯為獲取未設(shè)雙凹槽時(shí)螺旋溜槽出口的幾何參數(shù)，采用eulerian-lagrangian方法，定義需處理礦物的密度、顆粒直徑范圍、顆粒的長寬比、顆粒的表面粗糙度范圍和顆粒間的摩擦系數(shù)，查詢歷史操作條件設(shè)置入口壓力、出口壓力、入口流速、出口流速；對礦物顆粒運(yùn)動軌跡進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，直接得到未設(shè)雙凹槽時(shí)螺旋溜槽出口重礦顆粒和輕礦顆粒的分帶界限徑向距離；

38、通過試驗(yàn)測試獲取未設(shè)雙凹槽時(shí)螺旋溜槽出口重礦顆粒和輕礦顆粒的分帶界限徑向距離所依據(jù)的具體邏輯為：在穩(wěn)定階段使用測量工具測量分礦帶界限徑向距離,所述穩(wěn)定階段為對系統(tǒng)流速、顆粒濃度和出口壓力進(jìn)行測量，預(yù)設(shè)流速穩(wěn)定范圍、顆粒濃度穩(wěn)定范圍和出口壓力穩(wěn)定范圍，當(dāng)系統(tǒng)在1小時(shí)時(shí)間內(nèi)流速、顆粒濃度和出口壓力都保持在流速穩(wěn)定范圍、顆粒濃度穩(wěn)定范圍和出口壓力穩(wěn)定范圍，定義系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定階段。

39、進(jìn)一步地，步驟3中凹槽一與凹槽二的最大深度取值范圍為：

40、；

41、；

42、其中，為凹槽一的最大深度，為凹槽二的最大深度；

43、凹槽一與凹槽的最小深均為0，即與所述螺旋溜槽的槽面齊平；

44、凹槽一與凹槽二均為不等深槽，從槽體外側(cè)壁至內(nèi)側(cè)壁，凹槽一與凹槽二的深度逐漸減小，直至凹槽一與凹槽二的出口與槽面平齊。

45、進(jìn)一步地，獲取相鄰凹槽角度系數(shù)，設(shè)置螺旋溜槽分界圈數(shù)，通過相鄰凹槽角度系數(shù)和螺旋溜槽分界圈數(shù)選取凹槽一與凹槽二間的相鄰角；

46、獲取相鄰凹槽角度系數(shù)，設(shè)置螺旋溜槽分界圈，通過相鄰凹槽角度系數(shù)和螺旋溜槽分界圈數(shù)選取凹槽一與凹槽二間的相鄰角；

47、設(shè)置螺旋溜槽分界圈數(shù)所依據(jù)的具體邏輯為：記螺旋溜槽入口為第1圈，螺旋溜槽出口為第圈，獲取螺旋溜槽每一圈的精礦流量，將與出口精礦流量相同的圈設(shè)置為分界圈，若只存在一個(gè)分界圈，則將這個(gè)圈設(shè)為螺旋溜槽分界圈，若存在多個(gè)分界圈，則將第一個(gè)分界圈設(shè)為螺旋溜槽分界圈；

48、設(shè)置螺旋溜槽分界圈，選取相鄰凹槽之間的角度所依據(jù)的具體公式為：

49、；

50、其中，為第圈中凹槽一與凹槽二間的相鄰角；為相鄰凹槽角度系數(shù)，為螺旋溜槽總?cè)?shù)，為螺旋溜槽分界圈的索引，為圈的索引，且為實(shí)數(shù)。

51、進(jìn)一步地，選取螺旋溜槽總的凹槽數(shù)量所依據(jù)的具體公式為：

52、；

53、其中，為螺旋溜槽總的凹槽數(shù)量,為螺旋流道nc圈之前的凹槽一與凹槽二間的相鄰角，為螺旋流道nc圈之后的凹槽一與凹槽二間的相鄰角；

54、選取凹槽寬度所依據(jù)的具體公式為：

55、；

56、；

57、其中，為第圈中凹槽一的凹槽寬度，為第圈中凹槽二的凹槽寬度，為凹槽一外徑，為凹槽二外徑，為圓心角度常數(shù)，且。

58、進(jìn)一步地，每一圈凹槽二出口至凹槽一進(jìn)口之間的垂直距離的取值范圍為：

59、；

60、其中，為第圈選取凹槽二出口至凹槽一進(jìn)口之間的垂直距離。

61、進(jìn)一步地，使用模型試驗(yàn)對設(shè)計(jì)的用于增強(qiáng)螺旋溜槽分選性能的雙凹槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能校核所依據(jù)的具體邏輯為：基于上述凹槽的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)，在現(xiàn)有的螺旋溜槽模型上加工凹槽一與凹槽二，模型試驗(yàn)包括對各樣品進(jìn)行取樣、烘干、稱重并計(jì)算精礦帶中目標(biāo)礦物的產(chǎn)率與回收率，?若設(shè)計(jì)的用于增強(qiáng)螺旋溜槽分選性能的雙凹槽結(jié)構(gòu)的產(chǎn)率與回收率均高于現(xiàn)有的螺旋溜槽分選性能的雙凹槽結(jié)構(gòu)，則結(jié)束設(shè)計(jì)，否則則重復(fù)步驟1-步驟6。

62、礦帶中目標(biāo)礦物的產(chǎn)率計(jì)算公式為：

63、；

64、其中，為礦帶中目標(biāo)礦物的產(chǎn)率，為進(jìn)口所有礦物質(zhì)量，為精礦帶中目標(biāo)礦物的質(zhì)量

65、礦帶中目標(biāo)礦物的回收率計(jì)算公式為：

66、；

67、其中，為礦帶中目標(biāo)礦物的回收率，為目標(biāo)礦物的品位，為原礦物品位。

68、進(jìn)一步地，采用數(shù)值計(jì)算方法對設(shè)計(jì)的用于增強(qiáng)螺旋溜槽分選性能的雙凹槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能校核；所依據(jù)的具體邏輯為：基于上述螺旋溜槽已知結(jié)構(gòu)參數(shù)、凹槽一與凹槽二的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)建數(shù)值仿真模型，計(jì)算螺旋溜槽的分選效率并提取螺旋溜槽最后一圈的雷諾數(shù)。若設(shè)計(jì)的用于增強(qiáng)螺旋溜槽分選性能的雙凹槽結(jié)構(gòu)的分選效率與螺旋溜槽最后一圈的雷諾數(shù)均高于現(xiàn)有的螺旋溜槽分選性能的雙凹槽結(jié)構(gòu)，則結(jié)束設(shè)計(jì)，否則重復(fù)步驟1-步驟6。

69、螺旋溜槽的分選效率計(jì)算公式為：

70、；

71、其中，為螺旋溜槽的分選效率，為螺旋溜槽進(jìn)口原礦漿中目標(biāo)固體顆粒a的質(zhì)量流量，為螺旋溜槽進(jìn)口原礦漿中非目標(biāo)固體顆粒b的質(zhì)量流量，為螺旋溜槽出口精礦帶內(nèi)目標(biāo)固體顆粒a的質(zhì)量流量，為螺旋溜槽出口精礦帶粒b的質(zhì)量流量。

72、雷諾數(shù)的提取公式為：

73、；

74、其中，為螺旋溜槽最后一圈的雷諾數(shù)，為流速，為流膜厚度，為動力粘度，為礦漿密度。

75、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

76、本發(fā)明根據(jù)在螺旋溜槽槽面引入了雙凹槽結(jié)構(gòu)，并系統(tǒng)地確定了雙凹槽的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括螺旋角、槽寬、槽數(shù)以及凹槽的內(nèi)徑與外徑等。雙凹槽結(jié)構(gòu)可顯著提高螺旋溜槽礦物顆粒松散度，促使粗礦顆粒向槽體內(nèi)側(cè)運(yùn)動；設(shè)計(jì)方法可實(shí)現(xiàn)凹槽結(jié)構(gòu)的快速、高效設(shè)計(jì)，為提高螺旋溜槽的性能提供了有力的技術(shù)支持。