Nghiên cứu lựa chọn hợp lý máy bơm ly tâm dùng để bơm cấp liệu ở phân xưởng tuyển than vàng danh

Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, không chỉ phạm vi trong nước mà trên thế giới, thì máy bơmbùn ly tâm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khai thác, chếbiến khoáng sản n

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS VŨ NAM NGẠN

HÀ NỘI - 2011

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

MỞ ĐẦU 7

1 Tính cấp thiết của đề tài 7

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 8

2.1 Đối tượng nghiên cứu 8

2.2 Phạm vi nghiên cứu 8

3 Mục đích nghiên cứu 8

4 Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu 9

5 Phương pháp nghiên cứu 9

5.1 Phương pháp thống kê 9

5.2 Phương pháp khảo sát 9

5.3 Phương pháp phân tích, tổng hợp 9

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 10

7 Cấu trúc của luận văn 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM LY TÂM BƠM DÒNG HỖN HỢP HAI PHA RẮN-LỎNG TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI 11

1.1 Máy bơm bùn ly tâm vận chuyển quặng trên thế giới 11

1.2 Máy bơm ly tâm dùng ở các nhà máy tuyển Việt Nam 13

1.3 Tình hình sử dụng máy bơm bùn ly tâm ở phân xưởng tuyển than Vàng Danh 15

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU RẮN TRONG DÒNG HỖN HỢP HAI PHA RẮN-LỎNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM BÙN LY TÂM 24

2.1 Các loại vật liệu rắn trong dòng hỗn hợp hai pha rắn-lỏng bơm tuyển tại phân xưởng tuyển than Vàng Danh 24

2.1.1 Vật liệu rắn trong dòng hỗn hợp huyền phù tiêu chuẩn 24

2.1.2 Vật liệu rắn trong dòng hỗn hợp huyền phù không tiêu chuẩn 26

2.1.3 Vật liệu rắn trong dòng hỗn hợp của máy bơm cấp hạt 27

2.1.4 Vật liệu rắn trong dòng hỗn hợp bùn than 28

2.2 Nghiên cứu tác động của hạt rắn trong dòng hỗn hợp hai pha đến hiệu quả làm việc của máy bơm ly tâm tại phân xưởng tuyển than Vàng Danh 29 2.2.1 Cơ sở lý thuyết 29

2.2.2 Các máy bơm bùn ly tâm tại Phân xưởng tuyển than Vàng Danh dưới ảnh hưởng của các yếu tố gây mòn hỏng 38

2.3 Sử dụng phần mềm Matlab 7.04 nghiên cứu ảnh hưởng của hạt rắn đến BCT của máy bơm bùn ly tâm 44

2.3.1 Cơ sở lý thuyết 44

2.3.2 Giải hệ phương trình vi phân quỹ đạo chuyển động của hạt theo hai phương hướng kính và hướng vòng 49

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MÁY BƠM BÙN LY TÂM PHÙ HỢP VỚI HỖN HỢP HAI PHA RẮN-LỎNG TẠI PHÂN XƯỞNG TUYỂN THAN VÀNG DANH 63

3.1 Nghiên cứu tính toán thông số kết cấu của BCT máy bơm bùn ly tâm phù hợp với các hỗn hợp hai pha rắn-lỏng ở phân xưởng tuyển than Vàng Danh 63

3.1.1 Nghiên cứu, tính toán các thông số kết cấu BCT phù hợp với các hỗn hợp hai pha được bơm tuyển tại Vàng Danh 63

3.1.2 Tính toán thiết kế BCT máy bơm bùn ly tâm phù hợp với hỗn hợp hai pha rắn –lỏng 69

3.2 Đề xuất vật liệu chế tạo máy bơm-bơm dòng hỗn hợp hai pha rắn-lỏng 75

3.2.1 Bọc cao su 75

3.2.2 Vật liệu chống mòn phi kim loại 76

3.2.3 Hợp kim chống ăn mòn 77

3.3 Lựa chọn máy bơm bùn ly tâm phù hợp với hỗn hợp hai pha rắn-lỏng cho phân xưởng tuyển than Vàng Danh 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

1 Kết luận 85

2 Kiến nghị 86

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

DANH MỤC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN

dh, dhtb Đường kính tính toán và đường kính trung bình của hạt rắn,(m)

D1, D2 Đường kính trong và ngoài của bánh công tác, (m)

  Lần lượt là góc bao cánh dẫn và góc bao vị trí hạt, (độ)

Tỷ trọng

dung dịch

Là tỷ số giữa khối lượng riêng của dung dịch với khôi lượngriêng của nước sạch (tỷ trọng dung dịch =   )

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống máy bơm huyền phù tiêu chuẩn và không tiêu chuẩn 19

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống máy bơm cấp hạt 20

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống máy bơm hỗn hợp bùn than 22

Hình 2.1 Sự ảnh hưởng chung của dòng bùn đến đặc tính của bơm 29

Hình 2.2 Sự ảnh hưởng của kích thước hạt rắn đến độ mài mòn BCT 31

Hình 2.3 Sơ đồ khối Simulink và đồ thị ∆ =V f C( V) 34

Hình 2.4 Những dạng phá hủy trực tiếp bề mặt công tác của hạt rắn 35

Hình 2.5 Cường độ mài mòn của chi tiết phụ thuộc góc chảy tới  37

Hình 2.6 Đặc tính chuyển động của hạt rắn trong cánh dẫn (tiết diện kinh tuyến) 39 Hình 2.7 Đặc tính chuyển động của hạt rắn trong cánh dẫn(tiết diện vĩ tuyến) 39

Hình 2.8 Quỹ đạo chuyển động của các hạt rắn trong vỏ xoắn ốc MB bùn ly tâm 40

Hình 2.9 Bánh công tác máy bơm cấp hạt METSO HG–150 41

Hình 2.10 Bánh công tác máy bơm cấp hạt METSO VS80 L180 42

Hình 2.11 Bánh công tác máy bơm huyền phù tiêu chuẩn METSO HM–200 42

Hình 2.12 BCT máy bơm huyền phù không tiêu chuẩn METSO HM–150 43

Hình 2.13.BCT máy bơm huyền phù không tiêu chuẩn METSO HM–150 44

Hình 2.14 Sự phân bố các lực tác dụng lên một hạt rắn và các tam giác tốc độ tương đối của hai pha rắn-lỏng trong BCT 45

Hình 2.15 Đặc tính ( )r máy bơm METSO-HM200 55

Hình 2.16 Quỹ đạo chuyển động của hạt rắn trong máng dẫn BCT 56

Hình 2.17 Đặc tính ( )r máy bơm METSO – HM150 57

Hình 2.18.Quỹ đạo chuyển động của hạt rắn trong máng dẫn BCT 57

Hình 2.19 Đặc tính ( )r máy bơm METSO – HG150 58

Hình 2.20.Quỹ đạo chuyển động của hạt rắn trong máng dẫn BCT 59

Hình 2.21 Đặc tính ( )r máy bơm WARMAN 100E – MP 60

Hình 2.22.Quỹ đạo chuyển động của hạt rắn trong máng dẫn BCT 61

Hình 3.1 Mặt cắt BCT máy bơm cấp hạt với góc ra 2 =250 65

Hình 3.2 BCT Bơm huyền phù tiêu chuẩn với góc ra 2 =210 66

Hình 3.3 BCT MB huyền phù không tiêu chuẩn với góc ra 2 =270 67

Hình 3.4 Mặt cắt BCT máy bơm bùn than với góc ra 2 =250 68

Hình 3.4 Các kích thước tính toán của bánh công tác 74 Hình 3.5 Chương trình Matlab-Simulink tính toán các thông số cơ bản của BCT 81

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật chính của bơm METSO-HM200 17

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật chính của bơm METSO-HM150 18

Bảng 1.3 Thông số ký thuật chính máy bơm METSO-HG150 21

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật chính máy bơm WARMAN100E-MP 22

Bảng 2.1 Thành phần độ hạt của bột quặng manhetit 26

Bảng 2.2 Thành phần độ hạt của hỗn hợp huyền phù không tiêu chuẩn 27

Bảng 2.3 Thành phần độ hạt của hỗn hợp vật liệu bơm tuyển 28

Bảng 2.4 Ảnh hưởng của các loại hỗn hợp hai pha đến máy bơm 30

Bảng 3.1 Mối quan hệ giữa số bề rộng cánh, đường kính D1 với số cánh 73

Bảng 3.2 Thành phần cao su dùng bọc cánh dẫn bánh công tác 76

Bảng 3.3 Kết quả tính toán bằng Simulink cho các máy bơm 82

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, không chỉ phạm vi trong nước mà trên thế giới, thì máy bơmbùn ly tâm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khai thác, chếbiến khoáng sản nói riêng và trong nhiều ngành kinh tế quốc dân khác nóichung như: Trong ngành công nghiệp khai thác quặng (quặng sắt, photphat,quặng đồng, bôxít nhôm…); trong ngành công nghiệp khai thác và chế biếnthan, máy bơm bùn ly tâm được sử dụng trong các nhà máy tuyển để vận

chuyển hỗn hợp thuốc tuyển huyền phù Manhêtit (Fe 3 0 4), hỗn hợp than + đất

đá vào các máy tuyển huyền phù, vận chuyển bùn quặng thải từ nhà máytuyển ra bải thải, nạo vét lòng moong ở các mỏ lộ thiên,…; Trong các ngànhkinh tế khác như: trong nông nghiệp, máy bơm bùn ly tâm còn dùng trongviệc nạo vét các lòng sông, kênh rạch, ao hồ; Trong khai thác cát sông, máybơm bùn ly tâm dùng để hút cát từ đáy sông tại các mỏ cát lên bãi tập trung;Trong công nghiệp xây dựng, máy bơm bùn ly tâm còn được sử dụng để vậnchuyển hỗn hợp xi măng tươi lên các công trình cao tầng…

Tuy nhiên, khi máy bơm ly tâm làm việc với mỗi một hỗn hợp hai pharắn – lỏng khác nhau (tạm gọi là bùn), thì vị trí các chi tiết bị mòn hỏng, tốc

độ mòn hỏng, chế độ vận hành…cũng sẽ khác nhau Vì vậy, nhằm đảm bảotính kinh tế, kỹ thuật thì khi làm việc với mỗi loại hỗn hợp bùn khác nhau,máy bơm bùn ly tâm được sử dụng cũng phải khác nhau như: kích thướcbơm, vật liệu chế tạo bơm, thông số cấu trúc bánh công tác, chế độ vận hànhmáy bơm

Hiện nay, đa số các loại máy bơm bùn ly tâm sử dụng trong nước làđược nhập từ nước ngoài Việc sử dụng các máy bơm này để bơm các hỗnhợp bùn cụ thể tại các dây chuyền sản xuất thường là sử dụng theo định tính,ước lượng hoặc theo kinh nghiệm sử dụng mà hầu như chưa có sự nghiên cứu

lựa chọn phù hợp chính thức Dẫn đến việc sử dụng máy bơm có thể khôngphù hợp với hỗn hợp hai pha công tác, làm cho tốc độ mòn hỏng các chi tiếtcủa bơm tăng lên, làm tăng khối lượng công việc sửa chữa phục hồi, ảnhhưởng đến độ tin cậy của dây chuyền sản xuất, làm tăng giá thành sản phẩm,gây lãng phì về kinh tế…Vì vậy, phải đặt ra vấn đề nghiên cứu, sử dụng phùhợp máy bơm bùn ly tâm với từng loại hỗn hợp hai pha rắn – lỏng cụ thể là

rất cần thiết và đề tài “Nghiên cứu lựa chọn hợp lý máy bơm bùn ly tâm để

bơm cấp liệu ở Phân xưởng tuyển than Vàng Danh” mang tính cấp thiết.

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu các máy bơm bùn ly tâm tại phân xưởng tuyển than VàngDanh, dưới tác dụng gây mòn hỏng của dòng hỗn hợp hai pha rắn-lỏng đượcbơm tuyển Nghiên cứu, lựa chọn một số thông số cơ bản của bánh công tác(BCT) phù hợp với dòng hỗn hợp hai pha đó

2.2 Phạm vi nghiên cứu

Sử dụng phần mềm Matlap-Simulink 7.04 để nghiên cứu một số tínhchất của các dòng hỗn hợp hai pha rắn-lỏng tại phân xưởng tuyển than VàngDanh và tác động gây mòn hỏng của chúng đến bánh công tác (BCT) của cácmáy bơm ly tâm Từ đó, lập chương trình tính toán BCT máy bơm bùn sửdụng chung cho các mỏ khác

3 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu về tác động của các hạt rắn trong các dòng hỗn hợp hai pharắn-lỏng, được bơm tuyển tại Phân xưởng tuyển than Vàng Danh tới sự làmviệc của các máy bơm bùn ly tâm Từ đó, nghiên cứu lựa chọn máy bơm bùn

ly tâm sử dụng phù hợp với mỗi loại dòng hỗn hợp hai pha rắn-lỏng cần vậnchuyển, giảm sự mòn hỏng của các máy bơm-nhằm nâng cao tuổi thọ làmviệc cho các máy bơm, đảm bảo độ tin cậy làm việc của dây chuyền tuyển,mang lại hiệu quả kinh tế cho phương pháp tuyển

4 Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về việc sử dụng các loại máy bơm bùn ly tâm–bơm dònghỗn hợp hai pha rắn-lỏng được sử dụng trên Thế giới, Việt Nam và tại Phânxưởng tuyển than Vàng Danh

- Nghiên cứu các loại vật liệu rắn trong dòng hỗn hợp bơm tuyển than

và ảnh hưởng của chúng đến sự làm việc của máy các máy bơm bùn

- Nghiên cứu, lựa chọn máy bơm ly tâm phù hợp với từng loại vật liệubơm tuyển ở Phân xưởng tuyển than Vàng Danh

5 Phương pháp nghiên cứu

5.1 Phương pháp thống kê

Qua các tài liệu tham khảo, kết quả của các công trình nghiên cứu trong

và ngoài nước, các kết quả thu được từ quan sat thực tế để xác định cơ sởkhoa học cần thiết cho đề tài

5.2 Phương pháp khảo sát

Khảo sát lấy số liệu thực tế về thành phần, độ hạt, khối lượng riêng hạtrắn…trong các dòng hỗn hợp hai pha, thông số cấu trúc chính của các máybơm bùn ly tâm đang được sử dụng tại Phân xưởng tuyển than Vàng Danh và

ở một số Công ty khác Khảo sát tác động gây mòn hỏng của các loại hạt rắntrong các dòng hỗn hợp hai pha khác nhau đến các chi tiết công tác của bơmbùn ly tâm, từ đó có đánh giá các yếu tố gây mòn hỏng của các hạt rắn đếnmáy bơm bùn ly tâm trên thực tế, để làm căn cứ kiểm chứng cơ sở lý thuyết

5.3 Phương pháp phân tích, tổng hợp

Tổng hợp, phân tích đánh giá những kết quả khảo sát thực nghiệm,những kết quả nghiên cứu lý thuyết của các nhà khoa học trong nước và trênThế giới có liên quan, kết hợp với nghiên cứu thực tế về tác động gây mònhỏng của các hạt rắn trong dòng hỗn hợp hai pha tại Phân xưởng tuyển thanVàng Danh làm cơ sở tính toán và lựa chọn máy bơm bùn ly tâm cho phù hợp

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu lý thuyết, thực tế và kết hợp với kết quả đã đạt được củacác nhà khoa học trong và ngoài nước, để thành lập phương trình vi phân và

vẽ quỹ đạo chuyển động của hạt rắn trong BCT máy bơm bùn ly tâm tại phânxưởng tuyển than Vàng Danh Từ đó, xác định được ảnh hưởng của các yếu tốtrong dòng hỗn hợp hai pha rắn-lỏng đến sự mòn hỏng BCT, đưa ra biện phápkhắc phục nhằm giảm mòn hỏng BCT, tăng tuổi thọ của bơm - giảm mònhỏng, tăng hiệu quả sử dụng bơm

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn hoàn thành gồm có: phần mở đầu, 3 chương , phần kết luận

và kiến nghị, được trình bày trong 87 trang, 31 hình vẽ và 11 bảng biểu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM LY TÂM BƠM DềNG HỖN HỢP HAI PHA RẮN-LỎNG TRONG NƯỚC VÀ TRấN THẾ GIỚI

Sử dụng máy bơm ly tâm - bơm dòng hỗn hợp hai pha rắn - lỏng cùngthiết bị đường ống của chúng trong dây chuyền khai khai thác và vận chuyểnkhoáng sản, bùn cát…là phương pháp có hiệu quả cao và rất thiết thực trongcông nghiệp khai thác mỏ (để vận chuyển than, quặng), vận chuyển và chếbiến khoáng sản ở Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới Đối với các

mỏ quặng thì chúng là loại phương tiện vận tải theo dây chuyền công nghệliên hoàn từ nơi khai thác đến nhà máy tuyển và bùn cát thải từ nhà máy tuyển

ra ngoài bãi thải

1.1 Mỏy bơm bựn ly tõm vận chuyển quặng trờn thế giới

Một phương pháp quan trọng và có hiệu quả kinh tế để vận chuyển chấtrắn qua những quãng đường dài là dùng máy bơm và hệ thống ống dẫn của nó

để vận chuyển chất rắn ở dạng bùn từ những khu vực giao thông đi lại khókhăn đến nơi tiêu dùng hoặc nơi thuận tiện cho công việc sàng tuyển Các hệthống ống dẫn bùn quặng là hỗn hợp hai pha rắn - lỏng, thích hợp và có hiệuquả đối với những quy trình chế biến nguyên liệu cuối dòng ở dạng bùn.Phương pháp vận chuyển bùn quặng bằng máy bơm kết hợp hệ thống ống dẫn

có thể áp dụng trong nhiều ngành sản xuất, ví dụ sản xuất kim loại (Cu, Zn,Fe,…) từ quặng, sản xuất photphat, khai thác than…Thực tế đã chứng tỏ rằng,khối lượng và khoảng cách vận chuyển càng lớn thì hiệu quả kinh tế màphương pháp này đem lại càng cao

Đặc biệt phương pháp vận chuyển bùn quặng bằng máy bơm bùn ly tâm

và hệ thống ống dẫn có thể được áp dụng để vận chuyển quặng photphat đếnnhà máy sản xuất phân hóa học, thay thế cho các xe tải thông thường Tại mỏquặng photphat - quặng được xử lý thông qua các công đoạn nghiền, sàng,rửa, tuyển nổi, sau đó quặng tinh thu được sẽ được tách nước rồi vận chuyểnbằng xe tải đến nhà máy sản xuất phân lân Nếu áp dụng hệ thống vận chuyển

bằng ống dẫn thì các công đoạn tuyển quặng không thay đổi, nhưng có thể bỏqua công đoạn tách nước Để bùn quặng có các tính năng lưu biến cần thiết,phù hợp cho hệ thống ống vận chuyển qua khoảng cách lớn, người ta nghiềnhỗn hợp sau khi tuyển quặng (không tách nước) bằng máy nghiền bi Nhưvậy, việc áp dụng hệ thống vận chuyển bằng ống dẫn không yêu cầu phải có

sự thay đổi nào trong quá trình tuyển, ngoài việc vận chuyển các thiết bịnghiền quặng từ nhà máy sản xuất phân lân đến đặt ngay tai mỏ quặngphotphat

Hiện nay, hệ thống vận chuyển bùn quặng bằng máy bơm hai pha rắn lỏng và hệ thống ống dẫn được vận hành ở nhiều nơi trên thế giới Hệ thốngvận chuyển bằng ống dẫn đặc biệt thích hợp để vận chuyển nguyên liệu từnhững vùng xa xôi hẻo lánh- nơi mà hệ thống đường sắt và đường ôtô cònchưa phát triển Có thể kể ra đây một số hệ thống vận chuyển bùn quặngphotphat bằng máy bơm hai pha rắn lỏng và đường ống dẫn của nó như sau:

Hệ thống vận tải bằng ống dẫn VALEP được xây dựng từ năm 1979

và khi đó là hệ thống ống vận chuyển bùn quặng lớn đầu tiên trên thế giới Hệthống vận chuyển này có chiều dài 120km, máy bơm được đặt ở khu Tây Bắc

thành phố Rio de Janeiro của Braxin và được sử dụng để vận chuyển tinhquặng photphat đến tổ hợp sản xuất phân bón hóa học gần Uberaba Hệ thốngnày có các ống đường kính 9inches (23cm), công suất vận chuyển là 2 triệu

tấn quặng photphat/năm Bùn quặng được vận chuyển có hàm lượng chất rắnlên tới 61%

- Hệ thống ống dẫn Simplot: Đây là hệ thống ống dẫn dài 138km, nằm ở

bang Idaho, Hoa Kỳ Đường kính ống dẫn là 8 inches (20,3cm) công suất vận

chuyển của hệ thống đạt 1,9 triệu tấn photphat/năm Bùn quặng photphat cóhàm lượng chất rắn chiếm tới 62%

- Hệ thống Simplot and Farmland dài 153km, nằm ở bang Utah, Mỹ Hệ

thống này có các ống dẫn đường kính 10 inches (25,4cm), công suất vận

chuyển đạt 2,9 triệu tấn photphat/năm Bùn quặng có hàm lượng chất rắnchiếm khoảng 60%.

- Hệ thống ống dẫn Weng Fu: Đây là hệ thống ỗng dẫn bùn quặngphotphat đầu tiên của Trung Quốc, vận hành từ năm 1995 Nó có chiều dài

47km, ống dẫn có đường kính 9 inches (23cm) đặt ở tỉnh Quý Châu Công suất

vận chuyển danh định của hệ thống là 2 triệu tấn quặng photphat/năm, bùnquặng có chứa 55ữ60% hàm lượng chất rắn Máy bơm bùn quặng photphat

được đặt tại nhà máy tuyển quặng ở Xin Long Ba, để vận chuyển quặng từ nhàmáy đến nhà ga Machangping Tại đây, bùn quặng được tách nước rồi vậnchuyển tiếp bằng tầu hỏa đến nhà máy sản xuất phân lân

- Mới đây, một nhà máy hóa chất ở bang Florida, Mỹ, đang có dự ánxây dựng hệ thống bơm và ống dẫn vận chuyển bùn quặng photphat có côngsuất 3 triệu tấn/năm Hệ thống này có tổng chiều dài 110km, các ống dẫn có

đường kính 14 inches (35,6cm), bùn quặng có hàm lượng chất rắn tới 60%.

Hiện nay trên thê giới, nhiều hệ thống vận tải sử dụng máy bơm hai pharắn - lỏng với đường ống dẫn để vận chuyển bùn quặng đã được vận hành trên

20 năm Chúng đã chứng minh cho tính khả thi kỹ thuật, tính ổn định và các

ưu điểm về mặt kinh tế của phương pháp vận chuyển này Vỡ vậy, hỡnh thứcvận chuyển này ngày càng được ứng dựng nhiều trong thực thực tế sản xuất

1.2 Mỏy bơm ly tõm dựng ở cỏc nhà mỏy tuyển Việt Nam

ở Việt Nam, máy bơm ly tâm - bơm dòng hỗn hợp hai pha rắn - lỏng

được sử dụng chủ yếu để vận chuyển khoảng sản trung gian giữa các khâucông nghệ tại các Nhà máy, phân xưởng tuyển khoáng Ngoài ra, máy bơmhỗn hợp hai pha rắn-lỏng còn được sử dụng trong việc khai thác quặng, cát ởlòng sông, hút bùn…Qua khảo sát thực tế tình sử dụng máy bơm hỗn hợp haipha rắn - lỏng tại một số mỏ trong nước như sau:

Nhà máy tuyển quặng Apatit Lào Cai: Nhà máy Apatit Lào Cai đã

dùng máy bơm ly tâm vào những công việc khác nhau trong dây chuyền chếbiến và vận chuyển bùn quặng như sau:

Máy bơm ΓPY800 / 40: Dùng để bơm hỗn hợp bùn quặng apatit từ bểchứa quặng 16 sang bể chứa quặng 1301 và 1304 Nồng độ vật tải chất rắntrong dòng hỗn hợp từ 14ữ16%, cỡ hạt ≤0,74mm Bánh công tác và vỏ bơm

được đúc bằng gang chịu mài mòn X28 H2, tuổi thọ của bánh công táckhoảng 1300 ữ1500giờ, vỏ xoắn ốc là 2000 ữ2500giờ

Máy bơm OZION 200/150F: Loại này dùng để bơm sản phẩm saunghiền về bể chứa bùn quặng, với nồng độ thể tích hạt rắn là 25ữ26%, cỡ hạt

< 0,1mm Bánh công tác và vỏ xoắn ốc được chế tạo bằng gang đúc СЧХ28

H2 Tuổi thọ bánh công tác là 1000ữ1200giờ, của vỏ xoắn ốc là

1500ữ1800giờ.

Máy bơm П Б315/40: Dùng ở trạm bơm trung gian để bơm quặng đuôicho dây chuyền tuyển tinh lên dây chuyền tuyển chính, với nồng độ hạt rắn là

18ữ25%, cỡ hạt dưới 0,74mm Tuổi thọ của bánh công tác là khoảng

1500ữ1800giờ, của vỏ xoắn là 2700giờ.

Máy bơm HB250/56: dùng để bơm hỗn hợp bùn quặng từ bể chứa 1301

và 1304 sang giàn tuyển Nồng độ vận tải chất rắn trong dòng hỗn hợp từ

Nhà máy tuyển than Cửa ông: Hiện nay, nhà máy đang sử dụng các

loại bơm được sản xuất bởi hãng Metso- Oxtraylia, mang nhãn hiệu150/100F-CSA, 200/100F-CSA, 300/250F-CSA, 100/75F-CSA, 150/100E-WFG, 150/100E-FG, dùng để bơm dòng hỗn hợp hai pha rắn -lỏng, baogồm: Fe3O4, than nguyên khai (có lẫn đất, đá ) và nước, với nồng độ chất rắnkhoảng CM = 30ữ40%, cỡ hạt than trung bình đến 50mm Tuổi thọ trung bình

của các BCT ở các máy bơm này vào khoảng 4000ữ5000giờ, của vỏ bơm vào

khoảng 6000giờ.

Nhà máy tuyển than Hòn Gai: Các máy bơm dùng trong công nghệ

bơm tuyển than trong các nhà máy chủ yếu nhập từ Oxtraylia, mang nhãn hiệuMesto Một số trạm bơm hạt rắn cỡ nhỏ dùng máy bơm ly tâm do nhà máychế tạo bơm Hải Dương sản xuất, mã hiệu LTS-250/30 Các máy bơm loạiMetso dùng để bơm dòng hỗn hợp hai pha rắn - lỏng, bao gồm: hốn hợp củahuyền phù Manhetit, than nguyên khai (có lẫn đất, đá ) và nước lên Xiclôxoáy lốc để tách than Nồng độ hạt rắn trong dòng hỗn hợp là khoảng CM =

40ữ45%, cỡ hạt than được bơm có thể đến 60mm Tuổi thọ của các bánh công

tác ở các máy bơm này vào khoảng 4500ữ6000giờ, của vỏ xoắn ốc khoảng

6500giờ Khi máy bơm bị mòn hỏng thì Nhà máy đặt xí nghiệp Cơ khí Ngọc

Hà, tỉnh Hà Nam đúc BCT theo thiết kế cũ, với vật liệu bằng thép trắng Tuổithọ trung bình của các BCT đúc lại bằng khoảng 50% tuổi thọ các máy bơmnhập khẩu

1.3 Tỡnh hỡnh sử dụng mỏy bơm bựn ly tõm ở phõn xưởng tuyển than Vàng Danh

Trong phân xưởng tuyển than-Công ty than Vàng Danh, người ta sửdụng bơm bùn ly tâm để bơm dòng hỗn hợp hai pha rắn lỏng trong các khâutrung gian của dây chuyền công nghệ tuyển Dây chuyền tuyển được chiathành 4 tuyến tuyển than, nhằm năng cao hiệu quả tuyển theo kích thước củathan Trong đó, có hai tuyến tuyển than có độ cục trên 50mm và hai tuyến

tuyển than có độ cục nhỏ hơn đến 50mm Than có kích thước lớn d >50mm

(sản phẩm trên sàng 57) được đưa đến tuyến tuyển của máy tuyển huyền phùbánh xe đứng CKB; than có kích thước nhỏ d h ≤50mm được máy bơm cấp hạt

bơm đến máy tuyển Xiclon huyền phù ở dạng hỗn hợp giữa than và huyền phùtiêu chuẩn

Căn cứ vào nhiệm vụ vận chuyển từng loại hỗn hợp chất rắn -lỏng củatừng máy bơm bùn ly tâm trong các dây chuyền tuyển, có thể phân loại cácmáy bơm sử dụng trong Phân xưởng tuyển đó thành các loại như:

+ Máy bơm huyền phù tiêu chuẩn gồm: máy bơm 404, 405 ( tuyếntuyển 1) và 404b, 405b (tuyến tuyển 3);

+ Máy bơm huyền phù không đủ tiêu chuẩn gồm: Máy bơm 407, 408(tuyến tuyển 1), máy bơm 407a, 408a (tuyến tuyển 2), máy bơm 407b, 408b(tuyến tuyển 3) và máy bơm 407c, 408c (tuyến tuyển 4);

+ Máy bơm hỗn hợp vật liệu tuyển (Than, đất đá và huyền phù tiêuchuẩn) gồm: máy bơm 404a, 405a (tuyến tuyển 2) và máy bơm 404c, 405c(tuyến tuyển 4);

+ Máy bơm bùn than (than có cỡ hạt rất nhỏ lẫn với bùn thải) đến cácmáy lắng gồm: máy bơm 411, 412 và 411a, 412a, để hút bùn than từ các bể cô

đặc 260 và 260a đến các máy khuấy TB1A và TB1B, để từ đó đưa vào cácmáy lắng M1A, M1B, M1C

Để đảm bảo cho các tuyến tuyển trong dây chuyền hoạt động liên tục,thì tại mỗi vị trí cần bơm, người ta sẽ lắp đặt hai máy bơm song song, trong đó

có một máy bơm làm việc và một máy dự phòng Các máy bơm vận chuyểnhỗn hợp hai pha rắn-lỏng như nhau trong các tuyến tuyển khác nhau, thì giốnghệt nhau nên khi phân tích ở những phần sau này chỉ nêu tên của máy bơm đạidiện của từng loại đó Sau đây, giới thiệu một số thông số chính của các máybơm bùn ly tâm đang được sử dụng trong Phân xưởng tuyển Vàng Danh:

Máy bơm huyền phù tiêu chuẩn 404 và 405, trong đó có một máy làmviệc và một máy dự phòng Máy bơm loại này do hãng Metso của Autrayliasản xuất, thông số chính của máy bơm như bảng 1.1 dưới đây:

Bảng 1.1 Thụng số kỹ thuật chớnh của bơm METSO-HM200

Thụng số KT cơ

bản

Đơn vị

Đơn vị

HM200

METSO-Năng suất: Qđm m 3 /h 360 Tỉ trọng dung dịch - 1,92

Chiều cao đẩy: Hđ m 42 Cỡ hạt max mm 10

Bề dày BCT: b2 mm 135 Tốc độ v/p 1450Máy làm nhiệm vụ bơm huyền phù tiêu chuẩn có trọng lượng riêngkhoảng= 1800ữ1920 kg/m 3 , đường kính các hạt manhetit khoảng dh =(0,074ữ0,15)mm từ bể chứa dung dich huyền phù 123 lên máy tuyển huyền

phù bánh xe đứng СКБ-20 (8m 3) Sơ đồ làm việc của máy bơm trong dâychuyền tuyển như hỡnh 1.1

Máy bơm huyền phù không tiêu chuẩn: Khối lượng riêng của huyềnphù không giống khối lượng riêng của chất lỏng đồng nhất, vì nó được tạo ra

từ hai pha rắn - lỏng không tan vào nhau Tại mỗi thời điểm khác nhau tronghuyền phù sẽ có khối lượng khác nhau và khối lượng riêng của huyền phù làkhối lượng biểu kiến Huyền phù loãng (không đủ tiêu chuẩn) được lấy ra từnước rửa sản phẩm tuyển, huyền phù loãng có khối lượng riêng nhỏ hơn khốilượng riêng của huyền phù tiêu chuẩn ( < hp) nên cần phải đưa qua hệ thốngthu hồi để lấy lại chất nặng bổ sung vào bể huyền phù tiêu chuẩn và loại bỏmùn Máy bơm 407 và 408 dùng để bơm huyền phù không đủ tiêu chuẩn cókhối lượng riêng khoảng từ = 1200ữ1400 kg/m 3, trong bể chứa 97 tới cácmáy tuyển từ loại ЭБМ – phân ly để thu hồi huyền phù manhetit Loại máy

bơm này có nhãn Metso HM-150 (một máy làm việc và một máy dựphòng), thông số cơ bản của máy trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Thụng số kỹ thuật chớnh của bơm METSO-HM150

Thụng số KT cơ

bản

Đơn vị

HM150

METSO-Thụng số KT cơ bản

Đơn vị

HM150

METSO-Năng suất: Qđm m 3 /h 210 Gúc vào BCT Độ 37Chiều cao đẩy: Hđ m 42 Gúc ra BCT Độ 33Chiều cao hỳt: Hh m -4 Kớch thước bao:

Số BCT Cái 01 + dài: D mm 1800

Số cỏnh dẫn cỏi 5 + rộng: R mm 720Đ.kớnh ngoài BCT mm 500 + cao: C mm 1700Đ.kớnh miệng hỳt mm 170 Cụng suất: P kW 75

Bề dày BCT: b2 mm 155 Tốc độ v/p 1485

Tỉ trọng dung dịch - 1,7 Loại dõy đai SPC2240

Cỡ hạt max mm 10 Số dõy đai dõy 05Sơ đồ hệ thống máy bơm huyền phù tiêu chuẩn và không tiêu chuẩntrong dây chuyền tuyển như hỡnh 1.1 dưới đõy

Bể lắng

bùn tự nhiên Bơm 411 và 412

Bể lắng bùn 260 Bể

n Ư ớ c T.H

Hỡnh 1.1 Sơ đồ hệ thống mỏy bơm huyền phự tiờu chuẩn và khụng tiờu chuẩn

Máy bơm vật liệu: Sản phẩm trên sàng róc nước 85b gồm có than và đất đáthải có kích thước hạt nhỏ, được đổ vào bể chứa 123C Trong bể chứa 123C là mộthỗn hợp của huyền phù manhetit với than và đất đá thải ở dạng cục nhỏ (dtb <

50mm) Sau đó, nhờ vào các bơm bùn 404C, 405C mà hỗn hợp này được vận

chuyển đến máy tuyển than Xiclon huyền phù hai sản phẩm Máy tuyển Xiclonhuyền phù làm việc dựa vào tác dụng của lực ly tâm lên các hạt có khối lượng khácnhau - những hạt có khối lượng lớn (đất đá, xít thải) sẽ chịu tác dụng của lực ly tâmlớn và được tách ra từ một cửa; những hạt có khối lượng nhỏ (than) hơn sẽ đượctách ra một cửa khác Máy có thể tuyển được than có độ cục khá nhỏ khoảng dtb =(0,5 ữ50)mm, đồng thời còn có tác dụng phá vỡ các kết cụm của huyền phù, làm

giảm độ nhớt huyền phù dẫn đến làm tăng hiệu quả tuyển

Lượng huyền phù đủ tiêu chuẩn ở đầu các sàng rửa được thu hồi trở lại bểchứa 123C; lượng huyền phù không đủ tiêu chuẩn ở cuối các sàng rửa hoặc dưới cácsàng róc nước được đưa quay trở lại bể chứa 97C Sau đó, nhờ vào hai máy bơm407C, 408C bơm lên Máy tuyển từ 104, để thu hồi lại chất nặng manhetit Sơ đồcác bơm vật liệu trong dây chuyền tuyển được thể hiện trên hỡnh 1.2.

B.ke

199a

199a Kho than

d Ư ờ ng 10

85d

M á y tuy ển than Xiclon

M á y tuy ển CKB

G ầ u n â ng 105

85b

S-54 S-57

Hỡnh 1.2 Sơ đồ hệ thống mỏy bơm cấp hạt

Hiện nay, Phân xưởng tuyển than Vàng Danh đang sử dụng máy bơmbùn ly tâm, trục ngang Metso HG150 để bơm cấp hạt, thông số chính củamáy bơm được cho trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Thụng số ký thuật chớnh mỏy bơm METSO-HG150

Thụng số KT cơ

bản

Đơn vị

HM200

METSO-Thụng số KT

cơ bản

Đơn vị

HM200

METSO-Năng suất: Qđm m 3 /h 360 Cỡ hạt max mm 10ữ55

Chiều cao đẩy: Hđ m 42 Gúc vào BCT Độ 42Chiều cao hỳt: Hh m –4 Gúc ra BCT Độ 30

Số BCT Cái 01 Kớch thước bao:

Số cỏnh dẫn Cỏi 03 + dài: D mm 1200Đg.kớnh ngoài BCT mm 400 + rộng: R mm 800Đ.kớnh miệng hỳt mm 175 + cao: C mm 1400

Bề dày BCT: b2 mm 130 Cụng suất: P kW 90Đ.g kớnh hỳt: Dh mm 150 Tốc độ v/p 1475Đ.g kớnh đẩy: Dđ mm 150 Loại dõy đai SPC2800

Tỉ trọng dung dịch - 1,45 Số dõy đai dõy 05Bơm bùn than: Cám than và bùn thải có kích thước nhỏ tràn ra theonước từ các máy tuyển, theo nước ở các sàng rửa sản phẩm, từ bể gầunâng được tập trung về hai bể cô đặc 260 và 206a ở đây, hỗn hợp cám than

và bùn thải được để lắng đọng xuống đáy bể còn nước trong tràn qua mộtcống thoát trên thành bể lắng sang bể nước tuần hoàn

Để tận thu cám than, đồng thời lọc tách nước trong tuần hoàn trở lại dâychuyền tuyển và tách riêng bùn quặng thải ra ngoài, thì hỗn hợp bùn được cácmáy bơm 411, 412 bơm lên máy khuấy TB1A, rồi vào máy lắng MB1 Tạimáy lắng, cám than được tách ra khỏi hỗn hợp bùn than, rồi qua máy ép táchnước để thu được than cám hạt mịn Sơ đồ làm việc của các máy bơm trong hệthống được minh học bằng hỡnh 1.3

412 411,

Bể n Ư ớc 900m3

Bơm Trạm bơm 39 Trạm bơm 40

Than lọc ép

B.1

B.2 B.3

Đ1B

M1B TB1A

Hỡnh 1.3 Sơ đồ hệ thống mỏy bơm hỗn hợp bựn than

Hỗn hợp bùn than lắng đọng xuống dưới đáy của bể cô đặc gồm có:cám than, đất đá, xít thải…kích thước trung bình của các hạt trong hỗn hợpbùn than này dtb ≤ 0,5mm, nồng độ dòng hỗn hợp khoảng Cv = (47ữ50)%.Thông số cơ bản của các máy bơm 411, 412 được cho như bảng 1.4

Bảng 1.4 Thụng số kỹ thuật chớnh mỏy bơm WARMAN100E-MP Thụng số KT cơ

bản

Đơn vị

Đơn vị

HM200

METSO-Năng suất: Qđm m 3 /h 200 Cỡ hạt max mm 10

Số cỏnh dẫn Chiếc 5 Kớch thước bao:

Chiều dày cỏnh mm 18 + dài: D mm 1200

Gúc vào BCT Độ 47 + rộng: R mm 800

Gúc ra BCT Độ 32 + cao: C mm 1400Đg.kớnh BCT: D1 mm 155 Cụng suất: P kW 75Đg.kớnh BCT: D2 mm 492 Tốc độ v/p 1475

Bề dày BCT: b2 mm 130 Điện ỏp V 380

Thông số KT cơ

bản

Đơn vị

Đơn vị

HM200

Đ.g kính đẩy: D® mm 100 Loại dây đai SPC2800

Tỉ trọng dung dịch - 1,4 Số dây đai dây 05

Tóm lại: Ngày nay, máy bơm bùn ly tâm đang được sử dụng rộng rãi

trong ngành công nghiệp khai thác, chế biến khoáng sản nói riêng và trongnhiều ngành kinh tế quốc dân khác nói chung Trong ngành công nghiệp khaithác quặng (quặng sắt, photphat, quặng đồng, bôxít…), máy bơm bùn ly tâmđược sử dụng cùng với hệ thống đường ống của nó để vận chuyển hỗn hợpquặng từ nơi khai thác đến nơi chế biến như các nhà máy luyện thép, kim loạimầu hay các nhà máy sản xuất phân lân Trong ngành công nghiệp khai thác

và chế biến than, máy bơm bùn ly tâm được sử dụng trong các nhà máy tuyển

để vận chuyển hỗn hợp thuốc tuyển huyền phù Manhêtit (Fe 3 0 4), hỗn hợpthan đất đá vào các máy tuyển huyền phù; vận chuyển bùn quặng thải từ nhàmáy tuyển ra bải thải; nạo vét lòng moong ở các mỏ lộ thiên…Trong nôngnghiệp, máy bơm bùn ly tâm còn dùng để nạo vét các lòng sông, kênh rạch,

ao hồ Trong khai thác cát sông, máy bơm bùn ly tâm dùng để hút cát từ đáysông tại các mỏ cát lên bãi tập trung Trong công nghiệp xây dựng, máy bơmbùn ly tâm còn được sử dụng để vận chuyển hỗn hợp xi măng tươi lên cáccông trình cao tầng…

Tuy nhiên, nhằm đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật thì khi làm việc vớimỗi loại hỗn hợp hai pha khác nhau, máy bơm bùn ly tâm được sử dụng cũng

sẽ khác nhau, sự khác nhau đó có thể kể đến như: kích thước bơm, vật liệuchế tạo bơm, cấu trúc bánh công tác, chế độ vận hành máy bơm Vì vậy, phảiđặt ra vấn đề phải nghiên cứu, sử dụng phù hợp máy bơm bùn ly tâm với từngloại hỗn hợp hai pha đó

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU RẮN TRONG DÒNG HỖN HỢP HAI PHA RẮN-LỎNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC

CỦA MÁY BƠM BÙN LY TÂM

2.1 Các loại vật liệu rắn trong dòng hỗn hợp hai pha rắn-lỏng bơm tuyển tại phân xưởng tuyển than Vàng Danh

2.1.1 Vật liệu rắn trong dòng hỗn hợp huyền phù tiêu chuẩn

Dung dịch huyền phù được pha chế từ các hạt khoáng vật khác nhau cókhối lượng riêng từ 2500÷7500kg/m3, trong môi trường có dung dịch nặnghoặc chất lỏng nặng đã được pha chế từ các dung dịch có khối lượng riêngkhác nhau Huyền phù dùng trong tuyển than là hỗn hợp hai pha: giữa pha

lỏng là nước và pha rắn là các hạt quặng manhetit (Fe 3 O 4 ) Tinh quặng

Manhetit có khối lượng riêng khoảng h ≈ 4150÷5000 kg/m 3 Nước có khối

lượng riêng ρ = 1000 kg/m 3 Do đó khối lượng riêng của huyền phù ρHP >

1000 kg/m 3

Khối lượng riêng của huyền phù bằng tổng khối lượng riêng của phầnrắn và khối lượng riêng của phần chất lỏng trong một đơn vị thể tích, đượctính theo công thức sau TL[1]

ρ hp = C T ρ h + (1-C T ) ρ L = C T (ρ h – ρ L )+ ρ L (2-1)trong đó:

ρhp - là khối lượng riêng huyền phù, (kg/m 3);

ρh- là khối lượng riêng hạt rắn, lấy ρh = 4500 kg/m 3;

ρL- là khối lượng riêng chất lỏng (môi trường);

Cv- là nồng độ thể tích chất nặng tính bằng %, và Cv có thể lấy tronggiới hạn sau: nếu chất lòng là nước thì khối lượng riêng huyền phù tính theocông thức sau: với Cv = 15 ÷ 30% (chọn tối ưu CT = 25%), khi đó TL[1] :

ρhp= CT (ρh- 1000)+1000 , kg/m 3

ρhp = 0,25 (4500-1000)+1000 = 1900, kg/m 3

ρhp = 1900 kg/m 3

Huyền phù là hỗn hợp hai pha, giữa pha lỏng là nước và pha rắn là cáchạt quặng manhetit Dung dịch huyền phù có khối lượng riêng kho¶ng ρhp=

1900 kg/m 3 , nằm trung gian giữa hạt khoáng vật nặng và khoáng vật nhẹ, do

đó huyền phù nặng được dùng làm môi trường tuyển Trong môi trườnghuyền phù, những hạt có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của môitrường sẽ chìm xuống dưới và hạt có khối lượng riêng nhỏ hơn sẽ nổi lên trên.Dựa vào đặc điểm này mà người ta có thể tách riêng than ra khỏi hỗn hợp vớiđất đá, khi cho hỗn hợp này vào trong môi trường huyền phù nặng

Độ nhớt huyền phù (ma sát trong) đặc trưng cho tính chất chống lạichuyển động tương đối giữa các lớp huyền phù Các yếu tố ảnh hưởng đến độnhớt của huyền phù gồm: kích thước trung bình của hạt rắn, thành phần độ hạt

và nồng độ thể tích chất nặng Độ hạt chất nặng càng lớn, thì độ nhớt huyềnphù càng nhỏ, nhưng không thể tăng độ hạt chất nặng lên quá mức cho phép,bởi vì khi độ hạt chất nặng tăng thì độ ổn định của huyền phù giảm, dẫn đếnlàm giảm hiệu quả tuyển Để dung dịch huyền phù có tác dụng là môi trườngtuyển tốt, thì độ hạt chất nặng phải thật mịn, nhằm đảm bảo tính đồng nhấtcủa môi trường huyền phù Kích thước trung bình của các hạt khoáng vậtmanhetit (Fe3O4) là d < 0,15mm.

Khống chế nồng độ hạt rắn (khối lượng riêng hỗn hợp) trong dung dịchđảm bảo tính đồng nhất của hỗn hợp trong bể bơm như đã trình bày đặc điểmcủa huyền phù nặng là được cấu tạo từ hai pha Trong đó pha rắn có khốilượng riêng lớn hơn nhiều so với pha lỏng nên các hạt chất rắn dễ sa lắng, tạo

ra sự khác nhau về khối lượng riêng giữa lớp trên và lớp dưới của huyền phù,lớp dưới có khối lượng riêng ρ>ρHP; lớp trên có khối lượng riêng ρ<ρHPdẫnđến việc làm giảm hiệu quả tuyển Khi nồng độ thể tích pha rắn quá cao thì dễxảy ra hiện tượng huyền phù bị kết cụm Hiện tượng này sẽ làm giảm độ ổnđịnh của huyền phù, vì vậy người ta phải khống chế nồng độ chất nặngmanhetit trong dòng hỗn hợp ở một tỷ lệ nhất định Theo tính toán kỹ thuật

tuyển than của ngành tuyển khoỏng thỡ nồng độ chất nặng khụng được vượtquỏ 30% (tỷ lệ chất nặng vào khoảng 15ữ25%), ở đõy ta lấy nồng độ tối ưu là25% Mặt khỏc, việc khống chế nồng độ cũn phụ thuộc vào chế độ dũng chảycủa huyền phự trờn mặt thoỏng của mỏy tuyển CKB – 20, vận tốc cho phộpkhoảng VHP = (0,3 ữ 0,4) m/s

Hiện nay, ở phõn xưởng tuyển than của Cụng ty than Vàng Danh đang

dựng bột quặng Manhetit cú kớch thước hạt trung bỡnh khoảng 0,074mm, cụ

thể được cho như bảng sau:

Bảng 2.1 Thành phần độ hạt của bột quặng manhetit

2.1.2 Vật liệu rắn trong dũng hỗn hợp huyền phự khụng tiờu chuẩn

Quá trình hỗn hợp vật liệu đầu (than, đất đá) di chuyển trong môitrường huyền phù tiêu chuẩn qua các khâu sàng tuyển, thì có một lượng nhỏnhất định bựn, than (cú cỡ hạt nhỏ xấp xỉ cỡ hạt của bột quặng manhetit) lẫnvào trong dung dịch huyền phự tiêu chuẩn, làm cho các tính chất của huyềnphù bị thay đổi: Khối lượng riêng giảm, độ nhớt tăng, tính đồng nhất giảm hỗn hợp hai pha rắn – lỏng này được gọi là huyền phù không tiêu chuẩn

Trên thực tế, để đảm bảo tớnh kinh tế cho quỏ trỡnh tuyển, thỡ huyền phựđược sử dụng tuần hoàn nờn sau một thời gian làm việc qua cỏc khõu tuyểnthỡ trong huyền phự lượng mựn tăng nhanh, sẽ làm tăng độ nhớt của huyền

phù, đồng thời làm tăng nhanh sự mất ổn đinh của môi trường tuyển, làmgiảm hiệu quả tuyển Nh­ng khi đó cũng không thể thải bỏ toàn bộ lượnghuyền phù đó đi được, vì nếu phải thải bỏ sẽ làm tăng chi phí sản xuất do mấtmát nhiều chất nặng Vì vậy, cần lấy một phần huyền phù tuần hoàn cùng vớihuyền phù loãng được đi tái sinh – loại bỏ mùn, thu håi cám than và thu hồichất nặng manhetit sử dụng lại.

Theo kết quả phân tích của tuyển khoáng, thì khối lượng riêng củahuyền phù không tiêu chuẩn khoảng  = (1200÷1400) kg/m 3 , độ hạt trung

bình khoảng dh = (0,074÷0,15)mm, nång ®ộ thÓ tÝch h¹t r¾n trong hçn hîp hai

pha kho¶ng Cv = 14,7%, trong đó thành phần phần trăm của pha rắn cho nhưbảng sau:

Bảng 2.2 Thành phần độ hạt của hỗn hợp huyền phù không tiêu chuẩn

Thµnh phÇn Th«ng sè

§­êng kÝnh h¹t

2.1.3 Vật liệu rắn trong dòng hỗn hợp của máy bơm cấp hạt

Máy tuyển huyền phù bánh xe đứng CKB có thể tuyển than cục có cỡ

hạt đến 300mm với hiệu suất rất cao, tuy nhiên việc tuyển than có dạng hạt

nhỏ thì lại đạt hiệu quả không cao Vì vậy, vật liệu đầu (than + đất đá) códạng cục nhỏ (dh ≤ 60mm) là sản phẩm trên sàng 85b, được đổ vào bể chứa

huyền phù tiêu chuẩn 123C, sau đó nhờ các máy bơm vật liệu 404C, 405Cbơm hỗn hợp này lên đến máy tuyển huyền phù Xiclon 83C Ưu điểm củaXiclon tuyển trong huyền phù nặng là cấu tạo đơn giản, do sử dụng lực ly tâm

có độ lớn gấp hàng chục lần lực trọng trường nên có thể tuyển được cấp hạt

tương đối nhỏ (đến 0,2mm đối với than), ngoài ra dòng xoáy huyền phù còn

có tác dụng phá vỡ các kết cụm của chất nặng nên làm giảm độ nhớt huyềnphù dẫn đến làm tăng hiệu quả tuyển

Than và đất đỏ trong dũng hỗn hợp được bơm tuyển cú kớch thướckhoảng dh = (0,2ữ60)mm nồng độ chất rắn trong dũng hỗn hợp vật liệu được

bơm khoảng Cv = (30ữ40)% Số liệu phõn tớch thành phần hạt rắn trong dũnghỗn hợp được bơm tuyển được cho trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Thành phần độ hạt của hỗn hợp vật liệu bơm tuyển

2.1.4 Vật liệu rắn trong dũng hỗn hợp bựn than

Trong quỏ trỡnh than nguyờn khai di chuyển qua cỏc khõu trong dõychuyền tuyển, do quỏ trỡnh va đập, cọ sỏt nờn cú hiện tượng vỡ vụn của than

và đất đỏ, tạo thành mựn (cỏm than, cỏt, sột, đất đỏ… cú độ hạt nhỏ) lẫn trongdũng chảy của nước tràn từ cỏc mỏy tuyển, nước từ cỏc sàng rửa sản phẩm, từcỏc sàng rúc nước…sau đú được tập trung về trong cỏc bể cụ đặc 260 và260A Khi vào bể cụ đặc thỡ phần pha rắn trong hỗn hợp sẽ lắng đọng xuốngđỏy bể, cũn nước trong sẽ tràn sang bể nước tuần hoàn để để đưa trở lại nhàmỏy tuyển Để thu hồi hết lượng cỏm than cú lẫn trong hỗn hợp bựn, người tadựng cỏc mỏy bơm 411, 412 và 411a, 412a vận chuyển hỗn hợp rắn lắng đọng

ở đỏy bể cụ đặc lờn cỏc mỏy khuấy, rồi đưa vào cỏc mỏy lắng

Hỗn hợp bùn than lắng đọng xuống dưới đáy của bể cô đặc gồm có:cám than, đất đá, xít thải kích thước trung bình của các hạt trong hỗn hợpbùn than này dtb ≤ 0,5mm, khối lượng riờng của hỗn hợp khoảng

(1350 1550)

 = ữ kg/m 3, nồng độ thể tích pha rắn trong dòng hỗn hợp được bơmvận chuyển khoảng Cv = (42ữ50)%

2.2 Nghiờn cứu tỏc động của hạt rắn trong dũng hỗn hợp hai pha đến hiệu quả làm việc của mỏy bơm ly tõm tại phõn xưởng tuyển than Vàng Danh

2.2.1 Cơ sở lý thuyết

Xét tác động của các hạt rắn trong dòng hỗn hợp hai pha đến máy bơmbùn ly tâm, ta sẽ xét ảnh hưởng của chúng trên hai phương diện: Một là tác

động của các hạt rắn đến đặc tính làm việc của máy bơm ly tâm; hai là tác

động của các hạt rắn đến tuổi thọ làm việc của các máy bơm ly tâm

2.2.1.1 Tỏc động của hạt rắn trong dũng hỗn hợp hai pha rắn-lỏng đến đặc tớnh của bơm bựn ly tõm

Từ những kết quả nghiên cứu thực nghiệm, Walker và Gaulas [7] đã rút

ra một nhận xét chung là: khi máy bơm làm việc với dòng chất lỏng hai phathì cột áp và hiệu suất của máy sẽ giảm đi so với khi bơm làm việc với nướcsạch Sự thay đổi chung của đặc tính các bơm ly tâm khi bơm dòng chất lỏnghai pha được thể hiện trên hỡnh 2.1 dưới đõy

W ater (n Ư ớc) Slurry (b ù n)

η

Hỡnh 2.1 Sự ảnh hưởng chung của dũng bựn đến đặc tớnh của bơm

N W , H W ,W : Đặc tính công suất, áp suất và hiệu suất của bơm khi bơm nước;

N S , H S , : Đặc tính công suất, áp suất và hiệu suất của bơm khi bơm bùn;

Khi sử dụng bơm bùn ly tâm (d BCT =0,63m) để bơm các hỗn hợp hai pha

khác nhau, thì Walker và Gaulas thu được một số kết quả điển hình thể hiệnqua bảng sau [10]:

Bảng 2.4 Ảnh hưởng của cỏc loại hỗn hợp hai pha đến mỏy bơm

Tỷ trọng dung dịch 1,6 1,55 1,35 1,1

2.2.1.2 Tỏc động của cỏc hạt rắn trong dũng hỗn hợp hai pha rắn-lỏng đến tuổi thọ của mỏy bơm bựn ly tõm

Đối với máy bơm ly tâm dùng để vận chuyển hỗn hợp có lẫn hạt rắn,nguyên nhân chính của quá trình phá hủy là sự mài mòn Để đánh giá độ mònhỏng có thể căn cứ vào các chỉ tiêu như diện tích bề mặt (S), bề dày (h) củalớp vật liệu bị mài mòn trong thời gian (t) Độ mòn cũng có thể được đánh giá

bằng thể tích ( V∆ ) hoặc khối lượng ( G∆ ) bị mất đi Ngoài ra, độ mòn củabơm có thể nhận biết qua sự thay đổi các thông số đặc tính của bơm như: hiệusuất, lưu lượng, cột áp

Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến sự mài mòn của BCT, vỏ xoắn ốc cóthể kể đến: các tính chất lý-hóa của chất lỏng công tác, đặc tính của dòngchảy hỗn hợp hai pha, các tính chất cơ lý hóa của vật liệu chế tạo bánh côngtác và các thông số kết cấu của BCT Qua những kết quả nghiờn cứu của cỏcchuyờn gia, nhà khoa học, kết hợp với việc nghiên cứu, phõn tớch về nhữnghiện tượng và nguyên nhân gây mòn hỏng các máy bơm bùn ly tâm ở tại Phânxưởng tuyển than Vàng Danh, ta có thể quy chúng về các yếu tố sau:

a) Ảnh hưởng của kớch thước hạt rắn

Kích thước hạt rắn có ảnh hưởng rất lớn đến quỹ đạo chuyển động vàtác động mài mòn của nó lên các chi tiết của máy bơm Bằng thực nghiệm,

người ta đã xác định độ mòn BCT của bơm ly tâm làm việc với dung dịch cát

và bùn đất có cỡ hạt rắn khác nhau thể hiện ở các đồ thị trên hình 2.2, [3]

dh,tb ,mm

I h ,%

0,6 0,4 0,2

d h,tb ,mm

wx 103,m3

0 150 300

Hỡnh 2.2 Sự ảnh hưởng của kớch thước hạt rắn đến độ mài mũn BCT

a) bánh công tác bằng cỏc loại vật liệu: 1- nhôm; 2 - thép CT.3

b) đường số 3: là đặc tính của quan hệ giữa độ mòn với đường kính

trung bình của hạt ∆ =G f d( h tb, ); đường số 4: 1 ,

h tb

d G

giữa độ mòn tại cửa vào và cửa ra; D2 - đường kính ngoài của bánh công tác;

Đường số 5:W = f d( h tb, ) khối lượng dung dịch vận chuyển được

Từ đồ thị ta thấy rằng độ lớn hạt rắn tăng, thì tốc mài mòn cũng tăngtheo làm cho khối lượng dung dịch vận chuyển được (tuổi thọ) của bơm giảm

đi Điều đó có thể giải thích được rằng: khi độ lớn của hạt rắn tăng, thì độngnăng va đập của hạt rắn vào bề mặt chi tiết tăng làm tốc độ mài mòn tăng lên.Theo Ka-rê-lin [3] thì động năng đó phụ thuộc vào khối lượng (đường kính) vàvận tốc của hạt rắn:

A đ

2 1

.2

h

m c k

= , (2.1)

trong đó: k1- hệ số tỉ lệ; m -khối lượng hạt (kg), ch- tốc độ chuyển động củahạt rắn (m/s) Cũng theo Ka-rê-lin [5,13], thì cường độ mài mòn của các chi

tiết tỉ lệ với năng lượng va đập (động năng) của hạt rắn vào bề mặt chi tiết nhưsau:

2 ' ' 1

.2

trong đó: dh,tb: đường kính trung bình của hạt rắn;

f: hệ số hình dáng của hạt rắn, được xác định bằng thực:

+ Nếu hạt hình cầu có kích thước nhỏ (dh,tb< 5mm) thì lấy f=1;

+ Nếu hạt không hình cầu hoặc kích thước lớn (dh,tb≥ 5mm) thì chọn f=

0,6 ữ0,8;

Theo Xupơrun thì đường kính trung bính của hạt rắn được tính như sau[5,13]:

1 ,

1

n

i i i

h tb n

i i

N d d

Đối với vỏ xoắn ốc của bơm, đường kính trung bình của hạt rắn cũng

ảnh hưởng đến tốc độ mài mòn của nó Nếu gọi ∆G b là độ mài mòn thành bên

và ∆G cd là độ mòn thành chính diện thì tỷ số hai độ mòn này là [5,13]:

y b

cd tb h n

y n

b G

a D

trong đó: h , n: lần lượt là trọng lượng riêng của hạt rắn và nước;

ay , by : là các hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào vị trí đặt rãnh xoắnthông qua góc icủa vỏ xoắn

b) Ảnh hưởng của nồng độ hạt rắn

Cường độ mài mòn của các máy bơm bùn sẽ tăng lên khi nồng độ hạtmài trong dòng hỗn hợp tăng Tuy nhiên, khi tăng nồng độ pha rắn đến mứcnào đó (C m v/ =400 /g l) thì tốc độ mài mòn lại có xu hướng giảm dần Điềunày có thể lý giải là do có sự giảm tốc độ tương đối của hạt rắn khi dung dịchbão hòa Độ mài mòn chi tiết phụ tuộc vào nồng độ hạt được xác định theocông thức [5]:

trong đú, k - hệ số phụ thuộc vào thuộc tớnh vật liệu;

 – số mũ phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm

Khi thực hiện thớ nghiệm ảnh hưởng của nồng độ vận tải hạt rắn với thểtớch mài mũn chi tiết cụng tỏc làm bằng hai loại vật liệu là Thộp Cacbon thấp(loại 42) và Thộp hợp kim 15/3 CrMo (loại CBR315.3) như sau: Vận tốc

trung bỡnh của dũng bựn 4m/s; kớch thước trung bỡnh của hạt rắn là 990m

Mụ hỡnh toỏn Matlap–simulink:

Hỡnh 2.3 Sơ đồ khối Simulink và đồ thị ∆ =V f C( V)

1) – Thộp Cacbon thấp (loại 42); 2) – Thộp hợp kim 15/3 CrMo (loại CBR315.3)

Nhận thấy rằng, khi nồng độ hạt rắn vận chuyển trong hỗn hợp tăng lờnthỡ độ mài mũn của chi tiết cụng tỏc cũng tăng lờn Độ mài mũn với chi tiếtlàm từ thộp hợp kim (đặc tớnh đường số 2) sẽ thấp hơn so với độ mài mũncủa chi tiết cụng tỏc làm từ thộp Cacbon thấp (đặc tớnh số 1)

c) Ảnh hưởng của độ cứng hạt vật liệu

Độ cứng và tính sắc cạnh của hạt vật liệu vận chuyển là một yếu tố gâymòn đáng kể, đặc biệt là những hạt rắn có độ cứng lớn hơn độ cứng của vậtliệu làm bánh công tác Hiện tượng phá hủy này được chia thành hai dạng cơ

bản: phá hủy do mòn trực tiếp là chủ yếu và phá hủy do mòn mỏi Ranh giớigiữa hai dạng này được đánh giá bằng tỷ số [3]:

C m

H k H

= , (2.7)trong đó: Hm - độ cứng của hạt rắn gây mài mòn; HC - độ cứng của vật liệulàm bánh công tác Khi k < 0,6 là phá hủy do mòn trực tiếp; khi k ≥ 0,6 là pháhủy do mòn mỏi

Nhỡn chung, tỏc động phỏ hủy bề mặt của hạt rắn trong dũng hỗn hợpđến bề mặt vật liệu cú thể chia thành ba loại cơ bản là [12]:

+ Tỏc động làm biến dạng nhỏ, cục bộ trờn bề mặt chi tiết cụng tỏc(hỡnh 2.4-a);

+ Tỏc động cắt rời vật liệu vật liệu lớp bề mặt cụng tỏc thành nhữngvảy nhỏ (hỡnh 2.4-b);

+ Tỏc động liờn tục gõy ra mỏi và cỏc vết nứt tế vi bề mặt chi tiết cụngtỏc, theo thời gian cỏc vết nứt này mở rộng gõy ra hiện tượng bong trúc bềmặt chi tiết (hỡnh 2.4-c)

Hỡnh 2.4 Những dạng phỏ hủy trực tiếp bề mặt cụng tỏc của hạt rắn

Cỏc yếu tố phỏ hủy đú cú thể tỏc động độc lập đến bề mặt cụng tỏchoặc kết hợp với nhau, tựy theo độ cứng của hạt vật liệu so với độ cứng của

bề mặt chi tiết cụng tỏc và gúc va đập của hạt vào bề mặt đú

d) Ảnh hưởng của khối lượng riờng hạt rắn

Bằng chứng minh lý thuyết và thực nghiệm, người ta đã tìm được hệ sốmài mòn BCT của máy bơm ly tâm - bơm dòng hỗn hợp hai pha rắn - lỏng

được xác định theo công thức sau [5,13]:

2

2 2

1 1

 : khối lượng riêng của hạt rắn;

r1, r2: lần lượt là bán kính trong và bán kính ngoài của BCT;

e) Ảnh hưởng của gúc chảy tới 

Góc chảy tới là góc nghiêng giữa vectơ vận tốc của hạt rắn với bề mặtchi tiết công tác của máy bơm Độ lớn của góc này phụ thuộc vào điều kiệnchảy của dòng mang hạt và đặc tính chuyển động của hạt Trên đồ thị hình2.5, thể hiện quan hệ cường độ mòn với góc chảy tới của 3 loại vật liệu khácnhau theo kết quả thí nghiệm của Karêlin [5,13]

Hỡnh 2.5 Cường độ mài mũn của chi tiết phụ thuộc gúc chảy tới

1- Chi tiết mẫu bằng thép đã tôi có độ cứng 840 kg/mm 2 ; 2- Thép chưa tôi có độ cứng 128 kg/mm 2 ; 3 - Cao su có độ cứng Sofu 70ữ74

Dòng chảy mang hạt cát thạch anh có kích thước (0,2ữ1,5)mm do thiết

bị phun cát tạo nên với tốc độ 100m/s Khi góc 0

60

 > thì cường độ mài mòncủa thép đã tôi lớn hơn thép chưa tôi và cao su, đó là do thép đã tôi có tínhgiòn hơn thép không tôi ở lớp bề mặt ngoài nên chống chịu tác động cơ học va

đập thẳng của hạt mài là kém hơn Khi góc tới đạt đến 900 thì thép bị biếndạng đàn hồi do động năng của hạt mài và bị phá hủy nhanh hơn Khi góc tới

0

53

 < thì cường độ mài mòn của thép không tôi và cao su sẽ tăng nhanh hơn

so với thép tôi Lúc này vectơ tốc độ dòng hạt va đập vào chi tiết mẫu ở dạngtiếp tuyến và tạo xung va đập xiên Như vậy sự phá hủy bề mặt chi tiết ở dạng

c¾t xÐn vµ mµi vËt liÖu nªn nh÷ng vËt liÖu chi tiÕt tiÕt mÒm sÏ chÞu mµi mßnnhanh h¬n.

2.2.2 Các máy bơm bùn ly tâm tại Phân xưởng tuyển than Vàng Danh

dưới ảnh hưởng của các yếu tố gây mòn hỏng

2.2.2.1 Đặc tính chuyển động của dòng mang hạt trong các máy bơm ly tâm.

Khi nghiên cứu về quỹ đạo chuyển động của các hạt rắn trong dòngchảy và đặc tính chuyển động của dòng chảy trong máy bơm bùn ly tâmngười ta đã dùng những phương pháp gián tiếp để thí nghiệm Vật thí nghiệm

là một máy bơm ly tâm dạng mô hình, vỏ và bánh công tác của nó được làmbằng thủy tinh hữu cơ trong suốt Trong đó, người ta có đặt một máy ảnh đặcbiệt có khả năng chụp với tốc độ cao, quay cùng vận tốc với bánh công tác đểchụp ảnh quỹ đạo chuyển động của các hạt rắn trong dòng chảy đó

Theo Xupơrun [3] thì chế độ công tác của máy bơm có ảnh hưởng lớnđến sự tạo thành dòng chảy qua bánh công tác Khi bơm làm việc ở chế độnon tải với áp suất lớn thì một phần chất lỏng sẽ đi từ mép ngoài của cánhdẫn trở lại miệng hút, đồng thời ở đó sẽ tạo ra một dòng chảy vặn xoắn khibánh công tác quay được một vòng Dòng chảy này sẽ cản trở sự chuyển độngcủa dòng lưu thể đi vào máy bơm Khi bơm làm việc ở chế độ tối ưu thì dòngcản trở này không được tạo thành Tuy nhiên, trong mọi trường hợp thì đềutồn tại dòng chảy vặn lệch ở vùng miệng hút của bơm

Kết quả thí nghiệm của Xupơrun [5] về dòng mang hạt chảy trong rãnhdẫn của bánh công tác ở tiết diện kinh tuyến của bơm 10ΓРУ-8T được mô tảtrên hình 2.6 Phần nửa trên của rãnh dẫn biểu thị quỹ đạo chuyển động củahạt rắn, còn nửa dưới của rãnh dẫn khác biểu diễn sự phân bố hạt rắn Dòngchảy đi vào bánh công tác, đến cửa hút do tác dụng của lực ly tâm nên dòngchảy bị đổi hướng đột ngột từ hướng trục sang hướng kính, tạo nên một lựcquán tính đẩy chúng va chạm vào đĩa sau Vì vậy, hạt rắn tập trung nhiều hơn

vào đĩa sau và ít hơn ở đĩa trước, dẫn đến đĩa sau bánh công tác bị mài mònnhiều hơn.

Xupơrun [5] đã đưa kết quả nghiên cứu về quỹ đạo chuyển động và sựphân bố hạt rắn trong bánh công tác thuộc tiết diện vĩ tuyến, khi hạt rắn cókích thước khác nhau trên hình 2.7 Ở rãnh 2 và rãnh 3 là đặc tính chuyểnđộng của các hạt rắn có kích thước dh = (8÷10)mm, còn ở rãnh 1 là đặc tính

Rõ ràng là quỹ đạo chuyển động chuyển động của hai loại hạt này khácnhau: Khi cỡ hạt lớn thì sự và đập của nó ở cả hai nơi: ngay mép vào giáp đĩasau và trên bề mặt làm việc ở phần phía ngoài cánh dẫn Ngược lại, khi cỡ hạtnhỏ lực ly tâm sinh ra nhỏ nên các hạt rắn chỉ cọ sát, va đập ở phía lối vàocánh dẫn–nơi giáp đĩa trước (hình 2.7) Kết quả là khi cỡ hạt lớn thì sự màimòn ở mép vào, nơi giáp đĩa sau và nhiều hơn ở bề mặt làm việc phía ngoàicánh dẫn Khi cỡ hạt nhỏ thì tại mép vào giáp đĩa trước và bề mặt làm việc ởphía trong cánh dẫn mòn nhiều hơn phía ngoài Các hạt rắn ra khỏi bánh côngtác có góc lớn nhất bằng 30÷350