可調(diào)式泥沙分選裝置分選性能試驗研究.pdf

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1、第38卷第6期人民黃河Vo1．38．No．62016年6月YELL0WRIVERJun．，2016【水文泥沙】可調(diào)式泥沙分選裝置分選性能試驗研究李宗坤，史金權(quán)，郭巍巍，耿淼蕊(1．鄭州大學水利與環(huán)境學院，河南鄭j,／1450002；2．中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津300222；3．河南黃河河務局，河南鄭州450003)摘要：為了分析泥沙分選裝置的分選效果受底部集沙環(huán)形式、葉片轉(zhuǎn)動頻率、分選筒高度和水體工作狀態(tài)的影響程度，利用改進的實體模型，采用交叉對比的方法進行了一系列試驗。結(jié)果表明：對于粗沙孔，采用底部集沙環(huán)s，形式可改善分選效果，且

2、中沙孔和細沙孔的泥沙分離曲線出現(xiàn)規(guī)律性；當葉片轉(zhuǎn)動頻率逐步提高時，粗、中、細沙孔的泥沙分離曲線呈先上升后下降的趨勢，葉片轉(zhuǎn)動的最優(yōu)頻率為5．5Hz；隨著分選筒高度的增大，粗、中、細沙孔的分選效果越來越好，且筒高存在一個臨界值，當筒高大于這個值后，分選效果不再受筒高的影響；對于粗沙孔，靜水狀態(tài)下的分選效果要優(yōu)于動水狀態(tài)的，中沙孔和細沙孔的分選效果受水體工作狀態(tài)的影響不明顯。關(guān)鍵詞：分選效果；分離曲線；試驗研究；分選裝置；分選；泥沙中圖分類號：TV149．2；TV142文獻標志碼：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2016．

3、06．013黃河以含沙量大聞名于世，由泥沙淤積帶來的河道萎縮、地上懸河等問題突出?。如何高效地利用黃河泥沙資源逐漸被人們所重視。黃河中下游原狀泥沙包含粗沙、中沙、細沙、粉沙、粉質(zhì)和黏質(zhì)顆粒、泥質(zhì)物質(zhì)和部分鐵沙_2j。為了滿足人們不同的需求，需要將不同粒徑的泥沙分選出來。目前，針對水沙混合體分離性質(zhì)的研究多集中在水沙分離領域，對泥沙分選的研究較少，少數(shù)地方在河道采砂時利用水體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力的方法對開采的泥沙進行分選，但由于缺少基礎性的試驗研究，因此分選效果并不理想。筆者基于離心沉降的原理，對原有的泥沙分選裝圖1分選裝置結(jié)構(gòu)集沙環(huán)形式分為s和s：兩種

4、，根據(jù)計算得到的置進行了改進，改變了實體模型的尺寸，使之適用于較粗、中、細沙的出沙口位置來劃定不同粒徑泥沙的沉降大粒徑沙粒的分選。改進后的裝置結(jié)構(gòu)簡單、拆卸方范圍。由于泥沙顆粒較小，在水中的沉速很小，因此采便、運行成本低，能夠適應不同的環(huán)境條件，達到了就用節(jié)省分析時間的離心分析方法。所謂離心分析方法地取材、就地分選的目的。本文通過改變實體模型試就是使泥沙顆粒在離心力的作用下沉降，離心力的數(shù)驗中影響分選效果的試驗條件，探究了裝置底部集沙學表達式為環(huán)形式、分選筒高度、攪動葉片轉(zhuǎn)動頻率和裝置內(nèi)水體工作狀態(tài)對分選效果的影響程度，以期為改善實體模F：：：z

5、(1)rr型提供幫助。式中：為切向速度；r為轉(zhuǎn)動半徑；03為角速度。1理論基礎與裝置設計對離心沉降過程進行積分求解。設泥沙顆粒的粒徑為D，密度為P，水密度為P，水的黏滯系數(shù)為，則1．1理論基礎在斯托克范圍內(nèi)，建立基于柱坐標的徑向受力方程組，分選裝置分為上下兩部分，上部由電機、分選筒、轉(zhuǎn)動葉片、進沙孔和溢流孔組成，下部由粗沙孔、中沙收稿日期：2015—07—12基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃項目(~12BABCP_B01—1)?？?、細沙孔、分選筒高度調(diào)節(jié)孔、底部集沙環(huán)和下部椎作者簡介：李宗坤(1961一)，男，河南鄧州人，教授，博士生導體組成

6、。其中：粗沙孔和中沙孔各4個，對稱分布；細師，研究方向為水工結(jié)構(gòu)安全檢測與評價。E—mail：lizongkun@ZZU．edu．CB沙孔位于最底部，數(shù)量為1個。分選裝置結(jié)構(gòu)見圖1?！?9·人民黃河2016年第6期顆粒達到終速后的方程組形式為圖2(c)、圖2(d)。D6：—2=p0—pd—d積分可得=6=D22(2)Drl1式中：rp、F2為假定不同泥沙顆粒半徑；t為顆粒運動時間?！紤]垂向重力沉降速度，由動量定理可以得到P基于柱坐標的動量方程組，其形式為Ft=muf一0一(c)底部集抄環(huán)正視圖(底邗集沙環(huán)俯祝圖F=6D(、pJs一J-D)／圖2

7、集沙環(huán)形式(單位：ram)DlI2裝置設計一“：gDzzg裝置布置采用自循環(huán)結(jié)構(gòu)，粗、中、細沙按照式中：m為顆粒質(zhì)量；／Zt為顆粒速度；g為重力加速度。1：1：1的比例由人工調(diào)配后加入到水池，經(jīng)過充分攪化簡后得到沉降時間表達式為拌混合后再由水泵抽送經(jīng)進沙管進入分選筒內(nèi)，泵送含沙水體中的泥沙顆粒受重力和離心力影響，在分選t=—一(3j)筒內(nèi)的旋轉(zhuǎn)水體中呈螺旋沉降運動形式，沙?；旌衔飳?3)式代入(2)式得經(jīng)離心分選后沉降在裝置底部，通過底部集沙環(huán)進入r2不同區(qū)域的收集管內(nèi)。待收集管內(nèi)沙量足夠多時，通(eP。s-Pw2)2：(ePs-pPS)4一：過

8、調(diào)節(jié)收集管口的開關(guān)將沙子放至收集盆，后將試驗樣品放置干燥處晾干待稱重。抽送之前確保分選筒內(nèi)則粗沙r／y~_(。Ps-Pu，2~。-)：中