XJM_KS60型浮选机的机械结构设计与应用_刘万超
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整螺栓、电机座、皮带轮罩、大皮带轮、三角皮带 等组成。 考 虑 到 使 用、 运 输、 现 场 安 装 检 修 的 方 便，电机安装形式选用 V1［7］，电机座采用具有调 节皮带松紧功能的结构。
式中： De 为槽体当量圆面积直径，m； D 为叶轮直径， m； V 为槽体容积，m3 ； H 为槽体深度，m； 式中的几个
常数是 XJM 系列浮选机的经验系数。 设定浮选机槽体容积 V = 60 m3 时，由方程组
（ 1） 可 计 算 得 到： D = 1. 25 m，De = 5. 5 m，H =
1
第2 期
选煤技术
2016 年 4 月 25 日
高。近年来，选煤厂大型化发展的趋势［1，2］迫切需 要选煤设备大型化。为此，天地科技股份有限公司 唐山分公司研究人员通过采用模拟放大方法，在单 槽容积为 45 m3 的基础上，研制成功了 XJM － KS60 型浮选机，并在潞安集团司马煤业选煤厂成功投入 应用。
Tangshan，Hebei 063012，China）
Abstract： In order to conform to the trend of using large sized flotation cells，the XJM-KS 60 flotation cell has been developed using simulation scale-up method. The paper presents a detailed introduction to the key technical parameters and the optimum main structural design of the machine，as well as the results of mechanical computation and finite element analysis of the machine＇s key components. The result indicates that the flotation machine works with an aeration rate of 0. 85 m3 / （ m2 ·min） ，aeration uniformity coefficient of 91% ，agitating power of 110 kW and a pulp throughput of 1 500 m3 / h，well coming up to the design specifications and relevant trade standards. As evidenced by field application of the first machine at Sima Coal Preparation Plant，under the prereguisite of ensuring an ash of the flotation concentrate of ＜ 9. 5% ，there can be seen an increase of yield of concentrate by 36. 69 percentage points，an increase of ash of tailings by 25. 02 percentage points，an increase of Improvement index of flotation by 20. 36 percentage points，and a drastic reduction of power consumption. Key words： flotation cell； scaling up； XJM-KS60 flotation machine； key technical parameters； mechanical structure； field application
随着采煤机械化程度的提高，原煤中煤泥含量 在众多煤泥浮选设备中，以天地科技股份有限公司 越来越高，而浮选是目前煤泥分选的最有效方法。 唐山分公司 XJM － S 系列浮选机的市场占有率最
收稿日期： 2016 － 02 － 04 DOI： 10. 16447 / j. cnki. cpt. 2016. 02. 001 基金项目： 中煤科工集团有限公司科技创新基金 （ 2013ZD006） 作者简介： 刘万超 （ 1982—） ，男，河北省蠡县人，助理研究员，工程硕士，从事浮选技术与设备的研究工作。 E － mail： flotator@ 163. com Tel： 0315 － 7759908
LIU Wan-chao1，2
（ 1. China Coal Technology ＆ Engineering Group Tangshan Ｒesearch Institute Co. ，Ltd. ，Tangshan， Hebei 063012，China； 2. Coal Preparation Engineering ＆ Technology Ｒesearch Center of Hebei Province，
1—矿化器； 2—驱动装置； 3—搅拌机构； 4—槽体； 5—尾矿箱； 6—假底稳流板； 7—刮泡机构； 8—走台
图 1 XJM － KS60 型浮选机结构简图 Fig. 1 Sketch of the structure of XJM-KS60 flotation cell
2. 1 矿化器结构设计 矿化器由压力室、混合室、喷射器、药剂雾化
计算得单位面积充气速率 qa = 4Qa / （ πD2e ） × 60 = 0. 85 m3 / （ m2 ·min） 。
将以上参数计算结果汇总，可以得到表 1 所示 的 XJM － KS60 型浮选机关键技术参数。
2
表 1 XJM － KS60 型浮选机关键技术参数 Table 1 Key technical parameters of XJM － KS60
1 XJM － KS60 型浮选机设计方法
采用模拟放大方法［3］设计了 XJM － KS60 型浮 选机的关键技术参数。 1. 1 设计结构参数
采用几何相似准则来确定 XJM － KS60 浮选机
主要结构参数：
{D /De = 0. 227； H = 0. 6 + 1. 2D；
（ 1）
V = H·π /4·D2e 。
NP = P / （ ρN3 D5 ） = 1. 7。
式中： 常数为 XJM 系列浮选机的经验系数； U2 为
叶轮圆周线速度，m / s； NQa 为气流数，无因次； Qa 为 充气量，m3 / s； Np 为功率因数，无因次； N 为叶轮转
速，r / s； P 为 搅 拌 功 率，kW； ρ 为 矿 浆 的 密 度，
103 kg / m3 。
将式（ 1） 结构参数值带入式（ 2） ，可以得到： N = U2 / （ πD） = 2. 46 r / s（ 即 147 r / min） ； Qa = 0. 07 × ND3 = 0. 336 m3 / s； P = 1. 70 × （ ρN3 D5 ） = 77. 23 kW。
应［6］，在喷嘴附 近 形 成 一 定 的 真 空 度， 将 药 剂 和 空气从吸入管吸入，并在吸入管中雾化，然后随同 高速矿浆一同进入喉管； 在喉管内，空气、雾化药 剂和矿浆通过矿浆流的相互撞击来传递能量并混 合，在混合过程中产生大量紊态涡流，强涡流使空 气、雾化药剂和矿浆充分混合，从而实现精煤颗粒 的预矿化，之后预矿化矿浆直接由入料管进入浮选 机分选。
第2 期 2016 年 4 月
选煤技术 COAL PＲEPAＲATION TECHNOLOGY
No. 2 Apr. 2016
文章编号： 1001 － 3571 （2016） 02 － 0001 － 05
XJM － KS60 型浮选机的机械结构设计与应用
刘万超1，2
（ 1. 中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012； 2 河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012）
摘要： 为适应浮选设备的大型化发展，采用模拟放大方法，研制了 XJM － KS60 型浮选机。文章
详细介绍了该机关键技术参数与主要机械结构的优化设计，并对关键部件进行了力学验算与有限 元分析，结果 表 明： XJM － KS60 型 浮 选 机 充 气 速 率 为 0. 85 m3 / （ m2 · min） ，充 气 均 匀 度 为
2. 1 m。
XJM － KS60 型浮选机浮选槽水平断面采用圆
形结构，故槽体内径为 De = 5. 5 m。 1. 2 动力参数设计
采用运动相似和动力相似准则［4］来确定 XJM
－ KS60 型浮选机的动力参数：
{U2 = 9. 65； NQa = Qa / （ ND3 ） = 0. 07；
（ 2）
完善指标提高了 20.Baidu Nhomakorabea36 个百分点，且节电效果显著。
关键词： 浮选机； 模拟放大； XJM － KS60 型浮选机； 关键技术参数； 机械结构； 应用实践
中图分类号： TD456； TD943
文献标志码： A
Mechanical structure and application of the XJM-KS60 flotation machine
91% ，搅拌机构装机功率为 110 kW，达到了设计要求，并符合行业相关标准。首台 XJM － KS60 型浮选机在司马选煤厂的应用实践表明，其矿浆处理能力为 1 500 m3 / h，在满足浮选精煤灰分
＜ 9. 5% 的条件下，该机精煤产率提高了 36. 69 个百分点，尾煤灰分增加 25. 02 个百分点，浮选
2. 3 槽体的结构设计 XJM － KS60 型浮选机槽体为圆形，由 Q235 钢
板弯制，采用内置式精矿溜槽。其槽体主要由筒 体、小溜槽、大溜槽、放矿口、减速机座板、精矿 出料口等组成，如图 4 所示。为了解决圆柱形槽体 浮选机强行刮泡的难题，在槽体中间增设两个溜 槽，呈 “一” 字形分布，省去了方形浮选机两侧 的溜槽，溜槽两侧增设刮泡机构，共用中间的溜 槽，并在槽体筒壁上增设精矿出口法兰，现场只需 用管道将精矿出口和精矿池连接即可。
flotation cell
技术指标 单槽容积 / m3 处理能力 / （ t·m －3 ·h －1 ） 入料压力 / MPa 充气速率 / （ m3 ·m － 2 ·min － 1 ） 叶轮直径 /m 圆周速度 / （ m·s － 1 ） 槽体内径 /m 槽体深度 /m 搅拌机构装机功率 / kW 刮泡机构装机功率 / kW 外形尺寸 / （ mm × mm × mm）
器、压力表等组成，其中压力室和混合室由螺栓相 连接，见 图 2。 在 工 作 过 程 中， 矿 浆 以 0. 08 ～ 0. 15 MPa的压力给到矿化器的压力室，在均匀分 布的矿化喷嘴喷出形成射流产生 “文丘里管” 效
第2 期
刘万超： XJM － KS60 型浮选机的机械结构设计与应用
2016 年 4 月 25 日
1—压力室； 2—入料口； 3—喷嘴； 4—混合室； 5—大锥板； 6—雾化器； 7—大锥管； 8—法兰
图 2 矿化器结构示意图 Fig. 2 Schematic diagram of the structure of
the mineralization mechanism
2. 2 驱动装置结构设计 驱动装置 （ 图 3） 主要由电机、小皮带轮、调
数值 60 0. 6 ～ 1 0. 08 ～ 0. 15 0. 6 ～ 1. 2 1. 25 9. 65 5. 5 2. 1 110 2. 2 27 607 × 5 787 × 5 150
2 XJM － KS60 型浮选机机械结构设计
XJM － KS60 型浮选机主要由矿化器、驱动装 置、搅拌机构、槽体、尾矿箱、假底稳流板、刮泡 机构、走台等组成［5］，其常规配置是 4 个槽体，为 了清晰表达，将尾矿箱和矿化器布置在同一槽体 内，见图 1。
式中： De 为槽体当量圆面积直径，m； D 为叶轮直径， m； V 为槽体容积，m3 ； H 为槽体深度，m； 式中的几个
常数是 XJM 系列浮选机的经验系数。 设定浮选机槽体容积 V = 60 m3 时，由方程组
（ 1） 可 计 算 得 到： D = 1. 25 m，De = 5. 5 m，H =
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第2 期
选煤技术
2016 年 4 月 25 日
高。近年来，选煤厂大型化发展的趋势［1，2］迫切需 要选煤设备大型化。为此，天地科技股份有限公司 唐山分公司研究人员通过采用模拟放大方法，在单 槽容积为 45 m3 的基础上，研制成功了 XJM － KS60 型浮选机，并在潞安集团司马煤业选煤厂成功投入 应用。
Tangshan，Hebei 063012，China）
Abstract： In order to conform to the trend of using large sized flotation cells，the XJM-KS 60 flotation cell has been developed using simulation scale-up method. The paper presents a detailed introduction to the key technical parameters and the optimum main structural design of the machine，as well as the results of mechanical computation and finite element analysis of the machine＇s key components. The result indicates that the flotation machine works with an aeration rate of 0. 85 m3 / （ m2 ·min） ，aeration uniformity coefficient of 91% ，agitating power of 110 kW and a pulp throughput of 1 500 m3 / h，well coming up to the design specifications and relevant trade standards. As evidenced by field application of the first machine at Sima Coal Preparation Plant，under the prereguisite of ensuring an ash of the flotation concentrate of ＜ 9. 5% ，there can be seen an increase of yield of concentrate by 36. 69 percentage points，an increase of ash of tailings by 25. 02 percentage points，an increase of Improvement index of flotation by 20. 36 percentage points，and a drastic reduction of power consumption. Key words： flotation cell； scaling up； XJM-KS60 flotation machine； key technical parameters； mechanical structure； field application
随着采煤机械化程度的提高，原煤中煤泥含量 在众多煤泥浮选设备中，以天地科技股份有限公司 越来越高，而浮选是目前煤泥分选的最有效方法。 唐山分公司 XJM － S 系列浮选机的市场占有率最
收稿日期： 2016 － 02 － 04 DOI： 10. 16447 / j. cnki. cpt. 2016. 02. 001 基金项目： 中煤科工集团有限公司科技创新基金 （ 2013ZD006） 作者简介： 刘万超 （ 1982—） ，男，河北省蠡县人，助理研究员，工程硕士，从事浮选技术与设备的研究工作。 E － mail： flotator@ 163. com Tel： 0315 － 7759908
LIU Wan-chao1，2
（ 1. China Coal Technology ＆ Engineering Group Tangshan Ｒesearch Institute Co. ，Ltd. ，Tangshan， Hebei 063012，China； 2. Coal Preparation Engineering ＆ Technology Ｒesearch Center of Hebei Province，
1—矿化器； 2—驱动装置； 3—搅拌机构； 4—槽体； 5—尾矿箱； 6—假底稳流板； 7—刮泡机构； 8—走台
图 1 XJM － KS60 型浮选机结构简图 Fig. 1 Sketch of the structure of XJM-KS60 flotation cell
2. 1 矿化器结构设计 矿化器由压力室、混合室、喷射器、药剂雾化
计算得单位面积充气速率 qa = 4Qa / （ πD2e ） × 60 = 0. 85 m3 / （ m2 ·min） 。
将以上参数计算结果汇总，可以得到表 1 所示 的 XJM － KS60 型浮选机关键技术参数。
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表 1 XJM － KS60 型浮选机关键技术参数 Table 1 Key technical parameters of XJM － KS60
1 XJM － KS60 型浮选机设计方法
采用模拟放大方法［3］设计了 XJM － KS60 型浮 选机的关键技术参数。 1. 1 设计结构参数
采用几何相似准则来确定 XJM － KS60 浮选机
主要结构参数：
{D /De = 0. 227； H = 0. 6 + 1. 2D；
（ 1）
V = H·π /4·D2e 。
NP = P / （ ρN3 D5 ） = 1. 7。
式中： 常数为 XJM 系列浮选机的经验系数； U2 为
叶轮圆周线速度，m / s； NQa 为气流数，无因次； Qa 为 充气量，m3 / s； Np 为功率因数，无因次； N 为叶轮转
速，r / s； P 为 搅 拌 功 率，kW； ρ 为 矿 浆 的 密 度，
103 kg / m3 。
将式（ 1） 结构参数值带入式（ 2） ，可以得到： N = U2 / （ πD） = 2. 46 r / s（ 即 147 r / min） ； Qa = 0. 07 × ND3 = 0. 336 m3 / s； P = 1. 70 × （ ρN3 D5 ） = 77. 23 kW。
应［6］，在喷嘴附 近 形 成 一 定 的 真 空 度， 将 药 剂 和 空气从吸入管吸入，并在吸入管中雾化，然后随同 高速矿浆一同进入喉管； 在喉管内，空气、雾化药 剂和矿浆通过矿浆流的相互撞击来传递能量并混 合，在混合过程中产生大量紊态涡流，强涡流使空 气、雾化药剂和矿浆充分混合，从而实现精煤颗粒 的预矿化，之后预矿化矿浆直接由入料管进入浮选 机分选。
第2 期 2016 年 4 月
选煤技术 COAL PＲEPAＲATION TECHNOLOGY
No. 2 Apr. 2016
文章编号： 1001 － 3571 （2016） 02 － 0001 － 05
XJM － KS60 型浮选机的机械结构设计与应用
刘万超1，2
（ 1. 中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012； 2 河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012）
摘要： 为适应浮选设备的大型化发展，采用模拟放大方法，研制了 XJM － KS60 型浮选机。文章
详细介绍了该机关键技术参数与主要机械结构的优化设计，并对关键部件进行了力学验算与有限 元分析，结果 表 明： XJM － KS60 型 浮 选 机 充 气 速 率 为 0. 85 m3 / （ m2 · min） ，充 气 均 匀 度 为
2. 1 m。
XJM － KS60 型浮选机浮选槽水平断面采用圆
形结构，故槽体内径为 De = 5. 5 m。 1. 2 动力参数设计
采用运动相似和动力相似准则［4］来确定 XJM
－ KS60 型浮选机的动力参数：
{U2 = 9. 65； NQa = Qa / （ ND3 ） = 0. 07；
（ 2）
完善指标提高了 20.Baidu Nhomakorabea36 个百分点，且节电效果显著。
关键词： 浮选机； 模拟放大； XJM － KS60 型浮选机； 关键技术参数； 机械结构； 应用实践
中图分类号： TD456； TD943
文献标志码： A
Mechanical structure and application of the XJM-KS60 flotation machine
91% ，搅拌机构装机功率为 110 kW，达到了设计要求，并符合行业相关标准。首台 XJM － KS60 型浮选机在司马选煤厂的应用实践表明，其矿浆处理能力为 1 500 m3 / h，在满足浮选精煤灰分
＜ 9. 5% 的条件下，该机精煤产率提高了 36. 69 个百分点，尾煤灰分增加 25. 02 个百分点，浮选
2. 3 槽体的结构设计 XJM － KS60 型浮选机槽体为圆形，由 Q235 钢
板弯制，采用内置式精矿溜槽。其槽体主要由筒 体、小溜槽、大溜槽、放矿口、减速机座板、精矿 出料口等组成，如图 4 所示。为了解决圆柱形槽体 浮选机强行刮泡的难题，在槽体中间增设两个溜 槽，呈 “一” 字形分布，省去了方形浮选机两侧 的溜槽，溜槽两侧增设刮泡机构，共用中间的溜 槽，并在槽体筒壁上增设精矿出口法兰，现场只需 用管道将精矿出口和精矿池连接即可。
flotation cell
技术指标 单槽容积 / m3 处理能力 / （ t·m －3 ·h －1 ） 入料压力 / MPa 充气速率 / （ m3 ·m － 2 ·min － 1 ） 叶轮直径 /m 圆周速度 / （ m·s － 1 ） 槽体内径 /m 槽体深度 /m 搅拌机构装机功率 / kW 刮泡机构装机功率 / kW 外形尺寸 / （ mm × mm × mm）
器、压力表等组成，其中压力室和混合室由螺栓相 连接，见 图 2。 在 工 作 过 程 中， 矿 浆 以 0. 08 ～ 0. 15 MPa的压力给到矿化器的压力室，在均匀分 布的矿化喷嘴喷出形成射流产生 “文丘里管” 效
第2 期
刘万超： XJM － KS60 型浮选机的机械结构设计与应用
2016 年 4 月 25 日
1—压力室； 2—入料口； 3—喷嘴； 4—混合室； 5—大锥板； 6—雾化器； 7—大锥管； 8—法兰
图 2 矿化器结构示意图 Fig. 2 Schematic diagram of the structure of
the mineralization mechanism
2. 2 驱动装置结构设计 驱动装置 （ 图 3） 主要由电机、小皮带轮、调
数值 60 0. 6 ～ 1 0. 08 ～ 0. 15 0. 6 ～ 1. 2 1. 25 9. 65 5. 5 2. 1 110 2. 2 27 607 × 5 787 × 5 150
2 XJM － KS60 型浮选机机械结构设计
XJM － KS60 型浮选机主要由矿化器、驱动装 置、搅拌机构、槽体、尾矿箱、假底稳流板、刮泡 机构、走台等组成［5］，其常规配置是 4 个槽体，为 了清晰表达，将尾矿箱和矿化器布置在同一槽体 内，见图 1。