可调式泥沙分选装置分选性能试验研究.pdf

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1、第38卷第6期人民黄河Vo1．38．No．62016年6月YELL0WRIVERJun．，2016【水文泥沙】可调式泥沙分选装置分选性能试验研究李宗坤，史金权，郭巍巍，耿淼蕊(1．郑州大学水利与环境学院，河南郑j,／1450002；2．中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222；3．河南黄河河务局，河南郑州450003)摘要：为了分析泥沙分选装置的分选效果受底部集沙环形式、叶片转动频率、分选筒高度和水体工作状态的影响程度，利用改进的实体模型，采用交叉对比的方法进行了一系列试验。结果表明：对于粗沙孔，采用底部集沙环s，形式可改善分选效果，且

2、中沙孔和细沙孔的泥沙分离曲线出现规律性；当叶片转动频率逐步提高时，粗、中、细沙孔的泥沙分离曲线呈先上升后下降的趋势，叶片转动的最优频率为5．5Hz；随着分选筒高度的增大，粗、中、细沙孔的分选效果越来越好，且筒高存在一个临界值，当筒高大于这个值后，分选效果不再受筒高的影响；对于粗沙孔，静水状态下的分选效果要优于动水状态的，中沙孔和细沙孔的分选效果受水体工作状态的影响不明显。关键词：分选效果；分离曲线；试验研究；分选装置；分选；泥沙中图分类号：TV149．2；TV142文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2016．

3、06．013黄河以含沙量大闻名于世，由泥沙淤积带来的河道萎缩、地上悬河等问题突出⋯。如何高效地利用黄河泥沙资源逐渐被人们所重视。黄河中下游原状泥沙包含粗沙、中沙、细沙、粉沙、粉质和黏质颗粒、泥质物质和部分铁沙_2j。为了满足人们不同的需求，需要将不同粒径的泥沙分选出来。目前，针对水沙混合体分离性质的研究多集中在水沙分离领域，对泥沙分选的研究较少，少数地方在河道采砂时利用水体旋转产生离心力的方法对开采的泥沙进行分选，但由于缺少基础性的试验研究，因此分选效果并不理想。笔者基于离心沉降的原理，对原有的泥沙分选装图1分选装置结构集沙环形式分为s和s：两种

4、，根据计算得到的置进行了改进，改变了实体模型的尺寸，使之适用于较粗、中、细沙的出沙口位置来划定不同粒径泥沙的沉降大粒径沙粒的分选。改进后的装置结构简单、拆卸方范围。由于泥沙颗粒较小，在水中的沉速很小，因此采便、运行成本低，能够适应不同的环境条件，达到了就用节省分析时间的离心分析方法。所谓离心分析方法地取材、就地分选的目的。本文通过改变实体模型试就是使泥沙颗粒在离心力的作用下沉降，离心力的数验中影响分选效果的试验条件，探究了装置底部集沙学表达式为环形式、分选筒高度、搅动叶片转动频率和装置内水体工作状态对分选效果的影响程度，以期为改善实体模F：：：z

5、(1)rr型提供帮助。式中：为切向速度；r为转动半径；03为角速度。1理论基础与装置设计对离心沉降过程进行积分求解。设泥沙颗粒的粒径为D，密度为P，水密度为P，水的黏滞系数为，则1．1理论基础在斯托克范围内，建立基于柱坐标的径向受力方程组，分选装置分为上下两部分，上部由电机、分选筒、转动叶片、进沙孔和溢流孔组成，下部由粗沙孔、中沙收稿日期：2015—07—12基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目(~12BABCP_B01—1)。孔、细沙孔、分选筒高度调节孔、底部集沙环和下部椎作者简介：李宗坤(1961一)，男，河南邓州人，教授，博士生导体组成

6、。其中：粗沙孔和中沙孔各4个，对称分布；细师，研究方向为水工结构安全检测与评价。E—mail：lizongkun@ZZU．edu．CB沙孔位于最底部，数量为1个。分选装置结构见图1。·49·人民黄河2016年第6期颗粒达到终速后的方程组形式为图2(c)、图2(d)。D6：—2=p0—pd—d积分可得=6=D22(2)Drl1式中：rp、F2为假定不同泥沙颗粒半径；t为颗粒运动时间。—考虑垂向重力沉降速度，由动量定理可以得到P基于柱坐标的动量方程组，其形式为Ft=muf一0一(c)底部集抄环正视图(底邗集沙环俯祝图F=6D(、pJs一J-D)／图2

7、集沙环形式(单位：ram)DlI2装置设计一“：gDzzg装置布置采用自循环结构，粗、中、细沙按照式中：m为颗粒质量；／Zt为颗粒速度；g为重力加速度。1：1：1的比例由人工调配后加入到水池，经过充分搅化简后得到沉降时间表达式为拌混合后再由水泵抽送经进沙管进入分选筒内，泵送含沙水体中的泥沙颗粒受重力和离心力影响，在分选t=—一(3j)筒内的旋转水体中呈螺旋沉降运动形式，沙粒混合物将(3)式代入(2)式得经离心分选后沉降在装置底部，通过底部集沙环进入r2不同区域的收集管内。待收集管内沙量足够多时，通(eP。s-Pw2)2：(ePs-pPS)4一：过

8、调节收集管口的开关将沙子放至收集盆，后将试验样品放置干燥处晾干待称重。抽送之前确保分选筒内则粗沙r／y~_(。Ps-Pu，2~。-)：中