基于流固耦合的充气量波动下的浮选机振动响应实验性研究.pdf
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1、第32 卷增刊12023年6 月文章编号:10 0 4-40 51(2 0 2 3)S1-0182-07基于流固耦合的充气量波动下的浮选机振动响应实验性研究中国矿业CHINA MINING MAGAZINED0I:10.12075/j.issn.1004-4051.20230376Vol.32,Suppl 1June2023陈强1.2.3,张福亚1.2.3,史帅星1,2.3(1矿冶科技集团有限公司,北京10 0 16 0;2.北矿机电科技有限责任公司,北京10 0 16 0;3.矿物加工科学与技术国家重点实验室,北京10 0 16 0)摘要:浮选机运转工况复杂,转速、气量以及给矿量均在实时变化
2、,这些变化会对内部流场产生影响,并会造成浮选机叶轮的受力变化,进而影响浮选机运转部件的可靠性。为此,建立了能够模拟现场不同工况条件的流-固耦合实验平台,采用了嵌人式微型压力传感器和无线数据传输模块对浮选机叶轮叶片的压力变化情况进行了实时检测,以压力变化检测为手段,通过数据分析揭示了充气量波动条件下的叶轮叶片压力的变化规律,该研究对优化设计浮选机叶轮结构,具有一定的指导意义。关键词:叶轮;流-固耦合;充气量变化;压力波动;优化设计中图分类号:TD926Experimental study on vibration response of flotation machine underinflat
3、ing volume fluctuation based on the fluid-structure interaction2.BGRIMM Machinery&Automation Technology Co.,Ltd.,Beijing 100160,China;3.State Key Laboratory of Mineral Processing,Beijing 1oo160,China)Abstract:The operating condition of the flotation machine is complex,and the speed,gas volume and fe
4、edingare all changing in real time.These changes will have an impact on the internal flow field,and cause thechange of the force on the flotation machine impeller,and then affect the reliability of the operating parts ofthe flotation machine.Therefore,established a fluid-solid coupling experimental
5、platform which can simulatedifferent working conditions on site.Embedded micro pressure sensor and wireless data transmission moduleare used to detect the pressure change on the impeller blade of the flotation machine in real time.Thepressure change detection is used as a means to reveal the pressur
6、e change rule on the impeller blade underthe condition of inflating volume fluctuation through data analysis.The research has certain guidingsignificance for optimizing the structure of flotation machine impeller.Keywords:impeller;fluid-structure interaction;inflating volume fluctuation;pressure flu
7、ctuation;optimal design1浮选机叶轮耦合特征测试系统浮选机为旋转搅拌设备,叶轮在电机的带动下文献标识码:ACHEN Qiang.-2-,ZHANG Fuyal-2-,SHI Shuaixing.2.(1.BGRIMM Technology Group,Beijing 100160,China;高速旋转搅动矿浆,传统的有线采集技术已经无法满足浮选机测试的需要,严重制约了浮选测试技术收稿日期:2 0 2 3-0 5-2 5第一作者简介:陈强(198 2 一),男,硕士,工程师,主要从事矿物加工设备及工程转化方面的研究,E-。引用格式:陈强,张福亚,史帅星,基于流固耦合的充气量
8、波动下的浮选机振动响应实验性研究J.中国矿业,2 0 2 3,32(S1):18 2-18 8.CHEN Qiang,ZHANG Fuya,SHI Shuaixing.Experimental study on vibration response of flotation machine under inflating volume fluctuationbased on the fluid-structure interactionJ.China Mining Magazine,2023,32(S1):182-188.责任编辑:边晶莹增刊1的发展。随着智能采集和无线传输技术的发展,在复杂的
9、浮选机内部测试叶轮的各项微观参数成为可能1。无线采集系统主要包括两部分:采集部分,诸如PLC、采集卡、转换器等;核心部分为无线传输部分,有电台、ZIGBEE、蓝牙、WIFI等形式。文章研究使用的是WIFI传输模式。作者搭建了无线数据采集和处理系统,该系统可把采集数据的传感器通过串口连接到采集卡上,该采集卡为WIFI-PLC集成模块,并设置为AP热点模式,这样中心站就可以通过WIFI无线采集各个传感器的数据。如果中心站是联接外网的路由器,那么传感器一端的WIFI-PLC集成模块连接到路由器后,就可以通过互联网远程采集管理传感器数据。图1为具备安装采集模块功能的特制叶轮,为实时的反应出叶轮表面的压
10、力变化特点,在叶轮的表面均匀的设置了压力传感器安装孔,传感器工作时,其他安装孔处于封闭状态。传感器为嵌入式水力微型压力传感器,基本尺寸为5mmX25mm,量程为士10 kPa,具有精度高,稳定性好等特点。2基于流固耦合特征测试系统的流固耦合响应分析浮选机应用工况复杂,任何扰动均会导致浮选机内部流场的变化,流场变化进而引起叶轮、主轴的一系列响应2-4。作者建立了无线在线检测系统和流固耦合特征测试平台,从宏观和微观两个角度研究边界条件发生变化时流场以及结构场的变化规律,流量计空压机陈强,等:基于流固耦合的充气量波动下的浮选机振动响应实验性研究125210图1压力测试专用叶轮Fig.1 Specia
11、l impeller for pressure test无线数据处理分析系统主轴数据采集模块无线发射模块压力传感卷槽体183揭示流固耦合的作用机制。作者在叶轮表面设置了24个检测点,根据浮选机实际应用情况,点1、点4和点2 4是现场磨损较严重的位置,因此,选取点1、点4和点2 4做为实验检测点,分别记为P1、P4和P24,并对数据进行了处理分析,检测点的整体相对位置如图2 所示。15.2020.20304155159i151215151161418191420141定子叶轮810317165151922120232322循环泵自动举升机构图2 气量波动模拟测试平台Fig.2 Inflatabl
12、e wave simulation test platform气泡是浮选机中目的矿物颗粒上浮的载体,是影响浮选指标的重要因素,浮选机将大量低压空气引人叶轮腔,并通过叶轮旋转作用分散形成气泡,但是气体的进人会在一定程度上形成涡流、气穴等现象,并在一定程度上影响着流场的均匀性,势必会对流场形成扰动。因此,充气量的变化是影响流场变184化和结构场变化的的重要因素之一,将通过实验方法重点研究在充气量发生变化时的流场与结构场的耦合机制和变化规律。作者搭建了气量波动模拟测试平台,如图2 所示,该平台采用两台空压机,其中一台作为常开空压机以模拟实际的气量流动,另一台空压机为气量波动提供气源以模拟实际的气量波
13、动流动。矿浆液位保持不变,浮选机在充气状态下持续稳定运转。单次实验时间为8 0 s,气量波动前计时2 0 s,第2 0 s气量开始波动,持续时间2 0 S,后40 s为稳定时间。在19 5 r/min、2 55 r/m in、315 r/m in 和 345 r/min的转速条件下浮选机气量波动分别为0.4m/min、0.8m/min、1.3m/m i n 和 2.0 m/min。作者对充气条件下的压力数据进行了均值处理,见表1。由表1和图3可知,迎浆面P24点处的压力值在气量瞬时增加时显著增加。图3为迎浆面P24点波动压力值随转速和气量波动量的变化图。由图3可知,同一转速条件下,随着气量波动
14、量的增加,该点的压力增长幅值变化不大,在达到一定气量值时,波动压力幅值不再变化。随着转速增加,波动4.013.53.02.52.01.51.00.5180200220240260280300320340360(a)转速变化波动压力变化图3迎浆面P24点波动压力值随转速和气量波动量的变化图Fig.3 Variation diagram of the fluctuating pressure value at P24 points on the facing surface withthe fluctuation amount of rotational speed and gas volume图
15、4为345r/min条件下不同气量波动的迎浆面P4点压力变化。由图4可知,迎浆面P4点的压力变化趋势与P24点基本一致,在气量波动发生时该点的压力值会瞬时上升,但是P4点的上升幅值比P24点要小很多,说明迎浆面气量波动对P24的影响更加显著。由图5可知,气量波动瞬间,迎江面P1的压力值基本上呈现上升的趋势,但是压力增值幅度较小。由图6 可知,在低转速条件下,随着充气量的增加,压力增值没有明显变化,但在高转速条件下,中国矿业幅值有升高趋势,转速越高,波动幅值越大,因此,后面将重点测试在高转速345r/min条件下不同位置的气量变化对流场的影响。表1P24点迎浆面气量波动前后数据均值Table 1
16、Average value of data before and afterthe fluctuation of air volume on the upstream转速/(r/min)1952553153453.53.02.52.0-0.40.8-1.32.0转速/(r/min)第32 卷face of point P24充气量波动量/(m/min)0.400.803.053.133.854.193.213.143.173.273.995.143.093.113.523.766.406.743.563.784.024.397.367.974.274.491.51.00.50.20.4 0.6
17、 0.81.01.21.41.61.82.02.2充气量波动量/(m/mmin)(b)压力增量值随气压变化压力增值则随着充气量的增加而出现先增加后降低的趋势。由图7 可知,在气量波动瞬间,该点压力值明显增加,增加值在118 Pa到16 50 Pa,说明气量波动对该位置的压力影响显著。气量波动值越大,转速越高,则压力增值越高。由图8 可知,P4波动压力峰值与P24点变化趋势是一致的,在气量波动瞬间压力值明显增加,说明气量波动对该位置的压力影响也比较显著,但影响程度明显要小于P24点。1.303.224.243.253.175.473.263.906.933.944.347.984.71-195
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