專利名稱：具有揚水輪的材料分類器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料分類器、材料清洗器和脫水設(shè)備，且更具體地涉及具有揚水輪的材料分類器。
背景技術(shù)：
材料分類器用于許多不同的目的，包括根據(jù)大小和/或顆粒密度對固體進行的分離或分類。公知了許多不同類型的材料分類器，包括機械和非機械的類型。
根據(jù)一種材料分類器，待分離的固體被混合在合適的液體(例如水)中，以形成液體—固體混合物或漿料。然后，將該混合物引入到分類器箱中。較大的顆粒沉淀到分類器箱的底部，而細顆粒保持懸浮在液體介質(zhì)中(稱之為溢流)。使用具有飛行器(flight)、提升器、拖曳器、葉片、收集器、刮除器或其它裝置的從動輪使沉淀在箱底部的固體材料升高，并將其排出到用于收集和輸送沉淀材料的出料槽、傳送器帶或其它裝置上。液體被吸出分類器或作為溢流排出。這種材料分類器還提供固體顆粒的清潔。
該第一種的公知材料分類器(在1914年8月18日授權(quán)的美國專利No.1,107,472中示出了其一示例)使用圍繞柱形分類器箱或容器的周向間隔開的V形槽(“鏟斗”)或刮除器。該容器部分地填充有水并緩慢地旋轉(zhuǎn)。比水輕的材料會漂浮在水面上并通過溢流槽排出容器。較重的材料沉積到容器的底部并在鏟斗旋轉(zhuǎn)時被鏟斗鏟起。當鏟斗在容器內(nèi)到達特定高度時，鏟斗的內(nèi)容物被傾倒于斜槽上，該斜槽將材料排出容器。
該第一種的另一公知材料分類器(在1940年12月31日授權(quán)的美國專利No.2,226,750中示出了其一示例)使用具有徑向間隔開的葉片的圓形輪。被葉片鏟起的較重固體被推到排料口。較輕的固體保持懸浮并在諸如壩的溢流點處排出分類器。分類器葉片具有允許葉片在它們向上運動超出排料口時縮回的凸輪機構(gòu)。在向下旋轉(zhuǎn)過程中，葉片下降到水沿邊以使由于進入水中的葉片引起的液體起伏最小。
通常用于分砂和聚集體清潔的另一種分類器使用用于沿分類器移動砂子/聚集體的螺旋機構(gòu)。這些設(shè)計通常被稱為轉(zhuǎn)鼓或螺旋傳送器型分類器，在1979年4月24日授權(quán)的美國專利No.4,151,074中示出了其一示例。螺旋分類器復雜、易磨損、并且維護和裝配昂貴且成本高。
另一種分類器使用細長的分類器箱或槽。液體—固體混合物在分類器箱的一端處以相當高的流速被引入。在分類器箱底部附近沿其長度設(shè)置有多個排出管/出口。較大和較重的顆粒沉淀到分類器入口附近。較小和較輕的顆粒保持懸浮狀態(tài)比較重/較大顆粒更長，并在沉淀之前從入口行進的更遠。液體利用溢流或其它裝置排出分類器箱。通過打開合適的排出管，可將具有希望顆粒大小/密度的固體材料從分類器中排出。通常，排出的材料隨后由脫水設(shè)備(例如，螺旋傳送器)進行處理，以從中脫去水分。
現(xiàn)有的分類器設(shè)計的共有缺陷在于，良好的分類能力通常是以容量為代價的，反之亦然。通常，材料分類器或者具有良好的分類能力但容量低，并且具有復雜的回收系統(tǒng)，或者具有較高的容量和相對簡單的回收系統(tǒng)，但分類能力差。而且，具有良好分類能力的材料分類器通常提供比很少使用的最細級材料通常所需的更高的分類能力。
大多數(shù)材料分類器的另一缺陷在于體積大且不易在工作現(xiàn)場之間移動。一些材料分類器，例如那些位于采礦場或聚集體坑的材料分類器，通常為需要支撐結(jié)構(gòu)的大型裝置，且因此不能被輸送。其它類型的分類器，例如螺旋傳送器和從動輪設(shè)備能被輸送。但是，這些類型的材料分類器通常必須例如使用叉車、鏟車或起重機裝載到卡車上以輸送到希望的地點，并從卡車上卸下。除了造成停工之外，分類器的裝載和卸載需要在初始目的地和最終目的地執(zhí)行裝載/卸載操作的設(shè)備。此外，這些類型的分類器可能需要在輸送時進行一些拆卸，在抵達時重新組裝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有揚水輪的材料分類器。示例性實施例提供了一種材料分類器，其執(zhí)行清潔、分離和脫水操作，且在一些實施例中提供了一種制造更容易且成本更低的材料分類器，該材料分類器可相對容易地輸送。在一些示例性實施例中，揚水輪相對于水平面成角度旋轉(zhuǎn)。在另一示例性實施例中，本發(fā)明提供了一種具有多個串聯(lián)布置的揚水輪的分類系統(tǒng)，在一些實施例中，這些揚水輪被單獨驅(qū)動，從而使每個揚水輪可以以不同的速度旋轉(zhuǎn)。在又一示例性實施例中，揚水輪偏離分類流。
本發(fā)明在其各個示例性實施例中，設(shè)法提供一種改進的材料分類器，其具有成本效益、更可靠、不易于磨損、需要更少的維護、具有更高的容量、和/或相對緊湊且可相對容易地輸送。此外，在各種示例性實施例中，本發(fā)明的材料分類器能用于對砂和其它材料進行分類，具有便于供料和排放的布局，能串聯(lián)使用以增加容量或生產(chǎn)量或提高固體材料的等級。
根據(jù)本發(fā)明的一個示例，提供了一種材料分類器，用于對包含待分離的固體材料的液體—固體混合物進行分類，該材料分類器包括限定用于容納液體—固體混合物的儲存器的箱；和可旋轉(zhuǎn)地定位在所述箱內(nèi)的揚水輪，該揚水輪繞相對于水平基準傾斜的輪軸線旋轉(zhuǎn)，該揚水輪包括多個周向間隔開的鏟子，用于在揚水輪繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)過程中從所述箱鏟起材料并隨后將鏟起的材料從所述箱排出。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例，提供了一種材料分類器，用于對包含待分離的固體材料的液體—固體混合物進行分類，該材料分類器包括限定用于容納液體—固體混合物的儲存器的箱；驅(qū)動帶；和懸掛于驅(qū)動帶的揚水輪，其至少部分地位于所述箱內(nèi)以繞一輪軸線旋轉(zhuǎn)，該揚水輪包括多個周向間隔開的鏟子，用于在揚水輪旋轉(zhuǎn)過程中從所述箱鏟起材料并隨后將鏟起的材料從所述箱排出。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例，提供了一種分類系統(tǒng)，用于對其中具有不同等級的固體材料的液體—固體混合物進行分類，該分類系統(tǒng)包括限定用于容納液體—固體混合物的儲存器的箱；可旋轉(zhuǎn)地定位在所述箱內(nèi)以繞一輪軸線旋轉(zhuǎn)的第一揚水輪，該第一揚水輪包括多個周向間隔開的鏟子，用于在第一揚水輪繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)的過程中從所述箱鏟起材料并隨后將鏟起的材料從所述箱排出；和可旋轉(zhuǎn)地定位在所述箱內(nèi)以繞一輪軸線旋轉(zhuǎn)的第二揚水輪，該第二揚水輪包括多個周向間隔開的鏟子，用于在第二揚水輪繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)的過程中從所述箱鏟起材料并隨后將鏟起的材料從所述箱排出。
根據(jù)本發(fā)明的再另一示例，提供了一種對材料進行分類的方法，該方法包括下列步驟將液體—固體混合物引入到箱中至預定填充高度；使揚水輪繞一輪軸線旋轉(zhuǎn)以從所述箱的底部鏟起沉淀的固體材料，該輪軸線相對于垂直基準以一銳角定位；和使揚水輪進一步旋轉(zhuǎn)，以當鏟起的材料超出所述箱的上邊緣時將鏟起的材料從揚水輪排出。
根據(jù)本發(fā)明的再另一示例，提供了一種用于對聚集體材料進行分類的材料分類器，該材料分類器包括支架；箱，其安裝在支架上以容納聚集體材料和流體的混合物，該箱具有帶有傾斜的面朝上的表面的側(cè)壁；揚水輪，其具有多個徑向延伸的鏟子用于從所述箱鏟起聚集體材料，該揚水輪位于所述面朝上的表面附近并具有大致平行于并面對該面朝上的表面的板；懸浮驅(qū)動系統(tǒng)，用于驅(qū)動所述揚水輪，該懸浮驅(qū)動系統(tǒng)包括一對固定到所述支架上的間隔開的帶引導器和經(jīng)過所述引導器的環(huán)帶，所述揚水輪懸掛于所述引導器之間的帶，用于沿大致平行于所述面朝上的表面的方向旋轉(zhuǎn)；以及加壓流體源，用于向揚水輪的板施加加壓流體以使所述輪偏離所述面朝上的表面；所述揚水輪和側(cè)壁布置成這樣，從而在使用中所述鏟子將從所述箱鏟起的聚集體材料通過所述側(cè)壁的邊緣排出。
本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀下面結(jié)合附圖的關(guān)于本發(fā)明具體實施例的描述之后，將會明白本發(fā)明的其它方面和特點。


下面參照以示例的方式示出本發(fā)明實施例的附圖，且圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例構(gòu)造成的材料分類器的側(cè)視圖，具有示出揚水輪的切除部分；圖2是圖1的材料分類器的頂視圖；圖3是圖1的材料分類器的立體圖；圖4是圖1的材料分類器的端視圖；圖5是圖1的材料分類器的揚水輪的立體圖；圖6是與用于輸送被排出的固體材料的傳送器帶關(guān)聯(lián)的圖1的材料分類器的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造成的材料分類器的第二實施例的側(cè)視圖；圖8是用于根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的材料分類器的揚水輪的替換實施例的立體圖；圖9A是圖1的材料分類器的剖面端視圖，示出在操作過程中箱中的水位；圖9B是具有圖8的揚水輪的材料分類器的剖面端視圖，示出在操作過程中箱中的水位；圖10是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造成的材料分類器的另一實施例的剖面端視圖；圖11是沿線11-11剖取的、圖10的揚水輪的剖視圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造成的、具有三個揚水輪和懸掛驅(qū)動系統(tǒng)的分類系統(tǒng)的示意圖；圖13是揚水輪的局部端視圖，該揚水輪具有沿周向連接到其上的U形引導器；圖14是揚水輪的局部端視圖，該揚水輪具有沿周向連接到其上的L形引導器；圖15是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造成的材料分類器的另一實施例的側(cè)視圖；圖16是沿線16-16剖取的圖15的揚水輪的剖視圖；和圖17是圖16揚水輪的由附圖標記17表示的部分的放大視圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的材料分類器的示意圖；圖19是圖15的材料分類器的揚水輪的分解圖，示出安裝到內(nèi)轂上的內(nèi)板和外板；圖20是材料分類器的揚水輪的分解圖，除了單個板安裝在內(nèi)轂上之外該揚水輪與圖19中示出的類似；圖21是圖15的材料分類器的揚水輪的立體圖；圖22A是材料分類器的側(cè)視圖，該材料分類器具有連接于其出料槽上的用于鏟起材料的偏向器(diverter)；以及圖22B是材料分類器的端視圖，該材料分類器具有連接于其出料槽上的用于鏟起材料的偏向器。
在不同的附圖中用相同的附圖標記來表示相同的部件。
具體實施例方式
首先參照圖1至圖4，示出了根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的用于對液體—固體混合物進行分類的系統(tǒng)12。該系統(tǒng)12包括分別由附圖標記14a、14b和14c表示的材料分類器14；支架16；輪18；連結(jié)裝置(hitch)20；和混合室22。材料分類器14串聯(lián)連接以形成一系列的以材料分類器14a開始的三個分類器級(stage)。在其它實施例中，可以采用更多或更少的級。如果需要的話，也可以采用單個材料分類器14。
每個材料分類器14包括箱或料斗30，和成角度安裝的揚水輪32，該揚水輪具有多個徑向延伸的彎曲的鏟子或提升器34。輪32和它們的相應(yīng)鏟子34將沉淀的材料鏟出箱30并使其沉積到排放斜坡或槽36上。每個出料槽36將鏟起的材料引導到相應(yīng)的傳送器帶37(圖6)上。傳送器帶37將材料傳送到別處，例如傳送到排放堆(未示出)上以露天存儲。在其它實施例中，出料槽36可以將鏟起的材料引導到公共的傳送器帶?？梢允褂闷渌鼈魉脱b置從出料槽36傳送所述材料。每個輪32由獨立可控驅(qū)動機構(gòu)38驅(qū)動。例如，在一個實施例中，每個輪驅(qū)動機構(gòu)38為靜壓驅(qū)動器。電動機39為三個液壓泵供能，每個泵驅(qū)動獨立的靜壓驅(qū)動器。在其它實施例中，使用替換的驅(qū)動機構(gòu)，諸如例如用于每個輪的獨立電動機。在一示例性實施例中，輪32的旋轉(zhuǎn)速度在各個級是不同的，且輪32在第一級具有比輪32在第二級更高的每分鐘轉(zhuǎn)速(rpm)，而輪32在第二級又具有比輪在第三級更高的每分鐘轉(zhuǎn)速。通常，較慢的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生更小的攪動從而允許較輕的材料沉淀在箱30的底部以使其能被鏟子34收集。但是，轉(zhuǎn)速慢會降低從所述箱中收集沉積的材料的速度。因此，當選擇輪32的合適轉(zhuǎn)速時要考慮工藝要求。
現(xiàn)在參照圖6和圖9A，將更詳細地描述箱30。每個箱30都具有底壁55和鄰近相應(yīng)的輪32的側(cè)壁54。側(cè)壁54在其上部包括有護板53。排放區(qū)或開口51限定在側(cè)壁54的鄰近護板53的上部中。出料槽36在側(cè)壁54的上邊緣33處安裝在每個箱30的側(cè)壁54的外表面上，以與排放口51連通。在每個側(cè)壁54的下部中設(shè)置有排泄口61，用于在停工期間排空各個箱30。
側(cè)壁54的角度對應(yīng)于輪32相對于垂直基準“V”安裝的角度T°，從而確?；旧纤斜惠?2鏟起的固體材料都保持在鏟子34上，直到鏟子34到達它們各自的出料槽36?？商鎿Q地，側(cè)壁54的傾斜度或角度可以相對于水平基準限定。在這種情況下，側(cè)壁54以相對于水平基準(例如，支架16的底座)的角度θ定位。
當鏟子34到達出料槽36時，由鏟子34運載的鏟起的材料落下到槽36并落在相應(yīng)的傳送器帶37上。箱30還可包括在它們之間的溢流壩或閘門40。在一些實施例中，閘門40限定了允許水和懸浮材料經(jīng)過至分類器系統(tǒng)中的下一級的開口。在其它實施例中，沒有閘門且箱30彼此導通。
現(xiàn)在參照圖5，將更詳細地描述輪32的一個實施例。每個輪32包括鏟子或提升器34、內(nèi)轂44、輻條46、驅(qū)動軸48、和外轂50。如圖5所示，內(nèi)轂44可包括鏟子從其延伸的大致柱形的壁或環(huán)，至少一些鏟子的寬度大于所述柱形壁的寬度。但是，在其它實施例中，內(nèi)轂44可包括兩個或更多個間隔開的同心環(huán)，這些同心環(huán)從鏟子34的相應(yīng)端部邊緣插入。如圖5所示，外轂50包括同心支撐桿52，但是其它結(jié)構(gòu)的外轂50也是可以的。每個輪32的驅(qū)動軸48連接到其相應(yīng)的驅(qū)動機構(gòu)38上(圖1至圖4)。為了便于從鏟子34排放材料，輪32成角度地安裝以至少具有在相應(yīng)的材料分類器14內(nèi)相對于垂直基準V成角度T°(稱為傾斜角)的向下定位側(cè)。因此，每個輪32的旋轉(zhuǎn)軸線相對于水平基準H以角度T°定位。在各個實施例中，基于系統(tǒng)12所用于的分類應(yīng)用來選擇傾斜角。例如，在一個實施例中，該傾斜角相對于垂直基準等于或小于50度。在另一示例性實施例中，該傾斜角相對于垂直基準大致為32度。但是，這種角度僅為示例且傾斜角在各個實施例中可以變化以對所分類的材料實現(xiàn)所需的結(jié)果。
每個鏟子34均包括與箱30底部上的沉積材料接觸的外部鏟子邊緣35。鏟子34這樣定位，以使鏟子34的彎曲部分朝輪32的運動方向開口，從而允許鏟子34鏟起沉積在箱30底部上的材料。不同形狀的鏟子34都是可以的。在一個示例性實施例中，鏟子30是可拆卸的，以通過降低其整體高度而有助于系統(tǒng)12的輸送。在這種實施例中，利用螺栓或其它適合的可拆卸緊固件將鏟子34安裝到內(nèi)轂44上。在其它示例性實施例中，外轂50的支撐桿52被分為多個部分，且每個部分都安裝有多個鏟子34。這些部分于是可以根據(jù)需要安裝到內(nèi)轂44上和從內(nèi)轂44上拆卸，從而允許更容易地輸送和修理系統(tǒng)12。在一個示例性實施例中，內(nèi)轂44比鏟子34窄，使得內(nèi)轂44與側(cè)壁54間隔開，以允許水在輪32的旋轉(zhuǎn)過程中流出鏟子34的延伸超出內(nèi)轂44的內(nèi)邊緣部分42。
如圖9A所示，在一個示例性實施例中，底壁55垂直于側(cè)壁54，使得底壁55大致平行于鏟子34的外鏟子邊緣35，且從而使得沉積的聚集體材料收集在輪32所在的箱30的那部分中。當輪32與全部的鏟子34一起向上旋轉(zhuǎn)時，鏟子34升出水面且材料被捕獲于鏟子34中并且鏟子34由側(cè)壁54支撐。當鏟子從水中浮現(xiàn)時，被鏟子34捕獲的水流出并回到箱30中。當鏟子34進一步旋轉(zhuǎn)時，鏟起的材料進行脫水從而從鏟起的材料中排出攜帶的水。脫水持續(xù)進行直到鏟子34到達箱30的頂部并被排放。
現(xiàn)在參照圖1和圖6，將描述由系統(tǒng)12收集的固體材料的排放。在示出的實施例中，各級的出料槽36與相應(yīng)的傳送器帶37相關(guān)聯(lián)，但是也可以使用單個傳送器帶。出料槽36朝向傳送器帶37向下定位，以便于排放?？梢栽诔隽喜?6的一側(cè)或兩側(cè)上設(shè)置垂直引導器58，用于朝向槽36的下端引導鏟起的材料并將其引導到相應(yīng)的傳送器帶37上。在其它實施例中，出料槽36可以將鏟起的材料引導到單個傳送器帶上。在一些應(yīng)用場合中，可以使用單個傳送器，其具有用于來自每個分類器級的材料的單獨通道。在其它實施例中，對于全部揚水輪可以使用單個傳送器帶。使用共用傳送器帶允許鏟起的材料被調(diào)配以形成具有在產(chǎn)品公差內(nèi)的顆粒尺寸/密度分布的混合聚集體。例如，在一些應(yīng)用中，可以選擇從每個分類器級鏟起的材料量，從而在調(diào)配后，最終產(chǎn)品在每個顆粒尺寸/密度范圍內(nèi)具有希望量的材料。采用這種方案，可以制造具有希望特性以用于不同應(yīng)用場合的、清潔且脫水的聚集體。
如圖22A和圖22B所示，由揚水輪收集的材料的一部分可以被剝除或去除。在示出的實施例中，出料槽36包括偏向器270。偏向器270在一端包括與出料槽36中的開口271連通的中空管道或管子。軟管272可以安裝在偏向器270的另一端上。被排放到槽36上的鏟起材料的一部分通過偏向器270和管272落下。管272將被偏向的材料排放到傳送器帶274上，用于輸送到別處，例如輸送到一個分離的排放堆。材料的軌跡避開或繞過偏向器270而進入傳送器帶37用于收集作為最終產(chǎn)品的一部分，該軌跡由附圖標記“d”表示。使用偏向器270允許通過去除或偏向任何過多部分而獲得所需量的收集在揚水輪32中的鏟起材料，以滿足最終產(chǎn)品的要求。在其它實施例中，可以使用樞轉(zhuǎn)安裝桿或臂，而不是偏向器管。在這種情況下，所述桿可被樞轉(zhuǎn)地安裝以繞其中心樞轉(zhuǎn)。所述樞轉(zhuǎn)安裝桿可以例如是指狀閘門。桿位置的調(diào)整改變從出料槽36的主要部分偏向的鏟起材料的部分(其作為最終產(chǎn)品的一部分排放到傳送器帶37上)以增大或減少被偏向的材料量。
現(xiàn)在參照圖1至圖4，更詳細地描述系統(tǒng)12的示例性實施例的操作。用附圖標記56表示輪32的運動方向。在這個實施例中，每個分類器14的輪32沿混合室22的方向旋轉(zhuǎn)。聚集體材料通過傳送器帶(未示出)或其它輸送裝置被輸送到混合室22中。聚集體材料可以是已經(jīng)被預先篩分的，以去除大于應(yīng)用公差的顆粒，例如石塊。通過進水管(未示出)將水連續(xù)供給到混合室22中。水和聚集體材料形成經(jīng)過混合室22的液體—固體混合物或漿料。液體—固體混合物被供應(yīng)到第一分類器14a的箱中。閘門40在第一分類器14a的箱30和第二分類器14b的箱30之間設(shè)置開口，該開口允許水和懸浮材料從第一級流到第二級。同樣，閘門40在第二分類器14b的箱30和第三分類器14c的箱30之間設(shè)置開口，該開口允許水和懸浮材料從第二級流到第三級。閘門40還可設(shè)置在最后級14c的箱30的排放端處。在其它實施例中，輸出腔59(圖2)與混合室或供料箱22相對定位。來自第三箱的液體溢出所述箱的端壁中的突起或壩而流入到輸出腔59中。輸出腔59中的開口與流出到尾池(未示出)的軟管或管子相連。
閘門40包括控制機構(gòu)，該控制機構(gòu)通過升高或降低閘門40使閘門開口增大或縮小?？刂崎l門開口的尺寸使得能夠控制水和懸浮固體在分類器級之間的流速，并隨之控制每個箱30中的水位。在一個示例性實施例中，調(diào)節(jié)流過系統(tǒng)12的水以使水位從第一級下降到第二級，接著從第二級下降到第三級。在其它實施例中，水位可以從第一級向最后級增大。除了閘門40之外，或者替換閘門40，可以使用其它裝置用于控制通過系統(tǒng)12的流動。在一些實施例中，還可以通過從一個或多個較后級泵送一些水回到較前級，而控制箱30中的水位。水在箱30之間的流動還受分類系統(tǒng)12的水平程度的影響。如果分類系統(tǒng)不水平，則每個箱中的水位將受系統(tǒng)的水平程度的影響。
雖然本發(fā)明的多個方面可用于對許多不同類型的材料(例如各種類型的聚集體和通過污水或廢水處理操作回收的固體)進行分類，但是下面將描述系統(tǒng)12作為砂分類器的用途。
在分類系統(tǒng)的第一級14a中，選擇輪32的速度以在第一級14a中收集希望等級或量的沉積固體。在一些實施例中，輪32的旋轉(zhuǎn)有助于水在第一分類器14a的箱30中的攪動，以使得大體上小于預定質(zhì)量的砂粒保持懸浮，而大體上重于預定質(zhì)量的砂粒沉淀到箱30的底部，這些砂粒在該底部被鏟子34鏟起。隨著輪32旋轉(zhuǎn)，向上運動的鏟子34從水中浮現(xiàn)。隨著鏟子34浮現(xiàn)，被鏟子34捕獲的水排出并返回到箱30。一些懸浮的砂粒被水帶回到箱30中。隨著輪32進一步旋轉(zhuǎn)，從鏟起的材料中排去攜帶的水直到鏟子34到達排放開口51。一旦位于排放開口，由鏟子34運載的鏟起材料滑落并下落到出料槽36以到達例如傳送器帶37的收集設(shè)備(圖7)。保持懸浮在第一級的水中的較輕顆粒然后運行通過閘門40而進入第二級的箱30中。
在第二級14b中，與第一級類似，輪32以一速度旋轉(zhuǎn)，使得在第二級14b中收集希望量或等級的沉淀固體。在一些實施例中，輪32的旋轉(zhuǎn)有助于水在第二分類器14b的箱30中的攪動，以使得大體上低于一定質(zhì)量的顆粒懸浮在箱30的水中，而大體上重于該質(zhì)量的顆粒沉淀到箱30的底部上，這些顆粒在該底部被第二級的輪32的鏟子34鏟起。與在第一級一樣，當鏟子34隨著輪32旋轉(zhuǎn)而從水中浮現(xiàn)時，由鏟子34捕獲的水最初被排出并返回到箱30中。隨著輪32進一步旋轉(zhuǎn)，從鏟起的材料中排去攜帶的水直到鏟子34到達排放開口51。一旦位于排放開口，由鏟子34運載的鏟起材料滑落并下落到出料槽36以到達傳送器帶37。保持懸浮在第二級的水中的較輕顆粒然后運行通過下一個閘門40而進入第三級的箱30中。
在第三級14c中，去除非常細的顆?；驓堅?。第三分類器14c的輪32以足夠慢的速度運動，從而使至少一些殘渣顆?？沙恋淼较?0的底部，在該處通過輪32的鏟子34鏟起這些殘渣顆粒并使它們沉淀在第三級的出料槽36上。水通過最后的閘門40(圖9A)離開第三級并被傳送到尾池(未示出)。該水包含沒有沉淀在第三級的箱30底部上的殘留的懸浮固體。選擇第三級14c中的輪32的旋轉(zhuǎn)速度以使得去除預定百分比的殘渣顆粒。在一個實施例中，選擇輪32的速度以獲得20％回收的殘渣顆粒。殘渣顆粒的回收減少了對從尾池回收殘渣的需求以及與此相關(guān)的費用。
在其它實施例中，從第三分類器級去除更細的顆粒，而大部分殘渣顆粒(例如具有小于400微米的特定直徑的顆粒)保持懸浮。殘渣顆粒作為溢流離開分類器系統(tǒng)并被傳送至尾池。
因此可以理解，在這個示例性實施例中，通過系統(tǒng)12的砂子被清潔，被分類為不同的尺寸，且至少部分脫水。在各級提取的尺寸范圍取決于許多變量，包括例如聚集體材料和水被供給系統(tǒng)12中的速度、發(fā)生在混合室22中的攪動、距混合室22的距離、輪32旋轉(zhuǎn)的速度、輪32上的鏟子34的尺寸和數(shù)量、以及級間的閘門開口的位置和尺寸。
可以采用可編程序邏輯控制器(PLC)或其它合適的控制器來改善對下列因素的過程控制聚集體材料被供給系統(tǒng)12的速度、水被供給系統(tǒng)12的速度、輪32的旋轉(zhuǎn)速度、和級間的閘門開口可能的尺寸。
現(xiàn)在描述系統(tǒng)12的改變。在一個實施例中，第一級中的輪32以在8至12rpm之間的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，第二級中的輪32以在4至6rpm之間的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而第三級中的輪32以小于4rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。提供這樣的速度僅作為非限制性示例且用于輪32的其它速度也是可以的，其中希望的輪速度取決于下列因素輪尺寸、箱尺寸、鏟子的數(shù)量和尺寸、傾斜角和分類的材料。此外，每個輪32的轉(zhuǎn)速是可選擇參數(shù)且并不必須與當前實施例一樣在連續(xù)級之間遞減。在一些實施例中，每個輪32以相同的速度旋轉(zhuǎn)。
其中輪速度、輪尺寸、鏟子的數(shù)量、鏟子尺寸、形狀和間距、傾斜角、箱尺寸、閘門尺寸和開口是在本發(fā)明的不同實施例中可以變化的參數(shù)，且在一些實施例中可以在分類器級之間變化，以實現(xiàn)被分類的材料的所需結(jié)果。例如，在一些實施例中，第三級中的輪32具有比第一和第二級中的輪32更窄的鏟子34。由于與去除大塊材料的第一和第二級相比，在第三級中去除的聚集體材料的體積較小，因此在第三級中可以使用較短的鏟子34。
通常，將輪速度設(shè)定為盡可能快地旋轉(zhuǎn)，但又足夠慢以允許發(fā)生至少一定程度的脫水。如果輪的速度被設(shè)定得過高，則鏟起的材料中將保留過多的水，且在一些情況下，被鏟子34捕獲的水不會排出，從而與排放的材料一起被鏟出箱30。設(shè)定每個輪的鏟子34的數(shù)量，使得輪32被填充，然而鏟子34不能被塞得如此緊密以使得一個鏟子34的操作與相鄰鏟子34的操作發(fā)生干涉。一般將鏟子34的長度設(shè)定為實現(xiàn)每小時特定噸的容量。輪直徑一般盡可能地大以增大容量，但對于待輸送系統(tǒng)12(例如在貨物集裝箱中)又足夠小，且足夠小以由終端用戶可控制地裝配。
在圖1至圖4示出的實施例中，系統(tǒng)12由共用支架16支撐，該支架在其一端處具有輪18，并在其相對端處具有連結(jié)裝置20，從而可以例如通過利用貨物卡車拖拽系統(tǒng)12而容易地移動分類器。在一個非限制性示例實施例中，系統(tǒng)12為易于在標準貨物集裝箱中(例如，內(nèi)部尺寸大致為7′-6″×39′-6″的集裝箱)被輸送的大小。在這種情況下，系統(tǒng)可以作為正常合法負載被輸送，而沒有特殊的負載限制。在其它實施例中，系統(tǒng)可以具有固定的結(jié)構(gòu)而不易于搬運。在其它實施例中，分類器14是獨立的單元，其并不共享公共框架。
現(xiàn)在參照圖7，示出了根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的用于對液體—固體混合物進行分類的系統(tǒng)60的另一示例性實施例。除了輪32的定向不同，系統(tǒng)60與系統(tǒng)12類似。系統(tǒng)60包括分別由附圖標記62、64和66表示的三個材料分類器。第一和第二分類器62和64沿連結(jié)裝置20的方向，即下游方向旋轉(zhuǎn)，而第三分類器66朝向混合室22沿相反方向，即上游方向旋轉(zhuǎn)。輪32的運動方向分別由附圖標記72、74和76表示(圖7)。與系統(tǒng)12一樣，鏟子34沿輪32的運動方向彎曲以鏟起沉淀在箱30底部上的材料。在其它實施例中，第一和第二分類器朝向混合室22旋轉(zhuǎn)，而第三分類器遠離混合室22旋轉(zhuǎn)。
現(xiàn)在參照圖8和圖9B，示出了根據(jù)本發(fā)明的材料分類器80的另一實施例。除了安裝到揚水輪上的鏟子形狀不同外，材料分類器80與材料分類器14類似。每個材料分類器80包括具有側(cè)壁54的箱或料斗30，以及成角度安裝的輪82，該輪具有多個徑向延伸的彎曲的鏟子或提升器84。每個鏟子84具有與箱30底部上沉淀的材料接觸的外鏟子邊緣85。如前所述，輪82和它們相應(yīng)的鏟子84用于實現(xiàn)兩個目的攪動每個箱30的內(nèi)容物；和將材料鏟出箱30并使其沉積在出料斜坡或出料槽36上。
與系統(tǒng)12的鏟子34類似，鏟子84沿輪82的運動方向彎曲，以鏟起沉淀在箱30底部上的材料。但是，鏟子84遠離側(cè)壁54呈錐形，使得外鏟子邊緣85大致平行于箱30中的水面。這樣，每個鏟子84的錐度對應(yīng)于輪82安裝在箱30內(nèi)的傾斜角度。鏟子84的錐形改善了當鏟子84在排放操作過程中從水中浮現(xiàn)時由其運載的水的噴出。
現(xiàn)在參照圖9A和圖9B，將更詳細描述鏟子84的錐形。圖9A示出了其中容納有例如砂子和水的液體—固體混合物的材料分類器14的輪32。箱30中的水位由附圖標記86表示。為了方便起見，只示出了一個鏟子34。同樣，圖9B示出了其中容納有例如砂子和水的液體—固體混合物的材料分類器80的輪82。箱30中的水位由附圖標記86表示。
現(xiàn)在參照圖9A，將明白當輪32在水位86處從水中浮現(xiàn)時，鏟子34的整個外鏟子邊緣35并沒有同時從水中浮現(xiàn)，而是首先浮現(xiàn)鏟子34的上部88?，F(xiàn)在參照圖9B，將明白所述錐形允許鏟子84的整個外鏟子邊緣85同時從水中浮現(xiàn)，從而允許被捕獲的水從鏟子84從其兩側(cè)均勻地噴射。
材料分類器的其它變形也是可以的?？梢允褂脝蝹€較大的箱代替用于每個輪32的分開的箱，來容納所有的輪32。在單個箱的結(jié)構(gòu)中可能需要對分類器進行微小的調(diào)節(jié)，例如可能需要隔板或擋板來提供分類器級之間的一定程度的分離。在這個實施例中，保持懸浮的較輕顆粒被允許流至最靠近最后的輪32的箱的遠端。在其它實施例中，使用更多或更少分類器級，例如在一個示例性實施例中只使用兩個分類器級，且來自第二級的溢流包含被傳送到尾池中的非常細的顆?；驓堅Ｔ谠倨渌纠詫嵤├?，只使用單個分類器級和輪。在另一示例性實施例中，使用多個分類器級，且輪32以不同的速度操作，而傾斜角相對于垂直基準V為大致0°，輪連續(xù)偏移以允許材料排放。例如，可以串聯(lián)使用三個垂直定向的材料分類器。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白在本發(fā)明的一些實施例中，輪32相對于分類流通過系統(tǒng)12的流動(即液體—固體混合物的流動)偏移到一側(cè)，從而在每個箱中，分類流能從混合室的入口經(jīng)過偏置的揚水輪流出到位于分類系統(tǒng)的相對端處的出口。輪32的偏置使得輪32與分類系統(tǒng)部分或完全隔離或分離，這取決于具體的實施例。在這種情況下，輪32的旋轉(zhuǎn)對分類流的攪動的作用非常小，或根本沒有作用，而與混合室22相距的距離在其它變量保持恒定時成為影響在特定級中的沉淀速度和沉淀的顆粒尺寸的主要因素之一。在這些實施例中，分類系統(tǒng)可包括縱向延伸的隔板，其限定用于容納液體—固體混合物以進一步隔離揚水輪32與分類流的進入通道?？v向隔板可以與揚水輪相對布置，并可以與側(cè)壁54和/或揚水輪32的內(nèi)側(cè)對齊。在一些實施例中，縱向隔板大致平行于側(cè)壁54延伸。在一些應(yīng)用中，液體—固體混合物可以以高流速被引入到進入通道中。在這種應(yīng)用中，進入通道相對紊流，而包圍揚水輪的液體—固體混合物相對平靜從而便于沉淀。
現(xiàn)在參照圖10和圖11，將描述根據(jù)本發(fā)明的用于對液體—固體混合物進行分類的分類系統(tǒng)100的另一實施例。除了系統(tǒng)100使用懸掛驅(qū)動系統(tǒng)使揚水輪旋轉(zhuǎn)，而不是如系統(tǒng)12和60中使用驅(qū)動軸實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)外，系統(tǒng)100在操作和功能上與前面描述的系統(tǒng)12和60類似。系統(tǒng)100包括一個或多個材料分類器102，用于對包含待分離的固體材料的液體—固體混合物進行分類。材料分類器102包括箱104，其具有側(cè)壁106和底壁108，從而限定用于容納液體—固體混合物的儲存器。側(cè)壁106相對于水平基準(例如，支架106的底座)以角度θ定位。輪110至少局部懸掛在箱104內(nèi)以繞垂直于側(cè)壁106的輪軸線旋轉(zhuǎn)。在一些示例性實施例中，側(cè)壁106相對于水平基準的角度θ大于30度且小于90度。在其它實施例中，側(cè)壁106相對于水平基準的角度θ大于40度且小于70度，而在一些實施例中，側(cè)壁106相對于水平基準的角度θ大于50度且小于60度。在一個示例性實施例中，側(cè)壁106相對于水平基準的角度θ大致為56度。上述示例僅為示例性的且在不同的實施例中也可以采用其它角度。
輪110包括內(nèi)轂112和多個間隔開的鏟子114，這些鏟子從內(nèi)轂112徑向延伸，用于在輪110繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)的過程中鏟起沉淀在底壁108上的固體材料并隨后將鏟起的固體材料排出箱104。內(nèi)轂112可包括大致柱形壁或環(huán)，鏟子從該壁或環(huán)延伸，至少一些鏟子具有大于柱形壁的寬度。但是，在其它實施例中，內(nèi)轂112可包括從鏟子114的相應(yīng)端部邊緣插入的兩個或更多個間隔開的同心環(huán)。輪110懸掛在箱104中并由驅(qū)動帶118驅(qū)動。輪110還可包括圓周引導器或軌道116，用于與驅(qū)動帶118配合以使揚水輪110繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)，引導器116繞揚水輪110的外周設(shè)置。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，輪110并不是剛性安裝。輪110從驅(qū)動帶118的懸掛允許輪軸線關(guān)于大致垂直于輪軸線的平面浮動，例如輪110可以關(guān)于側(cè)壁106浮動。
如圖10和圖13所示，在一個示例性實施例中，引導器116具有U形截面，用于容納驅(qū)動帶118。引導器116在一些實施例中可以具有L形截面(圖14)并可以由角鐵制成。在當前實施例中，引導器116提供用于供驅(qū)動帶118在其上運行的光滑軌道，但是如果需要的話，還可以提供用于接合驅(qū)動帶118的齒。除了前文描述的包括同心支撐桿52的外轂50之外還可以使用引導器116，或者用引導器116來代替所述外轂50。在一個示例性實施例中，引導器116包括圍繞輪110的外周安裝的平軌，并且在平軌外表面上安裝一對間隔開的同心桿。支撐軌間隔開以使得驅(qū)動帶118至少部分容納在引導器116中。提供用于驅(qū)動所述驅(qū)動帶118的驅(qū)動器120，用于使輪110在箱104內(nèi)旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動器120接合并驅(qū)動所述驅(qū)動帶118從而使輪110繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)。用于每個輪110的出料槽36收集排放的固體材料并將其引導到相應(yīng)的傳送器帶(未示出)上，排放的固體材料在該處將被輸送到別處，例如被輸送到排放堆以露天存儲。
驅(qū)動帶118可以是驅(qū)動鏈、線纜、薄片(web)、皮帶、絞合線或類似裝置。在一些實施例中，驅(qū)動帶118包括驅(qū)動鏈，且驅(qū)動器120包括從動鏈輪121a和被動鏈輪(passive sprocket wheel)121b。從動鏈輪121a可以由電動機117驅(qū)動。從動鏈輪121a和被動鏈輪121b相互橫向偏置大于輪110的外徑的距離并位于高于輪軸線的位置處，從而允許輪110懸掛于它們之間。被動鏈輪121b并不驅(qū)動所述驅(qū)動鏈，但在其被從動鏈輪121a拉動時允許所述鏈從其經(jīng)過。在其中驅(qū)動帶為線纜或皮帶的其它實施例中，驅(qū)動器可以包括從動輪或輥和被動(引導)輥，例如皮帶輪，用于被動地允許驅(qū)動線纜或皮帶經(jīng)過它。
側(cè)壁106包括與輪110相對的下部122，用于阻止被鏟起的固體材料當鏟子在箱104內(nèi)旋轉(zhuǎn)時從鏟子114中排出；和上部124，鏟子114在其上排出被鏟起的固體材料。上部124包括護板53并限定鄰近護板53的排放區(qū)或開口51。出料槽在側(cè)壁106的上邊緣33處安裝在每個箱104的側(cè)壁106的外表面上，與排放開口51連通。鏟子114當旋轉(zhuǎn)得高于排放開口51時排出被鏟起的固體材料。在示出的實施例中，底壁108大致垂直于側(cè)壁106。如圖10所示，分類器還可包括縱向延伸的隔板144，其限定用于容納液體—固體混合物并有助于使揚水輪110與分類流隔離的進入通道146?？v向隔板144可以布置成與揚水輪110相對，且可以與側(cè)壁106和/或揚水輪110的內(nèi)側(cè)對齊。在一些實施例中，縱向隔板144大致平行于側(cè)壁106延伸?？v向隔板144并不延伸到分類系統(tǒng)的底部，以允許液體—固體混合物在其下方經(jīng)過而進入并填充箱104?？v向隔板144還可沿其長度限定有開口，以允許液體—固體混合物從中經(jīng)過。在一些實施例中，系統(tǒng)使用中央箱而不是用于每個揚水輪的分離的箱。在這些實施例中，橫向隔板或擋板(未示出)可以位于揚水輪之間。在一些應(yīng)用中，液體—固體混合物可以以高流速被引入到進入通道中。在這種應(yīng)用中，進入通道相對紊流而包圍揚水輪的液體—固體混合物相對平靜以便于沉淀。
如圖11所示，在一個示例性實施例中的材料分類器102包括多個間隔開的輥126，它們的一端可旋轉(zhuǎn)地安裝在輪110的內(nèi)轂112上并從該處徑向向內(nèi)延伸。輥126從內(nèi)轂112徑向向內(nèi)延伸，并被定位成用于在輪110繞其輪軸線的旋轉(zhuǎn)過程中在側(cè)壁106上滾動。每個輥126具有用于在側(cè)壁106上滾動的輥表面128。輥表面128可以由具有低摩擦阻力的材料制成。在一些實施例中，輥126為氨基甲酸乙酯支撐輥。輥126安裝成保持輪110與側(cè)壁106之間的第一操作距離。在一些實施例中，該第一操作距離可以為例如大約1/4英寸，但是在其它實施例中可以使用其它距離。側(cè)壁106大致為平面并包括具有支撐面的中央支撐部分，輥126定位在該支撐面上用于滾動。輥126和支撐面130減小了與輪110的旋轉(zhuǎn)相關(guān)的摩擦。
輪110懸掛于驅(qū)動器120從而保持輪110和底壁108之間的第二操作距離，其可以為例如大約1英寸。在輪110繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)時，輪110相對于驅(qū)動器120的懸掛允許輪110相對于側(cè)壁106浮動，從而減少了阻擋材料卡在輪110和側(cè)壁106之間的機會。通過相對于支撐面130布置輥126而形成的第一操作距離確保輪110在旋轉(zhuǎn)時不會直接在側(cè)壁106上運行，從而降低了否則可能出現(xiàn)的摩擦。輥126和支撐面130還降低了摩擦阻力和使輪110繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)所需要的工作。
圖12表示具有三個材料分類器102(分別由附圖標記102a、102b和102c表示)的分類系統(tǒng)。這三個材料分類器102位于在一端的從動鏈輪121a和在另一端的被動鏈輪121b之間。被動鏈輪140布置在第一材料分類器102a和第二材料分類器102b之間。被動鏈輪142布置在第二材料分類器102b和第三材料分類器102c之間。雖然從動鏈輪121a和被動鏈輪121b布置在材料分類器102上方，但是被動鏈輪140和142并不一定要布置在分類器102上方。在示出的實施例中，單個從動鏈輪121a用于驅(qū)動多個揚水輪110，且被動鏈輪140、142或其它引導裝置插設(shè)在其間。在其它實施例中，每個材料分類器102可以具有它自己的驅(qū)動帶118和驅(qū)動器120。在這種情況下，每個輪110是可獨立控制的且是可獨立驅(qū)動的。
類似于上面關(guān)于系統(tǒng)12和60所描述的工藝參數(shù)和操作條件(例如揚水輪的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速)也可以應(yīng)用于系統(tǒng)100。在一些應(yīng)用中，揚水輪110的懸掛能為例如易于聚集的麻煩材料提供改善的性能。將輪110懸掛在箱104中而不是固定該輪可以減少材料粘接或被捕捉在鏟子114和側(cè)壁106之間的機會，因為輪110在旋轉(zhuǎn)時能在側(cè)壁106上的任何障礙物上方浮動。此外，因為輪110沒有被剛性安裝，允許輪軸線關(guān)于大致垂直于輪軸線的平面(例如在側(cè)壁106上)浮動。使用驅(qū)動帶118通過形成與使用驅(qū)動軸相比更大的減速比還可以減少使輪110旋轉(zhuǎn)所需的工作。因此，輪110相對容易驅(qū)動和施加轉(zhuǎn)矩，并允許使用更小的驅(qū)動電動機。在一些實施例中，可以利用7∶1的減速比。
系統(tǒng)100可以如上面參照系統(tǒng)12和60所述的一樣，連接到PLC或其它合適的控制器上。通常，壓力負載單元或應(yīng)變計(未示出)測量施加到輪110上的負載并將該信息傳遞給PLC。該PLC于是調(diào)節(jié)輪110的旋轉(zhuǎn)速度，從而隨著負載的增加而增大旋轉(zhuǎn)速度并隨著負載的減少而降低旋轉(zhuǎn)速度。這樣，可以實現(xiàn)固體材料的改善分類和脫水。利用PLC還可以監(jiān)視和控制其它因素以改善分類處理的控制。
現(xiàn)在參照圖15至圖19和圖21，將描述根據(jù)本發(fā)明的用于對液體—固體混合物進行分類的系統(tǒng)200的另一實施例。系統(tǒng)200具有與前文所述的系統(tǒng)100類似的懸掛驅(qū)動系統(tǒng)。系統(tǒng)200包括一個或多個材料分類器202，用于對包含待分離的固體材料的液體—固體混合物進行分類。材料分類器202包括箱204，其具有側(cè)壁206和底壁208，以限定用于容納液體—固體混合物的儲存器。側(cè)壁206相對于水平基準(例如，支架16的底座)以角度θ定位。輪210至少部分懸掛在箱204內(nèi)以繞垂直于側(cè)壁206的輪軸線旋轉(zhuǎn)。在一些示例性實施例中，側(cè)壁206相對于水平基準的角度θ大于30度并小于90度。在其它實施例中，側(cè)壁206相對于水平基準的角度θ大于40度并小于70度，且在一些實施例中，側(cè)壁206相對于水平基準的角度θ大于50度并小于60度。在一個示例性實施例中，側(cè)壁206相對于水平基準的角度θ大約為56度。上述示例僅為示例性且在不同的實施例中可以采用其它角度。
輪210包括內(nèi)轂212和多個間隔開的鏟子214，這些鏟子從內(nèi)轂212徑向延伸，用于在輪210繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)的過程中鏟起沉淀在底壁208上的固體材料并隨后將鏟起的固體材料排出箱204。如圖15至圖17，圖19和圖21所示，內(nèi)轂212可包括從鏟子214的相應(yīng)端部邊緣插入的兩個或更多個間隔開的同心環(huán)213。但是，在其它實施例中，內(nèi)轂212可包括大致柱形壁或環(huán)，鏟子從該壁或環(huán)延伸，至少一些鏟子具有大于柱形壁的寬度。輪210懸掛在箱204中并由驅(qū)動帶218驅(qū)動。輪210從驅(qū)動帶218的懸掛允許輪軸線關(guān)于大致垂直于輪軸線的平面浮動，例如，輪210可關(guān)于側(cè)壁206浮動。輪210還可包括圓周引導器或軌道216，用于與驅(qū)動帶218配合以使揚水輪210繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)。引導器216繞揚水輪210的外周設(shè)置。引導器216可類似于前文描述的引導器116。
驅(qū)動帶218至少部分容納在引導器216內(nèi)。設(shè)置用于驅(qū)動帶218的驅(qū)動器220，用于使輪210在箱204內(nèi)旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動器220接合并驅(qū)動所述驅(qū)動帶218從而使輪210繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)。用于每個輪210的出料槽(未示出)收集排放的固體材料并將其引導到相應(yīng)的傳送器帶(未示出)上，排放的固體材料在該處將被輸送到別處，例如被輸送到排放堆以露天存儲。驅(qū)動帶218和驅(qū)動器220可以類似于前文所述的驅(qū)動帶118和驅(qū)動器120。
輪210懸掛于驅(qū)動帶218從而保持輪210和底壁208之間的操作距離。輪210從驅(qū)動器的懸掛允許輪210在繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)時相對于側(cè)壁206浮動，從而減少了阻礙材料卡在輪210和側(cè)壁206之間的機會。
側(cè)壁206包括與輪210相對的下部222，用于阻止被鏟起的固體材料當鏟子在箱204內(nèi)旋轉(zhuǎn)時從鏟子214中排出；和上部224，鏟子214在其上排出被鏟起的固體材料。上部224限定排放被鏟起的材料所通過的排放區(qū)或開口51。上部224還可包括護板53，其在鏟子214到達鏟子旋轉(zhuǎn)上部的排放開口51之前阻止被鏟起的固體材料從鏟子214排出。出料槽在壁206的上邊緣33處安裝在每個箱204的側(cè)壁206的外表面上，與排放開口51連通。鏟子214當旋轉(zhuǎn)得高于排放開口51時排出被鏟起的固體材料。在示出的實施例中，底壁208大致垂直于側(cè)壁106。如圖16和圖18所示，材料分類器202還可包括縱向延伸的隔板244，其限定用于容納液體—固體混合物并有助于使揚水輪210與分類流隔離的進入通道246?？v向隔板244可以布置成與揚水輪210相對，且可以與側(cè)壁206和/或揚水輪210的內(nèi)側(cè)對齊。在一些實施例中，縱向隔板244大致平行于側(cè)壁206延伸?？v向隔板244并不延伸到分類系統(tǒng)的底部，以允許液體—固體混合物在其下方經(jīng)過而進入并填充箱204?？v向隔板244還可沿其長度限定有開口，以允許液體—固體混合物從中經(jīng)過。如圖18所示，分類系統(tǒng)200可包括細長的中央箱201，而不是用于每個揚水輪210的分開的箱。在這些實施例中，橫向隔板或擋板248可以位于揚水輪之間。橫向隔板248部分延伸橫過中央箱201并限定相應(yīng)揚水輪的箱204。橫向隔板248間隔開以限定從在一端處的混合室22延伸到在其相對端處的出口的串聯(lián)箱204。所述出口可以位于輸出腔內(nèi)，該輸出腔與混合室22相對定位。在一些實施例中，來自箱201的液體溢出所述箱的端壁中的突起或壩并流入到輸出腔中。輸出腔中的開口與流出到尾池(未示出)的軟管或管子連接。
如圖18所示，揚水輪210偏離至少部分隔離揚水輪210與分類流的進入通道246。在這種應(yīng)用中，距混合室22的距離變?yōu)橛绊懝腆w材料的沉淀速度的其中一個主要因素。在一些應(yīng)用中，待分離的液體—固體混合物可以以高流速被引入到進入通道246中。在這種應(yīng)用中，進入通道相對紊流而包圍揚水輪的液體—固體混合物相對平靜以便于沉淀。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，開始被供給到混合室22內(nèi)的聚集體的具體特性可以變化。結(jié)果，在各級獲得必須的分離所需的工藝參數(shù)的確定通常需要在待分離材料的不同批次之間進行調(diào)節(jié)。輪速度的調(diào)節(jié)允許操作員改變在每個揚水輪210處收集到的材料的顆粒尺寸/密度或等級。對于新批次的待分離材料，操作員可以收集由揚水輪210排放的材料的樣本。然后利用篩盤或其它合適的測試方法對該樣本進行測試以確定顆粒尺寸分布?；谠擃w粒尺寸分布，可以增大或減小一個或多個揚水輪210的輪速度，以改變收集到的材料的顆粒尺寸/密度或等級。然后可以對利用新的操作參數(shù)收集的材料進行測試。采用重復處理，可以確定對于每個輪處的材料獲得希望的顆粒尺寸/密度或等級所需的工藝參數(shù)，用于顆粒聚集體供給。
如圖15和圖16所示，側(cè)壁206可包括限定儲存器250的殼體251。殼體251容納在輪210的內(nèi)轂212內(nèi)。在示出的實施例中，殼體251由大致柱形的殼體構(gòu)成，其連接到側(cè)壁206的內(nèi)表面上，然而也可以采用其它形狀。在其它實施例中，殼體251可以由側(cè)壁206中的凹槽形成。進口管252通過側(cè)壁206中的開口254連接到儲存器250。在示出的實施例中，進口管252和儲存器250基本與輪軸線在同一直線上(同軸)。進口管252連接到將水供給到儲存器250內(nèi)的水源，例如水泵(未示出)。與形成儲存器250一端的進口管252相對地布置有一對板。所述板包括內(nèi)板262和外板264。內(nèi)板262限定允許來自儲存器250的水從中退出的多個開口或孔。內(nèi)板262還可包括安裝到其內(nèi)側(cè)以與內(nèi)板262中的開口連通的中空管道或噴嘴266。在其它實施例中，內(nèi)板262具有開口，但不包括噴嘴。此外，可以改變橫過內(nèi)板262的開口的尺寸和形狀。在一些實施例中，進口管252的直徑為1-2″并向直徑為14″的儲存器250供料。在一些示例性實施例中，內(nèi)板262可以定位成與側(cè)壁206相距大約12″以限定儲存器250的深度，且噴嘴266的直徑可以為1/2″。
外板264被固定到輪210的內(nèi)轂212上。如圖15至圖17、圖19和圖21所示，在示出的實施例中，外板264安裝到內(nèi)轂212的同心環(huán)213上。外板264包括圓周導環(huán)268，當輪懸掛在箱204內(nèi)時，該圓周導環(huán)朝向側(cè)壁206向內(nèi)延伸。導環(huán)268的直徑大于內(nèi)板262的直徑，從而在它們附近提供一定間隙。當不在操作中且沒有水從進口管252流出時，外板264抵靠內(nèi)板262定位并由內(nèi)板262局部支撐。由于內(nèi)板262和外板264之間的接觸，被分類的固體材料(例如砂子)通常不能進入儲存器250。如圖19所示，橫向構(gòu)件269將外板264固定到內(nèi)轂212的同心環(huán)213的外部。在導環(huán)268和內(nèi)板262之間提供足夠的間隙，以允許輪210在繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)的過程中上下浮動。
在一些實施例中，內(nèi)板262限定了6個均勻分布的開口。內(nèi)板262中的這些開口的數(shù)量、尺寸和分布可以根據(jù)待施加于輪210上的水壓以及形成水墊和平衡輪210所需的分布而變化。在一些應(yīng)用中，通過內(nèi)板262分配的水應(yīng)使輪平衡以便于其旋轉(zhuǎn)。
在操作過程中，來自進口管252的水填充儲存器250。隨著儲存器250中的水壓增大，水通過噴嘴266被排出且最終通過內(nèi)板262中的開口。通過內(nèi)板262中的開口被排出的水壓靠外板264，推動輪210遠離側(cè)壁206并在輪210和側(cè)壁206之間形成小的緩沖或間隔。形成在輪210和側(cè)壁206之間的間隔被來自儲存器250的水填充，從而當輪210繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)時形成水墊。這個水墊允許輪210在不直接運行在側(cè)壁206上的情況下旋轉(zhuǎn)，從而降低了否則可能出現(xiàn)的摩擦。在不受理論限制的情況下，水通過內(nèi)板262的排放在某些應(yīng)用中可提供水墊或滑水效應(yīng)，從而在內(nèi)板262和外板264之間提供潤滑，由此降低磨損。
由于在內(nèi)板262與外板264上的導環(huán)268之間的間隙，輪210能在導環(huán)268的范圍內(nèi)關(guān)于內(nèi)板262浮動。在一些應(yīng)用中，這個間隙的益處在于，輪210可在沒有緊密公差的情況下被懸掛并繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)，從而簡化了材料分類器202的結(jié)構(gòu)并降低了其制造成本。在一些應(yīng)用中，另一優(yōu)點是由于在例如諸如旋轉(zhuǎn)點的原則性運動部件處不使用緊密公差，因此減少了材料分類器202失速的危險。使用緊密公差會增大失速的危險，因為被分類的砂子或其它固體材料可能會引起堵塞或粘合。在一些應(yīng)用中，失速可能需要操作員手動挖開分類器箱。
圖20中示出了本發(fā)明的替換實施例，其中去除了內(nèi)板262，且類似于外板264的單個板265位于開口254附近用于在水源的壓力作用下將水接收到側(cè)壁中，從而使揚水輪在繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)時能在那附近旋轉(zhuǎn)。在這個實施例中，板265并不像外板246一樣包括有導環(huán)268。在這個實施例中使用橫向構(gòu)件269將板265固定到內(nèi)轂212的同心環(huán)213內(nèi)部。輪210在繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)的過程中可以關(guān)于板265浮動。在沒有導環(huán)268的情況下，輪210的運動自由度會比前文所述的圖15至圖19中示出的實施例更大。在操作過程中，通過來自進口管252的水壓靠板265，在外板264和側(cè)壁206之間形成水墊。
根據(jù)另一示例性實施例，提供了一種用于對包含待分離的固體材料的液體—固體混合物進行分類的材料分類器，其包括箱，限定用于容納液體—固體混合物的儲存器；驅(qū)動帶；和揚水輪，其至少部分地在所述箱內(nèi)并懸掛于所述驅(qū)動帶，以繞輪軸線旋轉(zhuǎn)，該揚水輪包括多個周向間隔開的鏟子，用于在揚水輪的旋轉(zhuǎn)過程中從所述箱鏟起材料且隨后將鏟起的材料從所述箱排出。
根據(jù)另一示例性實施例，提供了一種用于對聚集體材料進行分類的材料分類器，其包括支架；箱，其安裝在所述支架上用于容納聚集體材料和流體的混合物，該箱具有帶有傾斜的面朝上的表面的側(cè)壁；揚水輪，其具有多個徑向延伸的鏟子，用于從所述箱鏟起聚集體材料，該揚水輪位于所述面朝上的表面附近并具有一板，該板大致平行于所述面朝上的表面并面對該表面；懸掛驅(qū)動系統(tǒng)，用于驅(qū)動揚水輪，該懸掛驅(qū)動系統(tǒng)包括固定在所述支架上的一對間隔開的帶引導器和經(jīng)過所述引導器的環(huán)帶，所述揚水輪懸掛于引導器之間的帶，用于沿大致平行于所述面朝上的表面的方向旋轉(zhuǎn)；和加壓流體源，用于向揚水輪的板施加加壓流體，以使輪偏離所述面朝上的表面；所述揚水輪和側(cè)壁這樣布置，使得在使用中所述鏟子將從所述箱鏟起的聚集體材料經(jīng)過側(cè)壁的邊緣排出。
在一些實施例中，揚水輪串聯(lián)布置。
在一些實施例中，揚水輪可以是獨立可控制的，從而允許揚水輪以不同的速度并沿不同的方向旋轉(zhuǎn)。
在一些實施例中，分類系統(tǒng)可包括在所述箱第一端處的進口，用于將液體—固體混合物供給到進入通道內(nèi)；和位于所述箱的相對第二端處的出口，用于接收來自所述箱的溢流。
在一些實施例中，分類系統(tǒng)包括成角度安裝的出料槽，其連接到所述箱的外表面上并與每個揚水輪相對，所述出料槽安裝在所述箱的上邊緣。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種對材料進行分類的方法。根據(jù)一個示例性實施例，提供了一種對材料進行分類的方法，包括下列步驟將液體—固體混合物引入到箱中直到預定填充高度；使揚水輪繞輪軸線旋轉(zhuǎn)以從箱的底部鏟起沉淀的固體材料，所述輪軸線相對于垂直基準以一銳角定位；和使所述揚水輪進一步旋轉(zhuǎn)，從而當鏟起的材料位于所述箱的上邊緣之上時從所述揚水輪排出鏟起的材料。
在一些實施例中，揚水輪相對于垂直基準以大于30度且小于90度的角度旋轉(zhuǎn)。
在一些實施例中，揚水輪相對于垂直基準以大于40度且小于70度的角度旋轉(zhuǎn)。
在一些實施例中，揚水輪相對于垂直基準以大于50度且小于60度的角度旋轉(zhuǎn)。
在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，可以其它具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明的某些修改和變形對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，當前討論的實施例應(yīng)被認為是示例性的而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由后附的權(quán)利要求而不是前文的描述來限定，因此在權(quán)利要求書的等同物的意義和范圍內(nèi)的所有變化都函蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種材料分類器，用于對包含待分離的固體材料的液體—固體混合物進行分類，該材料分類器包括箱，其限定用于容納所述液體—固體混合物的儲存器；和揚水輪，其可旋轉(zhuǎn)地定位在所述箱內(nèi)以繞相對于水平基準傾斜的輪軸線旋轉(zhuǎn)，該揚水輪包括多個周向間隔開的鏟子，用于在所述揚水輪繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)的過程中從所述箱鏟起材料并隨后將鏟起的材料從所述箱排出。
2.如權(quán)利要求1所述的材料分類器，其特征在于，所述輪安裝成允許所述輪軸線關(guān)于大致垂直于所述輪軸線的平面浮動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料分類器，其特征在于，還包括驅(qū)動帶，所述揚水輪至少部分地懸掛于該驅(qū)動帶上；和驅(qū)動器，其操作地連接至所述驅(qū)動帶，用于驅(qū)動所述驅(qū)動帶以使所述揚水輪繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的材料分類器，其特征在于，所述驅(qū)動帶包括驅(qū)動鏈，所述驅(qū)動器包括從動鏈輪和被動鏈輪，所述從動鏈輪和被動鏈輪以大于所述揚水輪外徑的距離彼此橫向偏離并位于高于所述輪軸線的位置處，從而允許所述揚水輪懸掛于其上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的材料分類器，其特征在于，所述箱包括鄰近所述揚水輪的下側(cè)的側(cè)壁，該側(cè)壁大致垂直于所述輪軸線延伸，所述側(cè)壁包括上邊緣，所述鏟子當旋轉(zhuǎn)得高于所述上邊緣時經(jīng)過該上邊緣排出被鏟起的固體材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的材料分類器，其特征在于，所述側(cè)壁限定用于接收來自水源的水的開口，所述材料分類器還包括一板，該板安裝在所述揚水輪上并位于所述開口附近用于在來自所述水源的壓力下接收水。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的材料分類器，其特征在于，所述揚水輪包括內(nèi)轂，所述鏟子從該內(nèi)轂徑向延伸，所述板固定到所述揚水輪的所述內(nèi)轂上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的材料分類器，其特征在于，還包括殼體，其限定用于接收水的儲存器，該殼體具有與側(cè)壁中的開口連通的第一端；內(nèi)板，其安裝到所述殼體的第二端以形成該殼體的封閉端，所述內(nèi)板限定多個從中貫通的開口；和外板，其固定到所述揚水輪上并位于所述內(nèi)板附近，從而使得當所述揚水輪繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)時，所述揚水輪能在那附近旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的材料分類器，其特征在于，所述揚水輪包括內(nèi)轂，所述鏟子從該內(nèi)轂徑向延伸，所述外板固定到該內(nèi)轂上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的材料分類器，其特征在于，還包括中空管道，這些中空管道以與所述內(nèi)板中的開口流通的方式安裝到所述內(nèi)板的內(nèi)表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的材料分類器，其特征在于，還包括多個間隔開的輥，它們在一端處可旋轉(zhuǎn)地安裝到所述揚水輪上并從該處徑向延伸，所述輥這樣被定位，從而在所述揚水輪繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)的過程中使所述輥在所述箱的側(cè)壁上滾動。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的材料分類器，其特征在于，所述輪軸線相對于垂直基準的角度大于30度且小于60度。
13.一種分類系統(tǒng)，用于對包含待分離的固體材料的液體—固體混合物進行分類，該分類系統(tǒng)包括箱，其限定用于容納所述液體—固體混合物的儲存器；第一揚水輪，其可旋轉(zhuǎn)地定位在所述箱內(nèi)以繞一輪軸線旋轉(zhuǎn)，該第一揚水輪包括多個周向間隔開的鏟子，用于在所述第一揚水輪繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)的過程中從所述箱鏟起材料并隨后將鏟起的材料從所述箱排出；和第二揚水輪，其可旋轉(zhuǎn)地定位在所述箱內(nèi)以繞一輪軸線旋轉(zhuǎn)，該第二揚水輪包括多個周向間隔開的鏟子，用于在所述第二揚水輪繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)的過程中從所述箱鏟起材料并隨后將鏟起的材料從所述箱排出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的分類系統(tǒng)，其特征在于，還包括第三揚水輪，其可旋轉(zhuǎn)地定位在所述箱內(nèi)以繞一輪軸線旋轉(zhuǎn)，該第三揚水輪包括多個周向間隔開的鏟子，用于在所述第三揚水輪繞其輪軸線旋轉(zhuǎn)的過程中從所述箱鏟起材料并隨后將鏟起的材料從所述箱排出。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的分類系統(tǒng)，其特征在于，所述揚水輪中至少一個的輪軸線相對于水平基準以一銳角定位。
16.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的分類系統(tǒng)，其特征在于，所述揚水輪中每一個的輪軸線相對于水平基準以一銳角定位。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項所述的分類系統(tǒng)，其特征在于，所述箱包括鄰近所述揚水輪的下側(cè)的側(cè)壁，該側(cè)壁大致垂直于所述揚水輪的輪軸線延伸，所述側(cè)壁包括上邊緣，所述鏟子當旋轉(zhuǎn)得高于該上邊緣時經(jīng)過該上邊緣排出被鏟起的固體材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的分類系統(tǒng)，其特征在于，還包括容納在所述箱內(nèi)的縱向延伸隔板，該縱向隔板與所述揚水輪相對布置并限定用于接收所述液體—固體混合物的進口通道。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的分類系統(tǒng)，其特征在于，所述縱向隔板大致平行于所述側(cè)壁延伸。
20.一種對材料進行分類的方法，該方法包括下列步驟將液體—固體混合物引入到箱中至預定填充高度；使揚水輪繞一輪軸線旋轉(zhuǎn)以從所述箱的底部鏟起沉淀的固體材料，該輪軸線相對于垂直基準以一銳角定位；和使所述揚水輪進一步旋轉(zhuǎn)，從而當鏟起的材料超出所述箱的上邊緣時將鏟起的材料從所述揚水輪排出。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述揚水輪相對于所述垂直基準以大于30度且小于60度的角度旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
提供了一種用于對包含待分離的固體材料的液體－固體混合物進行分類的材料分類器。該材料分類器包括限定用于容納所述液體－固體混合物的儲存器的箱；和揚水輪，其包括多個周向間隔開的鏟子，用于在揚水輪的旋轉(zhuǎn)過程中從所述箱鏟起材料并隨后將鏟起的材料從所述箱排出。還提供了分類系統(tǒng)和對材料進行分類的方法。
文檔編號B03B5/48GK1878614SQ200480032944
公開日2006年12月13日 申請日期2004年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月10日
發(fā)明者托爾·J·約翰森 申請人:托爾環(huán)球企業(yè)有限公司