水力旋流器分级原理
水力旋流器工作原理
水力旋流器工作原理水力旋流器是一种常用的分离设备，主要用于固液或者液液分离。
它通过利用液体在旋转过程中产生的离心力和离心力的不同，将固体颗粒或者液体分离出来。
下面将详细介绍水力旋流器的工作原理。
1. 原理概述水力旋流器的工作原理基于液体在旋转过程中的离心力。
当液体通过旋流器时，由于旋转速度的不同，离心力也会不同。
固体颗粒或者液体味在离心力的作用下沿着旋流器的轴向挪移，并最终分离出来。
较重的固体颗粒会沉降到旋流器的底部，而较轻的液体则会从旋流器的顶部排出。
2. 结构组成水力旋流器通常由进料管、旋流器筒体、旋流器锥体、溢流管和底部废渣排出口等组成。
进料管将待分离的液体引入旋流器，旋流器筒体内部设置有旋流器锥体，通过锥体的作用，使液体形成旋涡流动。
溢流管用于排出较轻的液体，底部废渣排出口用于排出较重的固体颗粒。
3. 工作过程当液体从进料管进入旋流器时，由于旋流器锥体的作用，液体开始形成旋涡流动。
在旋涡流动的过程中，由于离心力的作用，固体颗粒会沿着旋流器的轴向挪移，并最终沉降到旋流器的底部。
较轻的液体则会沿着旋流器的中心轴上升，并通过溢流管排出旋流器。
这样，固体颗粒和液体得以有效分离。
4. 影响分离效果的因素水力旋流器的分离效果受到多种因素的影响，包括旋流器的结构参数、液体的性质、进料流量和旋流器的旋转速度等。
其中，旋流器的结构参数如锥体的角度和长度等会直接影响分离效果。
液体的性质如粘度和密度等也会对分离效果产生影响。
进料流量和旋流器的旋转速度则会影响分离的速度和效果。
5. 应用领域水力旋流器广泛应用于石油、化工、冶金、环保等行业。
在石油行业中，水力旋流器常被用于油水分离，可以将含油废水中的固体颗粒和油分离出来，达到净化水质的目的。
在化工行业中，水力旋流器可以用于分离液体混合物中的不同成份，提高产品的纯度和质量。
在冶金行业中，水力旋流器可以用于分离矿石中的杂质，提高矿石的品位。
在环保行业中，水力旋流器可以用于处理废水和废气，实现固液或者液液分离，减少污染物的排放。
水力旋流器分级原理
水力旋流器分级原理水力旋流器最早在20世纪30年代末在荷兰出现。
水力旋流器是利用回转流进行分级的设备，并也用于浓缩、脱水以致选别。
它的构造很简单，如图3-16(a)、(b)所示。
主要是由一个空心圆柱体1和圆锥2连接而成。
圆柱体的直径代表旋流器的规格，它的尺寸变化范围很大，由50 mm到1000 non，通常为125~500 oun。
在圆柱体中心插入一个溢流管5，沿切线方向接有给矿管3，在圆锥体下部留有沉砂口4。
矿浆在压力作用下，沿给矿管给入旋流器内，随即在圆筒臃器壁限制下作回转运动。
粗颗粒因惯性离心力大而被抛向器壁，并逐渐向下流动由底部排出攻为沉砂。
细颗粒向器壁移动舶速度较小，被朝向中心流动的液体带动由中心溢流管排出，成为溢流。
水力旋流器是一种高效率的分级、脱泥设备，由于它的构造简单，便于制造，处理量大，在国内外已广泛使用。
它的主要缺点是消耗动力较大，且在高压给矿时磨损严重。
采用新的耐磨材料，如硬质合金、碳化硅等制作沉砂口和给矿口的耐磨件，可部分地解决这一问题。
此外，当用于闭路磨矿的分级时，因其容积小，对矿量波动没有缓冲能力，不如机械分级机工作稳定。
为明了矿物颗粒在旋流器内的分离过程，有必要先说明液流的运动特性。
矿浆给入旋流器后呈螺旋线状，一面回转一面向中心推移，最后由上下两端排出，如图3-17所示。
矿浆的这种流动属于空间运动体系，为此要查明液流的速度分布，须将旋流器内任一点的速度分解为三个互相垂直的方向，即切线方向、径向方向和平行于轴线的方向。
盖勒萨尔(D.F.Kel阻Ⅱ，1952年)曾以内径76 nun的透明水力旋流器，用光学方法观测加入水中的铝粉运动速度，在给水量约为50 L/min条件下，得到了下述三个方向速度的变化规律。
液体进入旋流器的初期沿轴向的运动方向基本是向下的，但由于下面的流动断面愈来愈小，内层矿浆即转而向上流动。
将轴向速度方向的转变点u.=0连接起来，可得到一个空间圆锥面，即图3-21中虚线AB所围成的锥形面。
水力分级旋流器的工作因素及对生产的影响
水力分级旋流器的操作因素及对生产的影响从理论与生产实践证明：在小直径水力分级旋流器组的结构参数不变的情况下，其受入料压力、入料量、浓度的影响较大。
一、工作原理水力旋流器的分级原理：矿浆在一定的压力下通过切线方向进料口给入旋流器，于是在旋流器内形成一个回转流。
在旋流器中心处矿浆回转速度达到最大，因而产生的离心力也最大。
矿浆向周围扩散运动的结果，在中心轴周围形成了一个低压带。
此时通过底流口吸入空气，而在中心轴处形成一个低压空气柱。
可以得出作用于旋流器内矿粒的离心力与质量的关系：R v m F 2= ————（1）V m ρ= ————（2）R V F 2νρ=⇒ ————（3）F ——————矿粒受到的离心力，N;m ——————矿粒质量,Kg ；v ——————入料速度，m/s;R ——————旋流器半径，m ；由上面关系可以得出：作用于旋流器内矿粒的离心力与矿粒的质量成正比，在矿粒密度接近时可按粒度大小分级。
二、操作因素的影响（1）、入料压力是旋流器工作的重要参数。
提高入料压力，可以增大矿浆流速，物料所受离心力增大，可以提高分级效率和底流浓度，但通过增大压力来降低分级粒度收效甚微，动能消耗却大幅度增加，旋流器整体特别是底流嘴磨损更加严重。
（2） 入料量：增大入料量，分级粒度变粗，减小入料量，分级粒度变细。
（3） 浓度：当旋流器尺寸和压力一定时，入料浓度对溢流粒度及分级效率有重要影响。
入料浓度高，流体的粘滞阻力增加，分级粒度变粗，分级效率降低。
（4）、入料粒度：入料粒度的变化会明显地影响水力旋流器的分级效果。
在其它参数不变时，入料中小于分级粒度的物料含量少时，则底流中的细粒含量少，浓度高，而溢流中的粗颗粒含量增加，旋流器的分级效率下降；当入料中接近分级粒度的物料多时，则底流中的细粒物料多，溢流中的粗粒物料多，分级效果下降。
三、实际生产状况 在生产实际过程中，主要存在精煤粗煤泥灰分波动大、小直径旋流器入料压力不稳、浮选跑粗等问题。
水力分级旋流器在我国选煤厂的应用范围及研究方向
水力分级旋流器在我国选煤厂的应用范围及研究方向谢登峰(天地科技股份有限公司唐山分公司,河北唐山 063012)摘 要:介绍了水力分级旋流器的工作原理及在选煤厂中的应用范围,并指出了它在现场应用中存在的问题,认为今后对水力分级旋流器的分选工艺和结构参数的研究将主要采用计算流体动力学模型。
关键词:选煤厂;水力分级旋流器;应用;研究中图分类号:T D454 文献标识码:A 文章编号:100528397(2009)0620024203收稿日期:2009210227作者简介:谢登峰(1979—),男,河南商水人,2003年毕业于中国矿业大学化工学院矿物加工工程专业,工学学士,天地科技股份有限公司唐山分公司设计工程中心工程师,电话:0315-7759040。
水力分级旋流器是一种离心分离设备,它是在离心力作用下根据两相或多相之间的密度差来实现分离的。
由于离心力场的强度较重力场大得多,因此水力旋流器比重力分离设备的分离效率要大得多[1]。
作为一种高效的浓缩分级设备,它具有处理量大、效率高、体积小、无运动部件、性能稳定等优点,已被广泛应用于化工、冶金、石油等众多工业领域。
因其能够对煤泥水进行有效分级、浓缩,并且结构简单、维护方便,进而在选煤厂生产中得以广泛应用。
1 工作原理水力分级旋流器结构如图1所示,旋流器主体由圆筒和圆锥两部分连接组成。
在圆筒壁上沿切线方向装设给料管,顶部设溢流管,圆锥下部设置底流口。
当矿浆以一定压头切线给入旋流器时,在旋流器内形成旋流力场,受离心力的作用,粗颗粒物料被甩向器壁,并沿器壁螺旋向下运动,最终由底流口排出;细颗粒物料的运动主要受流体支配,先是在锥体中心外侧向下运动,到达下部时与位于锥体中央的上升流混合,上行至溢流口排出。
溢流以细粒级为主(低浓度物),底流以粗粒级为主(高浓度物),从而实现粗细颗粒的分级、浓缩。
图1 水力旋流器简图2 应用环境当前选煤工艺应用较为广泛的粗煤泥分级、浓缩设备主要有角锥沉淀池、倾斜板沉淀槽及水力分级旋流器。
水力旋流器结构参数的特点
水力旋流器结构参数的特点水力旋流器的设计是采用最基本的分离原理—“离心沉降”，即使悬浮的颗粒在离心加速度的作用下从液体中分离出来。
可以用于分离、浓缩、脱泥、分选，也可用作分级作业。
水力旋流器分级原理水力旋流器分级原理是：当矿浆以一定的压力呈切线方式给入旋流器后，在筒体内部形成绕中轴旋转的液流，朝中心溢流管和沉砂口所在的中心部位运动，从溢流管和沉砂口中排出。
由于高速旋转，内部形成真空，自沉砂口中吸入空气，液流中央为空气柱。
旋流器液流中各点的运动速度，可以分解为切向、径向和轴向三个方向的速度。
外部区域，液流旋转着向下运动，从沉砂口中排出；内部区域则旋转着向上运动，由溢流管中流出。
在旋转运动的矿浆流中，在离心力作用下，其中的矿粒向着旋流器壁运动，同时受到向内运动液流径向速度的作用。
水力旋流器的结构参数水力旋流器在工作工程中，其结构参数和相应的性能指标变化范围非常大，如果水力旋流器的直径在10～2500mm间变化，那么分离粒度则在2～250μm间变化。
在水力旋流器的设计及选用过程中，还要考虑到水力旋流器的结构参数、操作参数、进料性质等问题。
水力旋流器的结构参数主要是指给料浓度和给料压力。
降低给料浓度可以提高分级效率并降低分离粒度。
这是由于在稀薄浆液中颗粒的离心沉降速度增大且减少了颗粒间的干扰所致。
高浓度给料常导致分级效率降低，溢流颗粒变粗。
增大给料压力，处理量将随压力的平方根增加。
但对分离粒度的影响不大。
压关于操作参数主要是指给料浓度和给料压力。
降低给料浓度可以提高分级效率并降低分离粒度。
这是由于在稀薄浆液中颗粒的离心沉降速度增大且减少了颗粒间的干扰所致。
高浓度给料常导致分级效率降低，溢流颗粒变粗。
增大给料压力，处理量将随压力的平方根增加。
但对分离粒度的影响不大。
目的在于获得高浓度沉砂供下步作业应用，应采用大直径、大锥角旋流器，并适当减小沉砂口和在高浓度条件下工作。
<p>水力旋流器的设计是采用最基本的分离原理—“离心沉降”，即使悬浮的颗粒在离心加速度的作用下从液体中分离出来。
水力旋流器的原理
水力旋流器的原理
水力旋流器是一种利用液体旋转流动的力学原理来分离物质的设备，其工作原理如下：
1. 水进入旋流器：水力旋流器由一个入口管和一个漩涡室组成。
水通过入口管进入旋流器，并在漩涡室中形成旋转流动。
2. 旋转流动的效应：由于旋转流动的效应，水中的砂、泥、小颗粒等较重的固体物质会被甩向旋流器的外壁，形成一个旋流区域。
3. 固体物质分离：旋流器内部的压力梯度使得固体物质靠近旋流器的外壁而趋于静止，而较轻的液体则在旋流器内部形成中心旋涡。
4. 固体物质排出：固体物质在旋流器的外壁上沉积，逐渐形成一个下沉区域。
随着固体物质的积累，它们会自然下滑到旋流器的底部，并通过排泥口排出旋流器。
5. 液体的排出：轻质液体一般位于旋流器的中心部位，在旋转的过程中形成一个中心涡流。
中心涡流会将轻质液体推向旋流器的出口，最后通过出口管排出旋流器。
总结起来，水力旋流器通过液体旋转流动的效应，利用固体物质的重力和离心力
的差异，将固体和液体分离并分别排出。
这种原理使得水力旋流器在液体固液分离、固液分级、固液分类以及溶解气体的除去等方面具有较高的效率和应用价值。
水力旋流器
水力旋流器目录水力旋流器构造及原理：流体运动的基本形式单元参数设计技术参数：水力旋流器简史水力旋流器水力旋流器水力旋流器[1]是利用离心力来加速矿粒沉降的分级设备，它需要压力给矿，故消耗动力大，但占地面积小、价格便宜，处理量大，分级效率高，可获得很细的溢流产品，多用于第二段闭路磨矿中的分级设备。
水力旋流器是用于分离去除污水中较重的粗颗粒泥砂等物质的设备。
有时也用于泥浆脱水。
分压力式和重力式两种，常采用圆形柱体构筑物或金属管制作。
水靠压力或重力由构筑物（或金属管）上部沿切线进入，在离心力作用下，粗重颗粒物质被抛向器壁并旋转向下和形成的浓液一起排出。
较小的颗粒物质旋转到一定程度后随二次上旋涡流排出。
构造及原理：水力旋流器由上部一个中空的圆柱体，下部一个与圆柱体相通的倒椎体，二者组成水力旋流器的工作筒体。
除此，水力旋流器还有给矿管，溢流管，溢流导管和沉砂口。
水力旋流器用砂泵（或高差）以一定压力（一般是0.5～2.5公斤/厘米）和流速（约5～12米/秒）将矿浆沿切线方向旋入圆筒，然后矿浆便以很快的速度沿筒壁旋转而产生离心力。
通过离心力和重力的作用下，将较粗、较重的矿粒抛出。
水力旋流器在选矿工业中主要用于分级、分选、浓缩和脱泥。
当水力旋流器用作分级设备时，主要用来与磨机组成磨矿分级系统；用作脱泥设备时，可用于重选厂脱泥；用作浓缩脱水设备时，可用来将选矿尾矿浓缩后送去充填地下采矿坑道。
水力旋流器无运动部件，构造简单；单位容积的生产能力较大，占面积小；分级效率高（可达80%～90%），分级粒度细；造价低，材料消耗少。
悬浮液以较高的速度由进料管沿切线方向进入水力旋流器，由于受到外筒壁的限制，迫使液体做自上而下的旋转运动，通常将这种运动称为外旋流或下降旋流运动。
外旋流中的固体颗粒受到离心力作用，如果密度大于四周液体的密度（这是大多数情况），它所受的离心力就越大，一旦这个力大于因运动所产生的液体阻力，固体颗粒就会克服这一阻力而向器壁方向移动，与悬浮液分离，到达器壁附近的颗粒受到连续的液体推动，沿器壁向下运动，到达底流口附近聚集成为大大稠化的悬浮液，从底流口排出。
水力旋流器
水力旋流器
水力旋流器作为一种常见的分离分级设备，其工作原理是离心沉降。
当待分离的两相（或三相）混合液以一定压力从旋流器周边切向进入旋流器内后，产生强烈的三维椭圆形强旋转剪切涡流运动。
由于粗颗粒（或重相）与细颗粒（或轻相）之间存在着粒度差（或密度差），其受到的离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大部分粗颗粒（或重相）经旋流器底流口排出，而大部分细颗粒（或轻相）由溢流管排出，从而达到分离分级的目的。
应用于固液分离、液气分离、固固分级、固固分离、液液分离、液气固三相分离。
水力旋流器的核心部件是旋流子，它是一个带有圆柱部分的锥形容器。
锥体上部内圆锥部分叫液腔。
圆锥体外侧有一进液管，以切线方向和液腔连通。
容器的顶部是上溢流口，底部是底流口（也叫排料口）。
一个空心的圆管沿旋流器轴线从顶部延伸到液腔里，这个圆管称为溢流管，也叫旋流定向器。
其内部形成的上溢流通道，以便稀浆上溢排出。
旋流器的尺寸由锥体的最大内径决定。
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水力旋流器分级原理
水力旋流器最早在20世纪30年代末在荷兰出现。
水力旋流器是利用回转流进行分级的设备，并也用于浓缩、脱水以致选别。
它的构造很简单，如图3-16(a)、(b)所示。
主要是由一个空心圆柱体1和圆锥2连接而成。
圆柱体的直径代表旋流器的规格，它的尺寸变化范围很大，由50 mm到1000 non，通常为125~500 oun。
在圆柱体中心插入一个溢流管5，沿切线方向接有给矿管3，在圆锥体下部留有沉砂口4。
矿浆在压力作用下，沿给矿管给入旋流器内，随即在圆筒臃器壁限制下作回转运动。
粗颗粒因惯性离心力大而被抛向器壁，并逐渐向下流动由底部排出攻为沉砂。
细颗粒向器壁移动舶速度较小，被朝向中心流动的液体带动由中心溢流管排出，成为溢流。
水力旋流器是一种高效率的分级、脱泥设备，由于它的构造简单，便于制造，处理量大，在国内外已广泛使用。
它的主要缺点是消耗动力较大，且在高压给矿时磨损严重。
采用新的耐磨材料，如硬质合金、碳化硅等制作沉砂口和给矿口的耐磨件，可部分地解决这一问题。
此外，当用于闭路磨矿的分级时，因其容积小，对矿量波动没有缓冲能力，不如机械分级机工作稳定。
为明了矿物颗粒在旋流器内的分离过程，有必要先说明液流的运动特性。
矿浆给入旋流器后呈螺旋线状，一面回转一面向中心推移，最后由上下两端排出，如图3-17所示。
矿浆的这种流动属于空间运动体系，为此要查明液流的速度分布，须将旋流器内任一点的速度分解为三个互相垂直的方向，即切线方向、径向方向和平行于轴线的方向。
盖勒萨尔(D.F.Kel阻Ⅱ，1952年)曾以内径76 nun的透明水力旋流器，用光学方法观测加入水中的铝粉运动速度，在给水量约为50 L/min条件下，得到了下述三个方向速度的变化规律。
液体进入旋流器的初期沿轴向的运动方向基本是向下的，但由于下面的流动断面愈来愈小，内层矿浆即转而向上流动。
将轴向速度方向的转变点u.=0连接起来，可得到一个空间圆锥面，即图3-21中虚线AB所围成的锥形面。
此面称做轴向零速包络面。
包络面外的矿浆向下运动，除一部;分因形成回流转入到内层外，多数是由沉砂口排出。
内层矿浆则基本向屯由溢流管排出。
只是在溢流管口以上的液体因不能从顶部排出而向下回流。
如果溢流管插入深度过小，这部分矿浆即构成短路流出，结果一些粗颗粒也被带入溢流中。
除这一情况外，进入溢流的基本为零速包络面以内的矿浆。
故该包络面的空间位置在很大程度上决定了分级粒度的大小。
因此，在进行粗分级时常选用较大直径旋流器;在细分级时则用小直径旋流器。
如果后者处理能力不够用，可以将多台组装在一起使用。
旋流器的给矿口和溢流管相当于两个窄口通道，增大其中任何一个断面积均可使矿浆体积处理量接近于成正比增加。
但此时溢流粒度将变粗，分级效率也要下降。
为了提高分级效率和降低分级粒度，给矿口和溢流管直径应相对于圆柱体取小的比例值。
沉砂口是旋流器中最易磨损的部件，常因磨耗而增大了排出口面积，:使沉砂产量增大，浓度降低。
但此时对给矿体积影响并不大。
沉砂口的大小与溢流管直径配合调整，是改变分级粒度的有效手段。
锥角的大小影响矿浆向下流动的阻力和分级自由面的高度。
一般来说细分级或脱水用的旋流器采用较小锥角，最小达到10。
~ 15。
;粗分级或浓缩用时采用较大锥角，多为20。
一45。
旋流器的圆柱体高h，对处理能力无大影响，但对分级效率和分级粒度则有一定的关系。
增大圆柱体高度与减小锥角的效果大致相同，可以使分级粒度变细并提高分级效率。
溢流管的插人深度一般接近于圆柱体高度，但当凶枉体局度超过它的直径较多时，并可降低该值。
为了避免矿浆短路流动，溢流管口的下缘应距给矿口有足够距离。
旋流器的操作乍参数包括给矿压力、矿石粒度组成、给矿浓度以及溢流和沉砂的排出方式等。
给矿压力是影响旋流器处理能力的重要参数，并在较小程度上影响分级粒度。
此外给矿压力还关系到分级效率和沉砂的浓度。
提高给矿压力，矿浆的流速增大，黏度的影响减小，分级效果可以得到改善，沉砂浓度也会提高。
但是带来的问题是沉砂口磨损增大，其他易耗件更换也频繁。
所以在处理粗粒原料时，只要有可能总是愿意采用低压力(0.05~O.1 MPa)操作;而在处理矿泥及细粒原料时，则应采用高压力(O. 1~0.3 MPa)给矿。
给矿粒度组成和给矿浓度对分级效率和产物浓度有重要影响。
在给矿压力足够高时，给矿浓度主要影响溢流浓度，而对沉砂影响较小。
但给矿浓度对分级效率却影响较大，分级粒度愈细，给矿浓度应愈低。
例如我国的锡矿重选厂由试验得出，当分级粒度为0.075 mm时，给矿浓度以10% ~20%为宜;分级粒度为0.019 nun时，浓度应取5% ~10%。
处理含泥量大或微细原料时并应采用较高给矿压力或以小直径旋流器多台并联工作。
用于分级的旋流器最佳工作状，应是沉砂呈伞状喷出，伞的中心保留有不大的空气吸入孔。
空气在向上流动的同时带动内层矿浆由溢流管排出。
因而有利于提高分级效率;此时的伞面夹角不宜过大，以刚能散开为宜。
旋流器用于浓缩时沉砂可取绳状排出，这样的沉砂浓度最高。
而在用于脱水时，可令沉砂以最大角度的伞状排出，这样的沉砂浓度最低。
相应可获得含固体量最多的溢流。
旋流器工作参数的选择，多数情况是参照类似选厂的经验数据进行。
C水力旋流器的配置和操作调整
在选矿厂旋流器可以代替机械分级机与磨矿机组成闭路工作，亦可代替水力分级机或分泥斗进行选别前的分级和脱泥。
水力旋流器还可与浓密机配合.T作-丽失脱出部分固体沉砂，以减轻浓密机负荷。
不同用途的旋流器结构参数和作业条件差别很大。
我国的系列规格直径由100 arrn到500 oan不等，主要供分级作业使用，特殊用途的旋流器多是自行设计制造。
旋流器的安装方法多是垂直放置，但实际上亦可卧置、斜置或倒置。
倒置的旋流器沉砂中细粒级减少，分级效率还有所提高。
三种给矿方式中，第一种最为理想，但多数选厂难以有这种工作条件，第三种足人为造成第一种条件，照样可以保持压头稳定，但只能在低压给矿时使用，因为设置稳压箱的厂房难得有很大高差。
第二种给矿方式可有效地利用动力，管路少，便于维护，只要有适当的给矿控制装置，经济技术效果比第三种优越。
旋流器工作起来磨损是很厉害的，因此常需加耐磨衬里。
所用材质有橡胶、辉绿岩铸铸石及硬质陶瓷等。
在沉砂口、溢流管的筒内段及给矿口等易磨损部分还需制成可更换件。
为了保持沉砂口直径尽量少变，亦可将沉砂口制成可变的结构，图3-23(a)是其中的一种，它采用厚的耐磨橡胶制成，在橡胶与外壁间留有空隙，内中充满高压液体。
借助于手动或机械力推动液体可以补偿因磨损而增大的沉砂口径。
这项调控还可自动地进行，如图3-23(b)所示，在旋流器中心插入一个测定真空度的探测管，当沉砂口增大时，中央空气柱的真空度降低，由探测管反映到检测系统通过执行机构增加机械推力，即可紧缩沉砂口的大小。