水力旋流器

在正常生產(chǎn)的水力旋流器中，流體的運(yùn)動(dòng)形式分為以下幾種。

外旋流和內(nèi)旋流

外旋流和內(nèi)旋流是水力旋流器運(yùn)動(dòng)的主要形式，它們的旋轉(zhuǎn)方向相同，但其 運(yùn)動(dòng)方向相反。外旋流攜帶粗而重的固體物料由沉砂口排出，為沉砂產(chǎn)物;內(nèi)旋流攜帶細(xì)而輕的固體物料有溢流口排出，為溢流產(chǎn)物。具體如圖所示

短路流

給入旋流器的兩相流體，由于其器壁的摩擦阻力作用，其中一部分先向上再沿頂蓋下表面向內(nèi)，又沿旋渦溢流管外壁向下運(yùn)動(dòng)，最后同內(nèi)旋流匯合由溢流管的溢流口排出。這部分蓋下流就是通常所說的短路流，由于其直接進(jìn)入溢流產(chǎn)物，未經(jīng)分離作用，故而直接影響分離效果。

循環(huán)流

從外旋流以螺線渦形式內(nèi)遷到內(nèi)旋流的兩相流體，由于溢流管的溢流口來不及將其全部排出，其中未被排出的部分流體將在旋流器的旋渦溢流管與器壁之間的空間，作由下而上再由上而下的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，形成循環(huán)流。

零速包絡(luò)面

由于外旋流和內(nèi)旋流的流體運(yùn)動(dòng)方式不同，而且內(nèi)旋流是由外旋流運(yùn)動(dòng)過程中逐漸內(nèi)遷形成，那么其中必有軸向速度等于零的跡點(diǎn)。旋流器正常分離過程中，流體軸向速度為零的軌跡叫零速包絡(luò)面。零速包絡(luò)面是循環(huán)流的中心線，也是內(nèi)旋流和外旋流的分界線。結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的旋流器，其零速包絡(luò)面的形狀和大小基本不變。

最大切線速度軌跡面

給入旋流器的兩相流體，以外旋流以螺線渦形式向內(nèi)旋流內(nèi)遷的過程中，其流體質(zhì)點(diǎn)的切線速度有一最大值，即最大切線速度。正常工作時(shí)，旋流器中流體質(zhì)點(diǎn)最大切線速度的軌跡叫最大切線速度軌跡面。

空氣柱

給入旋流器的兩相流體，以螺線渦運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨著旋轉(zhuǎn)半徑的逐漸減小，其質(zhì)點(diǎn)切線速度越來越大，當(dāng)達(dá)到某一數(shù)值時(shí)將形成低于外部空間壓力的負(fù)壓區(qū)。進(jìn)入負(fù)壓區(qū)的流體將會(huì)從中析出空氣，與此同時(shí)外部空間的空氣亦會(huì)通過排出口 (沉砂口和溢流口) 進(jìn)入負(fù)壓區(qū)形成空氣柱。

水力旋流器是用于分離去除污水中較重的粗顆粒泥砂等物質(zhì)的設(shè)備。有時(shí)也用于泥漿脫水。分壓力式和重力式兩種，常采用圓形柱體構(gòu)筑物或金屬管制作。水靠壓力或重力由構(gòu)筑物(或金屬管)上部沿切線進(jìn)入，在離心力作用下，粗重顆粒物質(zhì)被拋向器壁并旋轉(zhuǎn)向下和形成的濃液一起排出。較小的顆粒物質(zhì)旋轉(zhuǎn)到一定程度后隨二次上旋渦流排出。

水力旋流器單元參數(shù)包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)。

結(jié)構(gòu)參數(shù)

(1) 水力旋流器直徑:水力旋流器直徑主要影響生產(chǎn)能力和分離粒度的大小。一般說來，生產(chǎn)能力和分離粒度隨著水力旋流器直徑增大而增大。

(2) 入料管直徑Di:入料口的大小對(duì)處理能力、分級(jí)粒度及分級(jí)效率均有一定影響。入料管直徑增大，分級(jí)粒度變粗，其直徑與旋流器直徑呈一定比例，Di=(0.2- 0.26)D。

(3) 錐體角度:增大錐角，分級(jí)粒度變粗，減小錐角，分級(jí)粒度變細(xì)。一般來說對(duì)細(xì)粒級(jí)物料分級(jí)，采用較小錐角的旋流器，通常取10~15°;粗粒級(jí)分級(jí)和濃縮用旋流器一般采用較大的錐角，通常在20~45°。水力旋流器內(nèi)的流體阻力隨著錐角的增大而增大。在同一進(jìn)口壓力下，由于流體阻力增大，其生產(chǎn)能力要減小。分離粒度隨其錐角的增大而增大，總分離效率降低，而底流中混入的細(xì)顆粒較少。

(4) 溢流管直徑:增大溢流管直徑，溢流量增大，溢流粒度變粗，底流中細(xì)粒級(jí)減少，底流濃度增加。根據(jù)筒體直徑確定溢流管直徑，取值范圍Do=(0.2- 0.4)D，溢流管內(nèi)徑是影響水力旋流器性能的一個(gè)最重要的尺寸，它的變化會(huì)影響到水力旋流器所有的工藝指標(biāo)。當(dāng)進(jìn)口壓力不變，在一定范圍內(nèi)，旋流器的生產(chǎn)能力近似正比于溢流管直徑。

(5) 溢流管插入深度:溢流管插入深度是溢流管插入到旋流器內(nèi)部一節(jié)長度，指的是溢流管底部到旋流器頂蓋的距離。減小溢流管插入深度，分級(jí)粒度變細(xì);增大溢流管插入深度，分級(jí)粒度變粗;通常溢流管插入深度h=(0.3-0.7)D。

(6) 溢流管壁厚:研究表明:溢流管壁厚增加，可以在某種程度上提高旋流器的分離效率，并降低其內(nèi)部能量損失，而且還能提高水力旋流器的生產(chǎn)能力。

(7) 進(jìn)料口斷面尺寸:進(jìn)料口的形狀和尺寸對(duì)其生產(chǎn)能力、分離效率等工業(yè)指標(biāo)有重要的影響。進(jìn)料口的作用主要是將作直線運(yùn)動(dòng)的液流在柱段進(jìn)口處轉(zhuǎn)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)。進(jìn)料口按照截面形狀可以分為圓形和矩形兩種。

(8) 底流口直徑(d):底流口直徑增大，分級(jí)粒度變細(xì)，底流口直徑減小，分級(jí)粒度變粗。根據(jù)旋流器直徑確定底流口直徑，取值范圍d= (0.15- 0.25)D，底流口是旋流器中最易磨損的部位。底流口直徑的增大，會(huì)使水力旋流器的生產(chǎn)能力相應(yīng)的增大，但其影響比進(jìn)料口尺寸及溢流管直徑的影響相對(duì)來說小一些。

(9) 內(nèi)表面粗糙度及裝配精度:水力旋流器的內(nèi)表面粗糙度及裝配精度對(duì)其生產(chǎn)能力、分離效率等性能參數(shù)的影響較小，但是在生產(chǎn)實(shí)踐及研究發(fā)現(xiàn)，水力旋流器的內(nèi)表面內(nèi)襯鑫海耐磨橡膠，耐磨防腐，比較光滑，將會(huì)增大流動(dòng)阻力，同時(shí)分離效率也有所增加，同時(shí)采用較粗糙內(nèi)壁的水力旋流器，其流動(dòng)阻力將會(huì)降低，同時(shí)底流量增大。

(10) 進(jìn)料粘度:分離粒徑和進(jìn)料粘度的平方根成正比，亦即進(jìn)料粘度的增加會(huì)導(dǎo)致分離粒徑的增大。水力旋流器的生產(chǎn)能力和分流比也會(huì)隨著粘度的提高而增加。

(11) 錐比:錐比是底流口直徑和溢流口直徑之比，是設(shè)計(jì)旋流器的主要參數(shù)，也是操作調(diào)整分級(jí)指標(biāo)的重要因素。錐比大，分級(jí)粒度小，錐比小，分級(jí)粒度大;錐比取值范圍在0.35~0.65)，由于溢流口直徑是不可調(diào)參數(shù)，所以在生產(chǎn)中主要通過更換不同的底流口來選擇適宜的錐比。

操作參數(shù)

(1) 入料壓力:入料壓力是旋流器工作的重要參數(shù)。提高入料壓力，可以增大礦漿流速，物料所受離心力增大，可以提高分級(jí)效率和底流濃度，但通過增大壓力來降低分級(jí)粒度收效甚微，動(dòng)能消耗卻大幅度增加，旋流器整體特別是底流嘴磨損更加嚴(yán)重。處理粗物料時(shí)采用低壓力(0.05~0.1MPa) 操作，處理細(xì)粒及泥質(zhì)物料時(shí)采用高壓力 (0.1~0.3MPa) 操作。

(2) 入料量:增大入料量，分級(jí)粒度變粗，減小入料量，分級(jí)粒度變細(xì)。

(3) 濃度:當(dāng)旋流器尺寸和壓力一定時(shí)，入料濃度對(duì)溢流粒度及分級(jí)效率有重要影響。入料濃度高，流體的粘滯阻力增加，分級(jí)粒度變粗，分級(jí)效率降低。實(shí)踐表明，分級(jí)粒度為0.074mm時(shí)，入料濃度以10%~20%為宜。

(4) 入料粒度:入料粒度的變化會(huì)明顯地影響水力旋流器的分級(jí)效果。在其它參數(shù)不變時(shí)，入料中小于分級(jí)粒度的物料含量少時(shí)，則底流中的細(xì)粒含量少，濃度高，而溢流中的粗顆粒含量增加，旋流器的分級(jí)效率下降;當(dāng)入料中接近分級(jí)粒度的物料多時(shí)，則底流中的細(xì)粒物料多，溢流中的粗粒物料多，分級(jí)效果下降。