水力旋流器.ppt

制作：田文杰制作：田文杰二零一三年三月二零一三年三月水力旋流器水力旋流器 目目录绪论水力旋流器的工水力旋流器的工艺参数参数水力旋流器的制造与水力旋流器的制造与调试水力旋流器的水力旋流器的应用用水力旋流器的工水力旋流器的工艺指指标计算算水力旋流器的水力旋流器的结构构第一章第一章 绪论1.1 1.1 概述概述水力旋流器是一种分离非均相液体液体混合物的水力旋流器是一种分离非均相液体液体混合物的设备，它是在离心力的作用下根据两相或多相之，它是在离心力的作用下根据两相或多相之间的的密度差来密度差来实现两相或多相分离的。由于离心力两相或多相分离的。由于离心力场的的强度度较重力重力场大得多，因此水力旋流器比重力分离大得多，因此水力旋流器比重力分离设备的分离效率要大的多。的分离效率要大的多。水力旋流器的基本水力旋流器的基本结构构见图1-11-1，由，由圆柱体、椎体、柱体、椎体、溢流口、底流口与溢流口、底流口与进料口料口组成。成。图1-1水力旋流器的基本结构水力旋流器的水力旋流器的应用包括固用包括固-液分离、液气分离、固液分离、液气分离、固固分离、液液分离、液气固三相同固分离、液液分离、液气固三相同时分离以及其分离以及其他他应用。目前水力旋流器用。目前水力旋流器还作作为一种高效的一种高效的颗粒粒分分级设备。单个水力旋流器的直径一般可以从个水力旋流器的直径一般可以从10mm-2.5m10mm-2.5m，多数固体，多数固体颗粒的分离粒度可以小至粒的分离粒度可以小至2-2-3m,3m,单个水力旋流器的个水力旋流器的处理能力的范理能力的范围一般一般为0.1-7200m0.1-7200m/h/h，其操作，其操作压力一般在力一般在0.034-0.6MPa0.034-0.6MPa范范围内，内，较小直径的旋流器通常以小直径的旋流器通常以较高高压力操作。力操作。与重力分离与重力分离设备相比，水力旋流器的相比，水力旋流器的优点如下：点如下：1.1.结构构紧凑，体凑，体积小小2.2.质量量轻3.3.易于易于设计、安装、安装4.4.需要的系需要的系统配件少配件少5.5.维修修费用低用低6.6.易于易于调节与控制与控制7.7.较宽的操作范的操作范围8.8.对基基础的运的运动不敏感不敏感1.21.2分离的基本常分离的基本常识分离分离过程程过程之所以能程之所以能够进行行时由于混合物中待分由于混合物中待分离的离的组分的各种物理化学性分的各种物理化学性质之之间，至少存在着某，至少存在着某一种性一种性质上的差异。上的差异。水力旋流器的分离技水力旋流器的分离技术是利用密度差是利用密度差进行多相分离行多相分离的非均相机械分离的非均相机械分离过程，因此适用于水力旋流器分程，因此适用于水力旋流器分离的物料必离的物料必须是具有一定密度差的多相液体混合物，是具有一定密度差的多相液体混合物，密度差越大，分离密度差越大，分离过程越容易程越容易进行，反之越行，反之越难。利。利用水力旋流器用水力旋流器进行分离的液体混合物可以是液行分离的液体混合物可以是液-液、液、液液-固、液固、液-气以及其他三相或多相料液，但其中必气以及其他三相或多相料液，但其中必有一相有一相为液体液体1.31.3固固-液两相流的基本知液两相流的基本知识对于互不相溶的多相液体混合物，不管其于互不相溶的多相液体混合物，不管其为液液-液、液、液液-固、液固、液-气混合物，其中的一相构成流体混合物气混合物，其中的一相构成流体混合物中的中的绝大部分，而且大部分，而且这一相中的流体相互之一相中的流体相互之间都是都是以分子以分子间的混合相互的混合相互连接成一种接成一种连续的流的流动流体，流体，这一相就成一相就成为连续相。多相流中相。多相流中组成比成比较少的、以少的、以多个多个颗粒状形粒状形态存在的、相互之存在的、相互之间没有没有连接成一体接成一体的那种气泡、液滴或固体的那种气泡、液滴或固体颗粒，称其粒，称其为分散相。分散相。密度密度 两相流的密度是指两相流的密度是指单位体位体积内液体混合物所内液体混合物所具有的具有的质量，以量，以m表示，其表示，其单位位为/m/m两相流的两相流的密度与各相密度之密度与各相密度之间的关系的关系为：式中式中 m两相流密度；两相流密度；c、d分分别为连续相与分散相的密度；相与分散相的密度；QC、Qd分分别为连续相与分散相的体相与分散相的体积流量；流量；Q两相流的两相流的总体体积流量流量Q=QC+Qdm=cQC+dQdQ 浓度度 两相流的两相流的浓度通常有四种表示方法：一是度通常有四种表示方法：一是单位位时间流流过的分散相体的分散相体积与两相流的与两相流的总体体积之比，称之比，称为体体积浓度度k;k;二是二是单位位时间流流过固固-液混合物中的固体液混合物中的固体体体积与液体体与液体体积之比，称之比，称为体体积固固-液比或体液比或体积稠度稠度k k;三是三是单位位时间流流过的分散相的分散相质量与两相流的量与两相流的总质量量之比，称之比，称为质量量浓度度c;c;四是四是单位位时间流流过固固-液混合物液混合物中的固体中的固体质量与水的量与水的质量之比，称量之比，称为质量固量固-液比或液比或质量稠度量稠度c c。体体积浓度度 k=k=Qd/Q体体积固固-液比液比 k k=Q=Qd d/Q/Qc c质量量浓度度 c=c=dQd/mQ质量固量固-液比液比 c c=dQd/cQc密度与体密度与体积浓度之度之间的关系的关系 k=(k=(m-c)/(m-c)密度与体密度与体积固固-液比之液比之间的关系的关系 k k=(=(m-c)/(d-m)密度与密度与质量量浓度之度之间的关系的关系 c=c=d/d/c-c(d/c-1)密度与密度与质量固量固-液比之液比之间的关系的关系 c c=d(m-c)/c(d-m)第二章第二章水力旋流器的工水力旋流器的工艺参数参数2.12.1水力旋流器的工作原理水力旋流器的工作原理旋流器是一种利用流体旋流器是一种利用流体压力力产生旋生旋转运运动的装置。的装置。当料当料浆以一定的速度以一定的速度进入旋流器，遇到旋流器器入旋流器，遇到旋流器器壁后被迫作回壁后被迫作回转运运动。由于所受的离心力不同，。由于所受的离心力不同，料料浆中的固体粗中的固体粗颗粒所受的离心力大，能粒所受的离心力大，能够克服克服水力阻力向器壁运水力阻力向器壁运动，并在自身重力的共同作用，并在自身重力的共同作用下，沿器壁螺旋向下运下，沿器壁螺旋向下运动，细而小的而小的颗粒及大部粒及大部分水分水则因所受的离心力小，未及靠近器壁即随料因所受的离心力小，未及靠近器壁即随料浆做回做回转运运动。在后。在后续给料的推料的推动下，料下，料浆继续向下和回向下和回转运运动，于是粗，于是粗颗粒粒继续向周向周边浓集，集，而而细小小颗粒粒则停留在中心区域，停留在中心区域，颗粒粒径由中心粒粒径由中心向器壁越来越大，形成分向器壁越来越大，形成分层排列排列。随着料随着料浆从旋流器的从旋流器的柱体部分流向柱体部分流向锥体部分，体部分，流流动断面越来越小，在断面越来越小，在外外层料料浆收收缩压迫之下，迫之下，含有大量含有大量细小小颗粒的内粒的内层料料浆不得不改表方向，不得不改表方向，转而向上运而向上运动，形成内，形成内旋流，自溢流管排出，旋流，自溢流管排出，成成为溢流，而粗大溢流，而粗大颗粒粒则继续沿器壁螺旋向下沿器壁螺旋向下运运动，形成外旋流，最，形成外旋流，最终由底流口排出，成由底流口排出，成为沉砂。沉砂。2.22.2旋流器内流体的流旋流器内流体的流动区域与流区域与流动类型型归纳起来，一起来，一般般认为水力旋水力旋流器内液体流流器内液体流动存在四种形存在四种形式，即内旋流、式，即内旋流、外旋流、盖下外旋流、盖下流、循流、循环流流。分分类方法方法 种种类 说明明 固固-液旋流器液旋流器 连续相液体；分散相固体相液体；分散相固体按分散相按分散相类型型 液液-液旋流器液旋流器 两相均两相均为液体液体 轻质分散相旋流器分散相旋流器 分散相的密度低分散相的密度低按混合物按混合物组分密度分密度 重重质分散相旋流器分散相旋流器 分散相的密度高分散相的密度高按旋流器按旋流器结构构 单锥旋流器旋流器 用于固用于固-液分离与液液分离与液-液分离液分离 双双锥旋流器旋流器 主要用液主要用液-液分离液分离 圆柱形旋流器柱形旋流器 用于重介用于重介质分分选按分散相按分散相浓度度 普通旋流器普通旋流器 分散相分散相浓度度百分之几百分之几 分离分离浓稠介稠介质旋流器旋流器 分散相分散相浓度度约为2020-50-50按有无运按有无运动部件部件 静静态/动态 旋流器器壁高速旋旋流器器壁高速旋转2.32.3水力旋流器的分水力旋流器的分类2.42.4分离效率分离效率 分离效率是所有旋流器的最关分离效率是所有旋流器的最关键性能，性能，对于固于固-液液分离来分离来说，人，人们习惯用被分离物料的用被分离物料的质量来表示分离量来表示分离效率效率 =m=mu u/m/m式中式中 m mu u 底流口底流口处分散相固体分散相固体颗粒的粒的质量流率，量流率，kg/s ;kg/s ;m m 进口口处分散相分散相颗粒的粒的质量流率，量流率，kg/skg/s。实用条件用条件为:分散相分散相颗粒粒为固体固体颗粒，被分离的固体粒，被分离的固体颗粒从底流口排除旋流器。粒从底流口排除旋流器。2.52.5水力旋流器技水力旋流器技术中的主要参数中的主要参数影响水力旋流器工作指影响水力旋流器工作指标的参数可分的参数可分为两大两大类：结构参数和工构参数和工艺参数。参数。物性参数影响物性参数影响较小。小。结构参数主要有：水力旋流器的直径、构参数主要有：水力旋流器的直径、给矿咀尺寸、溢流管的直径、排咀尺寸、溢流管的直径、排矿咀的直径、咀的直径、锥体角度、溢流体角度、溢流导管尺寸和安装方式等。管尺寸和安装方式等。工工艺参数主要有：参数主要有：进口口压力、固相粒度特性、力、固相粒度特性、给矿固体含量、固体含量、矿物物组成和固体密度、液相成和固体密度、液相密度或密度或矿浆密度、液相粘度或密度、液相粘度或矿浆粘度、温粘度、温度等。度等。2.5.12.5.1结构参数构参数1 1、水力旋流器的直径、水力旋流器的直径 水力旋流器的生水力旋流器的生产能力和分能力和分离粒度随着其直径的增加而增大。因而一般在要求溢离粒度随着其直径的增加而增大。因而一般在要求溢流粗，生流粗，生产能力高能力高时可可选择大大规格的水力旋流器，而格的水力旋流器，而要要获得得细的溢流，的溢流，则采用采用较小小规格的水力旋流器。由格的水力旋流器。由许多国内外使用水力旋流器的多国内外使用水力旋流器的经验来看，来看，给矿的粒度的粒度特性和磨特性和磨矿条件的不同，条件的不同，选择也不一也不一样。一般来。一般来说，给矿中中“难分分”粒子粒子较少，原少，原矿浆浓度不很高度不很高时，可，可用大直径的水力旋流器；用大直径的水力旋流器；对于含有于含有细粒粒矿泥的泥的浓矿浆，宜宜选用中等和小直径水力旋流器。用中等和小直径水力旋流器。2 2、给矿口的断面尺寸口的断面尺寸 在不同在不同结构的大多数水力旋流构的大多数水力旋流器中，器中，矿浆经过渐缩的的给矿咀咀进入旋流器，入旋流器，给矿咀中咀中最狭窄部分算最狭窄部分算给矿口。根据口。根据实践践证明：明：给矿口的尺寸口的尺寸变化化对生生产能力影响能力影响较大，但大，但对水力旋流器工作的水力旋流器工作的质量指量指标并无多大影响。并无多大影响。3 3、溢流管直径、溢流管直径 溢流管直径的溢流管直径的变化影响到水力旋流器化影响到水力旋流器的所有工作指的所有工作指标。当。当进口口压力不力不变时，在一定范，在一定范围内内增加溢流管直径，水力旋流器的生增加溢流管直径，水力旋流器的生产能力成正比地提能力成正比地提高。而在生高。而在生产能力不能力不变的情况下，随着溢流管直径的的情况下，随着溢流管直径的增大，增大，进口口压力呈二次方减小。力呈二次方减小。4 4、排、排矿咀直径咀直径 水力旋流器在开路循水力旋流器在开路循环工作中，其排工作中，其排矿咀直径的改咀直径的改变，对生生产能力的影响能力的影响较小；而在磨机小；而在磨机组成成闭路循路循环中，当其沉砂中，当其沉砂经过磨机重新返回水力旋磨机重新返回水力旋流器流器时，排，排矿咀直径咀直径对生生产能力的影响极大。随着其能力的影响极大。随着其直径的减小，存在以下一些直径的减小，存在以下一些规律：律：沉砂中的含固量沉砂中的含固量增加到某一限度；增加到某一限度；溢流粒度增大；溢流粒度增大；溢流溢流产率增加，率增加，沉砂沉砂产率相率相应减少；减少；分分级效率提高到最大效率提高到最大值，然后，然后开始下降。而当排开始下降。而当排矿咀直径超咀直径超过溢流管直径溢流管直径时，水力，水力旋流器的工作遭到破坏。因而沉砂含固量、溢流旋流器的工作遭到破坏。因而沉砂含固量、溢流产率、率、边界粒子粒度和分界粒子粒度和分级效率等，均取决于排效率等，均取决于排矿咀直径，咀直径，也随排口比而也随排口比而变化化。5 5、排口比（即排、排口比（即排矿咀直径与溢流管直径之比）咀直径与溢流管直径之比）排口排口比是水力旋流器工作最重要的一个几何参数。排口比比是水力旋流器工作最重要的一个几何参数。排口比的改的改变，对水力旋流器所有工作指水力旋流器所有工作指标均有极大影响。均有极大影响。首先影响到沉砂和溢流体首先影响到沉砂和溢流体积上的重新分布。相上的重新分布。相对沉砂沉砂量随排口比的增大而增加，溢流量随排口比的增大而增加，溢流产率和沉砂含固量因率和沉砂含固量因此而降低，溢流和沉砂的固相此而降低，溢流和沉砂的固相变得更得更细。但是溢流的。但是溢流的固相粒度只是下降到一定界限，固相粒度只是下降到一定界限，进一步增大排口比会一步增大排口比会使分使分级变坏。而当改坏。而当改变水力旋流器的水力旋流器的给矿浓度和粒度度和粒度特性特性时，采用同一排口比相，采用同一排口比相应有不同的指有不同的指标。排口比。排口比一般在一般在0.15-10.15-1之之间，视具体情况而定。具体情况而定。6 6、锥体角度体角度 流体阻力随着水力旋流器流体阻力随着水力旋流器锥角增加而角增加而变大。在同一大。在同一进口口压力下，体力下，体积生生产能力因此而减小，能力因此而减小，尽管大尽管大锥角水力旋流器中的切向速度比小角水力旋流器中的切向速度比小锥角的要高角的要高些，但在其它条件相同些，但在其它条件相同时，粒子在内旋流中停留的，粒子在内旋流中停留的时间要短些，因而溢流粒度随着要短些，因而溢流粒度随着锥角的增加而角的增加而变大。一大。一般最佳般最佳锥角接近角接近2020。7 7、溢流、溢流导管的尺寸和安装方式管的尺寸和安装方式 溢流溢流导管用于将水力管用于将水力旋流器的溢流送往下一道工序。旋流器的溢流送往下一道工序。导管可以看着是水力管可以看着是水力旋流器装置的延旋流器装置的延长部分，当安装不正确部分，当安装不正确时，对其工作其工作指指标有不良影响。首先有不良影响。首先矿浆经导管流管流过时存在流体阻存在流体阻力，其次力，其次导管可以成管可以成为一个虹吸管。通常，溢流并没一个虹吸管。通常，溢流并没有充有充导管的整个断面，因而空气有可能通管的整个断面，因而空气有可能通过导管被吸管被吸往水力旋流器的空气柱区域；但也有可能形成往水力旋流器的空气柱区域；但也有可能形成导管周管周期工作的状期工作的状态，其断面，其断面时而被充而被充满，时而未被充而未被充满。这种脉种脉动式的工作状式的工作状态，对分分级指指标有不良影响。因有不良影响。因而而导管直径都管直径都应该大于溢流管的直径。大于溢流管的直径。2.5.22.5.2工工艺参数参数1 1、进口口压力力 在已知在已知矿浆体体积生生产能力的情况下，能力的情况下，进口口压力主要取决于水力旋流器的溢流管直径和力主要取决于水力旋流器的溢流管直径和给矿口口尺寸。在要求尺寸。在要求获得粗的溢流得粗的溢流时，允，允许在低的在低的进口口压力力下工作，而在要求下工作，而在要求获得得细的溢流的溢流时，需要保持，需要保持较高的高的压力下工作。力下工作。为了在水力旋流器中得到了在水力旋流器中得到满意的分意的分级指指标，最重要的使，最重要的使进口口压力保持在一个恒定的水平上。力保持在一个恒定的水平上。压力的任何力的任何变化都会降低分化都会降低分级效率，而在效率，而在压力急力急剧波波动时，沉砂，沉砂组成瞬成瞬时能接近原能接近原矿。进口口压力愈小，其力愈小，其相相对波波动愈大。在愈大。在闭路磨路磨矿回路中，回路中，这种种压力力变化随化随时都影响沉砂和溢流的都影响沉砂和溢流的产率，相率，相应也影响了分也影响了分级效率。效率。2 2、给矿含固量含固量 在水力旋流器中，在水力旋流器中，矿浆浓度随着度随着给矿含固量的增加而增加，含固量的增加而增加，这导致固体粒子径向运致固体粒子径向运动速度速度的减小。于是自由离心沉降的减小。于是自由离心沉降规律律变为干涉沉降干涉沉降规律。律。在接近排在接近排矿咀的咀的锥体体顶部，部，矿浆的固相粗粒子形成料的固相粗粒子形成料较厚的厚的紧密床密床层。因此，。因此，给矿含固量的波含固量的波动会引起水会引起水力旋流器溢流含固量和沉砂含固量的力旋流器溢流含固量和沉砂含固量的变化、溢流粒度化、溢流粒度的的变化以及沉砂中化以及沉砂中细粒粒矿泥混入量的泥混入量的变化。以溢流粒化。以溢流粒度随着度随着给矿中含固量的增加而增大，不中含固量的增加而增大，不仅发生在由于生在由于排排矿咀咀过负荷而使部分沉砂荷而使部分沉砂进入溢流入溢流时，而且也，而且也发生生在在矿浆粘度和粘度和浓度提高的度提高的场合合。3 3、矿浆的固相粒度的固相粒度组成成 在其它工作条件不在其它工作条件不变时，当，当水力旋流器水力旋流器处理粗理粗矿浆时，较之之处理理细矿浆时，沉砂，沉砂中含固量中含固量较高，溢流粒度高，溢流粒度较粗。首先，当粗。首先，当矿浆比比较粗粗时，这与与经过排排矿咀排出物料的数量咀排出物料的数量较大有关，排大有关，排矿时的阻力当然也比的阻力当然也比较大。大。这时。排。排矿咀可能无法排出咀可能无法排出所有的沉砂，一部分就所有的沉砂，一部分就进入溢流。即使在增大沉砂咀入溢流。即使在增大沉砂咀直径并且直径并且获得含固量不太高的沉砂得含固量不太高的沉砂时，在，在处理粗粒理粗粒矿浆时，仍然会得到比，仍然会得到比处理理细粒粒矿浆时更粗的溢流。因更粗的溢流。因而当而当处理的原理的原矿中含有少量的接近于分离粒度的粒子中含有少量的接近于分离粒度的粒子时，水力旋流器的分，水力旋流器的分级效果效果较好，而好，而对于含有大量于含有大量“难分分”粒子的物料，粒子的物料，则其分其分级效果差效果差。小小结（1 1）、）、给矿浓度一般控制在度一般控制在30-6030-60。越高溢流。越高溢流细度度就越粗，越低就越粗，越低则处理能力下降。（理能力下降。（2 2）、）、给矿压力一力一般般为0.03-0.6kg/cm20.03-0.6kg/cm2，压力越大，力越大，处理能力增大，溢理能力增大，溢流流细度度变细，同，同时沉砂沉砂产率增高。（率增高。（3 3）、）、当当给矿压力不力不变时，给矿口增大，可以提高生口增大，可以提高生产能力。但能力。但矿浆在漩流器中的停留在漩流器中的停留时间缩短，短，导致沉砂致沉砂浓度降低，溢度降低，溢流流细度度变粗，降低分粗，降低分级效率。如果效率。如果给矿口口过小，同小，同样会造成沉砂中含泥增加，溢流会造成沉砂中含泥增加，溢流细度度变粗，分粗，分级效率和效率和生生产能力都下降。（能力都下降。（4 4）、）、当其他因素不当其他因素不变时，沉砂，沉砂口直径减小，口直径减小，则沉砂量减小，沉砂量减小，浓度增高，度增高，细粒粒级含量含量减少，溢流中粗粒减少，溢流中粗粒级增加。沉砂口直径增大，增加。沉砂口直径增大，则相反。相反。4 4、旋流器的最佳工作状、旋流器的最佳工作状态 用于分用于分级的旋流器的最佳的旋流器的最佳工作状工作状态应是沉砂呈是沉砂呈伞状状喷出，出，伞的中心保留有不大的中心保留有不大的空气吸入孔。空气在向上流的空气吸入孔。空气在向上流动的同的同时带动内内层矿浆由溢流管排出，因而有利于提高分由溢流管排出，因而有利于提高分级效率。此效率。此时的的伞面面夹角不宜角不宜过大，以大，以刚散开散开为宜。在用于宜。在用于浓缩时沉砂沉砂可取可取绳索状排出，索状排出，获得高得高浓度的沉砂；在用于脱水度的沉砂；在用于脱水时沉砂可以最大角的沉砂可以最大角的伞状排出，状排出，获得的沉砂得的沉砂浓度最低。度最低。2.5.32.5.3物性参数物性参数物性参数主要包括分散相的物性参数主要包括分散相的颗粒尺寸，两相的密度、粒尺寸，两相的密度、黏度及表面黏度及表面张力。由于旋流器的分离效率随分散相力。由于旋流器的分离效率随分散相颗粒尺寸的增加而提高，所以粒尺寸的增加而提高，所以颗粒（包含液滴）尺寸是粒（包含液滴）尺寸是影响旋流器操作性能的重要参数；两相之影响旋流器操作性能的重要参数；两相之间的密度差的密度差的大小决定一定操作条件下离心力的大小决定一定操作条件下离心力场的的强度大小，黏度大小，黏度及表面度及表面张力影响流体剪切力大小及液滴破碎的力影响流体剪切力大小及液滴破碎的难易易程度。程度。2.62.6旋流器的工旋流器的工艺计算算水力旋流器的工水力旋流器的工艺计算，包括分离粒度和算，包括分离粒度和处理量的理量的计算算旋流器的旋流器的处理能力理能力Q(L/min)Q(L/min)Q=KQ=K1 1d dG Gd dy y gp gp式中式中d dG G和和d dy y 给矿管直径及溢流管直径，管直径及溢流管直径，cm;cm;当当矿口口为矩形断面矩形断面时，其中，其中d dG G=4bl/=4bl/，cm;bcm;b和和l l为给矿管断管断面的面的宽和和长，cm;cm;P P 旋流器的旋流器的进口口压力力(表表压力）力）,MPa;,MPa;g g 重力加速度，以重力加速度，以9.8m/s9.8m/s计；K K1 1 系数，按表系数，按表2-6-12-6-1确定确定dG/D0.010.150.200.250.30K11.832.463.103.854.93表表2-6-12-6-1旋流器在不同旋流器在不同d dG G/D/D值条件下的条件下的K K1 1值旋流器的分离粒度旋流器的分离粒度分分级的的临界粒度界粒度dFdF为：d dF F=0.75d=0.75dG G /Qh(/Qh(-）/x x式中式中 h h 溢流管下溢流管下缘到到锥壁的壁的轴向距离，向距离，为简单计算算可取椎体高度的可取椎体高度的2/32/3 介介质黏度黏度 Q Q 给矿浆体体积 x x 速度速度变化系数，其化系数，其值大于大于1 1x x计算方法常用两种算方法常用两种 1 1、达、达尔扬提出的提出的计算公式算公式 x x=(D/d=(D/dy y)式中，式中，n=0.5-0.9,n=0.5-0.9,一般取一般取n=0.64n=0.64。2 2、前、前苏联选矿设计院提出的公式院提出的公式 x x=6.6A=6.6AG G /Dd /DdY Y 式中式中A AG G 给矿口的面口的面积，c c;D D 旋流器内径，旋流器内径，cm;cm;旋流器旋流器锥角，（角，（）值见表表2-6-22-6-2 n0.30.3 1015206090 22.252.463.403.85表表2-6-22-6-2公式公式 中中 的的值0.30.3第三章第三章 水力旋流器的水力旋流器的结构构3.13.1水力旋流器的水力旋流器的组合合结构构类型型 在水力旋流器技在水力旋流器技术发展的展的过程中，出程中，出现了具有了具有许多器壁多器壁结构尺寸、比例的旋流器，可分构尺寸、比例的旋流器，可分为长锥型、短型、短锥型；型；长柱型、短柱型；以及全柱型。柱型、短柱型；以及全柱型。3.1.13.1.1长锥型旋流器型旋流器长锥型水力旋流器亦称小型水力旋流器亦称小锥角旋流器，其特点是角旋流器，其特点是圆锥角很小角很小(一般小于一般小于2525），因而旋流器的），因而旋流器的锥段很段很长。这种水力旋流器在工种水力旋流器在工业上上应用最广泛，他用最广泛，他们的分离的分离粒度一般很小，它适用于固体粒度一般很小，它适用于固体颗粒粒质量回收率要求量回收率要求高的液体澄清或是高的液体澄清或是悬浮液浮液浓缩以及分离粒度要求很以及分离粒度要求很小的固体小的固体颗粒的分粒的分级。3.1.23.1.2短短锥型旋流器型旋流器短短锥型水力旋流器亦称型水力旋流器亦称为大大锥角旋流器，其特点是角旋流器，其特点是圆锥角很大（大于角很大（大于2525）、）、锥段很短。由于段很短。由于这类短短锥旋旋流器内下部的循流器内下部的循环流有着流有着类似化床似化床层的作用，所以的作用，所以这类旋流器可以用于旋流器可以用于对固体固体颗粒粒进行分行分级、根据、根据颗粒的粒的形状和密度的差形状和密度的差别对颗粒粒进行分行分类或分或分选。短短锥型水力旋流器在重型水力旋流器在重矿物分物分选方面取得了方面取得了许多成功多成功的的应用，特用，特别是是细粒黄金分粒黄金分选方面，方面，进来已来已经发展成展成为一种令人瞩目的回收一种令人瞩目的回收细粒砂金的重力分粒砂金的重力分选设备。3.1.33.1.3长柱型旋流器柱型旋流器近年来近年来圆柱形水力旋流器有柱形水力旋流器有对具有不具有不规则几何形状或是具有几何形状或是具有不同粒度直径的不同粒度直径的颗粒粒进行分行分级处理理过程中的程中的应用越来越广泛。用越来越广泛。适当增加柱形区域的适当增加柱形区域的长度，能度，能够提高水力旋流器的分离粒度、提高水力旋流器的分离粒度、处理能力及分理能力及分级效率，减少溢效率，减少溢流流浓度，所以在度，所以在进行固液分离行固液分离时，取柱形，取柱形长度度较长为宜。宜。3.1.43.1.4短短锥型旋流器型旋流器其特点是柱段筒体比其特点是柱段筒体比锥段短的多，其柱段段短的多，其柱段长度往往只度往往只有有锥段的段的1/41/4或更短。柱段旋流器之所以运用的如此或更短。柱段旋流器之所以运用的如此广泛，主要是由于通常人广泛，主要是由于通常人们认为柱段是区域柱段是区域为预分离分离区、并区、并认为真正的分离真正的分离过程是在程是在锥段完成的，所以段完成的，所以认为旋流器柱段不必要太旋流器柱段不必要太长。今年来今年来发现旋流器的柱段是一个有益于固相旋流器的柱段是一个有益于固相颗粒分离粒分离的有效沉降区，柱段区域的有效沉降区，柱段区域对颗粒的分粒的分级分离分离过程也有程也有不可忽略的作用。不可忽略的作用。3.1.53.1.5全柱型旋流器全柱型旋流器全柱型水力旋流器的整个器壁全由柱段全柱型水力旋流器的整个器壁全由柱段组成而没有成而没有锥段。段。这种全柱型旋流器常用如种全柱型旋流器常用如图下下图所示两所示两级旋流器旋流器系系统的第一的第一级，主要用于，主要用于选矿作作业。由于全柱型水力。由于全柱型水力旋流器下部也呈柱状，故可有效地抑制粗粒旋流器下部也呈柱状，故可有效地抑制粗粒级物料混物料混入溢流，从而能入溢流，从而能较好的保好的保证其溢流其溢流产品的品的质量。量。该型型水力旋流器主要运用在洗煤厂。水力旋流器主要运用在洗煤厂。3.23.2水力旋流器的水力旋流器的结构构类型型进料管与旋流器柱段的料管与旋流器柱段的连接接部分部分为进料管料管结构，一般构，一般包括横截面形状、包括横截面形状、纵截面形状以及与旋流器截面形状以及与旋流器顶部柱段部柱段相相贯的形状等几方面的内容的形状等几方面的内容3.2.1 3.2.1 进料管横截面形状也称断面形状，一般以料管横截面形状也称断面形状，一般以圆形形横截面用得最横截面用得最为广泛。然而，在广泛。然而，在矿山山实践中，我践中，我们摈弃常弃常规，将旋流器的，将旋流器的进料横截面料横截面设计为矩形，其矩形矩形，其矩形长边与旋流器与旋流器轴心心线平行，短平行，短边与与轴心心线垂直。事垂直。事实证明，具有明，具有这种矩形横截面的种矩形横截面的进料管能使料管能使进料口料口处流流体的湍体的湍动和和扰动程度减弱，从而降低水力旋流器内的程度减弱，从而降低水力旋流器内的能量能量损耗。耗。3.2.23.2.2进料管料管纵截面形状截面形状进料管料管纵截面形状截面形状进料管料管纵截面形状截面形状进料管料管纵截面形状截面形状 进料管的料管的纵截面形状一截面形状一般指与旋流器般指与旋流器轴线相垂直的相垂直的进料管中心料管中心线的截面形状，的截面形状，通常通常为两条平行两条平行线所所围成的不收成的不收缩通道。但在通道。但在实际应用中，多采用具有收用中，多采用具有收缩形状截面的形状截面的进料管。在同料管。在同样的的泵送条件下，具有收送条件下，具有收缩形状形状纵截面的截面的进料管可使流体料管可使流体在在进料口料口处加速，以加加速，以加强旋流器内的离心旋流器内的离心强度，使水度，使水力旋流器内的力旋流器内的细粒分粒分选更加有效更加有效。3.2.3 3.2.3 水力旋流器的水力旋流器的进料管一般料管一般为二二维结构，它与旋构，它与旋流器柱段相接的形式流器柱段相接的形式则常常常常为切切线形。切形。切线形形进料管料管容易造成容易造成进料口料口处流体的流体的扰动和湍和湍动，而且由于流体，而且由于流体的的转向向损失和失和涡流流损失等而引起失等而引起较大的局部阻力，所大的局部阻力，所以以这种种进料管引起的料管引起的进料部位局部能量料部位局部能量损耗耗较大大1111。于是，除切向。于是，除切向线行行进料管外，在二料管外，在二维结构中构中还出出现了了渐开开线形、弧形、弧线形、螺旋形、螺旋线形等多种形式的形等多种形式的进料管。料管。Boadway12Boadway12曾曾对渐开开线形形进料管和切料管和切线形形进料管料管进行行对比比试验，结果果发现采用采用渐开开线形形进料管料管时比采用比采用切切线形形进料管料管时水力旋流器可降低能耗达水力旋流器可降低能耗达52%52%。3.33.3水力旋流器水力旋流器单元参数元参数设计3.3.13.3.1结构参数构参数（1 1）水力旋流器直径：水力旋流器直径主要影响生水力旋流器直径：水力旋流器直径主要影响生产能力和分离粒度的大小。一般能力和分离粒度的大小。一般说来，生来，生产能力和分能力和分离粒度随着水力旋流器直径增大而增大。离粒度随着水力旋流器直径增大而增大。（2 2）入料管直径入料管直径DiDi：入料口的大小：入料口的大小对处理能力、分理能力、分级粒度及分粒度及分级效率均有一定影响。入料管直径增大，效率均有一定影响。入料管直径增大，分分级粒度粒度变粗，其直径与旋流器直径呈一定比例，粗，其直径与旋流器直径呈一定比例，Di=Di=（0.2-0.260.2-0.26）D D。（3 3）锥体角度：增大体角度：增大锥角，分角，分级粒度粒度变粗，减小粗，减小锥角，分角，分级粒度粒度变细。一般来。一般来说对细粒粒级物料分物料分级，采用采用较小小锥角的旋流器，通常取角的旋流器，通常取10101515；粗粒；粗粒级分分级和和浓缩用旋流器一般采用用旋流器一般采用较大的大的锥角，通常在角，通常在20204545。水力旋流器内的流体阻力随着。水力旋流器内的流体阻力随着锥角的增角的增大而增大。在同一大而增大。在同一进口口压力下，由于流体阻力增大，力下，由于流体阻力增大，其生其生产能力要减小。分离粒度随其能力要减小。分离粒度随其锥角的增大而增角的增大而增大，大，总分离效率降低，而底流中混入的分离效率降低，而底流中混入的细颗粒粒较少。少。（4 4）溢流管直径：增大溢流管直径，溢流量增大，溢流管直径：增大溢流管直径，溢流量增大，溢流粒度溢流粒度变粗，底流中粗，底流中细粒粒级减少，底流减少，底流浓度增加。度增加。根据筒体直径确定溢流管直径，取根据筒体直径确定溢流管直径，取值范范围Do=Do=（0.2-0.2-0.40.4）D D，溢流管内径是影响水力旋流器性能的一个最，溢流管内径是影响水力旋流器性能的一个最重要的尺寸，它的重要的尺寸，它的变化会影响到水力旋流器所有的工化会影响到水力旋流器所有的工艺指指标。当。当进口口压力不力不变，在一定范，在一定范围内，旋流器的内，旋流器的生生产能力近似正比于溢流管直径。能力近似正比于溢流管直径。（5 5）溢流管插入深度：溢流管插入深度是指旋流器溢流管插入深度：溢流管插入深度是指旋流器溢流管底口与筒体和溢流管底口与筒体和锥体交接体交接处的垂直距离，称的垂直距离，称为自自由由间隙。增大自由隙。增大自由间隙，分隙，分级粒度粒度变细，减小自由，减小自由间隙，分隙，分级粒度粒度变粗；自由粗；自由间隙隙h h的取的取值范范围为303080mm80mm。（6 6）溢流管壁厚：近年来研究表明：溢流管壁厚增溢流管壁厚：近年来研究表明：溢流管壁厚增加，可以在某种程度上提高旋流器的分离效率，并降加，可以在某种程度上提高旋流器的分离效率，并降低其内部能量低其内部能量损失，而且失，而且还能提高水力旋流器的生能提高水力旋流器的生产能力。能力。（7 7）进料口断面尺寸：料口断面尺寸：进料口的形状和尺寸料口的形状和尺寸对其生其生产能力、分离效率等工能力、分离效率等工业指指标有重要的影响。有重要的影响。进料口料口的作用主要是将作直的作用主要是将作直线运运动的液流在柱段的液流在柱段进口口处转变为圆周运周运动。进料口按照截面形状可以分料口按照截面形状可以分为圆形和矩形和矩形两种。形两种。（8 8）底流口直径底流口直径(d)(d)：底流口直径增大，分：底流口直径增大，分级粒度粒度变细，底流口直径减小，分，底流口直径减小，分级粒度粒度变粗。根据旋流器直粗。根据旋流器直径确定底流口直径，取径确定底流口直径，取值范范围d=d=（0.15-0.250.15-0.25）D D，底，底流口是旋流器中最易磨流口是旋流器中最易磨损的部位。底流口直径的增大，的部位。底流口直径的增大，会使水力旋流器的生会使水力旋流器的生产能力相能力相应的增大，但其影响比的增大，但其影响比进料口尺寸及溢流管直径的影响相料口尺寸及溢流管直径的影响相对来来说小一些。小一些。（9 9）内表面粗糙度及装配精度：水力旋流器的内表内表面粗糙度及装配精度：水力旋流器的内表面粗糙度及装配精度面粗糙度及装配精度对其生其生产能力、分离效率等性能能力、分离效率等性能参数的影响参数的影响较小，但是在生小，但是在生产实践及研究践及研究发现，水力，水力旋流器的内表面内旋流器的内表面内衬耐磨橡胶，耐磨防腐，比耐磨橡胶，耐磨防腐，比较光滑，光滑，将会增大流将会增大流动阻力，同阻力，同时分离效率也有所增加，同分离效率也有所增加，同时采用采用较粗糙内壁的水力旋流器，其流粗糙内壁的水力旋流器，其流动阻力将会降低，阻力将会降低，同同时底流量增大。底流量增大。（1010）进料粘度：分离粒径和料粘度：分离粒径和进料粘度的平方根成料粘度的平方根成正比，亦即正比，亦即进料粘度的增加会料粘度的增加会导致分离粒径的增大。致分离粒径的增大。水力旋流器的生水力旋流器的生产能力和分流比也会随着粘度的提高能力和分流比也会随着粘度的提高而增加。而增加。（1111）锥比：比：锥比是底流口直径和溢流口直径之比，比是底流口直径和溢流口直径之比，是是设计旋流器的主要参数，也是操作旋流器的主要参数，也是操作调整分整分级指指标的的重要因素。重要因素。锥比大，分比大，分级粒度小，粒度小，锥比小，分比小，分级粒度粒度大；大；锥比取比取值范范围在在0.350.350.650.65），由于溢流口直径），由于溢流口直径是不可是不可调参数，所以在生参数，所以在生产中主要通中主要通过更更换不同的底不同的底流口来流口来选择适宜的适宜的锥比。比。3.3.23.3.2操作参数操作参数（1 1）入料入料压力：入料力：入料压力是旋流器工作的重要参数。力是旋流器工作的重要参数。提高入料提高入料压力，可以增大力，可以增大矿浆流速，物料所受离心力流速，物料所受离心力增大，可以提高分增大，可以提高分级效率和底流效率和底流浓度，但通度，但通过增大增大压力来降低分力来降低分级粒度收效甚微，粒度收效甚微，动能消耗却大幅度增加，能消耗却大幅度增加，旋流器整体特旋流器整体特别是底流嘴磨是底流嘴磨损更加更加严重。重。处理粗物料理粗物料时采用低