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1、 目录目录绪论绪论水力旋流器的工艺参数水力旋流器的工艺参数水力旋流器的制造与调试水力旋流器的制造与调试水力旋流器的应用水力旋流器的应用水力旋流器的工艺指标计算水力旋流器的工艺指标计算水力旋流器的结构水力旋流器的结构第1页/共112页第一章第一章 绪论绪论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设备，它是在离心力的作用下根据两相或多相之间的密度差来实现两相或多相分离的。由于离心间的密度差来实现两相或多相分离的。由于离心力场的强度较重力场大得多，因此水力旋流器比力场的强度较重力场大得多，因
2、此水力旋流器比重力分离设备的分离效率要大的多。重力分离设备的分离效率要大的多。水力旋流器的基本结构见图水力旋流器的基本结构见图1-11-1，由圆柱体、椎体、，由圆柱体、椎体、溢流口、底流口与进料口组成。溢流口、底流口与进料口组成。第2页/共112页图1-1 水力旋流器的基本结构第3页/共112页水力旋流器的应用包括固水力旋流器的应用包括固-液分离、液气分离、液分离、液气分离、固固分离、液液分离、液气固三相同时分离以固固分离、液液分离、液气固三相同时分离以及其他应用。目前水力旋流器还作为一种高效及其他应用。目前水力旋流器还作为一种高效的颗粒分级设备。单个水力旋流器的直径一般的颗粒分级设备。单个水
3、力旋流器的直径一般可以从可以从10mm-2.5m10mm-2.5m，多数固体颗粒的分离粒度可，多数固体颗粒的分离粒度可以小至以小至2-3m,2-3m,单个水力旋流器的处理能力的范单个水力旋流器的处理能力的范围一般为围一般为0.1-7200m0.1-7200m/h/h，其操作压力一般在，其操作压力一般在0.034-0.6MPa0.034-0.6MPa范围内，较小直径的旋流器通常范围内，较小直径的旋流器通常以较高压力操作。以较高压力操作。与重力分离设备相比，水力旋流器的优点如下：与重力分离设备相比，水力旋流器的优点如下：第4页/共112页1.1.结构紧凑，体积小结构紧凑，体积小2.2.质量轻质量轻
4、3.3.易于设计、安装易于设计、安装4.4.需要的系统配件少需要的系统配件少5.5.维修费用低维修费用低6.6.易于调节与控制易于调节与控制7.7.较宽的操作范围较宽的操作范围8.8.对基础的运动不敏感对基础的运动不敏感第5页/共112页1.21.2分离的基本常识分离的基本常识分离过程过程之所以能够进行时由于混合物中待分离过程过程之所以能够进行时由于混合物中待分离的组分的各种物理化学性质之间，至少存在分离的组分的各种物理化学性质之间，至少存在着某一种性质上的差异。着某一种性质上的差异。水力旋流器的分离技术是利用密度差进行多相分水力旋流器的分离技术是利用密度差进行多相分离的非均相机械分离过程，因
5、此适用于水力旋流离的非均相机械分离过程，因此适用于水力旋流器分离的物料必须是具有一定密度差的多相液体器分离的物料必须是具有一定密度差的多相液体混合物，密度差越大，分离过程越容易进行，反混合物，密度差越大，分离过程越容易进行，反之越难。利用水力旋流器进行分离的液体混合物之越难。利用水力旋流器进行分离的液体混合物可以是液可以是液-液、液液、液-固、液固、液-气以及其他三相或多相气以及其他三相或多相料液，但其中必有一相为液体料液，但其中必有一相为液体第6页/共112页1.31.3固固-液两相流的基本知识液两相流的基本知识对于互不相溶的多相液体混合物，不管其为液对于互不相溶的多相液体混合物，不管其为液
6、-液、液、液液-固、液固、液-气混合物，其中的一相构成流体混合气混合物，其中的一相构成流体混合物中的绝大部分，而且这一相中的流体相互之间物中的绝大部分，而且这一相中的流体相互之间都是以分子间的混合相互连接成一种连续的流动都是以分子间的混合相互连接成一种连续的流动流体，这一相就成为连续相。多相流中组成比较流体，这一相就成为连续相。多相流中组成比较少的、以多个颗粒状形态存在的、相互之间没有少的、以多个颗粒状形态存在的、相互之间没有连接成一体的那种气泡、液滴或固体颗粒，称其连接成一体的那种气泡、液滴或固体颗粒，称其为分散相。为分散相。密度密度 两相流的密度是指单位体积内液体混合物所两相流的密度是指单
7、位体积内液体混合物所具有的质量，以具有的质量，以 m表示，其单位为表示，其单位为/m/m两相流两相流的密度与各相密度之间的关系为：的密度与各相密度之间的关系为：第7页/共112页式中式中 m 两相流密度；两相流密度；c、d 分别为连续相与分散相的密度；分别为连续相与分散相的密度；QC 、Qd 分别为连续相与分散相的体积流分别为连续相与分散相的体积流量；量；Q 两相流的总体积流量两相流的总体积流量Q=QC +Qd m=cQC +dQd Q第8页/共112页 浓度浓度 两相流的浓度通常有四种表示方法：一是单两相流的浓度通常有四种表示方法：一是单位时间流过的分散相体积与两相流的总体积之比，位时间流过
8、的分散相体积与两相流的总体积之比，称为体积浓度称为体积浓度k;k;二是单位时间流过固二是单位时间流过固-液混合物中液混合物中的固体体积与液体体积之比，称为体积固的固体体积与液体体积之比，称为体积固-液比或体液比或体积稠度积稠度k k;三是单位时间流过的分散相质量与两相三是单位时间流过的分散相质量与两相流的总质量之比，称为质量浓度流的总质量之比，称为质量浓度c;c;四是单位时间流四是单位时间流过固过固-液混合物中的固体质量与水的质量之比，称为液混合物中的固体质量与水的质量之比，称为质量固质量固-液比或质量稠度液比或质量稠度c c。第9页/共112页体积浓度体积浓度 k=k=Qd/Q体积固体积固-
9、液比液比 k k=Q=Qd d/Q/Qc c质量浓度质量浓度 c=c=dQd/mQ质量固质量固-液比液比 c c=dQd/cQc第10页/共112页密度与体积浓度之间的关系密度与体积浓度之间的关系 k=(k=(m-c)/(m-c)密度与体积固密度与体积固-液比之间的关系液比之间的关系 k k=(=(m-c)/(d-m)密度与质量浓度之间的关系密度与质量浓度之间的关系 c=c=d/d/c-c(d/c-1)密度与质量固密度与质量固-液比之间的关系液比之间的关系 c c=d(m-c)/c(d-m)第11页/共112页第二章第二章 水力旋流器的工艺参数水力旋流器的工艺参数2.12.1水力旋流器的工作原
10、理水力旋流器的工作原理旋流器是一种利用流体压力产生旋转运动的装旋流器是一种利用流体压力产生旋转运动的装置。当料浆以一定的速度进入旋流器，遇到旋置。当料浆以一定的速度进入旋流器，遇到旋流器器壁后被迫作回转运动。由于所受的离心流器器壁后被迫作回转运动。由于所受的离心力不同，料浆中的固体粗颗粒所受的离心力大，力不同，料浆中的固体粗颗粒所受的离心力大，能够克服水力阻力向器壁运动，并在自身重力能够克服水力阻力向器壁运动，并在自身重力的共同作用下，沿器壁螺旋向下运动，细而小的共同作用下，沿器壁螺旋向下运动，细而小的颗粒及大部分水则因所受的离心力小，未及的颗粒及大部分水则因所受的离心力小，未及靠近器壁即随料
11、浆做回转运动。在后续给料的靠近器壁即随料浆做回转运动。在后续给料的推动下，料浆继续向下和回转运动，于是粗颗推动下，料浆继续向下和回转运动，于是粗颗粒继续向周边浓集，而细小颗粒则停留在中心粒继续向周边浓集，而细小颗粒则停留在中心区域，颗粒粒径由中心向器壁越来越大，形成区域，颗粒粒径由中心向器壁越来越大，形成分层排列分层排列。第12页/共112页。随着料浆从旋流器随着料浆从旋流器的柱体部分流向锥体部的柱体部分流向锥体部分，流动断面越来越小，分，流动断面越来越小，在外层料浆收缩压迫之在外层料浆收缩压迫之下，含有大量细小颗粒下，含有大量细小颗粒的内层料浆不得不改表的内层料浆不得不改表方向，转而向上运动
12、，方向，转而向上运动，形成内旋流，自溢流管形成内旋流，自溢流管排出，成为溢流，而粗排出，成为溢流，而粗大颗粒则继续沿器壁螺大颗粒则继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋旋向下运动，形成外旋流，最终由底流口排出，流，最终由底流口排出，成为沉砂。成为沉砂。第13页/共112页2.22.2旋流器内流体的流动区域与流动类型旋流器内流体的流动区域与流动类型归纳起来，一归纳起来，一般认为水力旋般认为水力旋流器内液体流流器内液体流动存在四种形动存在四种形式，即内旋流、式，即内旋流、外旋流、盖下外旋流、盖下流、循环流流、循环流。第14页/共112页 分类方法分类方法 种类种类 说明说明 固固-液旋流器液旋流器 连续
13、相液体；分散相固体连续相液体；分散相固体按分散相类型按分散相类型 液液-液旋流器液旋流器 两相均为液体两相均为液体 轻质分散相旋流器轻质分散相旋流器 分散相的密度低分散相的密度低按混合物组分密度按混合物组分密度 重质分散相旋流器重质分散相旋流器 分散相的密度高分散相的密度高按旋流器结构按旋流器结构 单锥旋流器单锥旋流器 用于固用于固-液分离与液液分离与液-液分离液分离 双锥旋流器双锥旋流器 主要用液主要用液-液分离液分离 圆柱形旋流器圆柱形旋流器 用于重介质分选用于重介质分选按分散相浓度按分散相浓度 普通旋流器普通旋流器 分散相浓度分散相浓度百分之几百分之几 分离浓稠介质旋流器分离浓稠介质旋流
14、器 分散相浓度约为分散相浓度约为2020-50-50按有无运动部件按有无运动部件 静态静态/动态动态 旋流器器壁高速旋转旋流器器壁高速旋转2.32.3水力旋流器的分类水力旋流器的分类第15页/共112页2.42.4分离效率分离效率 分离效率是所有旋流器的最关键性能，对于固分离效率是所有旋流器的最关键性能，对于固-液液分离来说，人们习惯用被分离物料的质量来表示分离分离来说，人们习惯用被分离物料的质量来表示分离效率效率 =m=mu u/m/m式中式中 m mu u 底流口处分散相固体颗粒的质量流率，底流口处分散相固体颗粒的质量流率，kg/s ;kg/s ;m m 进口处分散相颗粒的质量流率，进口处
15、分散相颗粒的质量流率，kg/skg/s。实用条件为实用条件为:分散相颗粒为固体颗粒，被分离的固体颗分散相颗粒为固体颗粒，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。第16页/共112页2.52.5水力旋流器技术中的主要参数水力旋流器技术中的主要参数影响水力旋流器工作指标的参数可分为两影响水力旋流器工作指标的参数可分为两大类：结构参数和工艺参数。大类：结构参数和工艺参数。物性参数影物性参数影响较小。响较小。结构参数主要有：水力旋流器的直径、给结构参数主要有：水力旋流器的直径、给矿咀尺寸、溢流管的直径、排矿咀的直径、矿咀尺寸、溢流管的直径、排矿咀的直径、锥体角度、溢流导管尺寸和安装方
16、式等。锥体角度、溢流导管尺寸和安装方式等。工艺参数主要有：进口压力、固相粒度特工艺参数主要有：进口压力、固相粒度特性、给矿固体含量、矿物组成和固体密度、性、给矿固体含量、矿物组成和固体密度、液相密度或矿浆密度、液相粘度或矿浆粘液相密度或矿浆密度、液相粘度或矿浆粘度、温度等。度、温度等。第17页/共112页结构参数结构参数 1 1、水力旋流器的直径、水力旋流器的直径 水力旋流器的生产能力和分离粒度随着其直径水力旋流器的生产能力和分离粒度随着其直径的增加而增大。因而一般在要求溢流粗，生产能力高时可选择大规格的水的增加而增大。因而一般在要求溢流粗，生产能力高时可选择大规格的水力旋流器，而要获得细的溢
17、流，则采用较小规格的水力旋流器。由许多国力旋流器，而要获得细的溢流，则采用较小规格的水力旋流器。由许多国内外使用水力旋流器的经验来看，给矿的粒度特性和磨矿条件的不同，选内外使用水力旋流器的经验来看，给矿的粒度特性和磨矿条件的不同，选择也不一样。一般来说，给矿中择也不一样。一般来说，给矿中“难分难分”粒子较少，原矿浆浓度不很高时，粒子较少，原矿浆浓度不很高时，可用大直径的水力旋流器；对于含有细粒矿泥的浓矿浆，宜选用中等和小可用大直径的水力旋流器；对于含有细粒矿泥的浓矿浆，宜选用中等和小直径水力旋流器。直径水力旋流器。第18页/共112页 2 2、给矿口的断面尺寸、给矿口的断面尺寸 在不同结构的大
18、多数水力在不同结构的大多数水力旋流器中，矿浆经过渐缩的给矿咀进入旋流器，给旋流器中，矿浆经过渐缩的给矿咀进入旋流器，给矿咀中最狭窄部分算给矿口。根据实践证明：给矿矿咀中最狭窄部分算给矿口。根据实践证明：给矿口的尺寸变化对生产能力影响较大，但对水力旋流口的尺寸变化对生产能力影响较大，但对水力旋流器工作的质量指标并无多大影响。器工作的质量指标并无多大影响。3 3、溢流管直径、溢流管直径 溢流管直径的变化影响到水力旋溢流管直径的变化影响到水力旋流器的所有工作指标。当进口压力不变时，在一定流器的所有工作指标。当进口压力不变时，在一定范围内增加溢流管直径，水力旋流器的生产能力成范围内增加溢流管直径，水力
19、旋流器的生产能力成正比地提高。而在生产能力不变的情况下，随着溢正比地提高。而在生产能力不变的情况下，随着溢流管直径的增大，进口压力呈二次方减小。流管直径的增大，进口压力呈二次方减小。第19页/共112页4 4、排矿咀直径、排矿咀直径 水力旋流器在开路循环工作中，其水力旋流器在开路循环工作中，其排矿咀直径的改变，对生产能力的影响较小；而在排矿咀直径的改变，对生产能力的影响较小；而在磨机组成闭路循环中，当其沉砂经过磨机重新返回磨机组成闭路循环中，当其沉砂经过磨机重新返回水力旋流器时，排矿咀直径对生产能力的影响极大。水力旋流器时，排矿咀直径对生产能力的影响极大。随着其直径的减小，存在以下一些规律：随
20、着其直径的减小，存在以下一些规律：沉砂中沉砂中的含固量增加到某一限度；的含固量增加到某一限度；溢流粒度增大；溢流粒度增大；溢溢流产率增加，沉砂产率相应减少；流产率增加，沉砂产率相应减少；分级效率提高分级效率提高到最大值，然后开始下降。而当排矿咀直径超过溢到最大值，然后开始下降。而当排矿咀直径超过溢流管直径时，水力旋流器的工作遭到破坏。因而沉流管直径时，水力旋流器的工作遭到破坏。因而沉砂含固量、溢流产率、边界粒子粒度和分级效率等，砂含固量、溢流产率、边界粒子粒度和分级效率等，均取决于排矿咀直径，也随排口比而变化均取决于排矿咀直径，也随排口比而变化。第20页/共112页 5 5、排口比（即排矿咀直
21、径与溢流管直径之比）、排口比（即排矿咀直径与溢流管直径之比）排排口比是水力旋流器工作最重要的一个几何参数。排口比是水力旋流器工作最重要的一个几何参数。排口比的改变，对水力旋流器所有工作指标均有极大口比的改变，对水力旋流器所有工作指标均有极大影响。首先影响到沉砂和溢流体积上的重新分布。影响。首先影响到沉砂和溢流体积上的重新分布。相对沉砂量随排口比的增大而增加，溢流产率和沉相对沉砂量随排口比的增大而增加，溢流产率和沉砂含固量因此而降低，溢流和沉砂的固相变得更细。砂含固量因此而降低，溢流和沉砂的固相变得更细。但是溢流的固相粒度只是下降到一定界限，进一步但是溢流的固相粒度只是下降到一定界限，进一步增大
22、排口比会使分级变坏。而当改变水力旋流器的增大排口比会使分级变坏。而当改变水力旋流器的给矿浓度和粒度特性时，采用同一排口比相应有不给矿浓度和粒度特性时，采用同一排口比相应有不同的指标。排口比一般在同的指标。排口比一般在0.15-10.15-1之间，视具体情况之间，视具体情况而定。而定。第21页/共112页6 6、锥体角度、锥体角度 流体阻力随着水力旋流器锥角增加而流体阻力随着水力旋流器锥角增加而变大。在同一进口压力下，体积生产能力因此而减变大。在同一进口压力下，体积生产能力因此而减小，尽管大锥角水力旋流器中的切向速度比小锥角小，尽管大锥角水力旋流器中的切向速度比小锥角的要高些，但在其它条件相同时
23、，粒子在内旋流中的要高些，但在其它条件相同时，粒子在内旋流中停留的时间要短些，因而溢流粒度随着锥角的增加停留的时间要短些，因而溢流粒度随着锥角的增加而变大。一般最佳锥角接近而变大。一般最佳锥角接近2020。第22页/共112页7 7、溢流导管的尺寸和安装方式、溢流导管的尺寸和安装方式 溢流导管用于将水溢流导管用于将水力旋流器的溢流送往下一道工序。导管可以看着是力旋流器的溢流送往下一道工序。导管可以看着是水力旋流器装置的延长部分，当安装不正确时，对水力旋流器装置的延长部分，当安装不正确时，对其工作指标有不良影响。首先矿浆经导管流过时存其工作指标有不良影响。首先矿浆经导管流过时存在流体阻力，其次导
24、管可以成为一个虹吸管。通常，在流体阻力，其次导管可以成为一个虹吸管。通常，溢流并没有充导管的整个断面，因而空气有可能通溢流并没有充导管的整个断面，因而空气有可能通过导管被吸往水力旋流器的空气柱区域；但也有可过导管被吸往水力旋流器的空气柱区域；但也有可能形成导管周期工作的状态，其断面时而被充满，能形成导管周期工作的状态，其断面时而被充满，时而未被充满。这种脉动式的工作状态，对分级指时而未被充满。这种脉动式的工作状态，对分级指标有不良影响。因而导管直径都应该大于溢流管的标有不良影响。因而导管直径都应该大于溢流管的直径。直径。第23页/共112页工艺参数工艺参数1 1、进口压力、进口压力 在已知矿浆
25、体积生产能力的情况下，在已知矿浆体积生产能力的情况下，进口压力主要取决于水力旋流器的溢流管直径和给进口压力主要取决于水力旋流器的溢流管直径和给矿口尺寸。在要求获得粗的溢流时，允许在低的进矿口尺寸。在要求获得粗的溢流时，允许在低的进口压力下工作，而在要求获得细的溢流时，需要保口压力下工作，而在要求获得细的溢流时，需要保持较高的压力下工作。为了在水力旋流器中得到满持较高的压力下工作。为了在水力旋流器中得到满意的分级指标，最重要的使进口压力保持在一个恒意的分级指标，最重要的使进口压力保持在一个恒定的水平上。压力的任何变化都会降低分级效率，定的水平上。压力的任何变化都会降低分级效率，而在压力急剧波动时
26、，沉砂组成瞬时能接近原矿。而在压力急剧波动时，沉砂组成瞬时能接近原矿。进口压力愈小，其相对波动愈大。在闭路磨矿回路进口压力愈小，其相对波动愈大。在闭路磨矿回路中，这种压力变化随时都影响沉砂和溢流的产率，中，这种压力变化随时都影响沉砂和溢流的产率，相应也影响了分级效率。相应也影响了分级效率。第24页/共112页2 2、给矿含固量、给矿含固量 在水力旋流器中，矿浆浓度随着给在水力旋流器中，矿浆浓度随着给矿含固量的增加而增加，这导致固体粒子径向运动矿含固量的增加而增加，这导致固体粒子径向运动速度的减小。于是自由离心沉降规律变为干涉沉降速度的减小。于是自由离心沉降规律变为干涉沉降规律。在接近排矿咀的锥
27、体顶部，矿浆的固相粗粒规律。在接近排矿咀的锥体顶部，矿浆的固相粗粒子形成料较厚的紧密床层。因此，给矿含固量的波子形成料较厚的紧密床层。因此，给矿含固量的波动会引起水力旋流器溢流含固量和沉砂含固量的变动会引起水力旋流器溢流含固量和沉砂含固量的变化、溢流粒度的变化以及沉砂中细粒矿泥混入量的化、溢流粒度的变化以及沉砂中细粒矿泥混入量的变化。以溢流粒度随着给矿中含固量的增加而增大，变化。以溢流粒度随着给矿中含固量的增加而增大，不仅发生在由于排矿咀过负荷而使部分沉砂进入溢不仅发生在由于排矿咀过负荷而使部分沉砂进入溢流时，而且也发生在矿浆粘度和浓度提高的场合流时，而且也发生在矿浆粘度和浓度提高的场合。第2
28、5页/共112页3 3、矿浆的固相粒度组成、矿浆的固相粒度组成 在其它工作条件不变时，在其它工作条件不变时，当水力旋流器处理粗矿浆时，较之处理细矿浆时，当水力旋流器处理粗矿浆时，较之处理细矿浆时，沉砂中含固量较高，溢流粒度较粗。首先，当矿浆沉砂中含固量较高，溢流粒度较粗。首先，当矿浆比较粗时，这与经过排矿咀排出物料的数量较大有比较粗时，这与经过排矿咀排出物料的数量较大有关，排矿时的阻力当然也比较大。这时。排矿咀可关，排矿时的阻力当然也比较大。这时。排矿咀可能无法排出所有的沉砂，一部分就进入溢流。即使能无法排出所有的沉砂，一部分就进入溢流。即使在增大沉砂咀直径并且获得含固量不太高的沉砂时，在增大
29、沉砂咀直径并且获得含固量不太高的沉砂时，在处理粗粒矿浆时，仍然会得到比处理细粒矿浆时在处理粗粒矿浆时，仍然会得到比处理细粒矿浆时更粗的溢流。因而当处理的原矿中含有少量的接近更粗的溢流。因而当处理的原矿中含有少量的接近于分离粒度的粒子时，水力旋流器的分级效果较好，于分离粒度的粒子时，水力旋流器的分级效果较好，而对于含有大量而对于含有大量“难分难分”粒子的物料，则其分级效粒子的物料，则其分级效果差果差。第26页/共112页小结小结（1 1）、）、给矿浓度一般控制在给矿浓度一般控制在30-6030-60。越高溢流。越高溢流细度就越粗，越低则处理能力下降。（细度就越粗，越低则处理能力下降。（2 2）、
30、）、给矿给矿压力一般为压力一般为0.03-0.6kg/cm20.03-0.6kg/cm2，压力越大，处理能，压力越大，处理能力增大，溢流细度变细，同时沉砂产率增高。力增大，溢流细度变细，同时沉砂产率增高。（3 3）、）、当给矿压力不变时，给矿口增大，可以提当给矿压力不变时，给矿口增大，可以提高生产能力。但矿浆在漩流器中的停留时间缩短，高生产能力。但矿浆在漩流器中的停留时间缩短，导致沉砂浓度降低，溢流细度变粗，降低分级效率。导致沉砂浓度降低，溢流细度变粗，降低分级效率。如果给矿口过小，同样会造成沉砂中含泥增加，溢如果给矿口过小，同样会造成沉砂中含泥增加，溢流细度变粗，分级效率和生产能力都下降。（
31、流细度变粗，分级效率和生产能力都下降。（4 4）、）、当其他因素不变时，沉砂口直径减小，则沉砂量减当其他因素不变时，沉砂口直径减小，则沉砂量减小，浓度增高，细粒级含量减少，溢流中粗粒级增小，浓度增高，细粒级含量减少，溢流中粗粒级增加。沉砂口直径增大，则相反。加。沉砂口直径增大，则相反。第27页/共112页 4 4、旋流器的最佳工作状态、旋流器的最佳工作状态 用于分级的旋流器的用于分级的旋流器的最佳工作状态应是沉砂呈伞状喷出，伞的中心保留最佳工作状态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
32、利于提高分级效率。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，以刚散开为宜。在用于此时的伞面夹角不宜过大，以刚散开为宜。在用于浓缩时沉砂可取绳索状排出，获得高浓度的沉砂；浓缩时沉砂可取绳索状排出，获得高浓度的沉砂；在用于脱水时沉砂可以最大角的伞状排出，获得的在用于脱水时沉砂可以最大角的伞状排出，获得的沉砂浓度最低。沉砂浓度最低。第28页/共112页物性参数物性参数物性参数主要包括分散相的颗粒尺寸，两相的密度、物性参数主要包括分散相的颗粒尺寸，两相的密度、黏度及表面张力。由于旋流器的分离效率随分散相黏度及表面张力。由于旋流器的分离效率随分散相颗粒尺寸的增加而提高，所以颗
33、粒（包含液滴）尺颗粒尺寸的增加而提高，所以颗粒（包含液滴）尺寸是影响旋流器操作性能的重要参数；两相之间的寸是影响旋流器操作性能的重要参数；两相之间的密度差的大小决定一定操作条件下离心力场的强度密度差的大小决定一定操作条件下离心力场的强度大小，黏度及表面张力影响流体剪切力大小及液滴大小，黏度及表面张力影响流体剪切力大小及液滴破碎的难易程度。破碎的难易程度。第29页/共112页2.62.6旋流器的工艺计算旋流器的工艺计算水力旋流器的工艺计算，包括分离粒度和处理量的计水力旋流器的工艺计算，包括分离粒度和处理量的计算算旋流器的处理能力旋流器的处理能力Q(L/min)Q(L/min)Q=KQ=K1 1d
34、 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，给矿管直径及溢流管直径，cm;cm;当当矿口为矩形断面时，其中矿口为矩形断面时，其中d dG G=4bl/=4bl/，cm;bcm;b和和l l为给为给矿管断面的宽和长，矿管断面的宽和长，cm;cm;P P 旋流器的进口压力旋流器的进口压力(表压力）表压力）,MPa;,MPa;g g 重力加速度，以重力加速度，以9.8m/s9.8m/s计；计；K K1 1 系数，按表系数，按表2-6-12-6-1确定确定第30页/共112页dG/D0.010.150.200.250.30 K1 1.83 2.46
35、3.10 3.85 4.93表表2-6-12-6-1旋流器在不同旋流器在不同d dG G/D/D值条件下的值条件下的K K1 1值值第31页/共112页旋流器的分离粒度旋流器的分离粒度分级的临界粒度分级的临界粒度dFdF为：为：d dF F=0.75d=0.75dG G /Qh(/Qh(-）/x x式中式中 h h 溢流管下缘到锥壁的轴向距离，为简单溢流管下缘到锥壁的轴向距离，为简单计算可取椎体高度的计算可取椎体高度的2/32/3 介质黏度介质黏度 Q Q 给矿浆体积给矿浆体积 x x 速度变化系数，其值大于速度变化系数，其值大于1 1第32页/共112页x x计算方法常用两种计算方法常用两种
36、 1 1、达尔扬提出的计算公式、达尔扬提出的计算公式 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、前苏联选矿设计院提出的公式、前苏联选矿设计院提出的公式 x x=6.6A=6.6AG G /Dd /DdY Y 式中式中A AG G 给矿口的面积，给矿口的面积，c c;D D 旋流器内径，旋流器内径，cm;cm;旋流器锥角，（旋流器锥角，（）值见表值见表2-6-22-6-2 n0.30.3第33页/共112页 1015206090 2 2.25 2.46 3.40 3.85表表2-6-22-6-2公式公式 中
37、中 的值的值0.30.3第34页/共112页第三章第三章 水力旋流器的结构水力旋流器的结构3.13.1水力旋流器的组合结构类型水力旋流器的组合结构类型 在水力旋流器技术发展的过程中，出现了具有许多器壁结构尺寸、在水力旋流器技术发展的过程中，出现了具有许多器壁结构尺寸、比例的旋流器，可分为长锥型、短锥型；长柱型、短柱型；以及全柱型。比例的旋流器，可分为长锥型、短锥型；长柱型、短柱型；以及全柱型。第35页/共112页长锥型旋流器长锥型旋流器长锥型水力旋流器亦称小锥角旋流器，其特点是长锥型水力旋流器亦称小锥角旋流器，其特点是圆锥角很小圆锥角很小(一般小于一般小于2525），因而旋流器的锥），因而旋流
38、器的锥段很长。这种水力旋流器在工业上应用最广泛，段很长。这种水力旋流器在工业上应用最广泛，他们的分离粒度一般很小，它适用于固体颗粒质他们的分离粒度一般很小，它适用于固体颗粒质量回收率要求高的液体澄清或是悬浮液浓缩以及量回收率要求高的液体澄清或是悬浮液浓缩以及分离粒度要求很小的固体颗粒的分级。分离粒度要求很小的固体颗粒的分级。第36页/共112页短锥型旋流器短锥型旋流器短锥型水力旋流器亦称为大锥角旋流器，其特点是短锥型水力旋流器亦称为大锥角旋流器，其特点是圆锥角很大（大于圆锥角很大（大于2525）、锥段很短。由于这类短）、锥段很短。由于这类短锥旋流器内下部的循环流有着类似化床层的作用，锥旋流器内
39、下部的循环流有着类似化床层的作用，所以这类旋流器可以用于对固体颗粒进行分级、根所以这类旋流器可以用于对固体颗粒进行分级、根据颗粒的形状和密度的差别对颗粒进行分类或分选。据颗粒的形状和密度的差别对颗粒进行分类或分选。短锥型水力旋流器在重矿物分选方面取得了许多成短锥型水力旋流器在重矿物分选方面取得了许多成功的应用，特别是细粒黄金分选方面，进来已经发功的应用，特别是细粒黄金分选方面，进来已经发展成为一种令人瞩目的回收细粒砂金的重力分选设展成为一种令人瞩目的回收细粒砂金的重力分选设备。备。第37页/共112页长柱型旋流器长柱型旋流器近年来圆柱形水力旋流器有对近年来圆柱形水力旋流器有对具有不规则几何形状
40、或是具有具有不规则几何形状或是具有不同粒度直径的颗粒进行分级不同粒度直径的颗粒进行分级处理过程中的应用越来越广泛。处理过程中的应用越来越广泛。适当增加柱形区域的长度，能适当增加柱形区域的长度，能够提高水力旋流器的分离粒度够提高水力旋流器的分离粒度、处理能力及分级效率，减少、处理能力及分级效率，减少溢流浓度，所以在进行固液分溢流浓度，所以在进行固液分离时，取柱形长度较长为宜。离时，取柱形长度较长为宜。第38页/共112页短锥型旋流器短锥型旋流器其特点是柱段筒体比锥段短的多，其柱段长度往往只有锥段的其特点是柱段筒体比锥段短的多，其柱段长度往往只有锥段的1/41/4或更短。或更短。柱段旋流器之所以运
41、用的如此广泛，主要是由于通常人们认为柱段是区域柱段旋流器之所以运用的如此广泛，主要是由于通常人们认为柱段是区域为预分离区、并认为真正的分离过程是在锥段完成的，所以认为旋流器柱为预分离区、并认为真正的分离过程是在锥段完成的，所以认为旋流器柱段不必要太长。段不必要太长。今年来发现旋流器的柱段是一个有益于固相颗粒分离的有效沉降区，柱段今年来发现旋流器的柱段是一个有益于固相颗粒分离的有效沉降区，柱段区域对颗粒的分级分离过程也有不可忽略的作用。区域对颗粒的分级分离过程也有不可忽略的作用。第39页/共112页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组成而没有锥段。这种全柱型旋流全柱型水力
42、旋流器的整个器壁全由柱段组成而没有锥段。这种全柱型旋流器常用如图下图所示两级旋流器系统的第一级，主要用于选矿作业。由于器常用如图下图所示两级旋流器系统的第一级，主要用于选矿作业。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级物料混入溢流，全柱型水力旋流器下部也呈柱状，故可有效地抑制粗粒级物料混入溢流，从而能较好的保证其溢流产品的质量。该型水力旋流器主要运用在洗煤厂。从而能较好的保证其溢流产品的质量。该型水力旋流器主要运用在洗煤厂。第40页/共112页第41页/共112页3.23.2水力旋流器的结构类型水力旋流器的结构类型进料管与旋流器柱段的连接进料管与旋流器柱段的连接部分为进料管结构，
43、一部分为进料管结构，一般包括横截面形状、纵截面形状以及与旋流器顶部般包括横截面形状、纵截面形状以及与旋流器顶部柱段相贯的形状等几方面的内容柱段相贯的形状等几方面的内容进料管横截面形状也称断面形状，一般以圆形横截进料管横截面形状也称断面形状，一般以圆形横截面用得最为广泛。然而，在矿山实践中，我们摈弃面用得最为广泛。然而，在矿山实践中，我们摈弃常规，将旋流器的进料横截面设计为矩形，其矩形常规，将旋流器的进料横截面设计为矩形，其矩形长边与旋流器轴心线平行，短边与轴心线垂直。事长边与旋流器轴心线平行，短边与轴心线垂直。事实证明，具有这种矩形横截面的进料管能使进料口实证明，具有这种矩形横截面的进料管能使
44、进料口处流体的湍动和扰动程度减弱，从而降低水力旋流处流体的湍动和扰动程度减弱，从而降低水力旋流器内的能量损耗。器内的能量损耗。第42页/共112页进料管纵截面形状进料管纵截面形状进料管纵截面进料管纵截面形状进料管纵截面形状进料管纵截面形状进料管纵截面形状形状进料管纵截面形状 进料管的纵截面形状一进料管的纵截面形状一般指与旋流器轴线相垂直的进料管中心线的截面形般指与旋流器轴线相垂直的进料管中心线的截面形状，通常为两条平行线所围成的不收缩通道。但在状，通常为两条平行线所围成的不收缩通道。但在实际应用中，多采用具有收缩形状截面的进料管。实际应用中，多采用具有收缩形状截面的进料管。在同样的泵送条件下，
45、具有收缩形状纵截面的进料在同样的泵送条件下，具有收缩形状纵截面的进料管可使流体在进料口处加速，以加强旋流器内的离管可使流体在进料口处加速，以加强旋流器内的离心强度，使水力旋流器内的细粒分选更加有效心强度，使水力旋流器内的细粒分选更加有效。第43页/共112页水力旋流器的进料管一般为二维结构，它与旋流器水力旋流器的进料管一般为二维结构，它与旋流器柱段相接的形式则常常为切线形。切线形进料管容柱段相接的形式则常常为切线形。切线形进料管容易造成进料口处流体的扰动和湍动，而且由于流体易造成进料口处流体的扰动和湍动，而且由于流体的转向损失和涡流损失等而引起较大的局部阻力，的转向损失和涡流损失等而引起较大的
46、局部阻力，所以这种进料管引起的进料部位局部能量损耗较大所以这种进料管引起的进料部位局部能量损耗较大1111。于是，除切向线行进料管外，在二维结构中。于是，除切向线行进料管外，在二维结构中还出现了渐开线形、弧线形、螺旋线形等多种形式还出现了渐开线形、弧线形、螺旋线形等多种形式的进料管。的进料管。Boadway12Boadway12曾对渐开线形进料管和切曾对渐开线形进料管和切线形进料管进行对比试验，结果发现采用渐开线形线形进料管进行对比试验，结果发现采用渐开线形进料管时比采用切线形进料管时水力旋流器可降低进料管时比采用切线形进料管时水力旋流器可降低能耗达能耗达52%52%。第44页/共112页第4
47、5页/共112页3.33.3水力旋流器单元参数设计水力旋流器单元参数设计结构参数结构参数（1 1）水力旋流器直径：水力旋流器直径主要影响水力旋流器直径：水力旋流器直径主要影响生产能力和分离粒度的大小。一般说来，生产能力生产能力和分离粒度的大小。一般说来，生产能力和分离粒度随着水力旋流器直径增大而增大。和分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：入料口的大小对处理能力、：入料口的大小对处理能力、分级粒度及分级效率均有一定影响。入料管直径增分级粒度及分级效率均有一定影响。入料管直径增大，分级粒度变粗，其直径与旋流器直径呈一定比大，分级粒度变粗，其直径与旋流器直径
48、呈一定比例，例，Di=Di=（0.2-0.260.2-0.26）D D。第46页/共112页（3 3）锥体角度：增大锥角，分级粒度变粗，减锥体角度：增大锥角，分级粒度变粗，减小锥角，分级粒度变细。一般来说对细粒级物料小锥角，分级粒度变细。一般来说对细粒级物料分级，采用较小锥角的旋流器，通常取分级，采用较小锥角的旋流器，通常取10101515；粗粒级分级和浓缩用旋流器一般采用较大的锥；粗粒级分级和浓缩用旋流器一般采用较大的锥角，通常在角，通常在20204545。水力旋流器内的流体阻力。水力旋流器内的流体阻力随着锥角的增大而增大。在同一进口压力下，由随着锥角的增大而增大。在同一进口压力下，由于流体
49、阻力增大，其生产能力要减小。分离粒度于流体阻力增大，其生产能力要减小。分离粒度随其锥角的增大而增大，总分离效率降低，而底随其锥角的增大而增大，总分离效率降低，而底流中混入的细颗粒较少。流中混入的细颗粒较少。第47页/共112页（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，溢流粒度变粗，底流中细粒级减少，底流浓度增加。溢流粒度变粗，底流中细粒级减少，底流浓度增加。根据筒体直径确定溢流管直径，取值范围根据筒体直径确定溢流管直径，取值范围Do=Do=（0.2-0.40.2-0.4）D D，溢流管内径是影响水力旋流，溢流管内径是影响水力旋流器性能的一个最重要
50、的尺寸，它的变化会影响到水器性能的一个最重要的尺寸，它的变化会影响到水力旋流器所有的工艺指标。当进口压力不变，在一力旋流器所有的工艺指标。当进口压力不变，在一定范围内，旋流器的生产能力近似正比于溢流管直定范围内，旋流器的生产能力近似正比于溢流管直径。径。第48页/共112页（5 5）溢流管插入深度：溢流管插入深度是指旋流溢流管插入深度：溢流管插入深度是指旋流器溢流管底口与筒体和锥体交接处的垂直距离，称器溢流管底口与筒体和锥体交接处的垂直距离，称为自由间隙。增大自由间隙，分级粒度变细，减小为自由间隙。增大自由间隙，分级粒度变细，减小自由间隙，分级粒度变粗；自由间隙自由间隙，分级粒度变粗；自由间隙