浅谈水力旋流器的工作原理和影响参数

©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netSerialNo.403January.2003矿业快报EXPRESSINFORMATIONOFMININGINDUSTRY总第403期2003年1月第1期孙玉波,东北大学,教授,110004辽宁省沈阳市文化路。浅谈水力旋流器的工作原理和影响参数孙玉波(东北大学)摘要:叙述了水力旋流器的发展史、工作原理、工作参数及其选择。同时论述了旋流器的发展概况。关键词:水力旋流器;工作原理;工作参数;发展中图分类号:TD455+14文献标识码:A文章编号:100925683(2003)0120005203PreliminaryDiscussionontheWorkingPrincipleandInfluenceParametersofaHydrocycloneSunYubo(NortheasternUniversity)Abstract:Thedevelopinghistory,workingprinciple,workingparametersandselectionofahydrocyclonewerepresented.Thedevelopinggeneralsituationofthehydrocyclonewasal2sodiscussed.Keywords:Hydrauliccyclone;Workingprinciple;Workingparameter;Development水力旋流器既可用于分级、浓缩、脱泥,也可按物料密度差进行分选。一个结构简单的、只有一个进料口两个出料口、空心的柱2锥结合体,是如何完成这些作业的?它们的影响参数是什么?下面就简单地讨论一下这些问题。1水力旋流器是如何按颗粒粒度差分离的据报导,浓缩和脱泥用的水力旋流器最早是在1939年5月发表在世界矿山评论杂志上(比利时里埃芝城),作者德赖森(M.G.Drissen)。当时被用于浓缩选煤用的黄土悬浮液,结构如图1所示。以后经德赖森改进,增设了溢流管。到1948年传入美国时已具有了现在的结构型式。我国是在20世纪50年代初开始试验并首先在云锡公司选矿厂获得工业应用。所有用于分级、浓缩、脱泥的旋流器均是在执行按颗粒粒度差分离的作业。给料压力一般在0106～012MPa范围内,在给料口处流速为5～12m�s。进入旋流器后由此构成的切线速度将有所降低。料浆在旋流器内停留时间很短,例如锥角20°的�350mm旋流器,内部容积为0.06m3,而处理能力为85m3�h,由此可算出料浆在器内的停留时间只有215s.在如此短的时间内,料浆大约只旋转4～5圈即将排出,而不会像某些资料中介绍的那样作多圈运动(参见图2)。图1早期的德赖森旋流器图2料浆在旋流器内运动示意图料浆中的粗、细颗粒如何能在这样短时间内发生分离?原因即在于它们的惯性离心力不同。5©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net固体颗粒呈悬浮状态随料浆一起沿切线方向进入旋流器内,料浆液体遇到器壁后被迫作回转运动,而固体颗粒则依原有的直线运动的惯性继续向前运动。粗颗粒惯性力大,能够克服水力阻力靠近器壁,而细小颗粒惯性力较小,未及靠近器壁即随料浆作回转运行。在后续给料的推动下,料浆继续向下和回转运动,固体颗粒相应产生惯性离心力。于是粗颗粒继续向周边浓集,而细小颗粒则停留在中心区域。这样就发生了粗细颗粒由器壁向中心的分层排列。当然惯性离心力不仅固体颗粒存在,料浆液体也同样存在,并且由内向外逐层传递,到器壁处达到最大。该处的液体压强与给料压力构成平衡。这就是旋流器必须有一定的给料压力的原因。料浆的这种离心运动倾向也使它在进入旋流器后不能直接从溢流管排出,而只能向下作回转运动。但是如果给料压力很小,料浆不能形成足够的回转速度,便有可能从溢流管直接排出,粗细颗粒也就谈不上按粒度分级。随着料浆从旋流器的柱体部分流向锥体部分,流动断面越来越小。在外层料浆收缩压迫之下,内层料浆不得不改变方向,转而向上流动。于是在旋流器内形成了两组旋转流;外层向下的旋转流和内层向上的旋转流。当然它们的切线流向仍保持一致,只在轴向发生了变化。在流向的转变点,速度为零。将零速的各点连结起来。在空间可形成一个敞口杯形的曲面,称为轴向零速包络面(见图3)。在包络面内的细小颗粒将被带入溢流,在包络面外的较粗颗粒则进入沉砂,故包络面的空间位置即决定了分离粒度的大小。图3旋流器内料浆轴向流动方向的改变和零速包络面料浆因回转产生的层间压力在