CN101254489B - 改进中心管、溢流管结构的水力旋流器 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种固液分离和分级、非均相分离的装置，具体地说是一种改进中心柱、溢流管结构的水力旋流器，它由进料管、圆筒段、圆锥段、底流管、溢流管、溢流管外设置的部分螺旋翅片和带有螺旋导流片的空心管子中心柱组成。所述的中心柱为空心的管子，中心柱上开有多个小孔，中心柱外面安置螺旋导流片。在溢流管底端到不超过进口管底部高度之间的溢流管上安置螺旋翅片。该结构的旋流器使分离效率比现有的旋流器效率提高5-10％，能量消耗减少20％，旋流器的分离效率更加稳定、可靠，适用于选矿、疏浚、化工、石油等行业的固液分离。

Description

改进中心管、溢流管结构的水力旋流器

技术领域

本发明属于一种固液分离和分级、非均相分离的装置，特别涉及一种水力旋流器。

背景技术

目前，水力旋流器由圆筒段、圆锥段、溢流口、底流口与进料口组成。溢流口在圆柱体的上端与顶盖连接，进料口在圆柱体上部沿着侧面切线方向进入圆柱腔内。混合物料沿着切向进入水力旋流器，流体在圆柱腔内形成高速旋转的流场，混合物中密度大的组分在旋转流场产生的离心力作用下沿着径向向外运动，同时沿着轴向向下运动，在达到锥体段沿着器壁继续向下运动，并由底流口排出，这样就形成了外旋流，密度小的组分向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内旋流，然后由溢流口排出，这样就达到了两相分离的目的。

目前的旋流器有如下一些缺点：

(1)由于旋流器下部是一个逐渐变小的锥体，被离心分离出的向下运动的密度大的组分，与沿中心线向上运动的密度小的组分在接近底流口出口的锥体小端附近容易返混，使得被分离出的组分有部分又返混在一起，降低了旋流器的分离效率。

(2)特别是当进口溶液中含有溶解的空气时，由于离心旋流的分离作用，溶解的气体被析出，围绕在压力较低的中心轴附近，无法排走。它进一步减少了锥形内部的空间，促使已被分离的内外旋流液返混现象加剧，又进一步降低了旋流器的分离效率。在大多数的旋流分离中都会遇到析出的空气柱的问题。

(3)有小部分流体(占进口物料总量的10-20％)会沿溢流管外壁向下到达溢流口直接从溢流口排出，通常叫短路流，短路流没有经过分离直接排出，严重降低了旋流器的分离效率。

为了减少返混和短路流对旋流器分离效率的影响，褚良银等发明了锥齿型水力旋流器，并在旋流器中心轴上设置的中心柱上加中心锥(CN93229713.7)；徐继润等提出了具有厚壁溢流管和中心柱的水力旋流器(水力旋流器强制涡及内部损失研究：[博士学位论文].沈阳：东北工学院)；王光风等提出了一种外带环流旁路的溢流管(化工机械[J].1991，18(6)：319～325)；周先桃提出了螺旋导流溢流管旋流器(CN02221274.4)。

本发明人研究发现：

(1)上述在旋流器的中心轴上设置中心柱的设想是想把析出的空气柱的体积占据掉，以减少内外旋流液的返混程度。但是事实发现，由于空气柱密封在旋流器内部，无法排走，中心柱的体积使得空气柱向外扩展，进一步降低了旋流器锥体下部的空间，反而加剧了返混现象，进一步降低了旋流器的分离效率。

(2)中心柱在运行过程中容易产生振动，甚至发生折断等问题。

(3)溢流管上的螺旋叶片，下部的叶片对减少短路流有益，而溢流管上部的螺旋叶片，对防止短路流没有作用，反而会增加旋流器运行能耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种水力旋流器，进一步说是一种改进中心管、溢流管结构的水力旋流器。

本发明的水力旋流器能够排除旋流器中间的空气柱，以减少返混的程度，扩大有效分离的工作空间；稳定中心柱的结构，减少中心柱振动的程度和在减少短路流的同时，优化旋流器的结构，降低对旋流器内流场的干扰，以降低旋流器运行时的能耗。

本发明的水力旋流器由螺旋溢流管、进料管、筒体、锥体、底流管、顶盖和中心柱组成。

鉴于上述目的，本发明专利采用了下述方法：

(1)采用带有若干小孔的中心管作为中心柱，使被旋流分离出的空气能够从小孔进入中心管内，通过中心管上部伸入溢流管内，利用溢流管排液时快速流动产生的负压抽吸作用，把进入中心管内的空气经过溢流液排除出去。旋流器的锥形部位排除了空气柱后，不仅减少了返混的可能，而且由于有效工作空间增大，提高了旋流器的分离效率和产量。排气孔的直径通常为3～10mm左右，小型旋流器推荐在3～5mm左右，大型旋流器推荐在5～10mm左右。小孔的数量不限，通常为3～50个左右，只要旋流器析出的空气能够自由进入中心管内，在操作过程中被自动抽走。中心柱上的小孔数量对于小型旋流器推荐在5～20个左右，大型旋流器推荐在10～50个左右。但是数量过多，会影响抽吸作用和中心管的强度。

(2)针对在旋流器中心轴处加中心柱后，刚度不够会引起的中心柱振动，造成旋流器内流场混乱，影响旋流器的分离效率。本发明在中心柱上部的2/3位置设置与内旋流螺旋方向相同的螺旋翅片，由于流体的粘性，螺旋翅片对向上的内旋流起到引导和整流作用，减少了进口条件波动对旋流器流场的影响而造成的“返混”，螺旋翅片同时加强了中心柱的刚性，减少了中心柱振动的可能性。

(3)当液体物料从进口沿切向进入旋流器内，有一部分物料会沿着溢流管的管壁向溢流管下端的进口处流动，直接进入溢流管，未经分离就直接作为密度小的组分被溢流管排走，形成短路流。研究表明，只有溢流管下部，即溢流管进口处的叶片起到消除短路流的效果，溢流管上部的叶片对消除短路流不起作用，但是会增加能量消耗。本发明专利仅在溢流管底端部分长度上设置螺旋翅片。螺旋翅片设置在溢流管外侧，与溢流管进口平齐，高度不超过进料口的底部。当短路流到达螺旋翅片末端，即溢流管的进口处时，反向的螺旋翅片阻止短路流进入溢流管，而使短路流向外，重新进入外旋流，以达到旋流分离的目的，如附图一所示。这样既在最小程度上减少由于螺旋翅片的存在而造成的能量耗散，又消除了短路流。

和现有技术相比，本发明的优点：

(1)中心管作为中心柱安置在旋流器的轴线上，管上开有一些小孔，可以使被旋流器离心分离出来的、聚集在旋流器轴线上的空气柱被负压抽进中心管内，该负压是由溢流管排出的流体快速下落时由速度产生的。它可以有效地把占据在旋流器中心的空气柱消除掉，从而增加旋流器内的有效分离空间，减少内外旋流液返混的机会，提高旋流器的分离效果和分离能力。

(2)在中心柱上设置螺旋导流片有利于稳定流场，减少进口条件波动对旋流器分离效率的影响而造成的“返混”，提高了旋流器的分离效率和可靠性。

(3)螺旋导流片加强了中心柱的刚性，减少了中心柱振动的可能性。

(4)带有螺旋导流片的中心柱疏导了内旋流，增加同样操作条件下旋流器的处理量。

(5)把溢流管外的螺旋翅片减少到仅在溢流管下部，即溢流管进口处设置。因为只有进口处的螺旋翅片才起到阻止短路流的作用。取消溢流管上部的螺旋翅片，可以减少旋流器的能耗。

(6)该发明结构简单，实施方便，经济可靠。

附图说明

图1是本发明的水力旋流器的剖视图；

图2是本发明的水力旋流器的的俯视图。

符号说明

附图中：1进料管；2旋流器的圆筒段；3旋流器的圆锥段；4底流管；5溢流管；6溢流管下部的螺旋翅片；7装有螺旋导流片的中心柱。

具体实施方式

通过下述实施例可以进一步理解本发明，但是不能限制本发明的内容。

如附图1和2所示，本实用旋流器由进料管1、旋流器的圆筒段2、旋流器的圆锥段3、底流管4、溢流管5、溢流管下部的螺旋翅片6、装有螺旋导流片的中心柱组成7。中心柱是空心的管道，上面开有若干个排气小孔，排气孔直径，小型旋流器可以在3～5mm，数量可在5～20个左右，大型旋流器的排气孔直径，可在5～10mm，数量可在10～50个左右。以使旋流操作时析出的空气柱能够进入中心管内，被溢流管内排出的溢流液的流速所产生的负压所带走。排气孔数量太多会影响抽吸作用。中心管在溢流管和底流管内有支架支撑，可以进行装卸。两种螺旋翅片焊在溢流管外侧下端，螺旋导流片焊在中心管外侧。采用本发明的水力旋流器能迅速排除水力旋流器内的空气，在运行过程中不易产生振动和短路，从而提高效率器的分离效率和处理能力。

Claims (3)

1.一种用于固液分离的水力旋流器，它包括进料管、带有部分螺旋翅片的溢流管、底流管、圆筒段、圆锥段和设置在旋流器的中心轴处的带螺旋导流片的中心柱，圆筒段上部沿切向方向设置进料管，顶盖中央设置溢流管，圆锥段下部设置底流管，其特征在于所述的中心柱是通过溢流管和底流管的空心管状中心柱，在中心柱上开有便于空气柱进入中心柱被抽吸排除的小孔，中心柱上部设置有螺旋导流片，螺旋导流片的螺旋方向与水力旋流器中内旋流的螺旋方向一致，轴向向上；在溢流管的外侧从溢流管底部溢流液进口处到不超过进料管底部的高度设置螺旋翅片。

2.根据权利要求1所述的水力旋流器，其特征在于所述的中心柱开有3～50个小孔。

3.根据权利要求1或2所述的水力旋流器，其特征在于所述的小孔的直径为3～10mm。

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