CN104190561A - 一种自驱动强化分离的旋流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自驱动强化分离的旋流器，包括溢流帽、溢流管、旋流器本体、进料管、底流管和底流导流管；进料管设置在旋流器本体的上侧部，在进料管上设置进料口，溢流管下部伸入到旋流器本体内部并与旋流器本体连通，溢流管上部与溢流帽连通，在溢流帽侧部设置溢流口；底流管连接在旋流器本体底部并与旋流器本体连通，底流导流管连接在底流管底部并与底流管连通，在底流导流管下侧部设置沉砂口，在旋流器内部还设置一根转轴，在转轴上设置两组旋转叶轮，第一旋转叶轮组紧接着位于溢流管的下方，第二旋转叶轮组位于旋流器本体上段与下段的连接处。本发明通过抑制空气柱的形成和减小上、下闭环涡流对分离过程的影响，提高分离精度和效率。

Description

一种自驱动强化分离的旋流器

技术领域

本发明属于固液分离技术领域，具体涉及一种自驱动强化分离的旋流器。

背景技术

如图1所示，现有技术中的水力旋流器，包括进料体、圆筒段101、圆锥段102、溢流管和底流口。固液混合物料由进料体进入旋流器的圆筒段101后，在离心力场的作用下，高密度的组分沿径向朝旋流器壁运动，同时沿轴向朝下运动，到达圆锥段102底部后由底流口排出，形成外旋流105；低密度的组分随外旋流运动到圆锥段102底部后改变流向，沿轴向朝上运动并由溢流管排出，形成内旋流104，从而实现固液分离或分级的目的。

然而，上述水力旋流器在运行时往往存在如下技术问题：

1、由于旋流器中心轴区域为负压区，容易形成空气柱103。空气柱103首先在溢流管和底流口处产生，然后随分离过程逐渐长大并贯通整个中心轴，空气柱103的形成造成旋流器内部大量的能量损失，其能量大约占旋流器内部能量的一半左右，此外，空气柱103的不稳定会导致分离效率降低。

2、在内旋流104和外旋流105之间存在闭环涡流。旋流器内的闭环涡流主要集中在两个区域，一是溢流管外壁处，即上闭环涡流106；二是圆筒段101与圆锥段102的交界处，即下闭环涡流107。闭环涡流内的物料没有参与分离过程，从而导致旋流器的分离精度降低。

对于现有技术中存在的上述技术问题，目前并没有非常好的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提出一种自驱动强化分离的旋流器，通过抑制空气柱的形成和减小闭环涡流对分离过程的影响，提高分离精度和效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自驱动强化分离的旋流器，包括溢流帽、溢流管、旋流器本体、进料管、底流管和底流导流管；旋流器本体采用中空结构，其上段呈柱体状，下段呈锥体状；

进料管连接在旋流器本体的上侧部并与旋流器本体连通，在进料管上设置进料口；

溢流管连接在旋流器本体的顶部并与旋流器本体连通，溢流管的下部伸入到旋流器本体的内部；

溢流帽位于溢流管的上方，溢流管还连接在溢流帽的底部并与溢流帽连通，在溢流帽的侧部设置溢流口；

在溢流帽的顶部开设一个上部轴孔，在溢流帽的上方设置一个上轴承底座，该上轴承底座与溢流帽连接；

底流管位于旋流器本体的下方，底流管连接在旋流器本体的底部并与旋流器本体连通；

底流导流管呈锥体状，位于底流管的下方，底流导流管连接在底流管的底部并与底流管连通，在底流导流管的下侧部设置沉砂口；

在底流导流管的底部开设一个下部轴孔，在底部导流管的下方设置一个下轴承底座，该下轴承底座与底流导流管连接；

在上轴承底座与下轴承底座之间设置一根转轴，该转轴从上到下依次贯穿上部轴孔、溢流帽、溢流管、旋流器本体、底流管、底流管导管和下部轴孔；

在转轴上从上到下依次设置第一旋转叶轮组和第二旋转叶轮组，第一旋转叶轮组紧接着位于溢流管的下方，第二旋转叶轮组位于旋流器本体上段与下段的连接处。

进一步，上述转轴直径为溢流管直径的倍。

进一步，定义旋流器本体上段的某一横截面直径为D，设定旋流器本体下段的截面直径为0.7D的截面为闭环涡流下界面；第一旋转叶轮组在转轴上的连接点位于溢流管下方0.2D处，第二旋转叶轮组在转轴上的连接点位于该闭环涡流下界面上方0.2D～0.25D处。

进一步，定义第一旋转叶轮组的外旋转面直径为D1，第一旋转叶轮组的内旋转面直径为d1，则D1>d1，且D1<0.43D，d1>溢流管直径；定义第二旋转叶轮组的外旋转面直径为D2，第二旋转叶轮组的内旋转面直径为d2，则D2>d2，且D2<0.43D，d2>溢流管直径。

进一步，上述第一旋转叶轮组和第二旋转叶轮组分别焊接连接在转轴上，且第一旋转叶轮组和第二旋转叶轮组内部的叶轮均采用直线叶轮或圆弧叶轮。

进一步，上述上轴承底座与溢流帽、以及下轴承底座与底流导流管分别通过螺栓连接。

进一步，上述上轴承底座包括上轴承端盖、上轴承和上轴承座；所述下轴承底座包括下轴承端盖、下轴承和下轴承座。

进一步，在上部轴孔、以及下部轴孔处分别设置密封部件。

进一步，上述进料管与旋流器本体、溢流管与旋流器本体、溢流管与溢流帽、以及底流管与底流导流管分别通过焊接连接。

进一步，上述旋流器本体上段与旋流器本体下段、以及旋流器本体下段与底流管分别通过焊接法兰连接。

本发明具有如下优点：

本发明述及的自驱动强化分离的旋流器，在旋流器内部设置一个贯通该旋流器中心的转轴，并在转轴上从上到下依次设置两组旋转叶轮，该转轴占据旋流器内部空气柱的位置，抑制了空气柱的形成。此外，两组旋转叶轮跟随转轴同步高速转动，利于打散上、下闭环涡流，使漩涡内的物料重新参与分离过程，并加速分离区域的颗粒运动，提高分离精度和效率。本发明述及的自驱动强化分离的旋流器，其转轴和两组旋转叶轮完全依靠旋流器内部流体的湍动能驱动，不需要额外增加动力，利于降低运行成本。另外，转轴随流体同向转动，减少了摩擦所造成的能量损失，且转轴所受负荷减小，不易折断。

附图说明

图1为现有技术中旋流器的结构示意图；

图2为本发明中自驱动强化分离的旋流器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

结合图2所示，一种自驱动强化分离的旋流器，包括溢流帽5、溢流管6、旋流器本体、进料管7、底流管12和底流导流管13。旋流器本体采用中空结构，其上段9呈柱体状，下段10呈锥体状。

进料管7连接在旋流器本体的上侧部并与旋流器本体连通，在进料管7上设置进料口A。

溢流管6的下部伸入到旋流器本体的内部，具体的，该伸入部位位于旋流器本体的上段9内部，溢流管6与旋流器本体连通，溢流管6的中部连接到旋流器本体的顶部。

溢流帽5位于溢流管6的上方，溢流管6的顶部连接到溢流帽5的底部并与溢流帽5连通，在溢流帽5的侧部设置溢流口B。

在溢流帽5的顶部开设一个上部轴孔，在溢流帽5的上方设置一个上轴承座，该上轴承底座与溢流帽5连接，例如采用螺栓连接。

具体的，上轴承底座包括上轴承端盖1、上轴承2和上轴承座3。

底流管12位于旋流器本体的下方，底流管12连接在旋流器本体的底部并与旋流器本体连通。

底流导流管13呈锥体状，位于底流管12的下方，底流导流管13连接在底流管12的底部并与底流管连通，在底流导流管13的下侧部设置沉砂口C。

在底流导流管13的底部开设一个下部轴孔，在底部导流管的下方设置一个下轴承底座，该下轴承底座与底流导流管连接，例如采用螺栓连接。

具体的，下轴承底座包括下轴承端盖14、下轴承15和下轴承座16。

在上轴承底座与下轴承底座之间设置一根转轴11，该转轴11为一贯通旋流器中心的实心轴，转轴11两端分别由上轴承2和下轴承15支撑，上轴承2由上轴承端盖1和上轴承座3进行定位，下轴承15由下轴承端盖14和下轴承座16进行定位。

该转轴11从上到下依次贯穿上部轴孔、溢流帽5、溢流管6、旋流器本体、底流管12、底流管导管13和下部轴孔。

根据分离理论和科学实践，正常分离时旋流器内流体运动的组合涡，大约以倍的溢流管6半径为分界面，界面以内属强制涡运动，易形成空气柱；界面以外属自由涡运动，为分离区域；在界面位置属强制涡向自由涡过渡的过渡状态，流体在界面位置具有最大的切向速度，形成剪切力，可以为转轴11提供旋转驱动力。

本发明实施例，取转轴11直径与空气柱直径相同，即通常为倍的溢流管6直径，并将转轴11固定在中心轴位置处，占据了空气柱的位置，因此可以避免空气由溢流管6和底流管12吸入，抑制空气柱的形成。

在转轴11上从上到下依次设置第一旋转叶轮组8和第二旋转叶轮组17，第一旋转叶轮组8紧接着位于溢流管6的下方。第一旋转叶轮组8，用于打散上闭环涡流，使上漩涡内的物料重新参与分离过程。

第二旋转叶轮组17位于旋流器本体上段9与下段10的连接处。第二旋转叶轮组17，用于打散下闭环涡流，使下漩涡内的物料重新参与分离过程。

在分离过程中，强制涡内的流体湍动能转换为转轴11的机械能，进一步带动安装在转轴11上的第一旋转叶轮组8和第二旋转叶轮组17旋转。由于此时转轴11与流体的运动方向一致，因此由摩擦所造成的能量损失也大大减少。

定义旋流器本体上段9的某一横截面直径为D，同时设定旋流器本体下段10的截面直径为0.7D的截面为闭环涡流下界面。

由于上闭环涡流位于溢流管6外壁处，本发明实施例将第一旋转叶轮组8在转轴11上的连接点设置在位于溢流管6下方0.2D处。由于下闭环涡流下缘位于闭环涡流下界面处，闭环涡流的直径大约等于0.4D～0.5D，本发明实施例将第二旋转叶轮组17在转轴11上的连接点设置在位于闭环涡流下界面上方0.2D～0.25D处。

定义第一旋转叶轮组的外旋转面直径为D1，第二旋转叶轮组的外旋转面直径为D2。第一旋转叶轮组的外旋转面直径D1和第二旋转叶轮组的外旋转面直径D2均小于0.43D，保证第一旋转叶轮组8和第二旋转叶轮组17不超出旋流器零速包络面，不干扰外旋流正常流动。

定义第一旋转叶轮组的内旋转面直径为d1，第二旋转叶轮组的内旋转面直径为d2，且d1<D1，d2<D2。第一旋转叶轮组的内旋转面直径d1和第二旋转叶轮组的内旋转面直径d2均大于溢流管6直径，不干扰内旋流正常流动。

通过对第一旋转叶轮组8、第二旋转叶轮组17的具体位置和内、外旋转面直径的精确控制，保证第一旋转叶轮组8与第二旋转叶轮组17的叶轮分别处于上、下闭环涡流的内部。

一方面叶片可以对上、下闭环涡流形成搅动并将上、下闭环涡流打散，使上、下漩涡内的物料重新参与分离过程，而且叶轮的转动也会提供高强度离心力场，加速分离区与物料颗粒运动，另一方面不会影响到内旋流与外旋流的正常流动，利于提高分离精度和分离效率。

第一旋转叶轮组8和第二旋转叶轮组17分别焊接连接在转轴11上。第一旋转叶轮组8和第二旋转叶轮组17内部的叶轮均可选用直线叶轮或圆弧叶轮。

此外，在上部轴孔处、以及下部轴孔处分别设置密封部件4、18，该密封部件4、18分别用于对转轴11与溢流帽5的连接处、以及转轴11与底流导流管13的连接处进行密封。密封部件4、18可以采用填料的方式形成。

优选地，进料管7与旋流器本体、溢流管6与旋流器本体、溢流管6与溢流帽5、以及底流管12与底流导流管13分别采用焊接连接。

优选地，旋流器本体上段9与旋流器本体下段10、以及旋流器本体下段10与底流管12分别采用焊接法兰连接。

其大致工作过程如下：

物料以一定的速度通过进料管7沿切向进入旋流器本体上段9，并在旋流腔内向下旋转运动，在离心力场的作用下，颗粒因其粒径不同实现分离，大颗粒克服水的阻力向旋流器壁运动，并在自身重力的共同作用下，沿旋流器壁螺旋向下运动，细而小的颗粒及大部分水则因所受的离心力小，未及靠近旋流器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，形成分层排列。

当流体流经锥体段10时，由于流动断面的减小，引起径向速度、压力分布不均。含有大量细小颗粒的内层料浆改表方向，转而向上运动，形成内旋流；而粗大颗粒则继续沿旋流器壁螺旋向下运动，形成外旋流；在内旋流强制涡作用下第一旋转叶轮组8、第二旋转叶轮组17高速旋转，第一旋转叶轮组8与第二旋转叶轮组17的旋转又加速旋流器本体上段9内的离心力场，并且在第一旋转叶轮组8与第二旋转叶轮组17的作用下原上、下闭环涡流被打散，颗粒重新进入内、外旋流参与分离过程。细小的颗粒随内旋流经溢流管从溢流帽排出，成为溢流；大颗粒随外旋流经底流管从底流导流管排出，成为底流，至此整个分离过程完成。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (10)

1.一种自驱动强化分离的旋流器，包括溢流帽、溢流管、旋流器本体、进料管、底流管和底流导流管；旋流器本体采用中空结构，其上段呈柱体状，下段呈锥体状；其特征在于，

进料管连接在旋流器本体的上侧部并与旋流器本体连通，在进料管上设置进料口；

溢流管连接在旋流器本体的顶部并与旋流器本体连通，溢流管的下部伸入到旋流器本体的内部；

溢流帽位于溢流管的上方，溢流管还连接在溢流帽的底部并与溢流帽连通，在溢流帽的侧部设置溢流口；

在溢流帽的顶部开设一个上部轴孔，在溢流帽的上方设置一个上轴承底座，该上轴承底座与溢流帽连接；

底流管位于旋流器本体的下方，底流管连接在旋流器本体的底部并与旋流器本体连通；

底流导流管呈锥体状，位于底流管的下方，底流导流管连接在底流管的底部并与底流管连通，在底流导流管的下侧部设置沉砂口；

在底流导流管的底部开设一个下部轴孔，在底部导流管的下方设置一个下轴承底座，该下轴承底座与底流导流管连接；

在上轴承底座与下轴承底座之间设置一根转轴，该转轴从上到下依次贯穿上部轴孔、溢流帽、溢流管、旋流器本体、底流管、底流管导管和下部轴孔；

在转轴上从上到下依次设置第一旋转叶轮组和第二旋转叶轮组，第一旋转叶轮组紧接着位于溢流管的下方，第二旋转叶轮组位于旋流器本体上段与下段的连接处。

2.根据权利要求1所述的自驱动强化分离的旋流器，其特征在于，所述转轴直径为溢流管直径的倍。

3.根据权利要求1所述的自驱动强化分离的旋流器，其特征在于，定义旋流器本体上段的某一横截面直径为D，设定旋流器本体下段的截面直径为0.7D的截面为闭环涡流下界面；第一旋转叶轮组在转轴上的连接点位于溢流管下方0.2D处，第二旋转叶轮组在转轴上的连接点位于该闭环涡流下界面上方0.2D～0.25D处。

4.根据权利要求1所述的自驱动强化分离的旋流器，其特征在于，定义第一旋转叶轮组的外旋转面直径为D1，第一旋转叶轮组的内旋转面直径为d1，则D1>d1，且D1<0.43D，d1>溢流管直径；定义第二旋转叶轮组的外旋转面直径为D2，第二旋转叶轮组的内旋转面直径为d2，则D2>d2，且D2<0.43D，d2>溢流管直径。

5.根据权利要求1所述的自驱动强化分离的旋流器，其特征在于，所述第一旋转叶轮组和第二旋转叶轮组分别焊接连接在转轴上，且第一旋转叶轮组和第二旋转叶轮组内部的叶轮均采用直线叶轮或圆弧叶轮。

6.根据权利要求1所述的自驱动强化分离的旋流器，其特征在于，所述上轴承底座与溢流帽、以及下轴承底座与底流导流管分别通过螺栓连接。

7.根据权利要求1所述的自驱动强化分离的旋流器，其特征在于，所述上轴承底座包括上轴承端盖、上轴承和上轴承座；所述下轴承底座包括下轴承端盖、下轴承和下轴承座。

8.根据权利要求1所述的自驱动强化分离的旋流器，其特征在于，在上部轴孔、以及下部轴孔处分别设置密封部件。

9.根据权利要求1所述的自驱动强化分离的旋流器，其特征在于，所述进料管与旋流器本体、溢流管与旋流器本体、溢流管与溢流帽、以及底流管与底流导流管分别通过焊接连接。

10.根据权利要求1所述的自驱动强化分离的旋流器，其特征在于，所述旋流器本体上段与旋流器本体下段、以及旋流器本体下段与底流管分别通过焊接法兰连接。