CN104624406A - 一种溢流直连的三产品旋流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溢流直连的三产品旋流器，包括一段旋流器和二段旋流器，所述一段溢流口与二段入料口通过连接管连接，其特征在于：所述连接管中设有导流叶片。试验研究和CFD数值模拟分析表明，该导流装置可有效消除一段旋流器和二段旋流器之间连接溢流的涡流，极大提高二段旋流器的分选分级效率；同时通过选取适当的一段旋流器结构尺寸、采用合适的导流叶片等措施，可有效提高溢流直连的三产品旋流器系统的总体工艺性能。

Description

一种溢流直连的三产品旋流器

技术领域

本发明涉及一种溢流直连的三产品旋流器，属于旋流器分选分级技术领域。

背景技术

旋流器可以根据生产工艺需要，单个使用或者组合使用。所谓的组合使用是指两个或者两个以上的旋流器通过并联、串联等方式组合到一起以达到特定的生产目的。常见的三产品旋流器一般是两个旋流器通过串联的形式组合到一起的，其目的有两种：即对溢流产品进行再分级和对底流产品进行再分级底流产品再分级主要是针对底流大密度大直径的颗粒进行再分级。常说的重介三产品旋流器也可以归为此类，因为重介三产品旋流器是从一段旋流器的侧边利用悬浮液和颗粒物的切向速度将它们引出到二段旋流器再对颗粒物进行分选，而一段旋流器外侧的颗粒物通常来讲是大直径大密度的；而对溢流产品再分级主要是针对溢流中的细颗粒物按照工艺要求进行再分级。

国内外学者对底流再分级工艺，尤其是重介三产品旋流器进行了大量的研究。然而对于旋流器串联尤其是对于溢流产品再分级工艺的研究还比较少。Kuo-jen Hwan等对采用这种工艺的两个微型旋流器进行了试验研究，得出结论：通过适当调节工艺参数，比之单个旋流器，可以有效提高分级性能，降低能量消耗。然而对溢流产品再分级工艺的根本问题是一段旋流器的溢流往往是高速旋转的涡流，而这种涡流会导致二段旋流器分选分级效率低下、跑粗或者细粒夹带等现象。为了改善二段旋流器工况、满足生产需要，特提出本专利。经试验和CFD模拟分析证实，该发明能极大提高二段旋流器分选分级性能，同时把对一段工况的影响降到最低。

发明内容

本发明旨在提供一种溢流直连的三产品旋流器，用以去除一段溢流来流的漩涡，极大提高二段旋流器的分级或分选效率，同时尽量减小对一段旋流器工况的影响。

本发明提供的一种溢流直连的三产品旋流器，包括一段旋流和二段旋流，一段旋流上端为一段溢流口，下端为一段底流口，所述一段溢流口与二段入料口通过连接管连接，其特征在于：所述连接管中设有导流叶片。

上述方案中，所述旋流器是水介分选旋流器或水力分级旋流器，所述连接管为圆形或方形直管，所述一段旋流器的锥角增大、底流口尺寸缩小。安装导流叶片后为一段溢流出流增加了阻力，导致一段旋流器底流出料加大，为了避免一段底流物料过多，选择增大锥角、减小底流口尺寸方式。

上述方案中，所述导流叶片上均匀设置3~8片叶片，所述叶片的厚度为0.5~5mm；所述导流叶片必须具有一定的防止变形的强度，厚度可根据强度的要求在0~5mm之间选择，越薄越好；叶片长度为导流叶片安放处连接管内径的1~3倍，叶片宽度小于连接管的半径，连接管的内径与导流叶片的外径的差值≤0.5mm。

上述方案中，所述导流叶片上连接的叶片为直叶片或者螺旋叶片。

上述方案中，所述导流叶片中心区域为实心（叶片中心处直连）、中心管或者空心。

上述方案中，所述螺旋叶片外沿曲线起始端切线与管路中轴线呈成一定起始角，在0~90度之间，随着旋转角度的加大，该角度逐渐减小，末端切线与管路轴线平行。叶片的功能面是以外沿曲线和管路中轴线为引导曲线、过外沿曲线的起点的半径为母线生成的扫掠面。需要注意的是所用螺旋叶片安装时要让来流从带入口角的一端流入、与管路平行的一端流出，设计时螺旋的偏转角度与来流的旋转方向一致。叶片的起始角要小于流体的旋转角以使得流体能打在叶片的功能面上。

上述方案中，所述导流叶片中心区域为实心或者中心管时，叶片与连接管通过螺纹、卡键、一体铸造或焊接方式连接。设有螺纹时，每片叶片边缘生成有外螺纹，安装处连接管内对应设有内螺纹，二者通过螺纹连接；设有卡键时，每片叶片边缘的一段设有卡键，安装处连接管法兰上对应的设有卡槽，导流叶片与连接管卡接。

上述方案中，所述导流叶片中心区域为中心管时，中心管壁厚为0.5~5mm，在满足强度要求的条件下，越薄越好。中心管内径r的取值范围为0-0.6倍的安放处连接管内径。

上述方案中，所述导流叶片中心区域为空心时，叶片在连接管周向均匀分布，叶片距连接管中心的距离相等，各叶片与连接管焊接或铸造为一体。

上述方案中，所述导流叶片采用防锈耐磨板制成。

本发明的有益效果：

可有效消除一段旋流器和二段旋流器之间连接溢流的涡流，极大提高二段旋流器的分选分级效率；同时通过采取增大一段旋流器锥角、缩小一段旋流器底流口尺寸、采用合适的导流叶片等措施，可在保证一段旋流器底流出料量不变的前提下，有效提高溢流直连的三产品旋流器系统的总体工艺性能。

附图说明

图1为导流叶片安装位置示意图。

图2为实施例1导流叶片的结构示意图。

图3为图2的俯视图。

图4为实施例2导流叶片的结构示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为实施例1和实施例2的安装方式示意图。

图7为实施例3导流叶片的结构示意图。

图8为图7的俯视图。

图9为实施例3的安装方式示意图。

图10为实施例4导流叶片的结构示意图。

图11为图10的正等二侧视图。

图12为无叶片与安装上面4种叶片后二段分级旋流器分级效果图。

图中A为安装位置1，B为安装位置2，1为一段溢流口，2为一段底流口，3为二段入料口，4为连接管，5为二段底流口，6为二段溢流口，7为卡键，8为直叶片，9为卡槽，10为法兰，11为中心管，12为螺旋叶片，13为螺旋导流叶片入口，14为螺旋导流叶片出口，15为螺旋导流叶片功能面，16为螺旋叶片外螺纹，17为连接管内螺纹，18为连接管。

具体实施方式

下面通过实施例和附图来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

如图1所示，一种溢流直连的三产品旋流器，包括一段旋流和二段旋流，一段旋流上端为一段溢流口1，下端为一段底流口2，所述一段溢流口1与二段入料口3通过连接管4连接，其特征在于：所述连接管4中设有导流叶片。

上述方案中，所述旋流器是水介分选旋流器或水力分级旋流器，所述连接管尽量为圆形直管，必要时可为方形直管。安装导流叶片后为一段溢流产品增加了阻力，为了避免一段底流物料过多，选择增大一段旋流器锥角、缩小一段底流口尺寸等措施。

下面给出五种导流叶片的结构及其安装方式：

实施例1：中心区域为实心直叶片

有4片叶片在圆周上均匀分布，各叶片在中心区域直连形成实心。叶片长度100mm,叶片厚度1.5mm，叶片宽度22.25mm,安装在位置2的方管中，方管截面长和宽均为45mm，见图2、3所示。

该直叶片的叶片外侧一端设有卡键，连接管上安装位置2处设有法兰，如图6所示，法兰上生成有与叶片卡键对应的卡槽，直叶片从法兰处插入管道后，卡键卡接在卡槽中，叶片与连接管活动连接。

实施例2：中心区域为中心管直叶片

导流叶片为直叶片，中间设有中心管，中心管外侧均匀分布有四片直叶片，见图4、5所示。

叶片长度100mm,叶片厚度1.5mm，叶片外径44.5mm,中心管内径13.5mm，中心管壁厚2.25mm，安装在位置2的方管中，方管截面长和宽均为45mm。

该直叶片的叶片外侧一端设有卡键，连接管上安装位置2处设有法兰，如图6所示，法兰上生成有与叶片卡键对应的卡槽，直叶片从法兰处插入管道后，卡键卡接在卡槽中，叶片与连接管活动连接。

实施例3：中心区域为中心管螺旋叶片

叶片为螺旋叶片，螺旋叶片起始角30度，90度旋转，中心管内径13.5mm，中心管壁厚2.25mm、叶片厚度1.5mm、叶片长度100mm，图7、8所示。

螺旋叶片的三维曲线方程采用的是如下形式：

 其中，Z（θ）是点到起始平面的垂直距离，我们取切线与中轴线平行一端的端点作为θ=0的零点，θ是点相对于零点的旋转角度，a、b、c、d均是参数，需要用Matlab解方程求得。

叶片安装在安装位置1处，取叶片外径为溢流管内径22.5mm。需要注意的是所用螺旋叶片安装时要让来流从带入口角的一端流入、与管路平行的一端流出，设计时螺旋的偏转角度与来流的旋转方向一致。叶片的入口角要小于流体的旋转角以使得流体能打在叶片的功能面上。

叶片外缘生成有外螺纹，连接管中生成有内螺纹，如图9所示，二者通过螺纹活连接。同时，在流体的冲刷下，螺纹连接要趋于紧合，而不能是松动。

对于所要设计的叶片，有：

                         

用Matlab解方程，命令为：

syms a b c d real

eq1=b*c^(1/2)+d-358;eq2=a*90^(1/2)+b*(c-90)^(1/2)+d-258;eq3=a*90^(-1/2)-b*(c-90)^(-1/2)+pi*3^(1/2)*89/360;

S=solve(eq1,eq2,eq3,a,b,c,d)

disp([S.a,S.b,S.c,S.d])

得:

a=(2372395804184057*10^(1/2)*z)/(3377699720527872*(z^2 + 90)^(1/2)) - (10*10^(1/2))/3

b=(2372395804184057*z)/10133099161583616+(2372395804184057*z^2)/(10133099161583616*(z^2 + 90)^(1/2))

c= z^2 + 90

d=358-(2372395804184057*z^2)/10133099161583616-(2372395804184057*z*(z^2+90)^(1/2))/10133099161583616

其中z是自由因子，其取值会影响曲线前部和后部变化的缓急，我们取z=2，使得曲线前后变化比较均匀。

在三维建模软件UG中，根据上面求得的曲线方程，通过表达式功能输出所要的曲线，然后以该曲线和中轴线为引导曲线、过曲线一端端点的半径生成扫掠面，该扫掠面就是叶片的功能面，把功能面通过加厚操作，生成单个叶片，单个叶片阵列生成4个叶片，再通过其它一系列操作生成中心管，最终得到所要的叶片模型。然后通过数控铣床加工出所要的叶片。

实施例4：

中心区域为中心管直叶片，如图10、11所示。

叶片安装在安装位置2处，4片直叶片均匀的与连接管铸造或者焊接在一起，连接管中心区域形成空心，各叶片距离中心距离相等，叶片长度100mm，叶片厚度1.5mm，叶片内沿距离连接管中心6.75mm。

一段旋流器采用分选旋流器，二段旋流器采用分级旋流器，在一段入料压力保持在0.15Mpa条件下，加叶片与安装上面4种叶片测得的二段旋流器的分级曲线如图12所示。

从图中我们可以看出，安装叶片后，二段分级旋流器的分级效率大幅度提升，几乎不会出现溢流跑粗现象；而不加叶片时分级效率较低，且跑粗现象严重。这证实了我们叶片的有效性。

试验中也发现，加装叶片会对一段溢流来流造成一定的阻力，导致一段底流出料量加大。这种阻力会因为采用的叶片形式以及结构参数而发生变化，总体上直叶片阻力比螺旋叶片产生的阻力大，连接管中心直连叶片比带中心管向外扩散叶片阻力要大，但二段分级效果差别较小，都十分优异。通过增大一段旋流器锥角、缩小一段旋流器底流口尺寸,并选取阻力较小的叶片等措施，可以实现即保证一段底流出料量不变前提下，二段旋流器分选分级效率提高，从而从总体上改善溢流直连的三产品旋流器的工艺性能。

Claims (10)

1.一种溢流直连的三产品旋流器，包括一段旋流和二段旋流，所述一段溢流口与二段入料口通过连接管连接，其特征在于：所述连接管中设有导流叶片。

2.根据权利要求1所述的溢流直连的三产品旋流器，其特征在于：所述旋流器是水介分选旋流器或水力分级旋流器，所述连接管为圆形或方形直管，所述一段旋流的锥角增大、底流口尺寸缩小。

3.根据权利要求1所述的溢流直连的三产品旋流器，其特征在于：所述导流叶片上均匀设置3~8片叶片，所述叶片的厚度为0.5~5mm，叶片长度为导流叶片安放处连接管内径的1~3倍，叶片宽度小于连接管的半径，连接管的内径与导流叶片的外径的差值≤0.5mm。

4.根据权利要求1所述的溢流直连的三产品旋流器，其特征在于：所述导流叶片上连接的叶片为直叶片或者螺旋叶片。

5.根据权利要求4所述的溢流直连的三产品旋流器，其特征在于：所述螺旋叶片外沿曲线起始端切线与管路中轴线呈0~90度，随着旋转角度的加大，该角度逐渐减小，末端切线与管路轴线平行。

6.根据权利要求1所述的溢流直连的三产品旋流器，其特征在于：所述导流叶片中心区域为实心、中心管或者空心。

7.根据权利要求6所述的溢流直连的三产品旋流器，其特征在于：所述导流叶片中心区域为实心或者中心管时，叶片与连接管通过螺纹、卡键、一体铸造或焊接方式连接。

8.根据权利要求6所述的溢流直连的三产品旋流器，其特征在于：所述导流叶片中心区域为中心管时，中心管壁厚为0.5~5mm，中心管内径r的取值范围为0-0.6倍安放处连接管内径。

9.根据权利要求6所述的溢流直连的三产品旋流器，其特征在于：所述导流叶片中心区域为空心时，叶片在连接管周向均匀分布，叶片距连接管中心的距离相等，各叶片与连接管焊接或铸造为一体。

10.根据权利要求1所述的溢流直连的三产品旋流器，其特征在于：所述导流叶片采用防锈耐磨板制成。