CN107999288B - 一种新型出口结构的水力旋流器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型出口结构的水力旋流器，其包含进料管、圆柱段、圆锥段、底流管、溢流管、套管和实心柱体。其中，溢流管下端内部通过薄片固定有套管，同时该水力旋流器采用短锥、大直径底流口设计，并在底流管中心插入实心圆柱，使得环隙底流口与同锥角常规水力旋流器的底流口面积相同。本发明与常规水力旋流器相比，减小了圆锥段的长度，节约了水力旋流器的占用空间，并且，在不减小分离效率的情况下，水力旋流器溢流管下端的薄片套管和大直径底流口设计，使得其压降大幅降低。
Description
技术领域
本发明涉及液固分离技术领域，具体地说，是一种新型出口结构的水力旋流器。
背景技术
水力旋流器的工作原理与离心机完全相同，将具有一定密度差的非均相混合物在离心加速度的作用下进行有效分离。水力旋流器由于具有处理量大、分离效率高、分离过程连续、结构简单紧凑、操作方便、容易安装等优点，被广泛应用于石油、化工、冶金、矿业、食品、农业、环保等诸多领域。
在液-固分离方面，随着高新技术的迅猛发展，作为常规的分离装备，传统水力旋流器分离性能在不断改进，其应用前景也在不断扩大。主要应用于微细物料的分级、浓缩、脱水、脱泥、除砂、洗涤等，例如海上采油过程中超细油砂的去除、钻井泥浆的分离处理、含油污水净化处理等。
在一些工作空间相对有限的条件下，锥段相对细长的小锥角水力旋流器受到限制。例如海上油田工作平台空间比较有限，以及在工业过程强化中将旋流器安装在其他设备内部等应用过程中，水力旋流器的体积大小以及其压降能耗的高低对整个工艺过程尤为重要。目前来说，对水力旋流器的研究，对不同分离物料有针对性地提高分离效率和减小压降仍是两个主要方向，通常，两者难以兼得，如增大底流口直径虽减小了压降，但液固分离程度也同时降低。增加锥段的长度可以增加物料在水力旋流器中的停留时间，分离的时间更充分，从而提高分离效率，但同时压降也提高，增大了能耗。作为一种低能耗的液固分离设备，水力旋流器正常工作的压降有时高达200kPa，由于其结构上的研究已趋于成熟，如何在不降低分离效率的情况下，进一步减小压降来降低能耗，而且又能将其适用于小平台工作空间，这方面仍亟需探究。
发明内容
本发明的目的在于适应小型化工业分离设备的需要和现有小压降水力旋流器分离效率低的问题，提供一种新型出口结构的水力旋流器。
一种新型出口结构的水力旋流器，包括进料管、圆柱段、圆锥段、底流管、溢流管、套管和实心柱体，该水力旋流器采用短锥、大直径底流口设计，并在底流管中心插入实心圆柱，使得重相从底流口与实心圆柱间的环隙流出；溢流管下端内部通过薄片固定有套管。
进一步地，溢流管直径为圆柱段直径的0.1-0.5倍，其插入深度不超过圆柱段高度。
进一步地，底流管直径为圆柱段直径的0.3-0.95倍。
进一步地，溢流管下端套管通过薄片固定在溢流管内壁，薄片个数为2-8个，圆周分布在环隙区域，套管直径为溢流管直径的0.4-0.8倍，薄片高度最大不超过套筒的高度。
进一步地，实心圆柱的直径为底流管直径的0.5-0.98倍。
本发明与现有技术比较，短锥形设计节约了水力旋流器的空间，特别是对于矿选、石油等工业的水力旋流器组和小空间应用平台，此设计将极大节约整体设备所占的空间。更重要的是，本发明与常规水力旋流器相比，溢流管下端内壁的薄片套管设计可保持溢流管中心流体强自由旋转不变的情况下降低溢流口边壁的流体流速，从而增加其静压，可降低“溢流跑粗”和能耗，底流管内实心圆柱的设计，可在基本不减小分离效率的同时，可显著降低压降，从而减少能耗，也大幅节省了工作空间。
附图说明
图1为一种新型出口结构的水力旋流器。
其中，1为进料管，2为圆柱段，3为圆锥段，4为底流管，5为溢流管，6为套管，7为实心柱体。
具体实施方式
本实施例中的水力旋流器溢流管5与圆柱段2、圆柱段2与圆锥段3、圆锥段3与底流管 4均通过法兰连接。底流管4内固定有实心柱体7，溢流管5下端通过四个薄片固定有套筒6。待分离的液固浆料，由淤浆泵通过进料管1水平切向打入水力旋流器圆柱段2中，通过离心力的作用，固体颗粒作为重相被甩向边壁，并沿边壁向下做螺旋运动，通过实心柱体7与底流管4间的环隙排出，清洁产品作为轻相，从溢流管5流出。
以下为同锥角常规水力旋流器和一种新型出口结构的水力旋流器的实验过程和结果对比。
采用相同的锥角和圆柱段2结构的常规水力旋流器和一种新型出口结构的水力旋流器分别进行实验，实验中的固体颗粒采用中值粒径为14.32μm的棕刚玉磨料，两种水力旋流器的圆柱段2直径均为50mm，高度为70mm，溢流管5直径为17mm，插入深度为50mm，本发明的套管6直径为10mm，高30mm，通过圆周分布的四个薄片固定在溢流管下部，薄片高15mm，溢流管5、套管6和薄片三者下端齐平。常规水力旋流器采用10mm底流管4，本发明的底流管4内实心柱体7与管壁间的环隙面积和常规水力旋流器底流管4截面积保持一致，由于加工精度的限制，直径为15mm、20mm和25mm的底流管4内的实心柱体7的直径分别为11mm、17mm和23mm。其具体结构尺寸与实验结果如下表所示。
表1
在实验范围内，本发明与常规水力旋流器相比，分离效率最大下降6.3％；压降在小流量下由于原本压降就较小，减小的范围不大，而在大流量下，同锥角底流口4越大，压降减小越多，最大流量下从180kPa降低至120kPa。由此可见，本发明可在保持分离效率基本不变的情况下，较大范围地减小了压降。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种出口结构的水力旋流器，其特征在于，包括进料管、圆柱段、圆锥段、底流管、溢流管、套管和实心圆柱，所述水力旋流器采用短锥、大直径底流口设计，并在所述底流管中心插入所述实心圆柱，使得重相从所述底流口与所述实心圆柱间的环隙流出；所述溢流管下端内部通过薄片固定有所述套管，所述溢流管、套管和薄片三者下端平齐。
2.根据权利要求1所述的一种出口结构的水力旋流器，其特征在于，所述溢流管直径为所述圆柱段直径的0.1-0.5倍，其插入深度不超过所述圆柱段高度。
3.根据权利要求1所述的一种出口结构的水力旋流器，其特征在于，所述底流管直径为所述圆柱段直径的0.3-0.95倍。
4.根据权利要求1或2所述的一种出口结构的水力旋流器，其特征在于，所述薄片个数为2-8个，圆周分布在环隙区域中，所述套管直径为所述溢流管直径的0.4-0.8倍，所述薄片高度最大不超过所述套管的高度。
5.根据权利要求1或3所述的一种出口结构的水力旋流器，其特征在于，所述实心圆柱的直径为所述底流管直径的0.5-0.98倍。
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