CN112023741B - 一种两段式空化泡发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两段式空化泡发生器，包括：第一空化段，其包括第一射流室、压缩通道、气腔、混合通道；第一射流室、压缩通道、气腔、混合通道沿流体流动方向依次连通；第二空化段，其包括一端开口的第二射流室，输出流体的出口通道，以及中心体；第二射流室的开口端与第一空化段的流体输出端连接，第二射流室的另一端与出口通道连通；第二射流室的壁上设置有与其连通的低压流体入口；中心体设置于第二射流室的中部且与其固定连接，中心体的径向中心设有用于混合流体与气体的中心体通道。该空化泡发生器具有很高的空化效率，且单个发生器的空化作用范围广，可有效用于高硫渣解离过程，提高渣硫分离效果，为后续浮选提硫提供良好基础。

Description

一种两段式空化泡发生器

技术领域

本发明涉及重金属冶金领域，尤其涉及一种两段式空化泡发生器。

背景技术

直接浸出工艺实现了硫化锌精矿的全湿法处理，我国锌精矿直接浸出工艺电锌产能约为50万吨/年，同时伴随产生的高硫渣总量达60万吨/年。高硫渣中除含有单质硫之外，还含有锌、铅、银、铟等有价组份以及砷、镉、汞等毒害元素，从酸浸渣中高效回收单质硫体现了直接浸出工艺的优势，也有利于后续酸浸渣中有价组份综合回收。目前国内锌直接浸出企业普遍采用“浮选—热滤”工艺进行单质硫回收，但由于锌冶炼高硫渣矿相包裹嵌布难以分离，单质硫直收率始终较低。多项研究表明，在浮选前引入空化解离装置，可有效分离硫渣，便于后一步浮选提硫。因此，有必要提出一种空化装置能有效应用于高硫渣解离过程，促进硫渣分离。

水力空化是指液体流动过程中，液体的压力场变化而产生空穴(空泡)的形成、生长和溃灭的过程。液体内部大量细小空穴在溃灭时会产生冲击波和微射流，对水体产生强烈的搅拌、冲击破碎、疲劳损坏等作用，可以有效地对流体中的物料进行分散，实现物料分离。

水力空化技术的应用效率主要依赖于空化泡发生器的空化效率，与空化泡发生器的结构密切相关。一般的，普通的空化泡发生器主要是通过文丘里管、多孔板等技术实现，其中文丘里管型的空化泡发生器应用最广，如中国专利CN201710574828.1公开了一种基于文丘里管的大通量水力空化发生器，以及中国专利CN201710923979.3公开了一种空化泡发生器，但文丘里管型的空化泡发生器空化效果较差、空化量不足，不大能满足实际要求，同时目前的水力空化装置的空化发生区域主要处于发生器内部，向外的延伸区域较短，即对于水力空化解离技术，当前的空化泡发生器所能产生的空化解离效果存在作用范围小、解离效果低等缺点。

针对以上水力空化解离技术的不足，设计一种空化效率高、空化解离效果好的空化泡发生器是极其需要的。

发明内容

本发明提供了一种两段式空化泡发生器，以解决相关技术中空化泡发生器空化效率较低、空化解离效果差的问题。

一种两段式空化泡发生器，包括：

第一空化段，其包括用于接收外部高压流体的第一射流室，用于压缩流体的压缩通道，用于引入外部气体的气腔，以及用于混合流体与气体的混合通道；所述第一射流室、压缩通道、气腔、混合通道沿流体流动方向依次连通；

第二空化段，其包括一端开口的第二射流室，输出流体的出口通道，以及中心体；所述第二射流室的开口端与所述第一空化段的流体输出端连接，所述第二射流室的另一端与所述出口通道连通；所述第二射流室的壁上设置有与其连通的低压流体入口；所述中心体设置于所述第二射流室的中部且与其固定连接，所述中心体的径向中心设有用于混合流体与气体的中心体通道；

所述压缩通道、混合通道、中心体通道依次首尾相对设置，且三者的中心轴线重合。

工作时，外部流体通过高压泵或增压装置流入该空化泡发生器。在第一空化段中，高压流体首先进入第一射流室，然后经过压缩通道流经气腔进入混合通道。当流体到达气腔时，流体会与气腔内的空气进行初步混合，产生少量空化泡；同时在压缩通道中，由于管径变小流体被压缩、流速增大，流体快速通过气腔时，高速流体会裹带部分空气进入混合通道，流体和空气可以在混合通道内进一步混合产生更多空化泡。在第二空化段中，将低压流体引入到第二射流室中，可以有效保护前阶段产生的空化泡，抑制在发生器内部的空化泡破裂，提前产生空化效应；高速流体从混合通道射出后，一部分进入中心体通道，并裹带部分低压流体，中心体通道可以看做混合通道的延伸，便于流体与气体的进一步混合，再由中心体通道射出；另一部分高速流体进入第二射流室中，该部分高速流体及从中心体通道射出的射流都可以带动低压流体快速流动通过中心体外围，形成绕流型空化，产生新一轮空化泡。绕过中心体的空化液包裹从中心体通道射出的空化液后进入出口通道并排出，外围空化液对中心空化液会起到保护作用，在出口附近首先是外围空化液中的空泡破裂，发生空化效应，中心空化液在外围空化液的保护下可以到达更远处再发生空化效应，这一效果可以有效延长空化发生区域，扩大单个空化泡发生器在解离器中的作用范围。

进一步地，所述第一空化段还包括设置于所述第一射流室内且与其固定连接的多孔板。通过设置多孔板，高压流体流经多孔板时会产生空化泡，增强空化效果。

进一步地，所述第一空化段还包括设置于所述第一射流室内且位于所述多孔板远离所述气腔的一侧的轴流叶轮机，所述轴流叶轮机的叶片上开设有贯通叶片的通孔。轴流叶轮机可加快流体速度，使得外部高压流体能快速流经多孔板，加强多孔板的空化效果。同时轴流叶轮机的叶片上设有通孔，当流体通过叶片时，会在叶片后方产生尾流空化。通过设有这样的多孔板和轴流叶轮机，可以在第一射流室内初步产生大量空化泡，同时可以加快流体的流速。

进一步地，第二射流室靠近所述第一空化段的一端设置有多个所述低压流体入口，且多个所述低压流体入口围绕第二空化段的轴线均匀分布。低压流体入口设置于第二射流室靠近所述第一空化段的一端，使得低压流体流入时尽量不影响从第一空化段的混合通道射出的高压空化液的空化效果；设置多个低压流体入口可减少低压流体加入时对从第一空化段的混合通道射出的高压空化液的冲击。

进一步地，所述中心体前部分为球冠状，后部分为锥状；所述中心体的中心轴线与所述第二射流室的中心轴线相重合。中心体可通过多个均匀间隔分布的连接板与第二射流室的边壁连接。高压空化液从第一空化段的混合通道进入第二射流室，一部分直接射入中心体通道并裹带部分低压流体，中心体通道可以看做混合通道的延伸，便于流体与气体的进一步混合；一部分分散进入第二射流室与低压流体混合，混合后的流体经过中心体，在中心体的前部分绕流截面面积逐渐缩小，流体被压缩，流速增大。流体流至中心体的前部分与后部分连接处时，绕流截面最小，形成气核。中心体的后部分绕流截面面积逐渐增大，产生大量空化泡。

进一步地，所述第一射流室包括第一直流段、引流段；所述第一直流段、引流段、压缩通道沿流体流动方向依次连通，所述引流段用于引导流体由所述第一直流段流至所述压缩通道；所述第一直流段的内径由远离所述气腔的一端至靠近所述气腔的一端相等；所述引流段的内径由远离所述气腔的一端至靠近所述气腔的一端逐渐变小，且收缩角度为20-40°。当外部流体流至第一射流室时，流体会先通过第一直流段，沿管道方向流动；当流体流至引流段时，流体会沿引流段的内壁逐渐被压缩，流至压缩通道。在这样的第一射流室内，流体沿第一直流段、引流段的内壁逐渐引流至压缩通道。

进一步地，所述压缩通道包括远离所述气腔的一端的压缩进流段以及靠近所述气腔的一端的压缩直流段；所述压缩进流段的内径由远离所述气腔的一端至靠近所述气腔的一端逐渐变小，且收缩角度为10-15°；所述压缩直流段的内径由远离所述气腔的一端至靠近所述气腔的一端相等。当流体由第一射流室流至压缩通道时，先通过压缩进流段，由于压缩进流段的内径逐渐变小，即流体的过流断面面积逐渐变小，流体被压缩，流速不断增大，形成高速流体；然后，流体由压缩进流段进入压缩直流段，压缩直流段会对被压缩加速的流体起到缓冲作用，使流体保持高速运动状态。通过设有这样的压缩通道有利于流体高速顺畅地通过气腔。

进一步地，所述气腔靠近所述混合通道的气腔内壁收缩角度为60-80°。

进一步地，所述混合通道包括靠近所述气腔的一端的混合进流段以及远离所述气腔的一端的混合直流段；所述混合进流段的内径由靠近所述气腔的一端至远离所述气腔的一端逐渐变小，且收缩角度为10-15°；所述混合直流段的内径由靠近所述气腔的一端至远离所述气腔的一端相等。当流体从压缩通道射出通过气腔时，高速流体会裹带一部分气体进入混合通道。通过设有这样的混合进流段可以使气体更顺畅、更充分地进入混合直流段，流体与气体在混合直流段内充分混合，产生更多空化泡。

进一步地，所述气腔的外缘设有向外凸起的延伸部；所述延伸部包括储气箱以及与外部气源连通的进气口；所述储气箱的两端分别与所述进气口和所述气腔连通。外部气源连通于进气口，在输入流体前，首先启动外部气源的开关，将气体填充在气腔内。当流体通过气腔时，由于流体流速度高，可以裹带气腔中的气体流入混合通道，同时气体流动，带动外部气体源源不断地向气腔补充。考虑到流体从压缩通道经过气腔进入混合通道的过程中，可能有部分流体分流进入气腔，因而设置了储气箱；通过设有这样的储气箱，当流体分流进入气腔时，可以在储气箱中储存，防止流体反灌至外部气源，直至流体被后来高速流体带入混合通道。

进一步地，所述第二射流室包括第二直流段及聚流段；所述第二直流段、聚流段、出口通道沿流体流动方向依次连通；所述聚流段用于将所有流体由所述第二直流段聚流至所述出口通道；所述第二直流段的内径由远离所述出口通道的一端至靠近所述出口通道的一端相等；所述聚流段的内径由远离所述出口通道的一端至靠近所述出口通道的一端逐渐变小，且收缩角度为20-40°。低压流体从低压流体入口流入第二射流室，第一空化段产生的高压空化液从混合通道射入第二射流室。低压流体在射流的带动下，加速沿第二直流段、聚流段的内壁逐渐聚流至出口通道。

进一步地，所述第二直流段的内径与第一直流段的内径相等，方便第一空化段外壁和第二空化段的衔接。

进一步地，所述出口通道包括依次连通的出口进流段、出口直流段、出流段；所述出口进流段的内径由远离所述出口的一端至靠近所述出口的一端逐渐变小；所述出口直流段的内径由远离所述出口的一端至靠近所述出口的一端相等；所述出流段的内径由远离所述出口的一端至靠近所述出口的一端逐渐变大。第二直流段和中心体通道流出的流体在聚流段混合，外围空化液包裹中心空化液通过聚流段流入出口通道。当流体流经出口进流段时，流体的过流断面面积逐渐变小，流体被压缩，流速不断增大；然后流体进入出口直流段，流体在出口直流段内得到缓冲，流速稳定、空化泡分布稳定；最后流体流至出流段后，流体截面面积逐渐扩大，空化液向外喷出，发生空化效应。

进一步地，所述出口进流段的收缩角度为10-15°；所述出流段的扩张角度为40-60°。

进一步地，所述压缩直流段、混合直流段、中心体通道的内径相等，且为所述出口直流段内径的0.4-0.6倍。出口直流段内径大，可以稳定收纳之前产生的外围空化液和中心空化液，形成包裹状液流，进一步排出；前三者内径相等，可以使得液流尽可能沿中心通道流动，减少进入气腔或第二直流管内的测流产生。

进一步地，所述第二空化段与所述第一空化段中部外表面可拆卸式连接，便于替换与维修。

本发明提供的一种两段式空化泡发生器，具有如下优点：

1、在第一空化段中，外部流体通过高压泵或增压装置流入该空化泡发生器，首先进入第一射流室，然后经过压缩通道流经气腔进入混合通道。当流体到达气腔时，流体会与气腔内的空气进行初步混合，产生少量空化泡；同时在压缩通道中，由于管径变小流体被压缩、流速增大，流体快速通过气腔时，高速流体会裹带部分空气进入混合通道，流体和空气可以在混合通道内进一步混合产生更多空化泡。

2、在第二空化段中，将低压流体引入到第二射流室中，可以有效保护前阶段产生的空化泡，抑制在发生器内部的空化泡破裂，提前产生空化效应；高速流体从混合通道射出后，一部分进入中心体通道，并裹带部分低压流体，中心体通道可以看做混合通道的延伸，便于流体与气体的进一步混合，再由中心体通道射出；另一部分高速流体进入第二射流室中，该部分高速流体及从中心体通道射出的射流都可以带动低压流体快速流动通过中心体外围，形成绕流型空化，产生新一轮空化泡。绕过中心体的空化液包裹从中心体通道射出的空化液后进入出口通道并排出，外围空化液对中心空化液会起到保护作用，在出口附近首先是外围空化液中的空泡破裂，发生空化效应，中心空化液在外围空化液的保护下可以到达更远处再发生空化效应，这一效果可以有效延长空化发生区域，扩大单个空化泡发生器在解离器中的作用范围。

3、本两段式空化泡发生器同时接入高压流体与低压流体，降低了设备压力，保障了设备的耐用性，便于工业化应用。两个空化段中存在有多处生成空化泡的区域，能够累计大量空化泡，空化量增大，空化解离的效率相应增大；第二空化段出口段的设计，可以扩大单个空化泡发生器在解离器中的作用范围。采用此种两段式空化泡发生器，解离器中的空化解离作用范围大、解离效果好，可以有效用于高硫渣解离过程，提高渣硫分离效果，为后续浮选提硫提供良好基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种两段式空化泡发生器的结构示意图；

图2、3分别是本发明实施例提供的多孔板的主视图和剖视图；

图4是本发明实施例提供的轴流叶轮机的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的压缩通道的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的混合通道的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的出口通道的结构示意图。

图中：1、第一空化段；11、第一射流室；111、第一直流段；112、引流段；12、压缩通道；121、压缩进流段；122、压缩直流段；13、延伸部；131、进气口；132、储气箱；14、气腔；141、气腔内壁；15、混合通道；151、混合进流段；152、混合直流段；101、多孔板；102、连接轴；103、轴流叶轮机；2、第二空化段；21、低压流体入口；22、第二射流室；221、第二直流段；222、聚流段；23、中心体通道；24、出口通道；241、出口进流段；242、出口直流段；243、出流段；201、中心体；202、连接板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中心”、“纵向”、“横向”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或顺序。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

如图1所示，本实施例提供了一种两段式空化泡发生器，包括：

第一空化段1，其包括用于接收外部高压流体的第一射流室11，用于压缩流体的压缩通道12，用于引入外部气体的气腔14，以及用于混合流体与气体的混合通道15；所述第一射流室11、压缩通道12、气腔14、混合通道15沿流体流动方向依次连通；

第二空化段2，其包括一端开口的第二射流室22，输出流体的出口通道24，以及中心体201；所述第二射流室22的开口端与所述第一空化段1的流体输出端连接，所述第二射流室22的另一端与所述出口通道24连通；所述第二射流室22的壁上设置有与其连通的低压流体入口21；所述中心体201设置于所述第二射流室22的中部且与其固定连接，所述中心体201的径向中心设有用于混合流体与气体的中心体通道23；

所述压缩通道12、混合通道15、中心体通道23依次首尾相对设置，且三者的中心轴线重合。

在上述结构基础上，可以概括外部高压流体在第一空化段1及第二空化段2中的基本流动过程。在第一空化段1中，外部流体通过高压泵或增压装置流入本发明的空化泡发生器，首先进入第一射流室11，然后经过压缩通道12流经气腔14进入混合通道15。当流体到达气腔14时，流体会与气腔14内的空气进行初步混合，产生少量空化泡。同时在压缩通道12中，由于管径变小流体被压缩、流速增大。流体快速通过气腔14时，高速流体会裹带部分空气进入混合通道15，流体和空气可以在混合通道15内进一步混合产生更多空化泡。

在第二空化段2中，将低压流体引入到第二射流室22中，可以有效保护前阶段产生的空化泡，抑制在发生器内部的空化泡破裂，提前产生空化效应；高速流体从混合通道15射出后，一部分进入中心体通道23，并裹带部分低压流体，中心体通道23可以看做混合通道15的延伸，便于流体与气体的进一步混合，再由中心体通道23射出；另一部分高速流体进入第二射流室22中，该部分高速流体及从中心体通道23射出的射流都可以带动低压流体快速流动通过中心体201外围，形成绕流型空化，产生新一轮空化泡。绕过中心体201的空化液包裹从中心体通道射出的空化液后进入出口通道24并排出，外围空化液对中心空化液会起到保护作用，在出口附近首先是外围空化液中的空泡破裂，发生空化效应，中心空化液在外围空化液的保护下可以到达更远处再发生空化效应，这一效果可以有效延长空化发生区域，扩大单个空化泡发生器在解离器中的作用范围。

如图1所示，本实施例中，第一射流室11包括连通的第一直流段111及引流段112；第一直流段111、引流段112以及压缩通道12沿流体流动的方向依次连通；引流段112用于引导流体由第一直流段111流至压缩通道12；第一直流段111的内径由远离气腔14的一端至靠近气腔14的一端相等；引流段112的内径由远离气腔14的一端至靠近气腔14的一端以30°的收缩角度逐渐变小。具体的，当外部流体流至第一射流室11时，流体会先通过第一直流段111，沿管道方向流动。当流体流至引流段112时，流体会沿引流段112的内壁逐渐被压缩，流至压缩通道12。在这样的第一射流室11内，流体沿第一直流段111、引流段112的内壁逐渐引流至压缩通道12。

可选地，第一直流段111的进流段处安装有多孔板101，其结构如图2及图3所示。更进一步地，所述第一空化段还包括设置于所述第一射流室内且位于所述多孔板远离所述气腔的一侧的轴流叶轮机，所述轴流叶轮机的叶片上开设有贯通叶片的通孔，其结构如图4所示。本实施例中，多孔板101通过连接轴102连接轴流叶轮机103；当然，在其他实施例中，也可直接通过安装支架将轴流叶轮机固定于第一射流室的内壁上。具体的，当外部流体流入第一直流段111时，轴流叶轮机103通过外部供电转动，加速流体，使得外部高压流体在第一直流段111内能快速流经多孔板101，加强多孔板101的空化效果。同时轴流叶轮机103的叶片上设有通孔，当流体通过叶片时，会在叶片后方产生尾流空化。通过设有这样的多孔板101和轴流叶轮机103，可以在第一直流段111内初步产生大量空化泡，同时可以加快流体在管道内的流速。

如图1、图5所示，在本实施例中，压缩通道12包括远离气腔14的一端的压缩进流段121，以及靠近气腔14的一端的压缩直流段122；压缩进流段121的内径由远离气腔14的一端至靠近气腔14的一端以10°的收缩角度逐渐变小，压缩直流段122的内径由远离气腔14的一端至靠近气腔14的一端相等。具体的，当流体由引流段112流至压缩通道12时，先通过压缩进流段121，由于压缩进流段121的内径逐渐变小，即流体的过流断面面积逐渐变小，流体被压缩，流速不断增大，形成高速流体。进一步地，流体由压缩进流段121进入压缩直流段122，压缩直流段122会对被压缩加速的流体起到缓冲作用，使流体保持高速运动状态。通过设有这样的压缩通道12有利于流体高速顺畅地通过气腔14。

如图6所示，在本实施例中，混合通道15包括靠近所述气腔14的一端的混合进流段151，以及远离所述气腔14的一端的混合直流段152；混合进流段151的内径由靠近气腔14的一端至远离气腔14的一端以10°的收缩角度逐渐变小，混合直流段152的内径由靠近气腔14的一端至远离气腔14的一端相等。当流体从压缩通道12射出通过气腔14时，高速流体会裹带一部分气体进入混合通道15。通过设有这样的混合进流段151可以使气体更顺畅、更充分地进入混合直流段152，流体与气体在混合直流段152内充分混合，产生更多空化泡。

如图1所示，在本实施例中，气腔14的外缘设有向外凸起的延伸部13；延伸部13设有用于与外部气源连通的进气口131；延伸部13连通于气腔14。具体的，将外部气源连通于进气口131，在输入流体前，首先启动外部气源的开关，将气体填充在气腔14内。当流体通过气腔14时，由于流体速度高，可以裹带气腔14中的气体由收缩角度为80°的气腔内壁141流入混合通道15，同时气体流动，带动外部气体源源不断地向气腔14补充。

优选地，考虑到流体从压缩通道12经过气腔14进入混合通道15的过程中，可能有部分流体分流进入气腔14，故而在延伸部13还设有储气箱132；储气箱132的顶端连通于进气口131，其底端连通于气腔14。通过设有这样的储气箱132，当流体分流进入气腔14时，可以在储气箱132中储存，防止流体反灌至外部气源，直至流体被后来高速流体带入混合通道15。

如图1所示，在本实施例中，第二空化段2左端内表面与第一空化段1中部外表面可拆卸连接，便于替换与维修；当然，在其他的一些实施例中，第一空化段与第二空化段也可选择一体成型。第二射流室22包括连通的第二直流段221及聚流段222；第二射流室22远离第一空化段1的一端设有出口通道24；第二直流段221、聚流段222以及出口通道24沿流体流动的方向依次连通；聚流段222用于将所有流体由第二直流段221聚流至出口通道24；第二直流段221的内径由远离出口的一端至靠近流体出口的一端相等；聚流段222的内径由远离流体出口的一端至靠近流体出口的一端以30°的收缩角度逐渐变小。具体的，低压流体从第二空化段2边壁流入第二射流室22，第一空化段1产生的高压空化液从混合通道15射入第二射流室22。低压流体在射流的带动下，加速沿第二直流段221、聚流段222的内壁逐渐聚流至出口通道24。

优选地，为了使得低压流体入第二射流室22时尽量不影响从第一空化段1的混合通道15射出的高压空化液的空化效果，低压流体入口21设置于第二射流室22的左前端，即第二直流段221的前端。同时为了减少低压流体加入时对流体的冲击，低压流体入口21不少于两个，且入口围绕第二空化段2的轴线均匀分布。在本实施例中，设置了三个低压流体入口21，均匀分布在第二射流室22前端边壁上。

如图1所示，在本实施例中，中心体201设置于第二直流段221的中部，中心体201通过多个均匀间隔分布的连接板202与第二射流室22的边壁连接，本实施例中连接板设置有四个。具体实施时，为了最大化降低连接板202对通过流体的阻力，在保证中心体201与第二射流室22边壁连接强度的基础上，尽可能缩小连接板202的尺寸。

在本实施例中，中心体201前部分为球冠状，其后部分为锥状，且中心体通道23沿中心体201的径向中心设置。具体的，高压空化液从第一空化段1的混合通道15进入第二射流室22，一部分直接射入中心体通道23并裹带部分低压流体，中心体通道23可以看做混合通道15的延伸，便于流体与气体的进一步混合；一部分分散进入第二直流段221与低压流体混合，混合后的流体经过中心体201，在中心体201的前部分绕流截面面积逐渐缩小，流体被压缩，流速增大。流体流至连接板时，绕流截面最小，形成气核。中心体201的后部分绕流截面面积逐渐增大，产生大量空化泡。

如图7所示，在本实施例中，出口通道24远离出口的一端至靠近出口的一端依次设有出口进流段241、出口直流段242和出流段243；出口进流段241的内径由远离出口的一端至靠近出口的一端以10°的收缩角度逐渐变小，出口直流段242的内径由远离出口的一端至靠近出口的一端相等，出流段243的内径由远离出口的一端至靠近出口的一端以60°的扩张角度逐渐变大。具体的，第二直流段221和中心体通道23流出的流体在聚流段222混合，外围空化液包裹中心空化液通过聚流段222流入出口通道24。当流体流经出口进流段241时，流体的过流断面面积逐渐变小，流体被压缩，流速不断增大。进一步地，流体进入出口直流段242，流体在出口直流段242内得到缓冲，流速稳定、空化泡分布稳定。流体流至出流段243后，流体截面面积逐渐扩大，空化液向外喷出，发生空化效应。

需特别说明的是，实施例中引流段112、聚流段222的收缩角度α，压缩进流段121、混合进流段151、出口进流段241的收缩角度β，气腔内壁141的收缩角度γ以及出流段243的扩张角θ可以根据实际情况进行选择，α的选择范围是20-40°，β的选择范围是10-15°，γ的选择范围是60-80°，θ的选择范围是40-60°。另外，压缩直流段122、混合直流段152和中心体通道23的内径相等，且是出口直流段242内径的0.4-0.6倍。

上述实施例提供的两段式空化泡发生器特点如下：

1、该空化泡发生器串联了三种基本空化技术(多孔板、中心体、文丘里管)，流体在管道内发生多段空化，会积累大量的空化泡，达到很高的空化效果，对高硫渣的解离效果也会更强。

2、空化泡发生器中还加入了一些辅助结构：

开孔叶轮。首先轴流叶轮机通过外部供电转动可以加速流体，使得外部高压流体能快速流经多孔板，加强空化效果；其次轴流叶轮机的叶片上设有通孔，与多孔板空化效果相似，可以在叶片后方产生尾流空化。

外加气流。通过轴流叶轮机加速后初步空化后的流体通过压缩通道再次加速流经气腔，高速流体可裹带气体快速流入混合通道、中心体通道，并在通道内进一步混合形成更多空化泡。

外加流体。低压流体的引入可以有效保护前阶段产生的空化泡，抑制在发生器内部的空化泡破裂，产生空化效应；同时高速流体从混合通道射出进入中心体通道，再由中心体通道射出，此射流都可以带动低压流体快速流动通过中心体，形成绕流型空化，产生新一轮空化泡。

以上辅助结构的添加，都以不同的形式提高了发生器中的空化量，加强了空化效果，且第二空化段中外加低压流体与通孔中心体组合的结构，不仅保护了第一空化段已经形成的空化泡，同时利用径向通道中的高速流体带动中心体外围流体流动，形成新一轮空化泡。

在出口通道中，外围空化液包裹中心空化液从出口排出进入解离浮选柱，外围空化液对中心空化液会起到保护作用，在出口附近首先是外围空化液中的空泡破裂，发生空化效应，中心空化液在外围空化液的保护下可以到达更远处再发生空化效应，这一效果可以有效延长空化发生区域，扩大单个空化泡发生器在解离器中的作用范围。可以有效用于高硫渣解离过程，提高渣硫分离效果，为后续浮选提硫提供良好基础。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种两段式空化泡发生器，其特征在于，包括：

第一空化段，其包括用于接收外部高压流体的第一射流室，用于压缩流体的压缩通道，用于引入外部气体的气腔，以及用于混合流体与气体的混合通道；所述第一射流室、压缩通道、气腔、混合通道沿流体流动方向依次连通；

第二空化段，其包括一端开口的第二射流室，输出流体的出口通道，以及中心体；所述第二射流室的开口端与所述第一空化段的流体输出端连接，所述第二射流室的另一端与所述出口通道连通；所述第二射流室的壁上设置有与其连通的低压流体入口；所述中心体设置于所述第二射流室的中部且与其固定连接，所述中心体的径向中心设有用于混合流体与气体的中心体通道；

所述压缩通道、混合通道、中心体通道依次首尾相对设置，且三者的中心轴线重合；

所述压缩通道包括远离所述气腔的一端的压缩进流段以及靠近所述气腔的一端的压缩直流段；所述混合通道包括靠近所述气腔的一端的混合进流段以及远离所述气腔的一端的混合直流段；

所述出口通道包括依次连通的出口进流段、出口直流段、出流段；所述出口进流段的内径由远离所述出口的一端至靠近所述出口的一端逐渐变小，所述出口直流段的内径由远离所述出口的一端至靠近所述出口的一端相等；所述出流段的内径由远离所述出口的一端至靠近所述出口的一端逐渐变大；所述压缩直流段、混合直流段、中心体通道的内径相等，且为所述出口直流段内径的0.4-0.6倍。

2.根据权利要求1所述的两段式空化泡发生器，其特征在于，所述第一空化段还包括设置于所述第一射流室内且与其固定连接的多孔板；所述第一空化段还包括设置于所述第一射流室内且位于所述多孔板远离所述气腔的一侧的轴流叶轮机，所述轴流叶轮机的叶片上开设有贯通叶片的通孔。

3.根据权利要求1所述的两段式空化泡发生器，其特征在于，第二射流室靠近所述第一空化段的一端设置有多个所述低压流体入口，且多个所述低压流体入口围绕第二空化段的轴线均匀分布。

4.根据权利要求1所述的两段式空化泡发生器，其特征在于，所述中心体前部分为球冠状，后部分为锥状；所述中心体的中心轴线与所述第二射流室的中心轴线相重合。

5.根据权利要求1至4任一项所述的两段式空化泡发生器，其特征在于，所述第一射流室包括第一直流段、引流段；所述第一直流段、引流段、压缩通道沿流体流动方向依次连通，所述引流段用于引导流体由所述第一直流段流至所述压缩通道；所述第一直流段的内径由远离所述气腔的一端至靠近所述气腔的一端相等；所述引流段的内径由远离所述气腔的一端至靠近所述气腔的一端逐渐变小，且收缩角度为20-40°。

6.根据权利要求1至4任一项所述的两段式空化泡发生器，其特征在于，所述压缩进流段的内径由远离所述气腔的一端至靠近所述气腔的一端逐渐变小，且收缩角度为10-15°；所述压缩直流段的内径由远离所述气腔的一端至靠近所述气腔的一端相等。

7.根据权利要求6所述的两段式空化泡发生器，其特征在于，所述混合进流段的内径由靠近所述气腔的一端至远离所述气腔的一端逐渐变小，且收缩角度为10-15°；所述混合直流段的内径由靠近所述气腔的一端至远离所述气腔的一端相等。

8.根据权利要求1至4任一项所述的两段式空化泡发生器，其特征在于，所述气腔的外缘设有向外凸起的延伸部；所述延伸部包括储气箱以及与外部气源连通的进气口；所述储气箱的两端分别与所述进气口和所述气腔连通。

9.根据权利要求1至4任一项所述的两段式空化泡发生器，其特征在于，所述第二射流室包括第二直流段及聚流段；所述第二直流段、聚流段、出口通道沿流体流动方向依次连通；所述聚流段用于将所有流体由所述第二直流段聚流至所述出口通道；所述第二直流段的内径由远离所述出口通道的一端至靠近所述出口通道的一端相等；所述聚流段的内径由远离所述出口通道的一端至靠近所述出口通道的一端逐渐变小，且收缩角度为20-40°。

10.根据权利要求7所述的两段式空化泡发生器，其特征在于，所述出口进流段的收缩角度为10-15°；所述出流段的扩张角度为40-60°。

Images