CN113814076B - 一种带导流槽和反冲水的水力旋流器 - Google Patents

一种带导流槽和反冲水的水力旋流器 Download PDF

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    • B04C5/14—Construction of the underflow ducting; Apex constructions; Discharge arrangements ; discharge through sidewall provided with a few slits or perforations

Abstract

一种带导流槽和反冲水的水力旋流器，包括顶盖、圆柱段筒体及圆锥段筒体，三者均采用双层结构，包括外层的刚性壁层和内层的耐磨衬层，内外层之间作为高压水腔，且顶盖、圆柱段筒体及圆锥段筒体内的高压水腔彼此独立存在且互不连通；在耐磨衬层上均设有螺旋导流槽，沿螺旋导流槽均布设有若干反冲水孔。本发明的带导流槽和反冲水的水力旋流器，通过导流槽可以强化水力旋流器内物料矿浆的旋转运动，并有效增强流场稳定性，通过在导流槽处开设反冲水孔，可利用反冲水弱化溢流短路流和沉砂短路流，并对近壁颗粒进行二次洗涤，解决了水力旋流器内部流场的稳定性和短路流问题，有效提高了物料的分离精度，充分发挥了水力旋流器的性能。

Description

一种带导流槽和反冲水的水力旋流器
技术领域
本发明属于水力旋流技术领域，特别是涉及一种带导流槽和反冲水的水力旋流器。
背景技术
水力旋流器作为物料分离的重要设备之一，被广泛应用于固-固分离、固-液分离、液-液分离等。当物料矿浆在一定压力下由进料管进入水力旋流器后，会进行高速的三维旋转运动，并在离心力、流体曳力和向心浮力的共同作用下，粗而重的颗粒向外运动进入外旋流由沉砂口排出，细而轻的颗粒向内迁移进入内旋流由溢流口排出，从而完成物料的分离过程。
但是，理论和实践研究均发现，现有的水力旋流器会因内部流场的稳定性和短路流而影响物料的分离精度。其中，短路流可分为溢流短路流和沉砂短路流，溢流短路流会使粗颗粒物料进入溢流，沉砂短路流会使细颗粒物料进入沉砂，从而造成物料的颗粒错配，最终降低了物料的分离精度。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种带导流槽和反冲水的水力旋流器，通过导流槽可以强化水力旋流器内物料矿浆的旋转运动，并有效增强流场稳定性，通过在导流槽处开设反冲水孔，可利用反冲水弱化溢流短路流和沉砂短路流，并对近壁颗粒进行二次洗涤，解决了水力旋流器内部流场的稳定性和短路流问题，有效提高了物料的分离精度，充分发挥了水力旋流器的性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种带导流槽和反冲水的水力旋流器，包括顶盖、圆柱段筒体及圆锥段筒体；所述圆柱段筒体竖直设置，所述顶盖水平设置在圆柱段筒体的顶端筒口；所述圆锥段筒体竖直设置，圆锥段筒体的大径端朝上，所述圆柱段筒体的底端筒口与圆锥段筒体的大径端筒口相连接；在所述顶盖中心处竖直设置有溢流管，溢流管穿过顶盖与圆柱段筒体内部的分选腔相连通；所述圆锥段筒体的小径端筒口竖直连接有底流管，底流管与圆锥段筒体内部的分选腔相连通；在所述圆柱段筒体顶部沿切线方向水平设置有进料管，进料管穿过圆柱段筒体并与其内部的分选腔相连通；所述顶盖、圆柱段筒体及圆锥段筒体均采用双层结构，外层为刚性壁层，内层为耐磨衬层，且刚性壁层与耐磨衬层之间留有间隙；所述顶盖的刚性壁层与耐磨衬层之间的间隙记为顶盖高压水腔；所述圆柱段筒体的刚性壁层与耐磨衬层之间的间隙记为柱段高压水腔；所述圆锥段筒体的刚性壁层与耐磨衬层之间的间隙记为锥段高压水腔；所述顶盖高压水腔、柱段高压水腔及锥段高压水腔彼此独立存在且互不连通；所述顶盖的刚性壁层上竖直设置有顶盖进水管，顶盖进水管与顶盖高压水腔相连通；所述圆柱段筒体的刚性壁层上水平设置有柱段进水管，柱段进水管与柱段高压水腔相连通；所述圆锥段筒体的刚性壁层上水平设置有锥段进水管，锥段进水管与锥段进水管相连通；所述顶盖进水管、柱段进水管及锥段进水管上均设置有压力表；在所述顶盖的耐磨衬层上设置有顶盖螺旋导流槽，顶盖螺旋导流槽的起始端与进料管相邻，顶盖螺旋导流槽的终止端与溢流管相邻，且沿顶盖螺旋导流槽均布开设有若干顶盖反冲水孔；在所述圆柱段筒体的耐磨衬层上设置有柱段螺旋导流槽，在所述圆锥段筒体的耐磨衬层上设置有锥段螺旋导流槽，柱段螺旋导流槽的起始端与进料管相接，柱段螺旋导流槽的终止端与锥段螺旋导流槽的起始端相接，锥段螺旋导流槽的终止端与底流管相接；沿所述柱段螺旋导流槽均布开设有若干柱段反冲水孔，沿所述锥段螺旋导流槽均布开设有若干锥段反冲水孔。
所述顶盖螺旋导流槽的螺旋方向与水力旋流方向一致，顶盖螺旋导流槽的线型为等角螺旋线，顶盖螺旋导流槽的螺旋圈数为15～20圈。
所述柱段螺旋导流槽的螺旋方向与水力旋流方向一致，柱段螺旋导流槽的线型为等距圆柱螺旋线，柱段螺旋导流槽的导程记为l柱，且
Figure BDA0003269822280000021
式中，H柱为圆柱段筒体的高度，
Figure BDA0003269822280000022
为给料中值粒度。
所述锥段螺旋导流槽的螺旋方向与水力旋流方向一致，锥段螺旋导流槽的线型为等距圆锥螺旋线，锥段螺旋导流槽的导程记为l锥，且l锥＝(5～6)l柱·sinθ，式中，l柱为柱段螺旋导流槽的导程，θ为圆锥段筒体的锥角。
所述顶盖螺旋导流槽、柱段螺旋导流槽及锥段螺旋导流槽的截面形状均为圆弧形。
所述顶盖反冲水孔、柱段反冲水孔及锥段反冲水孔均为锥形孔，且锥形孔的小径端朝向分选腔；所述顶盖反冲水孔的锥形孔小径端记为d盖，且
Figure BDA0003269822280000023
为给料中值粒度；所述柱段反冲水孔的锥形孔小径端记为d柱，且
Figure BDA0003269822280000024
为给料中值粒度；所述锥段反冲水孔的锥形孔小径端记为d锥，且
Figure BDA0003269822280000025
式中，
Figure BDA0003269822280000026
为给料中值粒度。
所述顶盖高压水腔的给水压力记为P盖，且P盖＝(1.2～1.4)Pi，式中，Pi为给矿压力；所述柱段高压水腔的给水压力记为P柱，且P柱＝(1.2～1.4)Pi，式中，Pi为给矿压力；所述锥段高压水腔的给水压力记为P锥，且P柱＝(1.3～1.5)Pi，式中，Pi为给矿压力。
本发明的有益效果：
本发明的带导流槽和反冲水的水力旋流器，通过导流槽可以强化水力旋流器内物料矿浆的旋转运动，并有效增强流场稳定性，通过在导流槽处开设反冲水孔，可利用反冲水弱化溢流短路流和沉砂短路流，并对近壁颗粒进行二次洗涤，解决了水力旋流器内部流场的稳定性和短路流问题，有效提高了物料的分离精度，充分发挥了水力旋流器的性能。
附图说明
图1为本发明的一种带导流槽和反冲水的水力旋流器的结构示意图；
图2为图1中A-A剖视图；
图中，1—顶盖，2—圆柱段筒体，3—圆锥段筒体，4—溢流管，5—底流管，6—进料管，7—顶盖高压水腔，8—柱段高压水腔，9—锥段高压水腔，10—顶盖进水管，11—柱段进水管，12—锥段进水管，13—顶盖螺旋导流槽，14—顶盖反冲水孔，15—柱段螺旋导流槽，16—锥段螺旋导流槽，17—柱段反冲水孔，18—锥段反冲水孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1、2所示，一种带导流槽和反冲水的水力旋流器，包括顶盖1、圆柱段筒体2及圆锥段筒体3；所述圆柱段筒体2竖直设置，所述顶盖1水平设置在圆柱段筒体2的顶端筒口；所述圆锥段筒体3竖直设置，圆锥段筒体3的大径端朝上，所述圆柱段筒体2的底端筒口与圆锥段筒体3的大径端筒口相连接；在所述顶盖1中心处竖直设置有溢流管4，溢流管4穿过顶盖1与圆柱段筒体2内部的分选腔相连通；所述圆锥段筒体3的小径端筒口竖直连接有底流管5，底流管5与圆锥段筒体3内部的分选腔相连通；在所述圆柱段筒体2顶部沿切线方向水平设置有进料管6，进料管6穿过圆柱段筒体2并与其内部的分选腔相连通；所述顶盖1、圆柱段筒体2及圆锥段筒体3均采用双层结构，外层为刚性壁层，内层为耐磨衬层，且刚性壁层与耐磨衬层之间留有间隙；所述顶盖1的刚性壁层与耐磨衬层之间的间隙记为顶盖高压水腔7；所述圆柱段筒体2的刚性壁层与耐磨衬层之间的间隙记为柱段高压水腔8；所述圆锥段筒体3的刚性壁层与耐磨衬层之间的间隙记为锥段高压水腔9；所述顶盖高压水腔7、柱段高压水腔8及锥段高压水腔9彼此独立存在且互不连通；所述顶盖1的刚性壁层上竖直设置有顶盖进水管10，顶盖进水管10与顶盖高压水腔7相连通；所述圆柱段筒体2的刚性壁层上水平设置有柱段进水管11，柱段进水管11与柱段高压水腔8相连通；所述圆锥段筒体3的刚性壁层上水平设置有锥段进水管12，锥段进水管12与锥段进水管12相连通；所述顶盖进水管10、柱段进水管11及锥段进水管12上均设置有压力表；在所述顶盖1的耐磨衬层上设置有顶盖螺旋导流槽13，顶盖螺旋导流槽13的起始端与进料管6相邻，顶盖螺旋导流槽13的终止端与溢流管4相邻，且沿顶盖螺旋导流槽13均布开设有若干顶盖反冲水孔14；在所述圆柱段筒体2的耐磨衬层上设置有柱段螺旋导流槽15，在所述圆锥段筒体3的耐磨衬层上设置有锥段螺旋导流槽16，柱段螺旋导流槽15的起始端与进料管6相接，柱段螺旋导流槽15的终止端与锥段螺旋导流槽16的起始端相接，锥段螺旋导流槽16的终止端与底流管5相接；沿所述柱段螺旋导流槽15均布开设有若干柱段反冲水孔17，沿所述锥段螺旋导流槽16均布开设有若干锥段反冲水孔18。
所述顶盖螺旋导流槽13的螺旋方向与水力旋流方向一致，顶盖螺旋导流槽13的线型为等角螺旋线，顶盖螺旋导流槽13的螺旋圈数为15～20圈。
所述柱段螺旋导流槽15的螺旋方向与水力旋流方向一致，柱段螺旋导流槽15的线型为等距圆柱螺旋线，柱段螺旋导流槽15的导程记为l柱，且
Figure BDA0003269822280000041
式中，H柱为圆柱段筒体2的高度，
Figure BDA0003269822280000042
为给料中值粒度。
所述锥段螺旋导流槽16的螺旋方向与水力旋流方向一致，锥段螺旋导流槽16的线型为等距圆锥螺旋线，锥段螺旋导流槽16的导程记为l锥，且l锥＝(5～6)l柱·sinθ，式中，l柱为柱段螺旋导流槽15的导程，θ为圆锥段筒体3的锥角。
所述顶盖螺旋导流槽13、柱段螺旋导流槽15及锥段螺旋导流槽16的截面形状均为圆弧形，既有利于矿浆物料的导流，又可以避免流场扰动。
所述顶盖反冲水孔14、柱段反冲水孔17及锥段反冲水孔18均为锥形孔，且锥形孔的小径端朝向分选腔；所述顶盖反冲水孔14的锥形孔小径端记为d盖，且
Figure BDA0003269822280000043
为给料中值粒度；所述柱段反冲水孔17的锥形孔小径端记为d柱，且
Figure BDA0003269822280000044
为给料中值粒度；所述锥段反冲水孔18的锥形孔小径端记为d锥，且
Figure BDA0003269822280000045
式中，
Figure BDA0003269822280000046
为给料中值粒度。
所述顶盖高压水腔7的给水压力记为P盖，且P盖＝(1.2～1.4)Pi，式中，Pi为给矿压力；所述柱段高压水腔8的给水压力记为P柱，且P柱＝(1.2～1.4)Pi，式中，Pi为给矿压力；所述锥段高压水腔9的给水压力记为P锥，且P柱＝(1.3～1.5)Pi，式中，Pi为给矿压力。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
当物料矿浆通过进料管6进入水力旋流器后，物料矿浆会在顶盖螺旋导流槽13、柱段螺旋导流槽15及锥段螺旋导流槽16的导流作用下发生高速旋转运动，同时通过顶盖进水管10、柱段进水管11及锥段进水管12分别向顶盖高压水腔7、柱段高压水腔8及锥段高压水腔9内按照设定压力进行给水，在顶盖反冲水孔14和柱段反冲水孔17输出的反冲水作用下，用于抑制溢流短路流和沉砂短路流，从而降低粗颗粒物料进入溢流以及降低细颗粒物料进入沉砂，而在锥段反冲水孔18输出的反冲水作用下，进入外旋流的细颗粒物料转而进入内旋流，从而进一步降低了细颗粒物料进入沉砂，最终提高了物料的分级精度。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种带导流槽和反冲水的水力旋流器，其特征在于：包括顶盖、圆柱段筒体及圆锥段筒体；所述圆柱段筒体竖直设置，所述顶盖水平设置在圆柱段筒体的顶端筒口；所述圆锥段筒体竖直设置，圆锥段筒体的大径端朝上，所述圆柱段筒体的底端筒口与圆锥段筒体的大径端筒口相连接；在所述顶盖中心处竖直设置有溢流管，溢流管穿过顶盖与圆柱段筒体内部的分选腔相连通；所述圆锥段筒体的小径端筒口竖直连接有底流管，底流管与圆锥段筒体内部的分选腔相连通；在所述圆柱段筒体顶部沿切线方向水平设置有进料管，进料管穿过圆柱段筒体并与其内部的分选腔相连通；所述顶盖、圆柱段筒体及圆锥段筒体均采用双层结构，外层为刚性壁层，内层为耐磨衬层，且刚性壁层与耐磨衬层之间留有间隙；所述顶盖的刚性壁层与耐磨衬层之间的间隙记为顶盖高压水腔；所述圆柱段筒体的刚性壁层与耐磨衬层之间的间隙记为柱段高压水腔；所述圆锥段筒体的刚性壁层与耐磨衬层之间的间隙记为锥段高压水腔；所述顶盖高压水腔、柱段高压水腔及锥段高压水腔彼此独立存在且互不连通；所述顶盖的刚性壁层上竖直设置有顶盖进水管，顶盖进水管与顶盖高压水腔相连通；所述圆柱段筒体的刚性壁层上水平设置有柱段进水管，柱段进水管与柱段高压水腔相连通；所述圆锥段筒体的刚性壁层上水平设置有锥段进水管，锥段进水管与锥段进水管相连通；所述顶盖进水管、柱段进水管及锥段进水管上均设置有压力表；在所述顶盖的耐磨衬层上设置有顶盖螺旋导流槽，顶盖螺旋导流槽的起始端与进料管相邻，顶盖螺旋导流槽的终止端与溢流管相邻，且沿顶盖螺旋导流槽均布开设有若干顶盖反冲水孔；在所述圆柱段筒体的耐磨衬层上设置有柱段螺旋导流槽，在所述圆锥段筒体的耐磨衬层上设置有锥段螺旋导流槽，柱段螺旋导流槽的起始端与进料管相接，柱段螺旋导流槽的终止端与锥段螺旋导流槽的起始端相接，锥段螺旋导流槽的终止端与底流管相接；沿所述柱段螺旋导流槽均布开设有若干柱段反冲水孔，沿所述锥段螺旋导流槽均布开设有若干锥段反冲水孔。
2.根据权利要求1所述的一种带导流槽和反冲水的水力旋流器，其特征在于：所述顶盖螺旋导流槽的螺旋方向与水力旋流方向一致，顶盖螺旋导流槽的线型为等角螺旋线，顶盖螺旋导流槽的螺旋圈数为15～20圈。
3.根据权利要求1所述的一种带导流槽和反冲水的水力旋流器，其特征在于：所述柱段螺旋导流槽的螺旋方向与水力旋流方向一致，柱段螺旋导流槽的线型为等距圆柱螺旋线，柱段螺旋导流槽的导程记为l柱，且
Figure FDA0003269822270000011
式中，H柱为圆柱段筒体的高度，
Figure FDA0003269822270000012
为给料中值粒度。
4.根据权利要求1所述的一种带导流槽和反冲水的水力旋流器，其特征在于：所述锥段螺旋导流槽的螺旋方向与水力旋流方向一致，锥段螺旋导流槽的线型为等距圆锥螺旋线，锥段螺旋导流槽的导程记为l锥，且l锥＝(5～6)l柱·sinθ，式中，l柱为柱段螺旋导流槽的导程，θ为圆锥段筒体的锥角。
5.根据权利要求1所述的一种带导流槽和反冲水的水力旋流器，其特征在于：所述顶盖螺旋导流槽、柱段螺旋导流槽及锥段螺旋导流槽的截面形状均为圆弧形。
6.根据权利要求1所述的一种带导流槽和反冲水的水力旋流器，其特征在于：所述顶盖反冲水孔、柱段反冲水孔及锥段反冲水孔均为锥形孔，且锥形孔的小径端朝向分选腔；所述顶盖反冲水孔的锥形孔小径端记为d盖，且
Figure FDA0003269822270000021
Figure FDA0003269822270000022
为给料中值粒度；所述柱段反冲水孔的锥形孔小径端记为d柱，且
Figure FDA0003269822270000023
Figure FDA0003269822270000024
为给料中值粒度；所述锥段反冲水孔的锥形孔小径端记为d锥，且
Figure FDA0003269822270000025
式中，
Figure FDA0003269822270000026
为给料中值粒度。
7.根据权利要求1所述的一种带导流槽和反冲水的水力旋流器，其特征在于：所述顶盖高压水腔的给水压力记为P盖，且P盖＝(1.2～1.4)Pi，式中，Pi为给矿压力；所述柱段高压水腔的给水压力记为P柱，且P柱＝(1.2～1.4)Pi，式中，Pi为给矿压力；所述锥段高压水腔的给水压力记为P锥，且P柱＝(1.3～1.5)Pi，式中，Pi为给矿压力。
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安均等.铅锌尾矿在旋流器超重力环境内分离特性研究.有色金属(选矿部分).2021,(第05期),第111-116段. *
谢海云等.旋流连续离心分选机对赤铁矿的分级效率研究.有色金属工程.2018,第8卷(第01期),第84-87页. *

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