CN1247310C - 水力旋流器本身的以及与水力旋流器有关的改进 - Google Patents

Abstract

一种水力旋流器，它包括主体，主体内是包括入口部分和分离部分的腔室，腔室的分离部分具有内侧壁，并从入口部分末向内逐渐变细。水力旋流器还包括一个给料入口，把含有颗粒的浆液混合物给入腔室的入口部分；在腔室的一端、靠近入口部分有溢流出口；在腔室的另一端、离入口部分较远是底流出口。水力旋流器还有靠近其入口部分并通过溢流出口与其连通的溢流出口控制室。溢流出口控制室包括一个位于切线方向的排泄出口和位于中心位置、离溢流出口较远的用于稳定空气心的孔口。

Description

水力旋流器本身的以及与 水力旋流器有关的改进

本发明总地涉及到水力旋流器，具体点说、但不仅仅是，涉及到矿物和化学产品加工工业适用的水力旋流器。本发明也涉及到水力旋流器的部件和使水力旋流器的性能最佳化的方法。

水力旋流器用于通过当液体通过旋流器里的圆锥型腔室时产生的离心力的作用，将载于流动液体如矿浆中的悬浮物质分离为两种排出液流。本质上说，旋流器包括一个圆锥型分离腔室，一个给料入口，给料入口与分离腔室轴线大致相切且设置在腔室的具有尺寸的那端最大的横剖面；在腔室较小的一端有一个底流出口，在腔室较大的一端有溢流出口。给料入口要能适应于把含有悬浮物的液体给入水力旋流器分离腔室内，结构布置使重的物质朝向分离腔室的外壁移动，流向中心位置的底流出口(并通过该出口)排出；小颗粒粒径的物质向分离腔室的中心轴线移动并从溢流出口排出。水力旋流器可以根据悬浮物的固体粒子的粒径分离，也可以根据颗粒的密度分离。典型的实例包括象采矿中的固粒分级作业和一些工业用途等。

为了提高水力旋流器的工作效率，从底流出口排出液体采取的方式是重要的。公知的是，水力旋流器从底流出口呈伞状排放要比已知的绳状排放效率高得多。所谓伞状排放是说底流出口的排出物成伞状的喷雾排出；而绳状排出是指排出物高度集中、可能堵塞底流出口减少水力旋流器的产量。

在正常运行中，水力旋流器内会产生出一根中心空气柱(aircolumn)，对于大部分工业用水力旋流器的结构设计来说，中心空气柱是典型的。一旦在水力旋流器轴线处的流体压力低于大气压，该空气柱立即形成。这根空气柱从底流出口延伸到溢流出口，直接将贴着水力旋流器底的空气和顶部的空气连接。这根空气心(air core)的横剖面面积是影响底流排出状态的重要因素，底流排出状态可能是标准的伞状型，也可变化成称为绳状排出的极端的状态。当底流排出流体中的固体浓度达到一个临界值就会发生绳状排出，此时排出的物料是一条绳子型的固态物质。在这种状态下，空气心在底流出口瓦解，底流出口的排出量减少。排出量的减少损害了水力旋流器的加工效率，此时系统的操作变量通常要求作出改变，从而重新建立空气心及使水力旋流器正常运行。

现有的水力旋流器设计未意识到空气心的横剖面面积和空气柱的稳定性的重要性。在大部分水力旋流器中是用一根简单的弯管把溢流流体输送出去的。该空气柱在溢流液中被截获，因此使空气心的直径和横剖面面积受压缩。另外，在溢流管内溢流流体的旋转运动不规则地改变成线性流动，空气心的连续性遭到破坏。

本发明一个方面的目的是提出一种改进的水力旋流器，它在运行中产生的空气心能得以稳定，并最大限度地增大其横剖面面积。本发明另外一方面的目的是提出一种方法使水力旋流器的性能最佳化。本发明还有一方面的目的是提出一个水力旋流器使用的控制溢流的装置。

本发明从一个方面提出了一种水力旋流器，它装备有溢流排泄控制腔室，该溢流排泄控制腔室带稳定空气心的孔口(orifice)；此装置可使溢流液流与空气心分离。

上述结构布置的优化方案已证实能够促使旋流器的排出液流稳定，使旋流器系统过程的反压降到最小，使在旋流器内生成的中心轴线空气心的横剖面面积最大，使产品的产量，比如吨/小时的产量最大，并使旋流器的分离过程保持在一个稳定的水平上。

水力旋流器可以加以控制，使操作稳定，防止产生在底流排泄出口生成绳子型排泄的倾向。通过调整空气入口的气流可以影响旋流器空气心的生成和剖面面积的最大化以及旋流器空气心的稳定。另外，在水力旋流器技术的发展中，为了达到更先进的过程控制，使空气心稳定的孔口提供了潜在的观察旋流器内部运行的机会。

本发明的另一方面提出了一种水力旋流器，它包括一主体，主体内有一包括一入口部分和一分离部分的腔室，腔室的分离部分具有一内侧壁，内侧壁从入口部分末向内逐渐变细。水力旋流器还包括一个给料入口，把含有颗粒的浆液混合物给入腔室的入口部分；在腔室的一端、靠近其入口部分有一溢流出口；在腔室的另一端、远离入口部分处有一底流出口。水力旋流器还包括一溢流出口控制腔室，该控制腔室靠近其入口部分，并通过溢流出口与入口部分连通。溢流出口控制腔室包括一个位于切线方向的排泄出口和一位于中心位置、远离溢流出口的用于稳定空气心的孔口。

用于稳定空气心的孔口、溢流出口和底流出口最好大体上是沿轴向成一条直线。

按一种优选方案，溢流出口控制腔室有一内表面，其总体上是螺旋状，用于把从分离腔室进入溢流出口控制腔室的物料朝排泄出口方向导引。优选的方式是螺旋沿着内表面延伸达360度。

按本发明的一个优选方案，入口部分内有一内表面，其总体上是螺旋状，螺旋的最佳形式是朝分离腔室的聚敛端向轴线倾斜，并沿着内表面延伸达360度。

水力分离器还可以包括一个位于分离腔室的溢流出口的涡流定向器。

按本发明的一个优选方案，起稳定作用的孔口包含逐渐变细伸向控制腔室内的侧壁。孔口最好能有大体上是圆锥型的入口部分。

本发明另一方面提出了一个适合于水力旋流器应用的控制装置。水力旋流器包括一主体，主体内有一包括一入口部分和一分离部分的腔室，分离部分有一从入口部分末向内逐渐变细的内侧壁，有一个给料入口，把混合物给入腔室的入口部分；在腔室的一端、靠近入口部分有一溢流出口；在腔室的另一端、离入口部分较远有一底流出口。控制装置包括一个控制腔室，控制腔室有一切线方向定位的排泄出口、一个可工作地连接到溢流出口的连通口以及一位于中心位置、远离溢流出口的稳定空气心的孔口。

按优选方案布置，控制腔室可能的样式，前文已交代。另外，水力旋流器的可能种类前文也描述过。

本发明的另一方面还包括一种在水力旋流器使用中稳定空气心的方法。这个方法包括几个步骤，即在水力旋流器溢流出口的上方设一腔室；设置从该腔室向外排泄通过一个切线方向定位的排泄出口；在腔室壁上、远离溢流出口处安装一个位于中心位置的稳定空气心的孔口。

上述装置的优化方案已证实能够促使旋流器的排出液流稳定，使旋流器系统过程的反压降到最小，使在旋流器内生成的中心轴线空气心的剖面面积最大，使产品的产量，比如吨/小时的产量最大，并使旋流器的分离过程保持在一个稳定的水平上。

水力旋流器可以加以控制，使操作稳定，防止产生在底流排泄出口生成绳子型排泄的倾向。通过调整进气流可以影响旋流器空气心的生成和横剖面面积的最大化，保持旋流器空气心的稳定。另外，在水力旋流器技术的发展中，为了达到更先进的过程控制，使空气心稳定的孔口提供了潜在的观察旋流器内部运行的机会。

本发明的优选实施方案将参照以下附图予以说明。附图如下：

图1是本发明水力旋流器的部分剖面示意图；

图2是图1表示的水力旋流器的平面图；

图3是表示一些关键尺寸的侧立面剖面示意图。

在这些图纸上表示的水力旋流器，10指总的水力旋流器，12指主体，其内是腔室13，腔室13包括一入口部分14和一锥型分离部分15。水力旋流器还包括把一种含有颗粒的浆液混合物给入腔室的入口部分14的给料入口17。在腔室的靠近腔室的入口部分的一端处设有一溢流出口或涡流定向器27，在离入口部分较远的腔室的另一端处设有一底流出口18。水力旋流器还包括一个控制装置20，控制装置里有溢流出口控制腔室21，它靠近腔室的入口部分并通过溢流出口与该入口部分相连通。溢流出口控制腔室包括切线方向定位的排泄出口22和位于中心位置、远离溢流出口的稳定空气心(air core)的孔口25。用于稳定空气心的孔口、溢流出口和底流出口总体上沿轴向对准在一条直线上。

溢流出口控制腔室21有一层内表面，该内表面总体上是螺旋状，用于把从分离腔室进入溢流出口控制室的物料朝排泄出口方向导向。优选方式是螺旋沿着内表面延伸达360度。

水力旋流器腔室13的入口部分14有一层内表面，该内表面总体上是螺旋状，按本发明的一个优选方案，螺旋以朝分离腔室的聚敛端向轴线倾斜为佳，并沿着内表面延伸达360度。

起稳定作用的孔口25包含逐渐变细的侧壁，侧壁延伸入控制腔室，形成大体上圆锥型的入口部分。控制装置20可以与水力旋流器一体，也可以独立于水力旋流器，以便使控制装置能被改装到现有存在的旋流器上。

图3上标出水力旋流器的对操作有影响的几个尺寸。这些尺寸是：

Dj-给料入口的直径

Du-底流出口直径

Do-溢流出口直径

Ds-稳定孔口的直径

Dc-水力旋流器腔室入口部分的直径

L1-水力旋流器的总长度

这些尺寸的优选范例如下：

Dj＝0.20-0.34Dc

Do＝0.20-0.45Dc

Du＝0.30-0.75Do

L1＝3.0-8.0Dc

Ds＝0.0-1.0Do

最后，可以理解的是，在各种构造和部件的配置中可能会吸取一些变更、修改和/或者增加一些内容，但这些都没有离开本发明的思想或本发明的范围。

Claims (14)

1.一种水力旋流器，它包括一主体，主体内有一包括一入口部分和一分离部分的腔室，腔室的分离部分具有一从入口部分末向内逐渐变细的内侧壁，水力旋流器还包括一个把含有颗粒的浆液混合物给入腔室的入口部分的给料入口；在腔室的一端、靠近入口部分一有溢流出口；在腔室的另一端、离入口部分较远有一底流出口，水力旋流器还包括一溢流出口控制腔室，溢流出口控制腔室靠近水力旋流器的腔室的入口部分，并通过溢流出口与入口部分相连通，溢流出口控制腔室包括一个切线方向定位的排泄出口和位于中心位置、远离溢流出口的用于稳定空气心的孔口。

2.如权利要求第1项中所述的水力旋流器，其稳定空气心的孔口、溢流出口和底流出口沿轴向对准在一条直线上。

3.如权利要求第2项中所述的水力旋流器，其溢流出口控制腔室有一内表面，内表面总体是螺旋状，用于把从分离腔室进入溢流出口控制腔室的物料朝排泄出口方向导向。

4.如权利要求第3项中所述的水力旋流器，其中的螺旋沿着内表面延伸达360度。

5.如权利要求第4项中所述的水力旋流器，在它的腔室的入口部分内有一内表面，该内表面呈螺旋状，螺旋朝分离腔室的聚敛端向轴线倾斜，并沿着内表面延伸达360度。

6.如权利要求第5项中所述的水力旋流器，还包括一个位于分离腔室的溢流出口处的涡流定向器。

7.如权利要求第6项所述的水力旋流器，其中的起稳定作用的孔口包括延伸入控制腔室中的逐渐变细的侧壁。

8.如权利要求第7项所述的水力旋流器，其中的孔口有一个圆锥型的入口部分。

9.一个适合于水力旋流器应用的控制装置，水力旋流器包括一主体，主体内有一包括一入口部分和一分离部分的腔室，分离部分有从入口部分向内逐渐变细的内侧壁，有一个给料入口，用于把混合物给入腔室的入口部分，在腔室的一端、靠近入口部分有一溢流出口，在腔室的另一端、离腔室的入口部分较远有一底流出口，控制装置包括一个控制腔室，控制腔室有一切线方向定位的排泄出口、一个可工作地连接到溢流出口的连通口以及一位于中心位置、远离溢流出口的稳定空气心的孔口。

10.如权利要求第9项所述的控制装置，其中的溢流出口控制腔室有一内表面，内表面总体上是螺旋状，用于把从分离腔室进入溢流出口控制腔室中的物料朝排泄出口方向导向。

11.如权利要求第10项所述的控制装置，其中的螺旋沿着内表面延伸达360度。

12.如权利要求第11项所述的控制装置，其中起稳定作用的孔口包括伸进控制腔室内、逐渐变细的侧壁。

13.如权利要求第12项所述的控制装置，其中的孔口有一个圆锥形的入口部分。

14.一用以稳定使用中的水力旋流器中的空气心的方法，这个方法包括如下步骤：在水力旋流器溢流出口的上方设一腔室；设置从该腔室向外排泄通过一个切线方向定位的排泄出口；在该腔室的一壁上、远离溢流出口处安装一个位于中心位置的、稳定空气心的孔口。