新型水力分级旋流器的结构设计与原理分析

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1、新型水力分级旋流器的结构设计与原理分析刘晋玮山煤电股份公司太原选煤厂摘要：针对A前水力旋流器分级效果差等问题，对其分级原理以及颗粒运动进行丫详细分析研宂，然后对新型水力分级旋流器结构进行了结构设计，其主要结构参数包含旋流器直径、进口、溢流口及底流口直径、筒体高度。这为之后水力旋流器的进一步研究提供了理论基础。关键词：新型水力分级旋流器;分级原理;颗粒运动;作者简介：刘晋玮（1985-）男，山西吕梁人，机械助理工程师，2013年毕业于辽宁工程技术大学机械工程及自动化专业，本科。收稿日期：2017-5-18StructuralDesignandPrincipleAnalysisofNewHydra

2、ulicClassificationCycloneLiuJinweiXishanCoalElectricCo.，TaiyuanPreparationPlant;Abstract：Inordertosolvetheproblemofpoorclassificationofhydrocyclones,theclassificationprincipleandparticlemotionareanalyzedandstudiedindetail.Then,thestructureofthenewhydrodynamiccyclonestructureisdesigned.Themainstructu

3、ralparametersincludethediameterofthecyclone,Inlet,overflowandbottomflowportdiameter，cylinderheight.Thisprovidesatheoreticalbasisforthefurtherstudyofhydrocyclones.Keyword：newhydraulicclassificationcyclone;classificationprinciple;particlemotion;Received：2017-5-18随着水力旋流器在液体非均相混合物分离中运用，其关键作用就是完成细粒物质的分级以

4、及料浆浓缩［1-2］。然而因为其拥有底流夹细问题，致使普通水力分级旋流器的分级效率及精度无法达到期望的成效，因此本文设计了一种新型的水力分级旋流器，并对其原理进行了分析。1水力分级旋流器分级原理水力分级旋流器不包含运动构件，其关键包含进n、溢流管、旋流腔、閫锥段及底流管等部分U1。液体混合物从进口切向流入旋流器中作螺旋运动（通常情况下入口速度均不小于B1），其在腔内进行剧烈的旋转同时出现非常大的涡流，最后分成溢流及底流分别经溢流及底流管送出。由此能够看出于水力分级旋流器内部同时包含分别向卜及向上运动的外及内螺旋流动。从管水力分级旋流器的结构相对非常简单，但是其内部的液体流动形式则相对非常繁杂［

5、5］，其运动状况如阁1所示。假定液体混合物以静压力P。及初速度u。由入口切向输送至旋流器内，为了简便分析不考虑压头的损失，则分别于入U及螺旋流线上的某一位置之间列伯努利方程：Po4.Up2PU2ppp2式中：P为液体密度;P及U分别为液体于流线上某位置的压力及速度。6阁1水力分级旋流器中流体运动下载原阁1-盖下流;2-闭环涡流;3-内旋流;4-外旋流;5-空气柱;6-轴向速度零值表面;7-部分外旋流(经排砂嘴排出)通常状况下，在柱坐标系屮液体速度能够分解成径向U.、切向u。及轴向U2+Ur2+Ue2+Uz2(2)在不考虑损失的前提下，液体混合物以切向进入，其旋转动量矩维持恒定，即:(3)uer

6、=常数式中:r为回转半径。切向速度值反比于液体In］转半径r，其依附液体［Hl转半径r的逐渐缩小而逐步升高。在进U位置，UO=UO,r=Rc（Rc表示旋流器圆筒段内社）。因此在旋流器内随意径向平面的r〈Rj立置，均包含根据式（1）得p〈p。，即液体初始静压头转化成动压头，其在压力作用下出现旋转运动。于水力分级旋流器A部的旋转流场屮，通常情况下固体颗粒承受的离心力场在很大程度上要高于重力场，离心和重力加速度的比值即离心力强度Sg£:式中:a。及g分别为离心及重力加速度。通常情况下、能够达到几十其至几百，于强旋流状况下其能够到达数千倍，这也在很大程度上提升了其分离成效。离心力场及重力场屮另一个显著

7、的区别:离心加速度a。在很大程度上受到液体回转半径r的影响。在理想前提下，Sg、和回转半径r的三次方具有反比关系，即其离心力依附旋转半径的的逐渐缩小而迅速升高。2旋流器内颗粒运动分析液体混合物以相对很大的速度从进料管依切线方向流入水力旋流器内，受到外筒壁的约束致使迫使其进行自上而下的旋转运动，其内部包含的颗粒在径向方位上承受离心力F（t、向心浮力Fa以及斯托克斯力Fs£6l：Fcr=7Td3~~Q