旋流器原理

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旋流器的基本原理：将具有一定密度差的液-液、液-固、液-气等两相或多相混合物在离心力的作用下进行分离。将混合液以一定的压力切向进入旋流器，在圆柱腔内产生高速旋转流场。
混合物中密度大的组分在旋流场的作用下同时沿轴向向下运动，沿径向向外运动，在到达锥体段沿器壁向下运动，并由底流口排出，这样就形成了外旋涡流场；密度小的组分向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内涡旋，然后由溢流口排出，这样就达到了两相分离的目的。
流体旋流器是一种常见的分离分级设备，常用离心沉降原理。离心沉降详情如下：
用于两相密度差小和粒子速度小的悬浮液或乳浊液的分离。组成悬浮系的流体与悬浮物因密度不同，在离心力场中发生相对运动，因而使悬浮系得到分离的沉降操作。
当悬浮系作回转运动时，密度大的悬浮物（固体颗粒或液滴）在惯性离心力的作用下，沿回转半径方向向外运动。

简单说原理就是旋转离心式，一级脱水率为40-50%，主要在看运行中旋流站的入口压力，其大小直接影响到真空皮带机的脱水效果。
水力旋流器主要是靠离心力的作用实现浆液的浓缩和分级。对石膏旋流器来说主要是一级脱水。吸收塔浆液送往石膏旋流器，进行浓缩及颗粒分级，稀的溢流返回吸收塔，浓缩的底流送往真空脱水皮带机进行石膏脱水。石膏旋流器的溢流含固量一般在1％
一3％
(质量含量)左右，固相颗粒细小，主要为未完全反应的吸收剂、石膏小结晶等，前者继续参与脱硫反应，后者作为浆池中结晶长大的晶核，影响着下一阶段石膏大晶体的形成。旋流器的底流含固量一般在45％
一50%(质量含量)左右，固相主要为粗大的石膏结晶，真空脱水皮带机的目的就是要脱除这些大结晶颗粒之间的游离水。
石灰石旋流器同样是为了石灰石浆液的粗细分离。旋流器溢流是合格粒径的石灰石浆液（过筛率》90%）去往石灰石浆液箱，作为吸收剂打往吸收塔参加反应。旋流器底流是粗颗粒继续返回磨机研磨。因为颗粒大的话只有表面能参加反应，颗粒内部无法参加反应就被当做石膏浆液排除脱水了，造成浪费，同时也降低了石膏品质，导致石膏脱水困难。

旋流器的基本原理是将具有一定密度差的液-液、液-固、液-气等两相或多相混合物在离心力的作用下进行分离。将混合液以一定的压力切向进入旋流器，在圆柱腔内产生高速旋转流场。混合物中密度大的组分在旋流场的作用下同时沿轴向向下运动，沿径向向外运动，在到达锥体段沿器壁向下运动，并由底流口排出，这样就形成了外旋涡流场;密度小的组分向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内涡旋，然后由溢流口排出，这样就达到了两相分离的目的。旋流器是一种常见的分离分级设备，常用离心沉降原理。当待分离的两相混合液以一定压力从旋流器周边切向进入旋流器内后，产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动。由于粗颗粒与细颗粒之间存在粒度差，其受到离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大部分粗颗粒经旋流器底流口排出，而大部分细颗粒由溢流管排出，从而达到分离分级目的。

一段分级旋流器广泛用于单系列日处理量500吨以上的各种金属矿、非金属矿选厂，与一段球磨机构成闭路磨矿分级循环。旋流器根据不同的处理能力，既可单台布置，也可成组配置。在较高的给矿浓度情况下，具有较高的分级效率和较细的溢流细度，溢流品力促均匀，分机效率比常用的螺旋分级机高出5-10%，有利于磨机利用系数的提高。大椎角旋流器。旋流器的椎角较大，直至180度(又称平地旋流器)，适于处理浓度高、矿物比重大，溢流细度要求-200目60%以下的场合，尤其适于阶段磨选流程的铁矿一段磨矿。

旋流器是一种利用流体压力产生旋转运动的装置。当料浆以一定的速度进入旋流器，遇到旋流器器壁后被迫作回转运动。由于所受的离心力不同，料浆中的固体粗颗粒所受的离心力大，能够克服水力阻力向器壁运动，并在自身重力的共同作用下，沿器壁螺旋向下运动，细而小的颗粒及大部分水则因所受的离心力小，未及靠近器壁即随料浆做回转运动。在后续给料的推动下，料浆继续向下和回转运动，于是粗颗粒继续向周边浓集，而细小颗粒则停留在中心区域，颗粒粒径由中心向器壁越来越大，形成分层排列。
随着料浆从旋流器的柱体部分流向锥体部分，流动断面越来越小，在外层料浆收缩压迫之下，
含有大量细小颗粒的内层料浆不得不改表方向，转而向上运动，形成内旋流，自溢流管排出，成为溢流，而粗大颗粒则继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终由底流口排出，成为沉砂。
旋流器是一种常见的分离分级设备，常用离心沉降原理。当待分离的两相混合液以一定压力从旋流器周边切向进入旋流器内后，产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动。由于粗颗粒与细颗粒之间存在粒度差，其受到离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大部分粗颗粒经旋流器底流口排出，而大部分细颗粒由溢流管排出，从而达到分离分级目的。

答：水力旋流器由上部一个中空的圆柱体，下部一个与圆柱体相通的倒椎体，二者组成水力旋流器的工作筒体。除此，水力旋流器还有给矿管，溢流管，溢流导管和沉砂口。
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水力旋流器的结构是：水力旋流器主要由圆筒体和圆锥体两部分组成。圆筒体的一侧沿切线装有给矿管，中心有中心溢流管，可将溢流直接引出器外，或通过缓冲室再排出。圆锥体底部有沉砂口，供排出沉砂。旋流器多用铸铁制成，也有用铸钢、铸铝、合金和聚氨酯制的。为防止磨损，内部须衬以耐磨的橡胶、铸石、碳化硅和硬质陶瓷等。易磨损的给矿口附近的圆筒部分和沉砂口附近的圆锥体，常制成可拆卸更换的。如果您是分级机的客户，或者您在分级机的使用方面有什么问题，我们将为您免费提供分级机应用的专业解决方案！即刻拨打，了解更多，相信与“新兴”人的沟通一定会对您的选择有所帮助！您也可以登录我厂网站：
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水力旋流器是在水介质中根据大小不同的固体颗粒在离心力作用下沉降速度不同进行分级的。

水力旋流器具有结构简单、无运动部件、操作强度大、造价便宜、维修方便、分级效率较高等优点，在国内外为选矿厂和非金属矿产加工厂广泛采用。

一、构造和工作原理

水力旋流器是一个上部为圆柱形，下部为圆锥形的筒体，中间插入溢流管。在筒体上部的周壁上装有与筒壁成切线方向的进料管，在圆锥形筒体下部装有底流管，如图5-10所示。

料浆在压力作用下经进料管沿切线方向进入筒体。在筒体中料浆作旋转运动，料浆中的固体颗粒在离心力作用下，除了随料浆一道旋转外，还沿着筒体的半径朝远心的方向发生沉降，粗颗粒的沉降速度大，很快就到达筒体内壁并沿着内壁下行至圆锥部分，最后从底流管排出，称为沉沙。细颗粒的沉降速度小，当它们还未接近筒壁，仍处在筒体的中心附近时，就被后来的料浆所排挤，被迫上升到溢流管排出，称为溢流。这样，粗细不同的颗粒就分别从底流和溢流中收集，从而实现了分级的操作。

二、水力旋流器中固体颗粒的运动

料浆经进料管沿切线方向进入水力旋流器后，形成了三种不同的运动；绕水力旋流器中心旋转的切向运动，由周边向中心移动的径向运动以及从底流管和溢流管排出的轴向运动。因此，在水力旋流器中，固体颗粒也有三种不同的运动，即切向运动、径向运动和轴向运动。其中切向运动和轴向运动的速度及其分布可看作同液体的情况是一样的，只有径向运动不同。固体颗粒的径向运动是由液体的径向运动以及颗粒在离心力作用下，沿半径朝远心方向运动的二者合成。作用在颗粒上的离心力随颗粒所在位置半径的增大而减少，而液体的径向速度则随半径的增大而增大。由于随半径的变化，离心力的变化较大而液体径向速度的变化较小，因而在离心力较小的周边，将留下粗的固体颗粒，细的颗粒则被液体的径向流动带到半径较小的地方，在那里，颗粒的沉降速度与液体的径向速度大小相等，方向相反。由于这种原因，在水力旋流器中就出现颗粒按其粗细不同而分布在不同半径处的现象，最粗的颗粒靠近器壁积聚，较细的颗粒则离开器壁并按其粒度不同相应地分布在不同半径处。此外，不同密度的颗粒也要分离，密度大的颗粒集中在器壁处，密度小的颗粒则分布在中心附近。

这样，由于轴向运动的存在，分布在轴向速度为零的锥面以外的颗粒，将下行至底流管而成为沉沙，处在同一锥面以内的颗粒，就作为溢流从溢流管排出。如图5-11所示。

图5-10　水力旋流器

1-给矿管；2-圆柱外壳体；3-溢流管；4-锥形容器；5-排矿口；6-导管

三、主要参数的确定

1.生产能力对于国内外采用的锥角为20°的水力旋流器，生产能力

非金属矿产加工机械设备

式中　θ——水力旋流器的生产能力（m3/h）；

di——进料管的相当直径（m）；

d0——溢流管直径（m）；

△p——进料管与溢流管中料浆的压力差（Pa）。

所谓进料管的相当直径是指与进料口横截面积相等的圆的直径。设A为进料口的横截面积，则有

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对于锥角不是20°的水力旋流器，须乘以校正系数

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式中　k——锥角校正系数；

α——锥角（sr）。

图5-11　水力旋流器中料浆运动速度分解图

a-水力旋流器内的切向速度；b-水力旋流器内的径向速度；c-水力旋流器内的轴向速度1-空气柱；2-溢流管；3-筒体

2.界限粒径

在水力旋流器中，如果在半径r，高度为h的圆柱面上，液体的轴向速度正好等于零，那么，一切直径大于δ的颗粒都应成为沉砂，而直径小于δ的颗粒都将成为溢流，直径等于δ的颗粒就是水力旋流器分级的界限颗粒，直径δ就称为界限粒径。

通过对大量实际操作数据的整理，得到以水为介质的水力旋流器计算界限粒径的实用公式：

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式中　δ——界限粒径（m）；

D——水力旋流器直径（m）；

d0——溢流管直径（m）；

du——底流管直径（m）；

△p——水力旋流器进口压力（Pa）；

T——料浆中固体颗粒的质量百分数（%）；

ρs——颗粒的密度（kg/m3）；

ρ——液体的密度（kg/m3）。

必须指出，实际上在溢流中还有5%左右的颗粒，其直径为计算值的1.5～2倍。

3.进口压力

由式（5-25）和式（5-28）可知，水力旋流器的进口压力影响其生产能力和界限粒径。进口压力增大则生产能力增加，界限粒径减小。为了得到细粒的溢流，有时会用较大的进口压力。但是，随着进口压力增大，动力消耗增加很多，水力旋流器磨损加剧。实际上，用增大进口压力的方法来满足生产能力和界限粒径的要求是不经济的。

进口压力一般按界限的大小在30～200kPa之间选取。

为了得到良好的分级效果，最重要的是要使进口压力保持稳定。进口压力波动会引起分级效率的降低，在沉沙中会混入大量的细小颗粒，进口压力愈低，压力波动的影响愈大。为了使进口压力稳定，最好的办法是采用高位槽自流给料。

4.直径

水力旋流器的直径与生产能力、界限粒径有关。直径的选择应根据界限粒径的大小而定。直径大的水力旋流器有较粗的溢流，如要得到细粒的溢流，应当采用直径较小的水力旋流器，在这种情况下，为了满足生产能力的需要，可将几只旋流器并联使用。

作为细物料分级用的旋流器，其直径通常是50～150mm。根据情况的不同，也有用直径为10～15mm的旋流器。

水力旋流器圆柱形筒体的高度一般为直径的0.5～1.5倍。

5.溢流管直径

溢流管直径的变化影响到水力旋流器的所有工作参数，一般取为旋流器直径的0.2～0.4倍。溢流管直径在旋流器的调整阶段选定，投入操作后不再改变。

溢流管插入深度会影响旋流器的溢流粒度。插入深度增加，溢流粒度变细，但插入深度以圆柱形筒体的下部边缘为界，如超过下部边缘增加插入深度，溢流反而变粗。

6.底流管直径

底流管直径变化对水力旋流器的生产能力几乎没有什么影响。

底流管直径的减小会产生以下情况：

（1）在沉沙中固体含量增加到某一极限之前，随着底流管直径的减小，沉沙中固体含量增加，但当固体含量已增加到一极限值（80%～82%）后，继续减少底流管的直径，不会使沉沙中固体含量进一步增加，旋流器反而被沉沙堵塞，失去分级作用。

（2）增大溢流粒度。

（3）增大溢流的生产率，相应地减少了沉沙的生产率。

（4）分级效率增加到最大值后降低。

底流管的直径为溢流管直径的0.2～0.7倍。设计时应设计一个可以调节孔径的底流管，以便调整时能找到分级效率最大的合适尺寸。

7.进料管的相当直径

进料管的相当直径可在下面的范围内选取：

0.5d0＜di＜d0

8.锥角

实践证明，作为分级用的旋流器，合适的锥角为20°左右。对于稀薄的料浆，为了得到细粒的溢流，可以采用较小的锥角。

四、使用

1.溢流导管

水力旋流器的溢流要通过导管送出，溢流导管是旋流器和贮浆设备的联接部分，对旋流器的操作有较大影响，在任何情况下，导管直径都应大于溢流管直径。

如果经过导管往旋流器中心部分吸入空气，那么会发生导管时而充满料浆，时而不充满的现象，在这种情况下，旋流器出现脉动式的运作，分级效率大大降低。

为了使旋流器能正常操作，必须在其中心部分保持恒定的真空度。中心部分出现正压时，会使空气柱消失，并有大量料浆进入沉沙；真空度过大，又会引起部分沉沙吸到溢流中去。因此，通过调整工作，使空气柱的真空度保持恒定，消除脉动运作的现象。

2.调整底流管

改变底流管直径，在满足对溢流和沉沙粒度要求的前提下，使分级效率达到最大值。

旋流器正常操作时，沉沙应成伞状排出，这样，空气可从底流管中心处吸入，已分级的粗颗粒将自由排卸，固体浓度可以达到50%（质量分数）以上。沉沙口太少，则会形成所谓“绳索”状态，形成与沉沙口直径相等的非常稠密的矿浆流，空气旋涡可能消失，分级效率会下降，粗粒物粒将通过溢流管排出。排砂孔太大，会形成较大的中空锥形，底流将变得太稀，过多的水带出本应排入溢流的未分级的细颗粒。

旋流器在工作中的主要毛病是底流管或进料管堵塞。如果沉沙停止排出而溢流继续不变，并且在进料管道上安装的压力表读数没有变化，这就说明底流管已被堵住；如溢流显著减少或停止排出，压力表读数稍有增大，就证明进料管堵塞。

3.磨损问题

料浆在水力旋流器中以很高的速度旋转，对器壁有强烈的研磨作用，磨损最大的地方是圆锥形筒体靠底流管的附近，特别是底流管本身。进料管与圆柱形筒体也有较大的磨损。

进口压力对旋流器的磨损速度有很大影响，据资料介绍，在进口压力为170～200kPa的工作条件下工作，旋流器的使用寿命为7～10昼夜；在进口压力为50kPa左右工作，其寿命增加到两年以上。

为了减少磨损，延长使用寿命，多半使用耐磨材料来*旋流器，当然，在不同部位，由于摩擦情况不同，对材料的选用应有区别。

对非金属矿产加工，为了防止铁质污染，旋流器通常用陶瓷、铸石等材料*，也可以用铸铁制成外壳，而在里面衬以橡胶等材料。现有以聚胺脂材料*旋流器，其耐磨性比铸铁提高四倍以上。如图5-12所示。

水力旋流器的规格和主要技术性能如表5-10。

表5-10　水力旋流器的规格和主要技术性能

为了提高生产能力，可把若干个小旋流器联成一个环形组，共一个给矿管呈径向配置确保均匀给矿。例如将90支直径为10mm的陶瓷旋流体并联安装在一个密闭的不锈钢容器中，旋流体产生的加速度为地球重力加速度的4500倍，每只处理量为200～250L/h，对高岭土矿浆进行超细分级，5μm含量达95%以上，2μm含量达88%。该机没有旋转零件，运行可靠，耐腐蚀，与WL-350离心机相比分级效果好，处理量大，当浓度为20%时，生产力为6t/h干料。结构图如5-13所示。

图5-12　聚胺脂旋流器外形图

图5-13　组合水力旋分机示意图

该装置的技术参数如表5-11所列。

表5-11　组合水力旋流器的主要技术参数

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