[发明专利]改进中心管、溢流管结构的水力旋流器

说明书

技术领域

本发明属于一种固液分离和分级、非均相分离的装置，特别涉及一种水力旋流器。

背景技术

目前，水力旋流器由圆筒段、圆锥段、溢流口、底流口与进料口组成。溢流口在圆柱体的上端与顶盖连接，进料口在圆柱体上部沿着侧面切线方向进入圆柱腔内。混合物料沿着切向进入水力旋流器，流体在圆柱腔内形成高速旋转的流场，混合物中密度大的组分在旋转流场产生的离心力作用下沿着径向向外运动，同时沿着轴向向下运动，在达到锥体段沿着器壁继续向下运动，并由底流口排出，这样就形成了外旋流，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旋流，然后由溢流口排出，这样就达到了两相分离的目的。

目前的旋流器有如下一些缺点：

(1)由于旋流器下部是一个逐渐变小的锥体，被离心分离出的向下运动的密度大的组分，与沿中心线向上运动的密度小的组分在接近底流口出口的锥体小端附近容易返混，使得被分离出的组分有部分又返混在一起，降低了旋流器的分离效率。

(2)特别是当进口溶液中含有溶解的空气时，由于离心旋流的分离作用，溶解的气体被析出，围绕在压力较低的中心轴附近，无法排走。它进一步减少了锥形内部的空间，促使已被分离的内外旋流液返混现象加剧，又进一步降低了旋流器的分离效率。在大多数的旋流分离中都会遇到析出的空气柱的问题。

(3)有小部分流体(占进口物料总量的10-20％)会沿溢流管外壁向下到达溢流口直接从溢流口排出，通常叫短路流，短路流没有经过分离直接排出，严重降低了旋流器的分离效率。

为了减少返混和短路流对旋流器分离效率的影响，褚良银等发明了锥齿型水力旋流器，并在旋流器中心轴上设置的中心柱上加中心锥(CN93229713.7)；徐继润等提出了具有厚壁溢流管和中心柱的水力旋流器(水力旋流器强制涡及内部损失研究：[博士学位论文].沈阳：东北工学院)；王光风等提出了一种外带环流旁路的溢流管(化工机械[J].1991，18(6)：319～325)；周先桃提出了螺旋导流溢流管旋流器(CN02221274.4)。

本发明人研究发现：

(1)上述在旋流器的中心轴上设置中心柱的设想是想把析出的空气柱的体积占据掉，以减少内外旋流液的返混程度。但是事实发现，由于空气柱密封在旋流器内部，无法排走，中心柱的体积使得空气柱向外扩展，进一步降低了旋流器锥体下部的空间，反而加剧了返混现象，进一步降低了旋流器的分离效率。

(2)中心柱在运行过程中容易产生振动，甚至发生折断等问题。

(3)溢流管上的螺旋叶片，下部的叶片对减少短路流有益，而溢流管上部的螺旋叶片，对防止短路流没有作用，反而会增加旋流器运行能耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种水力旋流器，进一步说是一种改进中心管、溢流管结构的水力旋流器。

本发明的水力旋流器能够排除旋流器中间的空气柱，以减少返混的程度，扩大有效分离的工作空间；稳定中心柱的结构，减少中心柱振动的程度和在减少短路流的同时，优化旋流器的结构，降低对旋流器内流场的干扰，以降低旋流器运行时的能耗。

本发明的水力旋流器由螺旋溢流管、进料管、筒体、锥体、底流管、顶盖和中心柱组成。

鉴于上述目的，本发明专利采用了下述方法：

(1)采用带有若干小孔的中心管作为中心柱，使被旋流分离出的空气能够从小孔进入中心管内，通过中心管上部伸入溢流管内，利用溢流管排液时快速流动产生的负压抽吸作用，把进入中心管内的空气经过溢流液排除出去。旋流器的锥形部位排除了空气柱后，不仅减少了返混的可能，而且由于有效工作空间增大，提高了旋流器的分离效率和产量。排气孔的直径通常为3～10mm左右，小型旋流器推荐在3～5mm左右，大型旋流器推荐在5～10mm左右。小孔的数量不限，通常为3～50个左右，只要旋流器析出的空气能够自由进入中心管内，在操作过程中被自动抽走。中心柱上的小孔数量对于小型旋流器推荐在5～20个左右，大型旋流器推荐在10～50个左右。但是数量过多，会影响抽吸作用和中心管的强度。

(2)针对在旋流器中心轴处加中心柱后，刚度不够会引起的中心柱振动，造成旋流器内流场混乱，影响旋流器的分离效率。本发明在中心柱上部的2/3位置设置与内旋流螺旋方向相同的螺旋翅片，由于流体的粘性，螺旋翅片对向上的内旋流起到引导和整流作用，减少了进口条件波动对旋流器流场的影响而造成的“返混”，螺旋翅片同时加强了中心柱的刚性，减少了中心柱振动的可能性。