[实用新型]一种高性能水力旋流分离装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种固-液分离、液-液分离等分离作业用的高效的水力旋流分离装置。

背景技术

水力旋流器是一种应用非常广泛的固-液、液-液等非均相混合物分离设备，是一种在离心力场的作用下分离不同粒度(密度)混合物的高效的分离设备。与重力沉降法相比较，水力旋流器分离有着结构紧凑、占地面积小、分离能力强、操作简单方便、分离效率高、设备维护费用低、工作流程易于控制等诸多优点。目前，水力旋流器已经在各大领域的分离、澄清、浓缩、洗涤、颗粒分级与分选等方面获得广泛的应用。进一步提高水力旋流器的分离能力和分离效率对进一步发挥水力旋流器的工业应用前景有着非常重要的意义。

根据目前水力旋流器的研究理论：高压液体沿切线方向进入到水力旋流器内部，由于旋流器的特殊结构，液体的压头转变为动水头，液体绕旋流器轴线做高速旋转运动，这时，在离心力的作用下，粒度(密度)大的分离介质(重相)受到的离心力也大，优先占据了旋流器整个分离区域的外围空间形成外旋流在重力的作用下沿旋流器壁面慢慢下行最后以底流的形式从底流口排出，而密度小的分离介质(轻相)聚拢到中间区域形成内旋流最终以一流的形式从溢流口排出，从而实现了分离作用。所以，在旋流器正常工作的时候，内部介质在做宏观的旋转运动的同时，还存在沿旋流器轴线方向的轴向速度(因为介质从进液口进入旋流器最终有的从上端的溢流口排出而有的从下端的底流口排出，所以内部介质存在一个沿旋流器轴线方向的轴向速度)以及沿半径方向的径向速度(因为介质沿切向进液口进入旋流器，最终不论从溢流口排出还是底流口排出都是从旋流器的中心区域排出，所以内部介质存在一个沿旋流器半径方向向里的径向速度)。当水力旋流器正常工作的时候，内部三维速度对旋流器的分离作业有着明确的物理意义：其中切向速度的主要作用是产生一个离心力场，在这个离心力场的作用下，固体颗粒(或重相)将沿旋流器半径方向向外运动；于此同时由于介质总体有一个沿半径方向由外而内的径向速度，这个径向速度的存在必将对在离心力作用下的向外运动的粒子一个阻力，所以固体颗粒在半径方向由切向速度产生的向外的离心力以及径向速度产生的向里的粘滞阻力的共同作用，具体规格的固体颗粒最终是向内运动进入内旋流还是向外运动最终进入外旋流将取决于这两个力的对粒子的影响程度，如果离心力占主要方面则粒子最终进入到外旋流，反之，如果粘滞阻力占主导地位，则最终固体颗粒将进入到内旋流，如果这两个里正好相等，则给粒子将停留在具体半径上沿该半径做圆周运动。

总之，根据旋流器的工作原理，介质中的固体颗粒在向外的离心力和向内的粘滞阻力的共同作用下最终在旋流器的半径方向按照粒子颗粒度的大小呈规律性的分布：即沿旋流器半径方向固体颗粒的粒度与其所处的位置的半径成正比，半径越大的区域停留的粒子的粒度也越大。当粒子在离心力和粘滞阻力相互平衡而停留在具体半径处做圆周运动的时候如果该点的轴向速度向上，则该粒子进入内旋流最终以溢流的形式从溢流口排出，如果该点的轴向速度向下，则该粒子最终进入外旋流以底流的形式从底流口排出，而当该点的轴向速度恰好为零的时候，则理论上讲该粒子按照概率50％进入溢流、50％进入底流，而该粒子的粒度就是旋流器对应的分离粒度，而该粒子所处的圆周面也就是旋流器溢流和底流的天然分离界面。从理论上讲沿半径方向该分界面是一个点，在该点以外的粒子粒度都要大于该点对应的粒子粒度，而该点以内的粒子的粒度将小于该点处粒子的粒度。但是在旋流器正常工作的时候，由于旋流器进液压力的波动以及径向速度的波动，沿半径方向内旋流与外旋流的分界点往往不是一个理想的点，而是一个波动的区间，在这个区间内，可能应该进入底流的大粒度的粒子会波动到溢流里面，同样本该进入溢流的小粒度的粒子也会波动到底流里面，从而极大的降低了旋流器的分离效率。由此可见，要想提高旋流器的分离效率，降低旋流器内部分离介质的波动是关键。而降低分离界面的波动的关键是要保证旋流器切向速度以及径向速度的稳定。

目前在工业上使用的常规的水力旋流器在结构上存在以下两个问题：首先目前工业上使用的水力旋流器都是采用单方向切向进液结构，采用这样的进液结构简化了供液管路的结构，这种单螺旋形状分布的速度场极大的加剧了分离界面的波动，从而降低了旋流器应有的分离效率；此外，目前工业上所用到的水力旋流器液压力的波动直接导致内部三维速度的波动，从而会加剧分离界面的波动。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足提供一种高效的水力旋流分离装置。