① 水力旋流器的工作原理是什麼
水力旋流器
水力旋流器水力旋流器是用於分離去除污水中較重的粗顆粒泥砂等物質的設備。有時也用於泥漿脫水。分壓力式和重力式兩種，常採用圓形柱體構築物或金屬管製作。水靠壓力或重力由構築物（或金屬管）上部沿切線進入，在離心力作用下，粗重顆粒物質被拋向器壁並旋轉向下和形成的濃液一起排出。較小的顆粒物質旋轉到一定程度後隨二次上旋渦流排出。
水力旋流器的構造及原理：
水力旋流器由上部一個中空的圓柱體，下部一個與圓柱體相通的倒椎體，二者組成水力旋流器的工作筒體。除此，水力旋流器還有給礦管，溢流管，溢流導管和沉砂口。
水力旋流器用砂泵（或高差）以一定壓力（一般是0.5～2.5公斤/厘米）和流速（約5～12米/秒）將礦漿沿切線方向旋入圓筒，然後礦漿便以很快的速度沿筒壁旋轉而產生離心力。通過離心力和重力的作用下，將較粗、較重的礦粒拋出。
水力旋流器在選礦工業中主要用於分級、分選、濃縮和脫泥。當水力旋流器用作分級設備時，主要用來與磨機組成磨礦分級系統；用作脫泥設備時，可用於重選廠脫泥；用作濃縮脫水設備時，可用來將選礦尾礦濃縮後送去充填地下采礦坑道。
水力旋流器無運動部件，構造簡單；單位容積的生產能力較大，占面積小；分級效率高（可達80%～90%），分級粒度細；造價低，材料消耗少。
② 水力旋流器
水力旋流器是在水介質中根據大小不同的固體顆粒在離心力作用下沉降速度不同進行分級的。
水力旋流器具有結構簡單、無運動部件、操作強度大、造價便宜、維修方便、分級效率較高等優點，在國內外為選礦廠和非金屬礦產加工廠廣泛採用。
一、構造和工作原理
水力旋流器是一個上部為圓柱形，下部為圓錐形的筒體，中間插入溢流管。在筒體上部的周壁上裝有與筒壁成切線方向的進料管，在圓錐形筒體下部裝有底流管，如圖5-10所示。
料漿在壓力作用下經進料管沿切線方向進入筒體。在筒體中料漿作旋轉運動，料漿中的固體顆粒在離心力作用下，除了隨料漿一道旋轉外，還沿著筒體的半徑朝遠心的方向發生沉降，粗顆粒的沉降速度大，很快就到達筒體內壁並沿著內壁下行至圓錐部分，最後從底流管排出，稱為沉沙。細顆粒的沉降速度小，當它們還未接近筒壁，仍處在筒體的中心附近時，就被後來的料漿所排擠，被迫上升到溢流管排出，稱為溢流。這樣，粗細不同的顆粒就分別從底流和溢流中收集，從而實現了分級的操作。
二、水力旋流器中固體顆粒的運動
料漿經進料管沿切線方向進入水力旋流器後，形成了三種不同的運動；繞水力旋流器中心旋轉的切向運動，由周邊向中心移動的徑向運動以及從底流管和溢流管排出的軸向運動。因此，在水力旋流器中，固體顆粒也有三種不同的運動，即切向運動、徑向運動和軸向運動。其中切向運動和軸向運動的速度及其分布可看作同液體的情況是一樣的，只有徑向運動不同。固體顆粒的徑向運動是由液體的徑向運動以及顆粒在離心力作用下，沿半徑朝遠心方向運動的二者合成。作用在顆粒上的離心力隨顆粒所在位置半徑的增大而減少，而液體的徑向速度則隨半徑的增大而增大。由於隨半徑的變化，離心力的變化較大而液體徑向速度的變化較小，因而在離心力較小的周邊，將留下粗的固體顆粒，細的顆粒則被液體的徑向流動帶到半徑較小的地方，在那裡，顆粒的沉降速度與液體的徑向速度大小相等，方向相反。由於這種原因，在水力旋流器中就出現顆粒按其粗細不同而分布在不同半徑處的現象，最粗的顆粒靠近器壁積聚，較細的顆粒則離開器壁並按其粒度不同相應地分布在不同半徑處。此外，不同密度的顆粒也要分離，密度大的顆粒集中在器壁處，密度小的顆粒則分布在中心附近。
這樣，由於軸向運動的存在，分布在軸向速度為零的錐面以外的顆粒，將下行至底流管而成為沉沙，處在同一錐面以內的顆粒，就作為溢流從溢流管排出。如圖5-11所示。
圖5-10水力旋流器
1-給礦管；2-圓柱外殼體；3-溢流管；4-錐形容器；5-排礦口；6-導管
三、主要參數的確定
1.生產能力對於國內外採用的錐角為20°的水力旋流器，生產能力
非金屬礦產加工機械設備
式中θ——水力旋流器的生產能力（m3/h）；
di——進料管的相當直徑（m）；
d0——溢流管直徑（m）；
△p——進料管與溢流管中料漿的壓力差（Pa）。
所謂進料管的相當直徑是指與進料口橫截面積相等的圓的直徑。設A為進料口的橫截面積，則有
非金屬礦產加工機械設備
對於錐角不是20°的水力旋流器，須乘以校正系數
非金屬礦產加工機械設備
式中k——錐角校正系數；
α——錐角（sr）。
圖5-11水力旋流器中料漿運動速度分解圖
a-水力旋流器內的切向速度；b-水力旋流器內的徑向速度；c-水力旋流器內的軸向速度1-空氣柱；2-溢流管；3-筒體
2.界限粒徑
在水力旋流器中，如果在半徑r，高度為h的圓柱面上，液體的軸向速度正好等於零，那麼，一切直徑大於δ的顆粒都應成為沉砂，而直徑小於δ的顆粒都將成為溢流，直徑等於δ的顆粒就是水力旋流器分級的界限顆粒，直徑δ就稱為界限粒徑。
通過對大量實際操作數據的整理，得到以水為介質的水力旋流器計算界限粒徑的實用公式：
非金屬礦產加工機械設備
式中δ——界限粒徑（m）；
D——水力旋流器直徑（m）；
d0——溢流管直徑（m）；
du——底流管直徑（m）；
△p——水力旋流器進口壓力（Pa）；
T——料漿中固體顆粒的質量百分數（%）；
ρs——顆粒的密度（kg/m3）；
ρ——液體的密度（kg/m3）。
必須指出，實際上在溢流中還有5%左右的顆粒，其直徑為計算值的1.5～2倍。
3.進口壓力
由式（5-25）和式（5-28）可知，水力旋流器的進口壓力影響其生產能力和界限粒徑。進口壓力增大則生產能力增加，界限粒徑減小。為了得到細粒的溢流，有時會用較大的進口壓力。但是，隨著進口壓力增大，動力消耗增加很多，水力旋流器磨損加劇。實際上，用增大進口壓力的方法來滿足生產能力和界限粒徑的要求是不經濟的。
進口壓力一般按界限的大小在30～200kPa之間選取。
為了得到良好的分級效果，最重要的是要使進口壓力保持穩定。進口壓力波動會引起分級效率的降低，在沉沙中會混入大量的細小顆粒，進口壓力愈低，壓力波動的影響愈大。為了使進口壓力穩定，最好的辦法是採用高位槽自流給料。
4.直徑
水力旋流器的直徑與生產能力、界限粒徑有關。直徑的選擇應根據界限粒徑的大小而定。直徑大的水力旋流器有較粗的溢流，如要得到細粒的溢流，應當採用直徑較小的水力旋流器，在這種情況下，為了滿足生產能力的需要，可將幾只旋流器並聯使用。
作為細物料分級用的旋流器，其直徑通常是50～150mm。根據情況的不同，也有用直徑為10～15mm的旋流器。
水力旋流器圓柱形筒體的高度一般為直徑的0.5～1.5倍。
5.溢流管直徑
溢流管直徑的變化影響到水力旋流器的所有工作參數，一般取為旋流器直徑的0.2～0.4倍。溢流管直徑在旋流器的調整階段選定，投入操作後不再改變。
溢流管插入深度會影響旋流器的溢流粒度。插入深度增加，溢流粒度變細，但插入深度以圓柱形筒體的下部邊緣為界，如超過下部邊緣增加插入深度，溢流反而變粗。
6.底流管直徑
底流管直徑變化對水力旋流器的生產能力幾乎沒有什麼影響。
底流管直徑的減小會產生以下情況：
（1）在沉沙中固體含量增加到某一極限之前，隨著底流管直徑的減小，沉沙中固體含量增加，但當固體含量已增加到一極限值（80%～82%）後，繼續減少底流管的直徑，不會使沉沙中固體含量進一步增加，旋流器反而被沉沙堵塞，失去分級作用。
（2）增大溢流粒度。
（3）增大溢流的生產率，相應地減少了沉沙的生產率。
（4）分級效率增加到最大值後降低。
底流管的直徑為溢流管直徑的0.2～0.7倍。設計時應設計一個可以調節孔徑的底流管，以便調整時能找到分級效率最大的合適尺寸。
7.進料管的相當直徑
進料管的相當直徑可在下面的范圍內選取：
0.5d0＜di＜d0
8.錐角
實踐證明，作為分級用的旋流器，合適的錐角為20°左右。對於稀薄的料漿，為了得到細粒的溢流，可以採用較小的錐角。
四、使用
1.溢流導管
水力旋流器的溢流要通過導管送出，溢流導管是旋流器和貯漿設備的聯接部分，對旋流器的操作有較大影響，在任何情況下，導管直徑都應大於溢流管直徑。
如果經過導管往旋流器中心部分吸入空氣，那麼會發生導管時而充滿料漿，時而不充滿的現象，在這種情況下，旋流器出現脈動式的運作，分級效率大大降低。
為了使旋流器能正常操作，必須在其中心部分保持恆定的真空度。中心部分出現正壓時，會使空氣柱消失，並有大量料漿進入沉沙；真空度過大，又會引起部分沉沙吸到溢流中去。因此，通過調整工作，使空氣柱的真空度保持恆定，消除脈動運作的現象。
2.調整底流管
改變底流管直徑，在滿足對溢流和沉沙粒度要求的前提下，使分級效率達到最大值。
旋流器正常操作時，沉沙應成傘狀排出，這樣，空氣可從底流管中心處吸入，已分級的粗顆粒將自由排卸，固體濃度可以達到50%（質量分數）以上。沉沙口太少，則會形成所謂「繩索」狀態，形成與沉沙口直徑相等的非常稠密的礦漿流，空氣旋渦可能消失，分級效率會下降，粗粒物粒將通過溢流管排出。排砂孔太大，會形成較大的中空錐形，底流將變得太稀，過多的水帶出本應排入溢流的未分級的細顆粒。
旋流器在工作中的主要毛病是底流管或進料管堵塞。如果沉沙停止排出而溢流繼續不變，並且在進料管道上安裝的壓力表讀數沒有變化，這就說明底流管已被堵住；如溢流顯著減少或停止排出，壓力表讀數稍有增大，就證明進料管堵塞。
3.磨損問題
料漿在水力旋流器中以很高的速度旋轉，對器壁有強烈的研磨作用，磨損最大的地方是圓錐形筒體靠底流管的附近，特別是底流管本身。進料管與圓柱形筒體也有較大的磨損。
進口壓力對旋流器的磨損速度有很大影響，據資料介紹，在進口壓力為170～200kPa的工作條件下工作，旋流器的使用壽命為7～10晝夜；在進口壓力為50kPa左右工作，其壽命增加到兩年以上。
為了減少磨損，延長使用壽命，多半使用耐磨材料來製造旋流器，當然，在不同部位，由於摩擦情況不同，對材料的選用應有區別。
對非金屬礦產加工，為了防止鐵質污染，旋流器通常用陶瓷、鑄石等材料製造，也可以用鑄鐵製成外殼，而在裡面襯以橡膠等材料。現有以聚胺脂材料製作旋流器，其耐磨性比鑄鐵提高四倍以上。如圖5-12所示。
水力旋流器的規格和主要技術性能如表5-10。
表5-10水力旋流器的規格和主要技術性能
為了提高生產能力，可把若干個小旋流器聯成一個環形組，共一個給礦管呈徑向配置確保均勻給礦。例如將90支直徑為10mm的陶瓷旋流體並聯安裝在一個密閉的不銹鋼容器中，旋流體產生的加速度為地球重力加速度的4500倍，每隻處理量為200～250L/h，對高嶺土礦漿進行超細分級，5μm含量達95%以上，2μm含量達88%。該機沒有旋轉零件，運行可靠，耐腐蝕，與WL-350離心機相比分級效果好，處理量大，當濃度為20%時，生產力為6t/h乾料。結構圖如5-13所示。
圖5-12聚胺脂旋流器外形圖
圖5-13組合水力旋分機示意圖
該裝置的技術參數如表5-11所列。
表5-11組合水力旋流器的主要技術參數