一种抑制空气柱型水力旋流器

分离筛选设备的制造及其应用技术1.本实用新型涉及固液两相分离领域，具体涉及一种抑制空气柱型水力旋流器及三种具体实施案例。背景技术：2.水力旋流器是一种结构简单，分离效率高，占地面积小，内部不含需要维修的运动件、易损件和支撑件的多相介质分离设备。空气柱为水力旋流器中特有的一种流体流动现象，即水力旋流器内部流场并非固、液两相流。由于水力旋流器内部流体的高速旋转运动，水力旋流器中心产生负压，形成水力旋流器内外的压差，空气自底流口与溢流口吸入水力旋流器内形成空气柱。3.空气柱的存在占据了水力旋流器内的有效分离空间；空气柱尺寸的时变性降低了水力旋流器内部流场的稳定性；空气柱占据水力旋流器内部强湍动能区域，造成水力旋流器的能量损失较大；底流口倒流至水力旋流器内部的空气对底流排出高浓度浆料产生向上的拖曳力，这种现象对固液分离过程产生负面影响，造成分离完成的固体颗粒重新进入水力旋流器内的内旋流中，造成水力旋流器的溢流跑粗现象，对水力旋流器的分离性能产生负面影响。技术实现要素：4.为解决上述问题，本实用新型提供一种抑制空气柱型水力旋流器及三种具体实施方案，以达到消除空气柱现象，同时改善水力旋流器内部流场，提高流场稳定性，降低水力旋流器的能耗，提高水力旋流器的分离性能。5.本实用新型的技术方案如下：6.所述抑制空气柱型水力旋流器的上半部分为柱段，下半部分为锥段，顶部位置设置溢流腔及侧向溢流管，底部中心位置设置底流腔及侧向底流管，中心插入物结构贯穿于整个水力旋流器，其上端位于溢流腔顶部中心位置，下端位于底流腔底部的中心位置。7.所述抑制空气柱型水力旋流器的入口采用矩形进料口。8.所述抑制空气柱型水力旋流器的溢流口采用凹环面设计，有效避免了急速上行流对溢流管造成的巨大冲击，减缓溢流管入口的附近流场的局部紊乱，有效避免溢流跑粗。9.所述中心插入物具有三种具体实施方案，分别为曲面过渡中心固棒、阶梯型中心固棒、内凹式中心固棒。10.所述曲面过渡中心固棒上、下部分直径为溢流口和底流口直径的25％-30％，所述曲面过渡中心固棒的中间段直径为溢流口和底流口直径的50％-60％，所述曲面过渡中心固棒下端直径突变处采用圆角曲面结构形式。11.所述阶梯型中心固棒的上、下部分直径为溢流口和底流口直径的25％-30％，所述阶梯型中心固棒在水力旋流器柱段部分的直径为溢流口和底流口直径的50％-60％，所述阶梯型中心固棒位于水力旋流器锥段上部的直径为溢流口和底流口直径的40％-50％，所述阶梯型中心固棒位于水力旋流器锥段和柱段部分的直径突变处均采用圆角曲面结构形式。12.所述内凹式中心固棒上、下部分直径为溢流口和底流口直径的25％-30％，所述内凹式中心固棒中间段最大直径为溢流口和底流口直径的50％-60％，最小直径为溢流口和底流口直径的25％-30％。13.与现有技术相比，具有的优点在于：14.(1)本实用新型所涉及的一种抑制空气柱型水力旋流器通过设置溢流腔与底流腔，降低溢流口与底流口处的静压，增加溢流与底流流量，提高水力旋流器的处理能力与分级能力，保证中心插入物对中，同时避免水力旋流器内强旋流导致的中心插入物晃动。15.(2)本实用新型所涉及的三种中心插入物结构占据了水力旋流器内负压区，有效抑制空气柱的形成；占据了水力旋流器中心的强制涡区，减少了强制涡内的能量损耗；抑制了在底流口附近由于空气柱导致的切向速度径向偏摆现象，提高水力旋流器内部流场的稳定性从而提升分离性能；消除了底流口处颗粒与空气相向运动产生的颗粒回流现象；消除了了空气柱摆动导致的流场非对称现象。16.(3)曲面过渡中心固棒，可实现在抑制空气柱形成的同时，强制内旋流器中携带的颗粒在圆角曲面结构的导向作用下经循环流进入外旋流，实现了内旋流携带颗粒的二次分离，降低了溢流携带颗粒现象。同时采用圆角曲面过渡形式内旋流沿中心固棒运动时速度方向改变平缓，内旋流与外旋流的冲击更小，流场更稳定。17.(4)阶梯型中心固棒，有效抑制空气柱形成的同时减小了中心固棒的体积，水力旋流器锥段的有效分离空间增大，流体所受的粘滞阻力减小，有利于颗粒的离心分离。同时内旋流中携带颗粒在水力旋流器柱段与锥段处阶梯型中心固棒直径突变处圆角曲面结构的导向作用下向水力旋流器边壁处迁移，随外旋流进入底流腔，实现内旋流携带颗粒的二次多级分离，强化了水力旋流器的分离能力。直径突变处均采用圆角曲面过渡形式，内旋流在此处的速度方向平缓改变，降低了内旋流与外旋流的冲击，中心固棒周围湍动能更小，流场更为稳定。18.(5)内凹式中心固棒，在消除空气柱现象基础上，实现了溢流口附近流场的优化，内旋流在内凹式中心固棒结构的导向作用下与短路流碰撞，消除了短路流造成的“溢流跑粗”现象，同时内旋流携带颗粒在内凹式中心固棒结构的导向作用下重新进入外旋流，进一步提升了水力旋流器的分离性能。附图说明19.图1为抑制空气型水力旋流器结构示意图；20.图2为曲面过渡中心固棒水力旋流器结构示意图；21.图3为阶梯型中心固棒水力旋流器结构示意图；22.图4为内凹式中心固棒水力旋流器结构示意图；23.附图中：1-溢流管；2-入口；3-柱段；4-锥段；5-底流管；6-底流腔；7-中心插入物；8-溢流腔。具体实施方式24.以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。25.图1所示为抑制空气柱型水力旋流器的结构示意图，包括溢流管1、入口2、柱段3、锥段4、底流管5、底流腔6、中心插入物7、溢流管8。所述抑制空气柱型水力旋流器的入口1采用矩形进料口，以消除进料短路的死区。所述抑制空气柱型水力旋流器的溢流口采用凹环面设计，有效避免了急速上行流对溢流管造成的巨大冲击，减缓溢流管入口的附近流场的局部紊乱，有效避免溢流跑粗。所述抑制空气柱型水力旋流器上半部分为柱段3，下半部分为锥段4，顶部位置设置溢流腔8及侧向溢流管1，底部中心位置设置底流腔6侧向底流管5，中心插入物7贯穿于整个水力旋流器，其上端位于溢流腔顶部中心位置，下端位于底流腔底部的中心位置。26.所述中心插入物7具有三种具体实施方案，分别为曲面过渡中心固棒、阶梯型中心固棒，内凹式中心固棒，三种具体实施方案如图2、图3、图4所示。27.所述曲面过渡中心固棒上、下部分直径为溢流口和底流口直径的25％-30％，所述曲面过渡中心固棒的中间段直径为溢流口和底流口直径的50％-60％，所述曲面过渡中心固棒下端直径突变处采用圆角曲面结构形式。28.所述阶梯型中心固棒的上、下部分直径为溢流口和底流口直径的25％-30％，所述阶梯型中心固棒在水力旋流器柱段部分的直径为溢流口和底流口直径的50％-60％，所述阶梯型中心固棒位于水力旋流器锥段上部的直径为溢流口和底流口直径的40％-50％，所述阶梯型中心固棒位于旋流器锥段和柱段部分的直径突变处均采用圆角曲面结构形式。29.所述内凹式中心固棒上、下部分直径为溢流口和底流口直径的25％-30％，所述内凹式中心固棒中间段最大直径为溢流口和底流口直径的50％-60％，最小直径为溢流口和底流口直径的25％-30％。30.以上描述了本实用新型的基本原理和主要特征，以及本实用新型的优点。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都要落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。









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