一种适用于高海拔地区的水力旋流器

本技术涉及水力旋流器，具体而言，涉及一种适用于高海拔地区的水力旋流器。

背景技术：

1、水力旋流器是工业上应用最广泛的分级设备，是一种分离液固两相流或非均相液体混合物的设备，它是在离心力的作用下，利用物料之间的密度差或粒径差进行多相分离的非均相机械过程。起初在选矿和采矿工业中获得应用，后来又逐渐应用于化学工业、石油工业、轻工、环保、食品、医药、纺织等许多工业部门之中。

2、迄今为止，水力旋流器的应用已经有100多年的历史。1914年水力旋流器正式应用于磷肥的工业生产，但直到20世纪30年代后期才以用于纸浆工业中的水处理的商品形式出现。1943年，美国原子能委员会的tepef和woods将水力旋流器用于乙醚-水系统的分离。

3、水力旋流器之所以在化学工业、石油工业、轻工、环保等领域应用的如此广泛，归功于它的一些突出优点，首先它的结构简单紧凑，成本低廉，易于安装和操作，几乎不需要维护和附属设备，虽然体积小，但处理能力大；而旋流中存在的较高的剪切力可以破坏颗粒间的凝聚，是非常有利于固体颗粒分级与洗涤的。

4、目前，根据分离相的特性可以分为五类：固液分离、固固分离、液液分离、液气分离和固气分离。固液分离的对象是液相水和固相物料组成的两相流体，分离的主要目的在于得到纯净的液相和高浓度的固相。例如选矿、环保、建材等工业产品的浓缩和废水的澄清，石油钻井泥浆的净化等。固固分离的对象是由水和各种不同粒级的固体物料或不同密度(品味)的固体物料组成的两相流体，分离的目的是在于得到小于指定粒级固体物料的溢流和大于指定粒级固体物料的底流，例如矿物工程中的分级脱泥和重介质旋流器的选别。液液分离的对象是由密度不同而又互不相溶的两种液体组成的两相流体，分离的目的在于得到两种不同密度的纯净液体，例如石油工业的原油脱水，含油废水的去油和轻油的脱水等。液气分离的对象是液体和混于其中的气体所组成的流体，分离的目的是利用水力旋流器的高切线速度所形成的中部负压区，从而使其中被溶解的气体析出，得到不含气体的高纯度液体，例如石油工业从原油中分出气体等。固气分离是由气体和微粒固体或不同粒级固体物料所组成的两相流体，在于得到清净的气体和纯净的固体或者得到不同粒级的两种独体，如环保工程中各种烟道气的除尘和各种含尘气体的净化，一级选矿工业中的风力分级等，固气分离用的旋流器亦称旋风分离器，它的原理、结构和分离过程同水力旋流器的基本相同，区别就在于分离介质不同。

5、水力旋流器工作过程中，进料口、溢流口和底流口分别和大气相通，所以在旋流器中心会形成一定直径的不稳定的空气柱，使得旋流器内部形成了气-液-固三相分离体系。三相分离体系的形成，导致水力旋流器分离过程受到大气压力的影响。

6、随着经济和社会的发展，青藏高原地区也逐步引入水力旋流器进行液固分离，例如在青海地区，水力旋流器用于钾肥生产中的颗粒分级，将小颗粒的硫酸钙从钾肥中脱除。但是，目前大部分的水力旋流器都是在内陆沿海地区使用，这些地区海拔较低，空气压力为1atm。但是在高海拔地区，随着海拔的增高，空气压力逐渐降低，有些高海拔的工业区，大气压力只有沿海地区0.7，即只有0.7atm。由于空气压力的降低，导致水力旋流器中空气柱的形态发生了根本性的变化，致使分离效率降低。因此，需要研发适用于高海拔地区的水力旋流器。

技术实现思路

1、本实用新型的目的包括提供了一种适用于高海拔地区的水力旋流器，其能够应用在高海拔低气压环境，实现固液高效分离。

2、本实用新型的实施例可以这样实现：

3、本实用新型提供一种适用于高海拔地区的水力旋流器，水力旋流器包括进料管、溢流管、圆柱段、圆锥段和底流管，进料管具有弧形通道，圆柱段与弧形通道的中心出口连通，圆柱段、圆锥段和底流管从上至下依次连通，溢流管连通在圆柱段的中心顶部，其中，圆锥段中的通道为内凹型锥形通道。

4、在可选的实施方式中，以圆柱段的中心为原点o，平行于进料管的开口宽度方向为x轴，垂直于x轴的方向为y轴，进料管的弧形通道的入口弧短轴l1和入口弧长轴l2满足以下尺寸关系：

5、

6、在可选的实施方式中，45mm<l1<55mm，60mm<l2<95mm。

7、在可选的实施方式中，溢流管、圆柱段、圆锥段和底流管同轴线设置。

8、在可选的实施方式中，水力旋流器还满足以下尺寸关系：

9、

10、式中，z为由溢流管上沿口至锥段曲线上点的垂直高度；a为锥段曲线系数；x为由旋流器中心轴至锥段曲线的水平半径；du为底流口直径；n为锥段曲线指数。

11、在可选的实施方式中，水力旋流器还满足以下尺寸关系：

12、

13、式中，dc为柱段直径；h为圆锥段总高。

14、在可选的实施方式中，水力旋流器还满足以下尺寸关系：

15、

16、式中，r为圆锥段1/3高半径。

17、在可选的实施方式中，180mm<h<450mm，8.3mm<r<17mm。

18、在可选的实施方式中，进料管的弧形通道的形状选自切线、抛物线和渐开线中的一种；圆锥段中的通道的形状选自切线、抛物线和渐开线中的一种。

19、在可选的实施方式中，进料管的弧形通道的截面为矩形。

20、本实用新型实施例提供的适用于高海拔地区的水力旋流器的有益效果包括：

21、(1)进料管具有弧形通道，对进入水力旋流器的固体颗粒具有预分级效果，可以使大颗粒靠近水力旋流器外侧，有利于大颗粒固体从底流管的底流口排出；同时可以使固体小颗粒靠近水力旋流器的内侧，有利于小颗粒固体从溢流管的溢流口排出；以上作用可以克服低气压影响，提高分离效率；

22、(2)通过水力旋流器内凹型锥段结构，可以有效克服低气压对空气柱的影响，实现在高海拔低气压条件下空气柱形态稳定，从而使气液固多相流在旋流器中稳定流动，提高分离效率，并保持分离效率稳定。

23、(3)圆锥段中的通道为内凹型锥形通道，共同作用于颗粒分级，可以使水力旋流器在高海拔低气压条件下仍然能够保持和低海拔地区的颗粒分离分级效率；

24、(4)通过水力旋流器的结构创新，达到提高效率、降低能耗的效果，结构紧凑，实施方便，经济可靠。

技术特征：

1.一种适用于高海拔地区的水力旋流器，其特征在于，所述水力旋流器包括进料管(1)、溢流管(2)、圆柱段(3)、圆锥段(4)和底流管(5)，所述进料管(1)具有弧形通道，所述圆柱段(3)与所述弧形通道的中心出口连通，所述圆柱段(3)、所述圆锥段(4)和所述底流管(5)从上至下依次连通，所述溢流管(2)连通在所述圆柱段(3)的中心顶部，其中，所述圆锥段(4)中的通道为内凹型锥形通道。

2.根据权利要求1所述的适用于高海拔地区的水力旋流器，其特征在于，以所述圆柱段(3)的中心为原点o，平行于所述进料管(1)的开口宽度方向为x轴，垂直于x轴的方向为y轴，所述进料管(1)的所述弧形通道的入口弧短轴l1和入口弧长轴l2满足以下尺寸关系：

3.根据权利要求2所述的适用于高海拔地区的水力旋流器，其特征在于，45mm<l1<55mm，60mm<l2<95mm。

4.根据权利要求1所述的适用于高海拔地区的水力旋流器，其特征在于，所述溢流管(2)、所述圆柱段(3)、所述圆锥段(4)和所述底流管(5)同轴线设置。

5.根据权利要求4所述的适用于高海拔地区的水力旋流器，其特征在于，所述水力旋流器还满足以下尺寸关系：

6.根据权利要求5所述的适用于高海拔地区的水力旋流器，其特征在于，所述水力旋流器还满足以下尺寸关系：

7.根据权利要求6所述的适用于高海拔地区的水力旋流器，其特征在于，所述水力旋流器还满足以下尺寸关系：

8.根据权利要求7所述的适用于高海拔地区的水力旋流器，其特征在于，180mm<h<450mm，8.3mm<r<17mm。

9.根据权利要求1所述的适用于高海拔地区的水力旋流器，其特征在于，所述进料管(1)的所述弧形通道的形状选自切线、抛物线和渐开线中的一种；所述圆锥段(4)中的通道的形状选自切线、抛物线和渐开线中的一种。

10.根据权利要求1所述的适用于高海拔地区的水力旋流器，其特征在于，所述进料管(1)的所述弧形通道的截面为矩形。

技术总结
本技术的实施例提供了一种适用于高海拔地区的水力旋流器，涉及水力旋流器技术领域。水力旋流器包括进料管、溢流管、圆柱段、圆锥段和底流管，进料管具有弧形通道，圆柱段与弧形通道的中心出口连通，圆柱段、圆锥段和底流管从上至下依次连通，溢流管连通在圆柱段的中心顶部，其中，圆锥段中的通道为内凹型锥形通道。水力旋流器能够应用在高海拔低气压环境，实现固液高效分离。

技术研发人员：杨小波,许妍霞
受保护的技术使用者：华东理工大学
技术研发日：20240222
技术公布日：2024/11/14