水力旋流器在應(yīng)用中若干問題的探討

張 亭 王衛(wèi)兵 李營(yíng)力 梁丹丹

（石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院 新疆石河子 832000）

水力旋流器在應(yīng)用中若干問題的探討

張 亭 王衛(wèi)兵 李營(yíng)力 梁丹丹

（石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院 新疆石河子 832000）

近年來，隨著相關(guān)企業(yè)工廠對(duì)物質(zhì)分離技術(shù)的需要，水力旋流器越來越得到工程師的青睞，其未來的發(fā)展應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。本文主要闡述了水力旋流器在采礦工業(yè)、污水處理方面的應(yīng)用，并就其未來的發(fā)展方向做出簡(jiǎn)要的分析。

水力旋流器 應(yīng)用 探討

引言：

水力旋流器常作為一種用來實(shí)現(xiàn)常見物質(zhì)分離功能的設(shè)備，由于其操作簡(jiǎn)單、方便快捷、占地面積小、經(jīng)濟(jì)效率高的優(yōu)勢(shì), 在實(shí)現(xiàn)泥漿的分離、煤炭的分級(jí)、礦產(chǎn)的分級(jí)、污水的凈化等方面有著非常重要的作用，伴隨著水力旋流器結(jié)構(gòu)多樣化的日益完善,其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來越廣泛。近年來，通過水力旋流器在工業(yè)生產(chǎn)過程中的實(shí)際應(yīng)用情況，許多研究員對(duì)此進(jìn)行了實(shí)用化的研究和優(yōu)化，以達(dá)到更高的分離效率。

一、水力旋流器的組成

圖1 水力旋流器的組成

1.水力旋流器的組成：常規(guī)水力旋流器的結(jié)構(gòu)分為：工作筒、溢流結(jié)構(gòu)、底流口、進(jìn)料口等幾個(gè)部分（見圖1），其中水力旋流器的工作筒是由一個(gè)中空的圓柱體和倒錐體組成，在中空?qǐng)A柱體外側(cè)裝有進(jìn)料管用于材料的輸入，上端裝有溢流口、溢流導(dǎo)管用于分離物質(zhì)的溢流排出；在空心圓錐通體的下端裝有底流口，用來實(shí)現(xiàn)分離物質(zhì)的另一部分的排出。進(jìn)料口、溢流口、底流口處由于這些部位經(jīng)常會(huì)受到外力作用，進(jìn)而容易產(chǎn)生磨損，所以，在安裝這些部件的時(shí)候，需要在容易磨損的區(qū)域安裝上橡膠墊片，并且在充分考慮其工作環(huán)境的情況下，對(duì)不同部位進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)其每個(gè)組成部分都能實(shí)現(xiàn)其功能。

2.水力旋流器的工作原理：水力旋流器對(duì)待分離物中的顆粒有很大的作用力，這種作用力主要表現(xiàn)在向外的離心力和向內(nèi)的拉力。對(duì)于沉降速度變化慢的顆粒，其受到的離心力大于其向內(nèi)的拉力，所以顆粒最終被拋出，進(jìn)而通過底流口排出；而對(duì)于沉降速度變化較快的顆粒，當(dāng)其所受的向內(nèi)的拉力大于其所受的向心力時(shí)，顆粒就會(huì)沿著管道向上運(yùn)動(dòng)，最后通過溢流管溢流排出，最終實(shí)現(xiàn)顆粒物的分離。

二、水力旋流器的應(yīng)用

水力旋流器常用來實(shí)現(xiàn)固體與固體、固體與液體、液體與液體之間的分離，相對(duì)于傳統(tǒng)的用物理化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離與提純，水力旋流器的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性更好，效率更高，所以，其在煤礦采集、礦產(chǎn)分離、污水處理等發(fā)面得到廣泛應(yīng)用。

1.實(shí)現(xiàn)煤泥水的分級(jí)濃縮

水力旋流器實(shí)現(xiàn)煤炭采集過程中煤泥水的分級(jí)、濃縮被廣泛應(yīng)用于各類選煤廠中。工作原理為：煤泥水在給料泵的壓力作用下，從水力旋流器的進(jìn)料口進(jìn)入旋流器空心處理區(qū)域，在旋流器的高速旋轉(zhuǎn)作用下，相對(duì)較大的顆粒物在離心力作用下拋出，然后順著容器器壁流向底流口，而相對(duì)較小的顆粒物則能夠沿著溢流管向上移動(dòng)，最后從溢流管排出。

2.實(shí)現(xiàn)對(duì)礦產(chǎn)的分離

在采礦工業(yè)中的應(yīng)用主要運(yùn)用其能夠完成對(duì)固體顆粒的分級(jí)，實(shí)現(xiàn)固-固分離的作用，完成礦產(chǎn)資源的分離。其工作原理是：固體顆粒在水力旋流器中的離心力隨著固體顆粒體積的增大而增大，開發(fā)出來的礦產(chǎn)資源在經(jīng)過磨礦工作后，礦產(chǎn)資源的磨礦產(chǎn)品粒度有大有小，所以，通過水力旋流器可是實(shí)現(xiàn)對(duì)磨礦產(chǎn)品顆粒的分級(jí)處理，通常分為粗細(xì)兩級(jí)，然后，對(duì)那些粒度太大而不符合產(chǎn)品要求的顆粒進(jìn)行再次處理，使其滿足最終的參數(shù)要求。

3.實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的處理

隨著今年來環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，污水處理工作成為每個(gè)企業(yè)必須要滿足的一項(xiàng)任務(wù)。特別是在油田礦產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)過程中，水力旋流器在一定程度上可是實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的處理工作。其工作原理是：污水從進(jìn)料口進(jìn)入水力旋流器后，在旋流器容器高速旋轉(zhuǎn)下，形成離心力場(chǎng)，因?yàn)槲鬯泄腆w顆粒和水的質(zhì)量不同，所以質(zhì)量大的顆粒由于受到的離心力作用大于其受到的拉力，進(jìn)而被甩向外側(cè)，質(zhì)量小的由于其受到的離心力低于相應(yīng)的拉力，所以沿著中間溢流管道向上溢流，最終實(shí)現(xiàn)凈化污染物的目的。對(duì)于含油廢水的處理過程中，由于油的相對(duì)質(zhì)量小，因此在分離過程中都聚集在旋流器的中間位置，而廢水則匯聚在靠外側(cè)的器壁上，最后經(jīng)過底流口排出，實(shí)現(xiàn)其油液的分離。

三、水力旋流器的發(fā)展方向

(1)操作的信息化和自動(dòng)化。隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)水力旋流器的全自動(dòng)、智能化操作非常有必要。水力旋流器的技術(shù)參數(shù)有限，在當(dāng)前技術(shù)的支持下，相關(guān)參數(shù)的獲取非常簡(jiǎn)單，所以，通過對(duì)相關(guān)控制模塊的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)其對(duì)整個(gè)過程的即時(shí)信息獲取和反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)入料量的自動(dòng)化調(diào)控，來保證水力旋流器的正常高效工作。考慮到在實(shí)際工作中存在的諸多未知性因素的影響，所以，整個(gè)水力旋流器的信息化發(fā)展需要相關(guān)操作人員和技術(shù)人員時(shí)時(shí)進(jìn)行交流與合作，對(duì)相關(guān)控制模塊進(jìn)行及時(shí)的更新與完善。

(2)設(shè)備的大型化和小型化。實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備規(guī)格的極大化或極小化發(fā)展是工業(yè)發(fā)展的兩個(gè)主要的極端發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)設(shè)備規(guī)格的大型化可以增強(qiáng)水力旋流器的生產(chǎn)能力，提高整個(gè)設(shè)備的生產(chǎn)效率，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)旋流器設(shè)備滿足在更大型生產(chǎn)車間的分離生產(chǎn)需要；實(shí)現(xiàn)水力旋流器設(shè)備規(guī)格的小型化可以增加設(shè)備的精確程度，提高其精度，進(jìn)而能夠滿足旋流器在納米生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)其對(duì)材料的分離凈化作用。

(3)設(shè)備的模塊化和組合化。串并聯(lián)模塊的開發(fā)和應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能多樣化、高效率的必要措施。對(duì)于水力旋流器來說，在許多實(shí)際分離操作中，由于其自身?xiàng)l件的影響，使用單一類型的水力旋流器很難滿足實(shí)際工作要求。所以，對(duì)水力旋流器實(shí)現(xiàn)其相關(guān)模塊的串聯(lián)可以提高分級(jí)效率，模塊的并聯(lián)可以擴(kuò)大生產(chǎn)能力。

(4)材料的現(xiàn)代化和多樣化。目前投入生產(chǎn)使用的水力旋流器多為鋼鐵等金屬材料，這對(duì)有些實(shí)現(xiàn)磁性材料的分離要求變得困難，此外，鋼鐵材料由于其剛度條件好，但其韌性條件差，對(duì)于實(shí)現(xiàn)水力旋流器的微型化非常不利。但是，隨著材料科學(xué)的飛速發(fā)展，新材料的引入必將會(huì)引起設(shè)備的大革新，對(duì)于實(shí)現(xiàn)水力旋流器的更廣泛應(yīng)用非常有利。

四、結(jié)論

伴隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)分離設(shè)備的應(yīng)用將越來越廣泛，水力旋流器將會(huì)在工業(yè)現(xiàn)代化的時(shí)代潮流中發(fā)揮越來越重要的作用。隨著電子信息工程的不斷滲入，水力旋流器的信息化、自動(dòng)化程度也會(huì)發(fā)生飛速的發(fā)展，其分離性能將會(huì)越來越強(qiáng)大，對(duì)于實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)工業(yè)的自動(dòng)化，提高工作效率有著更大的推動(dòng)和發(fā)展，對(duì)實(shí)現(xiàn)污水的全方位處理具有深遠(yuǎn)的意義，此外，對(duì)于其他行業(yè)的發(fā)展也有很高的推廣價(jià)值。

[1]曹雨平.水力旋流器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì).[J]工業(yè)水處理.2015.2.

[2]陳明超.水力旋流器在選煤廠的應(yīng)用.[J]山東煤炭科技.2015(8).

[3]倪玲英.水力旋流器在應(yīng)用中瑞干問題的探討.[J]油氣田地面工程.2001.20(3).

[4]劉培坤.水力旋流器的應(yīng)用綜述.[J]礦山機(jī)械.1999.4.

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1007-6344（2015）12-0096-01

張亭（1989—）男，漢，山東省泰安市，碩士研究生，單位：石河子大學(xué)，研究方向CAD/CAE一體化。

王衛(wèi)兵（1967—），男，教授，江蘇南通人，碩士生導(dǎo)師，單位：石河子大學(xué)，主要從事機(jī)械CAD/CAM一體化及機(jī)器魚的研究。

第二作者：李營(yíng)力，1990-，男，漢族，山東省濟(jì)寧市，碩士研究生，單位：石河子大學(xué)，CAD/CAE一體化梁丹丹，1990-，女，漢族，新疆阿克蘇，碩士研究生，單位：石河子大學(xué)，先進(jìn)制造技術(shù)