[发明专利]水力旋流器

说明书

公开了一种水力旋流器(10)，其中腔室(13)的入口部分(14)具有弯曲内侧壁表面(29)，其大体为涡形室形状，用于将使用中从进料入口端口(17)接收的材料引导为旋转运动。在所示的实施方式中，涡形室(28)在入口部分(14)内轴向向下倾斜，以朝向锥形分离部分(15)的方向，且转过大于270度的角度。该锥形部分具有中心轴线X‑X，且包括分别为截头圆锥形状的两个区段32、34，并端对端地连接在一起形成大体锥形分离腔室(15)。设置在这样形成的锥形分离腔室(15)的内壁表面(50)与平行于中心轴线X‑X的线之间的内角A理想地小于8度角度，以提供具有有利操作参数的水力旋流器设计。

技术领域

本发明大体涉及水力旋流器(hydrocyclone)，更具体地但非排他地，涉及适用于矿物和化学加工工业的水力旋流器。本发明还涉及水力旋流器的设计，作为优化其性能的方式。

背景技术

当液体通过锥形腔室时，水力旋流器通过在其中产生离心力将流动液体(例如矿物浆料)中携带的悬浮物分离成两个排出流。基本上，水力旋流器包括锥形分离腔室，通常大体与分离腔室的轴线相切并且设置在腔室的具有最大横截面尺寸的端部处的进料入口，在腔室的较小端处的底流出口，以及在腔室较大端的溢流出口。

进料入口被配置成将含有悬浮物的液体输送到水力旋流器分离腔室中，并且该装置使得较重(例如，密度较大和更粗)物质倾向于朝向腔室的外壁移动并朝向和通过位于中央的底流出口排出。较轻(密度较小或较细颗粒尺寸)的材料朝腔室的中心轴线移动并通过溢流出口排出。水力旋流器可用于通过悬浮固体颗粒的尺寸或通过颗粒密度进行分离。常规的例子包括采矿和工业应用中的固体分选任务。

为了实现水力旋流器的高效操作，进料进入的腔室较大端的内部几何构型和锥形分离腔室的内部几何构型是重要的。在正常操作中，这种水力旋流器形成中央空气柱，这是常规的大多数工业应用的水力旋流器设计。一旦水力旋流器轴线上的流体达到低于大气压的压力，则形成空气柱。该空气柱从底流出口延伸到溢流出口，并将水力旋流器下方的空气与顶部的空气简单地连接。空气芯的稳定性和横截面积是影响底流和溢流排放条件，维持正常水力旋流器运行的重要因素。

在正常的“稳定”操作期间，浆料通过倒置锥形腔室形式的水力旋流器分离腔室的上部入口进入，以便干净地分离。然而，在这样的操作期间水力旋流器的稳定性可被容易地被破坏，例如由于水力旋流器的过度进料导致空气芯坍塌，导致无效的分离过程，由此过量的细颗粒通过下部出口排出，或较粗的颗粒通过上部出口排出。

另一种形式的不稳定操作被称为“成绳(roping)”，其中通过下部出口排出固体的速率增加到流动受损的程度。如果没有及时采取纠正措施，通过出口的固体积聚将在分离腔室中累积，内部空气芯将坍塌，且下部出口将排出绳状粗固体流。

不稳定的操作条件会对下游处理产生严重影响，通常需要额外的处理(可以理解，这会对利润产生很大影响)并且还会导致设备磨损加速。水力旋流器设计优化对于水力旋流器能够应对输入浆料的组成和粘度的变化，进入水力旋流器的流体的流速变化以及其他操作不稳定性是需要的。

发明内容

公开了水力旋流器的实施例，包括：

-进料腔室，该进料腔室具有：内侧壁，位于所述内侧壁的使用上端的顶壁，位于所述内侧壁的使用下端且与所述顶壁相反的开口端，该开口端具有圆形横截面并具有中心轴线X-X，位于所述顶壁的溢流出口，和用于将待分离材料输送到所述进料腔室的入口；

-位于所述进料腔室的内侧壁的进料入口区域，该进料入口区域大体限定为涡形室形状，其中从内侧壁到中心轴线X-X的距离随着涡形室围绕内侧壁在远离入口的方向上的行进而减小；且涡形室对向大于270度角的角度；

-大体锥形的分离腔室，其从与进料腔室的开口端相邻的较大横截面区域的第一端延伸至相对较小横截面积的第二端；