[发明专利]一种水力旋流器及其蜗壳入口曲线的设计方法

说明书

本发明提供一种水力旋流器及其蜗壳入口曲线的设计方法，水力旋流器包括筒体、锥体结构、溢流管、沉沙嘴、给矿口，锥体结构的大口径端连接筒体的一端，筒体的另一端插设有溢流管，锥体结构的小口径端连接沉沙嘴，筒体的圆周面上设置有长方形腔体结构的给矿口，给矿口与筒体平滑相切形成蜗壳入口曲线，包括位于给矿口两侧的摆线段和圆弧段I，摆线段的一端与筒体的外圆相内切，摆线段的另一端与给矿口的一侧面相切，圆弧段I的一端与筒体的外圆相外切，圆弧段I的另一端与给矿口的另一侧面相切；所述水力旋流器通过减小入口段压力损失，可以降低水力旋流器无效能量损耗，提高有效给矿压力，使得矿浆流速加快，分级效果得到改善，最终沉砂浓度升高。

技术领域

本发明涉及机械产品技术领域，具体涉及一种水力旋流器及其蜗壳入口曲线的设计方法。

背景技术

水力旋流器是利用离心力场分离两相或多相流体的高效分离设备。它具有结构简单、操作方便、生产能力大、分离效率高、占地面积小、无传动部件和易于实现自动控制的优点，在许多领域得到广泛应用。随着水力旋流器结构形式的优化、耐磨材质的改进、工艺流程的合理化、技术计算的完善、自控技术的采用和计算机的普及，其应用领域更加扩大，经济效益和社会效益更加明显。

蜗壳是将直线运动的液流变为圆周运动液流的转换器。因此，要求液流能流畅地进入旋流状态。所谓液流能流畅进入旋流状态，是指进入旋流状态的过渡状态沿程损失要小；内壁曲线光滑连接而没有拐点存在；曲率中心在同侧。沿程损失能量小，旋流器的效率高；光滑过渡将使旋流器内部的流线平顺，在内壁边界上，不产生漩涡；曲率中心同侧不发生气穴和气蚀现象。

水力旋流器常见的蜗壳入口曲线结构有切线型入口结构、阿基米德螺线入口结构和对数螺线入口结构，也有企业采用渐开线入口结构，然而这些入口结构都存在一些问题：切线型入口结构虽然加工简单，但入口能量损耗相比其他结构较大；阿基米德螺线入口结构，虽然可以减少入口的能量损耗，但加工较为复杂；对数螺线入口结构,为避免入口后液流互相碰撞，在轴线上要采取下坡角螺旋结构；渐开线入口结构的基圆半径和切点需要在设计中决定，计算复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种水力旋流器，包括筒体(1)、锥体结构(2)、溢流管(3)、沉沙嘴(4)、给矿口(5)，所述筒体(1)为上下两端开口的圆柱形腔体结构，所述锥体结构(2)上下两端相通，锥体结构(2)的大口径端连接筒体(1)的一端，筒体(1)的另一端插设有溢流管(3)，锥体结构(2)的小口径端连接沉沙嘴(4)，筒体(1)的圆周面上设置有长方形腔体结构的给矿口(5)，给矿口(5)与筒体(1)平滑相切形成蜗壳入口曲线，所述蜗壳入口曲线包括位于给矿口(5)两侧的摆线段和圆弧段I，所述摆线段的一端与筒体(1)的外圆相内切，摆线段的另一端与给矿口(5)的一侧面S相切，所述圆弧段I的一端与筒体(1)的外圆相外切，圆弧段I的另一端与给矿口(5)的另一侧面S'相切；

所述摆线段的半径等于水力旋流器半径的一半，摆线段对应的弧度为0～π。

一种基于所述水力旋流器的蜗壳入口曲线的设计方法，包括：

步骤1：以O为原点建立直角坐标系XOY，以O为起点做弧度为0～π、半径为r₁2的摆线段，记摆线段的终点为点A，其中r₁为水力旋流器的半径；

步骤2：过摆线段的终点A做一条平行于Y轴的直线，交X轴于点B；

步骤3：以点B为圆心作半径为r₁的圆D1，则圆D1即为筒体的外圆；

步骤4：作摆线段在O点的切线L1，沿Y轴负方向在切线L1上截取线段OC，其中OC的长度根据给矿口的深度确定，过点C作线段OC的垂线L2，在圆D1的同侧截取线段CD，线段CD长根据给矿口的宽度确定，过点D作平行于线段OC的直线DE，交X轴于点E；