分流比對分離功率的影響分析

段生鵬，劉太珍，李艷美

中核陜西鈾濃縮有限公司，陜西漢中 723312

離心機分離功率與分流比、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)筒長度、轉(zhuǎn)子半徑等因素有關(guān)，但在工廠運行級聯(lián)中離心機一旦確定，離心機線速度、轉(zhuǎn)筒長度、轉(zhuǎn)子半徑等因素也就確定了，能調(diào)整的也就是通過調(diào)整級聯(lián)貧料壓力和供料流量來改變離心機分流比了。對單機而言，分流比θ 是影響其分離性能ε 和分離功率δU的重要因素。而對于級聯(lián)而言，各級分流比的合理配置可以有效減小混合損失，進(jìn)一步提高級聯(lián)效率。因此我們有必要研究一下離心機單機分流比和級聯(lián)分流比的變化對級聯(lián)分離功率的影響，從而探索出離心機分流比的合理范圍。

1 分流比和級聯(lián)分離功率的理論分析

1.1 常用計算公式

θ：分流比；g+：輕餾分流量；g：流量；ε：分離性能

α：濃化分離系數(shù)；β 貧化分離系數(shù)；δU：分離功率；

1.2 主要參數(shù)關(guān)系

在理想級聯(lián)中，分離功率在分流比約為0.5 取得最大值，而通過對目前實際運行的復(fù)合材料離心機的研究試驗，發(fā)現(xiàn)與理想級聯(lián)的情況有較大的不同。

1.2.1θ 和g0、Pt 的關(guān)系

通過試驗發(fā)現(xiàn)離心機實際運行的過程中（1）式在g0 一定時，θ 主要靠貧料壓力Pt 來調(diào)節(jié)。θ 隨Pt 的變化趨勢如圖1 所示：

圖1θ、g0、Pt 的關(guān)系曲線

從圖1 可以看出：

1）在g0 一定時，分流比θ 隨著Pt 的增加而增加；

2）在Pt 一定時，分流比θ 隨著g0 的增加而減小。

1.2.2ε 和θ、g 的關(guān)系

通過試驗發(fā)現(xiàn)在g 不變，θ=0.4 時，ε 有極大值，其趨勢曲線如圖2。

圖2 ε 和θ 關(guān)系曲線

從圖2 可以看出：

1）分離比θ 一定時，分離性能ε 隨著g 的增加而減小；

2）供料流量g 一定時，分離性能ε 與θ 成拋物線變化，且在θ ≈0.4 時，有極大值。

1.2.3 δU 和θ 的關(guān)系

通過試驗，綜合（2）、（3）（4）式，可得到當(dāng)g 一定時，δU 和θ 的關(guān)系，如圖3。

圖3 δU 和θ 關(guān)系曲線

通過圖3 可以看出：

1）在g 一定時，當(dāng)θ=0.44 時，δU 有極大值，這與理想級聯(lián)的情況有所不同；

2）當(dāng)θ=0.44 時，單機分離功率最大，但在實際級聯(lián)中，考慮混合損失的影響，通常采取對稱分離，盡可能減小混合損失。即已知：

根據(jù)（2）、（6）、（7）式，得：θ ≈0.46。也就是說在考慮級聯(lián)整體的總分離功率和效率時，θ 的合理取值應(yīng)該在0.46左右。

1.2.4 δU 和Pt 的關(guān)系

在流量g 不變時，調(diào)整貧料壓力以此來改變分離比，再綜合（2）（4）（5）、（6）式的計算，可得δU 和Pt 的關(guān)系，如圖4。

圖4 δU 和Pt 關(guān)系曲線

通過圖4 可以看出：

1）不同流量情況下，分離功率的最大值是不同的，流量越大其對應(yīng)分離功率的最大值也越大；

2）流量越大其分離功率取最大值時的貧料壓力也越大；

3）分離功率隨貧料壓力呈曲線形式變化且有極大值。

2 運行級聯(lián)分流比的變化趨勢分析

2.1 運行級聯(lián)趨勢變化

通過對實際運行級聯(lián)分離功率和分流比的歷年變化統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)實際運行級聯(lián)分離功率隨著運行時間的加長而逐年減少的，且級聯(lián)貧料端分流比是逐漸增大的，精料端分流比是逐年減小的。另外從歷年來級聯(lián)計算對分流比θ 的修正系數(shù)來看，級聯(lián)分流比θ 也是逐年減小的。

2.2 分流比最佳取值范圍分析

對δU 和θ 的關(guān)系曲線進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)θ 在0.38～0.44之間時，δU 單調(diào)遞增，θ 在0.44～0.46 之間時，δU 單調(diào)遞減。而通過歷史趨勢來看，級聯(lián)θ 有減小趨勢，因此當(dāng)θ在0.46～0.44 之間時，單機δU 會隨著θ 減小單調(diào)遞增，這對級聯(lián)性能變差具有約束作用；當(dāng)θ 在0.44～0.38 之間時，單機δU 則會隨著θ 減小單調(diào)遞減，這會加速級聯(lián)性能變差，見圖5。

圖5 δU 和θ 的關(guān)系曲線

3 結(jié)論

雖然理想級聯(lián)在分流比約為0.5 時取得最大值，但就目前國內(nèi)運行的復(fù)合材料離心機特性來看，對單機而言，分流比為0.44 時分離功率有最大值；而整個級聯(lián)而言，有效的減小混合損失，應(yīng)根據(jù)工況盡可能將實際運行中離心機分流比控制值0.44～0.46 之間，最好在0.46 左右，此時級聯(lián)的混合損失最小，級聯(lián)效率最高。

[1]張存鎮(zhèn)主編.離心分離理論[M].北京：原子能出版社，1986.

[2]侯巖松.離心級聯(lián)價值函數(shù)和分離功率的研究[D].北京：清華大學(xué)工程物理系，2001.

[3]陳利，應(yīng)純同.離心機分離功率的影響因素.同位素，2008，21(3)：129-134.