水力旋流器在應用中若干問題的探討

張 亭 王衛(wèi)兵 李營力 梁丹丹

（石河子大學機械電氣工程學院 新疆石河子 832000）

水力旋流器在應用中若干問題的探討

張 亭 王衛(wèi)兵 李營力 梁丹丹

（石河子大學機械電氣工程學院 新疆石河子 832000）

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

水力旋流器 應用 探討

引言：

水力旋流器常作為一種用來實現(xiàn)常見物質(zhì)分離功能的設備，由于其操作簡單、方便快捷、占地面積小、經(jīng)濟效率高的優(yōu)勢, 在實現(xiàn)泥漿的分離、煤炭的分級、礦產(chǎn)的分級、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構多樣化的日益完善,其應用領域?qū)絹碓綇V泛。近年來，通過水力旋流器在工業(yè)生產(chǎn)過程中的實際應用情況，許多研究員對此進行了實用化的研究和優(yōu)化，以達到更高的分離效率。

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)水力旋流器的結構分為：工作筒、溢流結構、底流口、進料口等幾個部分（見圖1），其中水力旋流器的工作筒是由一個中空的圓柱體和倒錐體組成，在中空圓柱體外側裝有進料管用于材料的輸入，上端裝有溢流口、溢流導管用于分離物質(zhì)的溢流排出；在空心圓錐通體的下端裝有底流口，用來實現(xiàn)分離物質(zhì)的另一部分的排出。進料口、溢流口、底流口處由于這些部位經(jīng)常會受到外力作用，進而容易產(chǎn)生磨損，所以，在安裝這些部件的時候，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，對不同部位進行相應的優(yōu)化調(diào)節(jié)，實現(xiàn)其每個組成部分都能實現(xiàn)其功能。

2.水力旋流器的工作原理：水力旋流器對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，進而通過底流口排出；而對于沉降速度變化較快的顆粒，當其所受的向內(nèi)的拉力大于其所受的向心力時，顆粒就會沿著管道向上運動，最后通過溢流管溢流排出，最終實現(xiàn)顆粒物的分離。

二、水力旋流器的應用

水力旋流器常用來實現(xiàn)固體與固體、固體與液體、液體與液體之間的分離，相對于傳統(tǒng)的用物理化學方法實現(xiàn)物質(zhì)的分離與提純，水力旋流器的結構更加簡單、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)面得到廣泛應用。

1.實現(xiàn)煤泥水的分級濃縮

水力旋流器實現(xiàn)煤炭采集過程中煤泥水的分級、濃縮被廣泛應用于各類選煤廠中。工作原理為：煤泥水在給料泵的壓力作用下，從水力旋流器的進料口進入旋流器空心處理區(qū)域，在旋流器的高速旋轉作用下，相對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，而相對較小的顆粒物則能夠沿著溢流管向上移動，最后從溢流管排出。

2.實現(xiàn)對礦產(chǎn)的分離

在采礦工業(yè)中的應用主要運用其能夠完成對固體顆粒的分級，實現(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現(xiàn)對磨礦產(chǎn)品顆粒的分級處理，通常分為粗細兩級，然后，對那些粒度太大而不符合產(chǎn)品要求的顆粒進行再次處理，使其滿足最終的參數(shù)要求。

3.實現(xiàn)對污水的處理

隨著今年來環(huán)境保護意識的加強，污水處理工作成為每個企業(yè)必須要滿足的一項任務。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現(xiàn)對污水的處理工作。其工作原理是：污水從進料口進入水力旋流器后，在旋流器容器高速旋轉下，形成離心力場，因為污水中固體顆粒和水的質(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，進而被甩向外側，質(zhì)量小的由于其受到的離心力低于相應的拉力，所以沿著中間溢流管道向上溢流，最終實現(xiàn)凈化污染物的目的。對于含油廢水的處理過程中，由于油的相對質(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的器壁上，最后經(jīng)過底流口排出，實現(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化。隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，實現(xiàn)對水力旋流器的全自動、智能化操作非常有必要。水力旋流器的技術參數(shù)有限，在當前技術的支持下，相關參數(shù)的獲取非常簡單，所以，通過對相關控制模塊的開發(fā)，實現(xiàn)其對整個過程的即時信息獲取和反饋，實現(xiàn)對入料量的自動化調(diào)控，來保證水力旋流器的正常高效工作。考慮到在實際工作中存在的諸多未知性因素的影響，所以，整個水力旋流器的信息化發(fā)展需要相關操作人員和技術人員時時進行交流與合作，對相關控制模塊進行及時的更新與完善。

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

(3)設備的模塊化和組合化。串并聯(lián)模塊的開發(fā)和應用是實現(xiàn)設備功能多樣化、高效率的必要措施。對于水力旋流器來說，在許多實際分離操作中，由于其自身條件的影響，使用單一類型的水力旋流器很難滿足實際工作要求。所以，對水力旋流器實現(xiàn)其相關模塊的串聯(lián)可以提高分級效率，模塊的并聯(lián)可以擴大生產(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，這對有些實現(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，對于實現(xiàn)水力旋流器的微型化非常不利。但是，隨著材料科學的飛速發(fā)展，新材料的引入必將會引起設備的大革新，對于實現(xiàn)水力旋流器的更廣泛應用非常有利。

四、結論

伴隨著社會的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程中對分離設備的應用將越來越廣泛，水力旋流器將會在工業(yè)現(xiàn)代化的時代潮流中發(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、自動化程度也會發(fā)生飛速的發(fā)展，其分離性能將會越來越強大，對于實現(xiàn)礦產(chǎn)工業(yè)的自動化，提高工作效率有著更大的推動和發(fā)展，對實現(xiàn)污水的全方位處理具有深遠的意義，此外，對于其他行業(yè)的發(fā)展也有很高的推廣價值。

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

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

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

[4]劉培坤.水力旋流器的應用綜述.[J]礦山機械.1999.4.

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B

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，研究方向CAD/CAE一體化。

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

第二作者：李營力，1990-，男，漢族，山東省濟寧市，碩士研究生，單位：石河子大學，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，先進制造技術