一种条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种固液分离水力旋流器。其技术方案为：圆柱筒体(3)上端与溢流管(2)下部通过法兰盘同中心连接，圆柱筒体(3)下端与圆锥体(4)上端通过法兰盘连接，圆锥体(4)下端与沉砂嘴(5)通过法兰盘连接；条缝内衬(6)位于圆柱筒体(3)和圆锥体(4)内部，条缝内衬(6)外壁与圆柱筒体(3)内壁和圆锥体(4)内壁间的距离均为5-20mm，条缝内衬(6)由筋板(7)支撑固定；圆柱筒体(3)上部水平地装有给矿管(1)，与圆柱筒体(3)上端的垂直距离为10-50mm，给矿管(1)的一端穿过圆柱筒体(3)和条缝内衬(6)，给矿管(1)与条缝内衬(6)的内壁相切。本实用新型具有制作材料普通、工艺简单、成本低、效率高、耐磨性强、寿命长的优点。
【专利说明】一种条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水力旋流器【技术领域】，尤其涉及一种条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器。
【背景技术】
[0002]旋流器又称旋液分离器，是一种分离非均匀相混合物的分级设备。可以用来完成液体澄清、固相颗粒洗涤、液体除气与除砂、固相颗粒分级与分类以及两种非互溶液体的分离等多种作业。
[0003]自从1891年Britney在美国申请了第一个旋流器专利后，旋流器在各个领域得到了很大的发展。1914年水力旋流器正式应用于磷肥的工业生产。20世纪30年代后期，水力旋流器以商品的形式出现，主要是应用于纸浆水处理。而用于选煤行业则是从20世纪40年代前期，荷兰国家矿产部资助大吨位的选煤和矿石处理方面的研宄开始的。1953年，V an Rossum jiang将水力旋流器用于脱出油中的水分。以后才开始出现大量有关水力旋流器的文献，同时水力旋流器也有了广阔的市场空间。
[0004]20世纪60年代以后，人们开始将旋流器用于试验设备以及其他更广泛的工业领域，主要有矿冶行业中的颗粒分级、矿物质回收与水处理；化学工业中液液萃取、固一液滤取、结晶；空间技术中的零重力场分离；机械加工行业中回收润滑油及贵重金属；电子工业中回收稀有金属；生物化学工程中的酶、微生物的回收；食品与发酵工业的淀粉、果汁、酵母等水的分离以及石油工业中的油水分离、油水气分离与油水泥分离等。
[0005]20世纪80年代以后，有更多的科技工作者致力于旋流分离器的研宄和推广应用。英国BHRA流体工程中心发起的旋流分离器国际学术研讨会，更是将旋流分离器的发展推到了极致。在高速发展的科学技术带动下，水力旋流器也正在逐步发展成具有高技术含量的分离设备。在我国，从20世纪90年代以来掀起了对旋流器特别是多相分离旋流器的研宄和开发热潮。
[0006]水力旋流器工作原理比较简单，主要是利用离心力原理。矿浆在压力作用下经给矿管沿切线方向进入壳体，在壳内做回转运动，矿浆中的粗颗粒受到较大的离心力而靠近器壁，并同时随矿浆向下流动，最终由底部沉砂嘴排出；而细颗粒由于受离心力较小，处于回转流中心并随矿浆液体向上运动，最终由溢流管成为溢流。
[0007]水力旋流器在运行时，固液悬浮液在压力作用下作剧烈的离心旋转运动，在悬浮液剧烈的冲刷磨蚀下，水力旋流器内壁面极易磨损。这不仅会缩短水力旋流器的使用寿命，而且会由于关键部位尺寸的改变而降低其分级、分离效率，改变溢流和底流量，从而恶化运行效果。因此，水力旋流器需采用耐磨材料制作，或用耐磨材料作内衬。随着水力旋流器在矿业、化工、石油、煤炭、轻工、环保、食品、医药、纺织等许多工业部门广泛推广应用，国内外对水力旋流器磨损问题的研宄甚为重视。
[0008]磨损问题是水力旋流器很难解决的问题，为缓解磨损问题，研宄者们提出:采用耐磨材料制作水力旋流器，或用耐磨材料作内衬。在使用耐磨材料制作旋流器和在旋流器中增设耐磨内衬两种方式的选择上，从经济成本的角度考虑，大多倾向于后者，即在旋流器内部增设耐磨内衬。目前，旋流器内衬耐磨材料种类很多，常用的耐磨材料有铸石、碳化硅、氧化铝陶瓷、耐磨橡胶及聚氨酯等。这些材料有其优点，但同时又不同程度地存在着不足之处。铸石、碳化硅及氧化铝陶瓷等无机非金属耐磨内衬，虽然材料本身耐磨性能非常好，但这样制成的耐磨内衬整体性较差，在使用过程中，受到浆流的冲刷后易于破碎、脱落。这不但影旋流器的分级分离效果，而且严重时碎片还会堵塞旋流器，从而造成停产。耐磨橡胶、聚氨酯等有机材料制作的耐磨内衬，内壁光滑，易于制作尺寸精度高的小型旋流器。在温度较低、所处理物料粒度较小、硬度较低、粒形较浑圆的工况下，其耐磨性能较好；但是，在温度较高、所处理物料粒度较粗、硬度较大、粒形较尖锐的工况下，其耐磨性能则较差。在使用普通碳筋板制作旋流器壳体时，无论是用铸石、碳化硅、及氧化铝陶瓷等无机非金属材料，还是用耐磨橡胶、聚氨酯等有机材料作耐磨内衬，均存在壳体与衬里材料在机械力学性能和热稳定性能方面的较大差异，这同样会造成内衬易于变形脱落，从而严重影响旋流器的分级分离性能及使用寿命。
[0009]由上述论述可知，虽然在耐磨材料方面进行了大量研宄，但事实表明，水力旋流器磨损问题仍然存在。提高水力旋流器的耐磨性，延长水力旋流器的使用寿命一直是水力旋流器领域没有克服的技术难题。
【发明内容】
[0010]本实用新型旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种成本低、制作工艺简单、耐磨性强和适用于工业应用的高效耐磨固液分离水力旋流器。
[0011]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:在水力旋流器圆柱筒体和圆锥体内壁增设条缝内衬，在条缝内衬外壁焊接筋板。圆柱筒体上部水平地装有给矿管，与圆柱筒体上端的垂直距离为10-50mm，给矿管的一端穿过圆柱筒体和条缝内衬，给矿管与条缝内衬的内壁相切；条缝内衬的结构为在内衬上设有若干道条缝，条缝宽度为5-15mm，按一定规律均匀排列在内衬上，条缝内衬顶部与圆柱筒体顶部平齐，条缝内衬底部距圆锥体底部垂直距离为50-300mm ;条缝内衬外壁焊接的筋板厚度为2_10mm，宽度为5_20mm，筋板与条缝内衬长度相同，筋板的数量为3-5块，筋板竖向垂直焊接在条缝内衬6的外壁上，均匀分布；筋板将条缝内衬固定支撑在水力旋流器圆柱筒体和圆锥体内部，使条缝内衬与水力旋流器器壁之间形成一定的空间，空间间距即为筋板宽度5-20mm，同时筋板又将形成的空间竖向阻断成半封闭的部分空间。
[0012]由于采用上述技术方案，本实用新型在固液分离水力旋流器中增设条缝内衬。其条缝内衬和水力旋流器外壳不是焊接或粘连在一起，而是将条缝内衬直接放置在水力旋流器器壁内，由条缝内衬外壁焊接的筋板支撑抵住水力旋流器内壁，从而固定条缝内衬与水力旋流器外壳，这样即节省了工艺制作，又便于更换内衬。
[0013]在水力旋流器工作时，固液浆体在离心力的作用下，首先对条缝内衬进行磨损，从而降低对水力旋流器器壁的磨损，提高其耐磨性。而其主要的特点是条缝及条缝内衬外壁筋板的设计，条缝内衬外壁的筋板使条缝内衬与器壁间距离为5-20mm，形成一定的空间，同时筋板将此空间隔断成半封闭空间。固液浆体在离心力的作用下，颗粒较大的向边壁靠近，继而向下旋流，然而由于条缝的存在，靠近边壁的下行流将较粗的固体颗粒穿过条缝，进入条缝内衬和器壁所形成的空间中，但由于内衬外壁焊接的筋板的存在，阻断了进入该空间内固液浆体的旋流，使进入该空间的下行流速急剧衰减，从而形成低速浆流。浆流中的固体颗粒在此下行流速和自重作用下缓缓落下，从而不会对水力旋流器器壁造成磨损。当然固体颗粒物不可避免地要与条缝内衬接触，但条缝的存在，使靠近条缝内衬的固液浆流始终无法形成高速旋转的液流，从而大大减轻了对内衬的磨损。
[0014]另外，在水力旋流器工作，尤其是水力旋流器分级工作时，由于条缝及内衬外壁筋板的存在使内衬及水力旋流器器壁之间形成一定的空间，固液浆体在离心力的作用下，较粗的颗粒穿过条缝进入到了内衬及器壁形成的空间中后，将难以再返混到条缝内衬内侧的浆体中，不会影响到溢流管中分离的颗粒粒度，从而提高了水力旋流器的工作效率。
[0015]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点:
[0016]1.现有水力旋流器，为了提高其耐磨性，内衬材料大多采用碳化硅、氧化铝陶瓷等制造，虽然这些材料耐磨性较强，但其成本高，制造内衬工艺也较复杂，因此不能大范围的推广应用。而对于本实用新型，条缝内衬直接采用普通碳钢制造，制造成本低，且制造工艺简单。
[0017]2.现有水利旋流器，在使用普通碳筋板制作旋流器壳体时，无论是用铸石、碳化硅及氧化铝陶瓷等无机非金属材料，还是用耐磨橡胶、聚氨酯等有机材料作耐磨内衬，均存在壳体与衬里材料在机械力学性能和热稳定性能方面的较大差异，使内衬和水力旋流器外壳的焊接或粘接成为较大问题，并且这同样会造成内衬易于变形脱落；另外，这样将内衬与水力旋流器外壳焊接或粘接在一起，当内衬磨损严重需要更换时，无法只更换内衬且增加了更换的难度和成本。而对于本实用新型，条缝内衬和水力旋流器壳体是独立分开的整体，将条缝内衬直接放置于水力旋流器中，由条缝内衬外壁焊接的筋板进行固定即可，避免内衬与水力旋流器器壁的焊接或粘接问题，同时在内衬磨损严重需要更换时，可以只更换条缝内衬，这样不仅节约成本且更换方便。
[0018]3.现有水力旋流器，其内衬的设计都是一个完整的整体，将固液浆体对水力旋流器外壳的磨损完全转化为对内衬的磨损。而对于本实用新型，与以往内衬的结构不同，其在内衬中增设了条缝的设计，固液浆体在离心力的作用下，颗粒较大的向边壁靠近，继而向下旋流，然而由于条缝的存在，靠近边壁的下行流将较粗的固体颗粒穿过条缝，进入条缝内衬和器壁所形成的空间中，但同时又由于内衬外焊接的筋板的存在，阻断了进入该空间内固液浆体的旋流，使进入该空间的下行流速急剧衰减，从而形成低速浆流。浆流中的固体颗粒在此下行流速和自重作用下缓缓落下，从而不会对水力旋流器器壁造成磨损。当然固体颗粒物不可避免地要与条缝内衬接触，但条缝的存在，使靠近条缝内衬的固液浆流始终无法形成高速旋转的液流，从而大大减轻了对内衬的磨损。即该实用新型从机理上大大降低了固体颗粒对器壁及条缝内衬的磨损，提高水力旋流器的耐磨性及使用寿命。
[0019]4.现有水力旋流器，其内衬和器壁直接粘合在一起，之间没有空隙，在水力旋流器工作时，虽然较粗颗粒受到较大的离心力而向器壁运动，但由于固液浆体的旋转流动，难免将已到器壁的较粗固体颗粒又返混到溢流浆体中，从而降低了水力旋流器的分级效率。而对于本实用新型，与以往内衬的结构不同，内衬和器壁之间形成了一定的空间，较粗颗粒在离心力作用下穿过条缝进入该空间后，只能缓缓落下通过沉沙嘴排除，将难以再返混到溢流浆体中，因而提高了水力旋流器的分级效率，即提供一种高效的水力旋流器。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型的一种结构示意图；
[0021]图2是图1的俯视图；
[0022]图3是实施例3中图1的A-A剖视图；
[0023]图4是一种螺旋形条缝内衬的三维图；
[0024]图5是一种竖形条缝内衬的三维图；
[0025]图6是一种横形条缝内衬的三维图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步的说明，对本实用新型保护范围不局限于所述内容。
[0027]实施例1:本条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器包括给矿管1、溢流管2、圆柱简体3、圆锥体4、沉沙嘴5、条缝内衬6和筋板7，在圆柱筒体3和圆锥体4的内壁增设条缝内衬6。条缝内衬6上面设置若干道条缝。如图5所示，本实施例中设置了若干道条缝，条缝呈竖形均匀排列在内衬上，上下层条缝间距为10-50mm。条缝长度为50_250mm，宽度为5-15mm，内衬与器壁的间隔距离一般为5_20mm，即条缝内衬外壁焊接的筋板宽度为5-20mm，条缝内衬顶部与圆柱筒体顶部平齐，条缝内衬底部距圆锥体底部垂直距离为50-300mm。本实施例中条缝长度为100mm，宽度为10mm，条缝呈竖形均匀排列在内衬上，上下层条缝间距为20mm，条缝内衬底部距圆锥体底部垂直距离为150mm。条缝内衬外壁焊接的筋板厚度为3mm，宽度为8mm，筋板与条缝内衬长度相同，筋板的数量为4块，筋板竖向垂直焊接在条缝内衬的外壁上，均匀焊接在条缝内衬前后左右四个位置。本实施例中圆柱筒体直径为250mm，给矿管与圆柱筒体上端的垂直距离为20mm，溢流管插入深度为100mm，圆锥体下端小圆直径为25mm，锥角为20°。
[0028]如图2所示，圆柱筒体上部水平地装有给矿管，与圆柱筒体上端的垂直距离为20mm，给矿管的一端穿过圆柱筒体和条缝内衬，给矿管与条缝内衬的内壁相切。在条缝内衬上将给矿管与条缝内衬相交的面切除，使固液浆体在给矿压力下进入水力旋流器条缝内衬内部，条缝内衬外壁焊接有筋板。
[0029]上述条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器的工作过程如下:固液浆体在给矿压力下由给矿管I进入水力旋流器圆柱筒体3内部，但条缝内衬6的存在，避免了固体颗粒对水力旋流器器壁的磨损。固液浆体在离心力的作用下，在水力旋流器内部进行旋流，颗粒较大的向边壁靠近，继而向下旋流，然而条缝内衬上条缝的存在，靠近边壁的下行流将较粗的固体颗粒穿过条缝，进入条缝内衬和水力旋流器器壁所形成的空间中，但由于条缝内衬外壁筋板的存在，阻断了固液浆体的旋流，使固液浆体的下行流速衰减，形成低速浆流。浆流中的固体颗粒在此下行流速和自重作用下缓缓落下，颗粒较粗的固体从沉砂嘴5排除。粒径较小的固体颗粒受到离心力小，处于回转流中心并随矿浆液体向上运动，最终由溢流管2排出成为溢流。在此过程中，固液浆体直接与条缝内衬接触、磨损，从而不会对水力旋流器器壁造成磨损。虽然固体颗粒与条缝内衬接触，但条缝的存在，靠近内衬的固液浆流始终无法形成高速旋转的浆流，从而大大减轻了对条缝内衬的磨损，即提高了水力旋流器的耐磨性，延长了水力旋流器的使用寿命。
[0030]实施例2:—种条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器如图1、图2、图3所示。该装置除条缝内衬6外，其余部件组成和技术参数与实施例1相同。
[0031]如图2所示，圆柱筒体上部水平地装有给矿管，与圆柱筒体上端的垂直距离为20mm，给矿管的一端穿过圆柱筒体和条缝内衬，给矿管与条缝内衬的内壁相切。在条缝内衬上将给矿管与条缝内衬相交的面切除，使固液浆体在给矿压力下进入水力旋流器条缝内衬内部，条缝内衬外壁焊接有筋板。
[0032]在本实施例中，条缝内衬6结构如图6所示，条缝呈环形分布在内衬上，条缝的宽度为10mm，上下层条缝的间距为100mm，首层条缝离内衬上端距离为41mm。
[0033]上述条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器的工作过程如下:固液浆体在给矿压力下由给矿管I进入水力旋流器圆柱筒体3内部，但条缝内衬6的存在，避免了固体颗粒对水力旋流器器壁的磨损。固液浆体在离心力的作用下，在水力旋流器内部进行旋流，颗粒较大的向边壁靠近，继而向下旋流，然而条缝内衬上条缝的存在，靠近边壁的下行流将较粗的固体颗粒穿过条缝，进入条缝内衬和水力旋流器器壁所形成的空间中，但由于条缝内衬外壁筋板的存在，阻断了固液浆体的旋流，使固液浆体的下行流速衰减，形成低速浆流。浆流中的固体颗粒在此下行流速和自重作用下缓缓落下，颗粒较粗的固体从沉砂嘴5排除。粒径较小的固体颗粒受到离心力小，处于回转流中心并随矿浆液体向上运动，最终由溢流管2排出成为溢流。在此过程中，固液浆体直接与条缝内衬接触、磨损，从而不会对水力旋流器器壁造成磨损。虽然固体颗粒与条缝内衬接触，但条缝的存在，靠近内衬的固液浆流始终无法形成高速旋转的浆流，从而大大减轻了对条缝内衬的磨损，即提高了水力旋流器的耐磨性，延长了水力旋流器的使用寿命。
[0034]实施例3:—种条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器如图1、图2、图3所示。该装置除条缝内衬6外，其余部件组成和技术参数与实施例1相同。
[0035]如图2所示，圆柱筒体上部水平地装有给矿管，与圆柱筒体上端的垂直距离为20mm，给矿管的一端穿过圆柱筒体和条缝内衬，给矿管与条缝内衬的内壁相切。在条缝内衬上将给矿管与条缝内衬相交的面切除，使固液浆体在给矿压力下进入水力旋流器条缝内衬内部，条缝内衬外壁焊接有筋板。
[0036]在本实施例中，条缝内衬6结构如图4所示，条缝呈螺旋形分布在内衬上，条缝的宽度为10mm。上述条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器的工作过程如下:固液浆体在给矿压力下由给矿管I进入水力旋流器圆柱筒体3内部，但条缝内衬6的存在，避免了固体颗粒对水力旋流器器壁的磨损。固液浆体在离心力的作用下，在水力旋流器内部进行旋流，颗粒较大的向边壁靠近，继而向下旋流，然而条缝内衬上条缝的存在，靠近边壁的下行流将较粗的固体颗粒穿过条缝，进入条缝内衬和水力旋流器器壁所形成的空间中，但由于条缝内衬外壁筋板的存在，阻断了固液浆体的旋流，使固液浆体的下行流速衰减，形成低速浆流。浆流中的固体颗粒在此下行流速和自重作用下缓缓落下，颗粒较粗的固体从沉砂嘴5排除。粒径较小的固体颗粒受到离心力小，处于回转流中心并随矿浆液体向上运动，最终由溢流管2排出成为溢流。在此过程中，固液浆体直接与条缝内衬接触、磨损，从而不会对水力旋流器器壁造成磨损。虽然固体颗粒与条缝内衬接触，但条缝的存在，靠近内衬的固液浆流始终无法形成高速旋转的浆流，从而大大减轻了对条缝内衬的磨损，即提高了水力旋流器的耐磨性，延长了水力旋流器的使用寿命。
【权利要求】
1.一种条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器，其特征在于该装置由给矿管(1)、溢流管(2)、圆柱筒体(3)、圆锥体(4)、沉砂嘴(5)、条缝内衬(6)、筋板(7)组成； 圆柱筒体(3)上端与溢流管(2)下部通过法兰盘同中心连接，圆柱筒体(3)下端与圆锥体(4)上端通过法兰盘连接，圆锥体(4)下端与沉砂嘴(5)通过法兰盘连接；条缝内衬(6)位于圆柱筒体(3)和圆锥体⑷内部，条缝内衬(6)外壁与圆柱筒体⑶内壁和圆锥体(4)内壁间的距离均为5-20mm，条缝内衬(6)由筋板(7)支撑固定； 圆柱筒体⑶上部水平地装有给矿管(1)，与圆柱筒体⑶上端的垂直距离为10-50_，给矿管⑴的一端穿过圆柱筒体(3)和条缝内衬(6)，给矿管⑴与条缝内衬(6)的内壁相切。
2.根据权利要求1所述的条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器，其特征在于所述的溢流管(2)插入圆柱筒体(3)的深度为圆柱筒体(3)高度的0.5-0.8倍。
3.根据权利要求1所述的条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器，其特征在于所述的圆锥体(4)上端大圆直径与圆柱筒体(3)直径相同，底端小圆直径为圆柱筒体(4)直径的0.06-0.20倍，圆锥体(4)锥角为15° -30。。
4.根据权利要求1所述的条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器，其特征在于所述的条缝内衬(6)上设有若干道条缝，条缝宽度为5-15mm，按一定规律排列在内衬上，条缝内衬(6)顶部与圆柱筒体(3)顶部平齐，条缝内衬(6)底部距圆锥体(4)底部垂直距离为50-300mmo
5.根据权利要求1所述的条缝内衬高效耐磨固液分离水力旋流器，其特征在于所述的筋板(7)厚度为2-10mm，宽度为5-20mm，筋板(7)与条缝内衬(6)长度相同，筋板(7)的数量为3-5块，筋板(7)竖向垂直焊接在条缝内衬(6)的外壁上，均匀分布。
【文档编号】B04C5/085GK204247402SQ201420696269
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】向晓东, 周大伟, 闫洁洁, 秦显显, 李治男 申请人:武汉科技大学