一种用于卧螺离心机抗汽蚀的前置螺旋导流装置的制作方法

本发明属于离心机领域，具体涉及一种用于卧螺离心机抗汽蚀的前置螺旋导流装置。

背景技术：

汽蚀现象是各类流体机械普遍存在的问题，当液体流动到低压区时，局部压力低于液体的汽化压力，部分液体就会发生汽化，生成的气泡将随液体从低压区进入高压区，并在高压区气泡会急剧收缩、凝结，其周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占空间，产生高强度的冲击波冲击叶片，从而产生噪音甚至引起震动。

卧螺离心机在分离含气量高、汽化压力小的物料时往往会伴随着空化现象，待分离物料从进料管进入物料配给室的过程中，进料管中的沿程损失会导致进料口物料压力降低，而螺旋输送器的旋转作用，会造成物料的流动方向突然改变，这些因素都会导致物料配给室和分离室中产生严重的空化现象。

物料进入分离室后，在离心力的作用下，空泡很容易分离出来，并迅速扩大。这些自身密度小、速度低的空泡除了会带起固体颗粒，还会造成液层表面周向速度的滞后，降低离心分离效果。更严重的，这些空泡沿轴向移动到高压区后会在螺旋叶片表面溃灭，对叶片造成空蚀，由于连续的空蚀作用以及液体中微量溶解氧的化学腐蚀作用，螺旋叶片局部表面出现斑痕和裂纹甚至成海绵状损坏，破坏了螺旋输送器的动平衡，产生噪音并导致卧螺离心机在分离过程中的剧烈震动。最终降低了卧螺离心机的分离效果，增加了运行风险。因此卧螺离心机中频繁发生汽蚀的问题急待技术攻关解决。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的卧螺离心机在分离含气量高、汽化压力小的物料时抗汽蚀能力较弱的问题，本发明提供一种用于卧螺离心机抗汽蚀的前置螺旋导流装置。

本发明采用的技术方案是：

本申请实施例提供一种用于卧螺离心机抗汽蚀的前置螺旋导流装置，所述卧螺离心机包括罩壳，所述罩壳内可转动设有转鼓，所述转鼓内可转动地设有螺旋输送器，且所述罩壳、所述转鼓和所述螺旋输送器均同轴设置；

所述罩壳的左端上开设有固相出口，所述罩壳的右端上开设有液相出口；所述转鼓的左端上开设有出渣口，所述转鼓的右端上开设有溢流口；且所述转鼓的内腔的左端与所述罩壳的内腔的左端通过所述出渣口相连通，所述转鼓的内腔的右端与所述罩壳的内腔的右端通过所述溢流口相连通；

所述螺旋输送器包括螺旋输送器本体，所述螺旋输送器本体上沿着所述螺旋输送器本体的中心轴方向设置有螺旋延伸的螺旋输送器叶片；所述螺旋输送器本体内的右端设有与所述螺旋输送器本体同轴固定相连的螺旋输送器轴，且所述螺旋输送器轴的右端连接有用于驱动所述述螺旋输送器轴转动的驱动装置；所述螺旋输送器本体内的左端设有物料配给室，进料管的出口端沿着所述螺旋输送器的中心轴方向延伸至所述物料配给室的左端，且所述进料管的出口端与所述物料配给室相连通，以给所述所述物料配给室供料，所述进料管的进口端外露于所述罩壳；所述螺旋输送器本体的左端上还设有出料口；

所述前置螺旋导流装置设置在所述物料配给室内，所述导流装置包括前置螺旋轴，且所述前置螺旋轴的右端同轴固定在所述螺旋输送器轴的左端上，所述前置螺旋轴的左端位于所述所述物料配给室并面向所述进料管的出口端；

所述前置螺旋导流装置与所述物料配给室的内壁之间的间隙形成流道，且所述流道与所述转鼓的内腔通过所述出料口相连通；

所述前置螺旋轴外沿着所述前置螺旋轴的中心轴方向螺旋叠设有第一前置螺旋叶片和第二前置螺旋叶片，且所述第一前置螺旋叶片和所述第二前置螺旋叶片的螺旋方向均与所述螺旋输送器叶片的螺旋方向相反。

进一步的，所述第一前置螺旋叶片和所述第二前置螺旋叶片错开设置，且所述第一前置螺旋叶片和所述第二前置螺旋叶片的相位相差180°。

进一步的，所述前置螺旋轴呈圆锥状，所述前置螺旋轴面向所述进料管的左端为小头端，且所述左端为圆弧面。

进一步的，所述进料管是渐缩管，即所述进料管呈锥角为5°～15°的圆锥状，所述进料管的左端为小头端，所述进料管面向所述物料配给室的右端为大头端。

进一步的，所述物料配给室呈空心的圆锥体状，所述物料配给室的锥角与所述前置螺旋轴的锥角相同，且所述物料配给室和所述前置螺旋轴的锥角为10°～30°。

进一步的，所述第一前置螺旋叶片和所述第二置螺旋叶片的外边缘到所述物料配给室同侧内壁的径向距离相同。

进一步的，所述第一前置螺旋叶片和所述第二置螺旋叶片的外边缘到所述物料配给室同侧内壁的径向距离均为1mm。

本发明的有益效果体现在：

(1)加装本实施例所述的前置螺旋导流装置之后，所述螺旋输送器的物料配给室内的流道变窄，待分离物料进入所述前置螺旋导流装置后，产生预旋，周向流速增加，减小了物料与分离液池的速度差，提高了卧螺离心机入口分离区的分离效率，节省了物料加速的能量。

(2)待分离物料首先通过渐缩式的进料管进入物料分离室，由于渐缩式进料管可以减小物料的沿程阻力损失，因此可以保证物料通过进料管后的压降不会过大；之后待分离物料进入旋转的前置螺旋导流装置后，由于流道狭长且第一前置螺旋叶片和第二前置螺旋叶片冲角较小，第一前置螺旋叶片和第二前置螺旋叶片有足够的时间与空间对待分离物料挤压做功，使得物料压能增加，从而减轻入口分离区空化现象，降低了汽蚀的可能性，大大改善了卧螺离心机因汽蚀而导致的螺旋输送叶片局部表面出现斑痕和裂纹甚至成海绵状损坏的情况，保证卧螺离心机长期运行不产生噪音和剧烈震动。前置螺旋导流装置在提高卧螺离心机抗汽蚀性的基础上，对物料流动的流畅性并不产生负面影响，反而提高了流畅性。

(3)所述前置螺旋轴呈圆锥状，所述前置螺旋轴面向所述进料管的左端为小头端，且所述左端为圆弧面，所述圆弧面可有效减少所述物料的压损。

附图说明

图1是一实施例中螺旋输送器的结构示意图；

图2是一实施例中卧螺离心机的局部剖视图；

图3是一实施例中一种用于卧螺离心机抗汽蚀的前置螺旋导流装置的结构示意图；

图4是图3中从a方向看的轴向图；

图5是图3中从b方向看的轴向图；

图6是一实施例中前置螺旋叶片在直径d＝120mm处的展开曲线示意图。

附图标记说明：1-螺旋输送器，2-螺旋输送器叶片，3-出料口，4-进料管，5-物料配给室，6-前置螺旋导流装置，6a-第一前置螺旋叶片，6b-第二前置螺旋叶片，6c-前置螺旋轴，7-螺旋输送器轴，8-转鼓，9-罩壳，10-左轴承，11-右轴承，12-差速器，13-溢流口，14-液相出口，15-固相出口，16-出渣口，17-分离液池，e-入口分离区，n-进口边，m-出口边，β1-进口安装角，β2-出口安装角。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照附图，本实施例提供一种用于卧螺离心机抗汽蚀的前置螺旋导流装置，所述卧螺离心机包括罩壳9，所述罩壳9内可转动设有转鼓8，所述转鼓8内可转动地设有螺旋输送器1，且所述罩壳9、所述转鼓8和所述螺旋输送器1均同轴设置；

具体的，所述罩壳9和所述转鼓8内均设有贯通的内腔。所述转鼓8通过电机驱动，且所述转鼓8的左端通过左轴承10与所述电机同轴相连，以带动所述转鼓8转动。所述螺旋输送器1通过螺旋输送器驱动装置驱动。

所述罩壳9的左端上开设有固相出口15，所述罩壳9的右端上开设有液相出口14；所述转鼓8的左端上开设有出渣口16，所述转鼓的右端上开设有溢流口13；且所述转鼓8的内腔的左端与所述罩壳9的内腔的左端通过所述出渣口16相连通，所述转鼓8的内腔的右端与所述罩壳9的内腔的右端通过所述溢流口13相连通；

所述螺旋输送器1包括螺旋输送器本体，所述螺旋输送器本体上沿着所述螺旋输送器本体的中心轴方向设置有螺旋延伸的螺旋输送器叶片2；所述螺旋输送器本体内的右端设有与所述螺旋输送器本体同轴固定相连的螺旋输送器轴7，且所述螺旋输送器轴7的右端连接有用于驱动所述述螺旋输送器轴7转动的驱动装置；所述螺旋输送器本体内的左端设有物料配给室5，进料管4的出口端沿着所述螺旋输送器1的中心轴方向延伸至所述物料配给室5的左端，且所述进料管4的出口端与所述物料配给室5相连通，以给所述所述物料配给室5供料，所述进料管4的进口端外露于所述罩壳9；所述螺旋输送器本体的左端上还设有出料口3；

具体的，所述螺旋输送器轴7的右端依次通过右轴承11和差速器12与驱动装置相连，所述驱动装置可为电机。

所述前置螺旋导流装置6设置在所述物料配给室5内，所述导流装置6包括前置螺旋轴6c，且所述前置螺旋轴6c的右端同轴固定在所述螺旋输送器轴7的左端上，所述前置螺旋轴6c的左端位于所述所述物料配给室5并面向所述进料管4的出口端；

所述前置螺旋导流装置6与所述物料配给室5的内壁之间的间隙形成流道，且所述流道与所述转鼓8的内腔通过所述出料口3相连通；

所述前置螺旋轴6c外沿着所述前置螺旋轴6c的中心轴方向螺旋叠设有第一前置螺旋叶片6a和第二前置螺旋叶片6b，且所述第一前置螺旋叶片6a和所述第二前置螺旋叶片6b的螺旋方向均与所述螺旋输送器叶片2的螺旋方向相反。

具体的，在本实施例中，如图3所示，自a方向看，所述第一前置螺旋叶片6a和所述第二前置螺旋叶片6b沿逆时针方向螺旋，所述螺旋输送器叶片2沿顺时针方向螺旋。

具体的，所述螺旋输送器本体包括左端的圆锥体段和右端的圆柱体段，且所述圆锥体段的右端与所述圆柱体的左端同轴相连，所述进料管4靠近所述圆柱体段和所述圆锥体段的连接处，且所述出料口3开设在所述圆柱体段的圆周面上。

进一步的，所述第一前置螺旋叶片6a和所述第二前置螺旋叶片6b错开设置，且所述第一前置螺旋叶片6a和所述第二前置螺旋叶片6b的相位相差180°。

进一步的，所述前置螺旋轴6c呈圆锥状，所述前置螺旋轴6c面向所述进料管4的左端为小头端，且所述左端为圆弧面。

具体的，所述圆弧面可有效减少所述物料的压力损失。

进一步的，所述进料管4是渐缩管，即所述进料管4呈锥角为5°～15°的圆锥状，所述进料管4的左端为小头端，所述进料管4面向所述物料配给室5的右端为大头端。

具体的，物料自所述进料管4进入所述物料配给室5内，由于渐缩式的进料管4可以减小物料的沿程阻力损失，因此可以保证物料通过进料管4后的压降不会过大。

进一步的，所述物料配给室5呈空心的圆锥体状，所述物料配给室5的锥角与所述前置螺旋轴6c的锥角相同，且所述物料配给室5和所述前置螺旋轴6c的锥角为10°～30°。

进一步的，所述第一前置螺旋叶片6a和所述第二置螺旋叶片6b的外边缘到所述物料配给室同侧内壁的径向距离相同，且均为1mm。

进一步的，为取得良好的抗汽蚀性能，所述第一前置螺旋叶片6a和所述第二置螺旋叶片6b的进口边n和出口边m均修圆，进口边n修圆半径r1为进口轮缘直径d1的0.32倍，出口边m修圆半径r2为出口轮缘直径d2的0.32倍；进口边n和出口边m在所述前置螺旋轴6c左端面所在圆上对应的叶片包角α＝70°～90°，如图4、图5所示。

具体的，进口边n(进口边n即第一前置螺旋叶片6a和所述第二置螺旋叶片6b面向进料管4的一端的起始弧线)为图4中加粗弧线部分，出口边m(出口边m即第一前置螺旋叶片6a和所述第二置螺旋叶片6b远离进料管4的一端的结束弧线)为图5中加粗弧线部分。进口边n修圆即进口边n所在圆o1，出口边m修圆即出口边m所在圆o2；进口边n修圆半径r1为进口边n的半径，出口边m修圆半径r2为出口边m的半径。图4中的o1是进口边n所在圆的圆心，图5中的o2是出口边m所在圆的圆心。进口边n轮缘直径d1为两进口边n之间的距离，出口边m轮缘直径d2为两出口边m之间的距离。

进一步的，为取得良好的抗汽蚀性能，所述第一前置螺旋叶片6a和所述第二置螺旋叶片6b的进口安装角β1为9°～25°，出口安装角β2为20°～40°，如图3所示。

进一步的，所述第一前置螺旋叶片6a或所述第二置螺旋叶片6b在任意直径d处的展开曲线表达式为：

在式(1)中：β1、β2分别是任意直径d处螺旋叶片进口安装角和出口安装角，θ为第一前置螺旋叶片6a或所述第二置螺旋叶片6b进口到该直径d处的旋转角度，单位为°，为第一前置螺旋叶片6a或所述第二置螺旋叶片6b进口到出口总的旋转角度，y为第一前置螺旋叶片6a或所述第二置螺旋叶片6b的轴向高度。

具体的，所述展开曲线表达式(1)的求解过程如下：

令k为螺距，x为第一前置螺旋叶片6a或所述第二置螺旋叶片6b旋转一定角度后的弧长，

假设k与x的函数关系为k＝ax+b，

根据进出口边界条件(x＝x1＝0时，k＝k1；x＝x2时，k＝k2；其中：x1为第一前置螺旋叶片6a或所述第二置螺旋叶片6b旋转0°后的弧长，x2为第一前置螺旋叶片6a或所述第二置螺旋叶片6b旋转720°后的弧长。

可得：

由于所述第一前置螺旋叶片6a或所述第二置螺旋叶片6b轴向截面径向上的螺距是相等的，

即k＝πdtanβ，弧长

故

引入第一前置螺旋叶片6a或所述第二置螺旋叶片6b轴向高度y，单位为mm，由第一前置螺旋叶片6a或所述第二置螺旋叶片6b的展开图可以知道y′＝tanβ，则：

整理即可得

本实施例所述一种用于卧螺离心机抗汽蚀的前置螺旋导流装置的作用原理如下：

所述驱动装置通过所述螺旋输送器轴7带动所述螺旋输送器1和所述前置螺旋导流装置6转动，电机带动所述转鼓8转动，且所述螺旋输送器轴7与所述转鼓8的转速不同。

物料自所述进料管4进入所述物料配给室5内，由于渐缩式的进料管4可以减小物料的沿程阻力损失，因此可以保证物料通过进料管4后的压降不会过大；随后，待分离的物料进入所述前置螺旋导流装置6后，由于所述流道狭长且第一前置螺旋叶片6a和第二前置螺旋叶片6b的冲角较小，第一前置螺旋叶片6a和第二前置螺旋叶片6b有足够的时间与空间对待分离物料挤压做功，使得物料压能增加。

接着，物料经出料口3进入所述转鼓8的内腔，所述物料沿着所述螺旋输送器叶片2运动并被分离成液体和固体，其中的液体自所述溢流口13进入罩壳9内，并自所述液相出口14流出，其中的固体自出渣口16进入罩壳9内，并自所述固相出口15流出。

由于物料在所述物料配给室5内压能增加，从而减轻了入口分离区e(转鼓9内腔靠近出料口3的区域)的空化现象，降低了汽蚀的可能性，大大改善了卧螺离心机因汽蚀而导致的螺旋输送叶片局部表面出现斑痕和裂纹甚至成海绵状损坏的情况，保证卧螺离心机长期运行不产生噪音和剧烈震动。

本申请实施例至少具有以下有益效果：

(1)加装本实施例所述的前置螺旋导流装置6之后，所述螺旋输送器1的物料配给室5内的流道变窄，待分离物料进入所述前置螺旋导流装置6后，产生预旋，周向流速增加，减小了物料与分离液池17(物料由于离心力在转鼓8内壁面上所形成的环形液池即为所述分离液池17)的速度差，提高了卧螺离心机入口分离区e的分离效率，节省了物料加速的能量。

(2)待分离物料首先通过渐缩式的进料管4进入物料分离室5，由于渐缩式进料管4可以减小物料的沿程阻力损失，因此可以保证物料通过进料管4后的压降不会过大；之后待分离物料进入旋转的前置螺旋导流装置6后，由于流道狭长且第一前置螺旋叶片6a和第二前置螺旋叶片6b冲角较小，第一前置螺旋叶片6a和第二前置螺旋叶片6b有足够的时间与空间对待分离物料挤压做功，使得物料压能增加，从而减轻入口分离区e空化现象，降低了汽蚀的可能性，大大改善了卧螺离心机因汽蚀而导致的螺旋输送叶片局部表面出现斑痕和裂纹甚至成海绵状损坏的情况，保证卧螺离心机长期运行不产生噪音和剧烈震动。前置螺旋导流装置6在提高卧螺离心机抗汽蚀性的基础上，对物料流动的流畅性并不产生负面影响，反而提高了流畅性。

(3)所述前置螺旋轴呈圆锥状，所述前置螺旋轴面向所述进料管的左端为小头端，且所述左端为圆弧面，所述圆弧面可有效减少所述物料的压损。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的例举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。