阅读说明：本技术 一种水力旋流器倒圆台形状确定方法 (Method for determining shape of inverted round table of hydrocyclone ) 是由 张彦飞 孙玉梅 王晓博 安凯 武世宏 隋新 陈祥光 于 2020-03-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种通过实验数据确定倒圆台形状的方法。采用常用的水力旋流器做实验,在距离下底面<Image he="18" wi="75" file="DEST_PATH_IMAGE001.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>处的倒圆台器壁上安装截面为半圆形的超声波测速管,其中<Image he="19" wi="13" file="891628DEST_PATH_IMAGE002.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>为可安装超声波测速管的最大数目。超声波测速管内部安装超声波测速仪,超声波测速仪通过导线与旋流器外部的计算机连接,计算机控制超声波测速仪并记录测量结果。通过该实验测出倒圆台不同高度器壁处的料浆速度,并由此计算出相应高度粗颗粒的离心力；限制不同高度的粗颗粒具有相同的离心力,并由计算出器壁到倒圆台轴线的理想距离；将这些理想距离拟合成一条直线就得到了倒圆台的母线,从而确定了倒圆台的高度。(The invention discloses a method for determining the shape of an inverted round table through experimental data. The experiment is carried out by adopting a common hydrocyclone, and the bottom surface is arranged at a lower distance An ultrasonic speed measuring tube with a semicircular section is arranged on the wall of the inverted circular truncated cone device, wherein The maximum number of the ultrasonic speed measuring tubes can be installed. The ultrasonic velocimeter is arranged in the ultrasonic velocimeter tube, the ultrasonic velocimeter is connected with a computer outside the cyclone tube through a wire, and the computer controls the ultrasonic velocimeter and records the measurement result. Measuring the slurry speeds of the wall parts of the inverted circular truncated cone at different heights through the experiment, and calculating the centrifugal force of coarse particles with corresponding heights; the coarse particles limiting different heights being identicalCentrifugal force and calculating the ideal distance from the wall to the axis of the inverted circular truncated cone; fitting the ideal distances into a straight line obtains the generatrix of the rounding table, thereby determining the height of the rounding table.)

一种水力旋流器倒圆台形状确定方法

技术领域

本发明涉及一种水力旋流器倒圆台形状确定方法，属于固液分离技术领域。

背景技术

水力旋流器是一种利用流体压力产生旋转运动，从而实现固液分离的装置，在选矿、冶金、环保、化工、轻工、煤炭、电力等行业均有广泛使用。水力旋流器上端呈圆筒形，下端呈倒圆台形。当料浆从进料口以一定的速度沿圆筒切线方向注入后，遇到旋流器器壁的阻挡被迫作回转运动。由于矿浆以很大速度旋转，固体粗、细颗粒和水所受的离心力各不相同，料浆中的固体粗颗粒所受的离心力大，能够克服水力阻力向器壁运动，并在自身重力的共同作用下，沿器壁螺旋向下运动，细而小的颗粒及大部分水则因受到的离心力小，未及靠近器壁即随料浆做回转运动。在后续料浆的推动下，粗颗粒继续向周边浓集，而细小颗粒及水则停留在中心区域。料浆从旋流器的圆筒部分流向倒圆台部分后，流动断面越来越小，在外层料浆收缩压迫之下，含有大量细小颗粒的内层料浆不得不改表方向，转而向上运动，形成内旋流，自溢流管排出，成为溢流；而粗大颗粒则继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终从底流口排出，成为沉砂。

由于进入旋流器中的料浆相互间的摩擦以及与器壁之间的摩擦，随着料浆的下沉，器壁附近粗颗粒的运动线速度不断减小，因此离心力也在不断减小，旋流器的下半部分设计成倒圆台形就是为了保证粗颗粒有足够的离心力向周边浓集。在圆筒和底流口内径一定的情况下，决定倒圆台形状的只有其母线与底面的夹角。随着夹角的增大，倒圆台逐步接近于圆柱，不利于粗颗粒向周边浓集。反之，随着夹角减小，倒圆台侧面逐步平缓，位于倒圆台下方的粗颗粒的离心力逐步增加，当其离心力超过倒圆台上方的离心力时粗颗粒开始向上运动，不利于固液分离。因此只有倒圆台母线与底面的夹角选择合适，才能保证水力旋流器具有最佳的固液分离效果。

发明内容

鉴于水力旋流器的固液分离效果与倒圆台母线和底面的夹角密切相关，本发明公开了一种通过实验数据确定倒圆台形状的方法。

由于倒圆台的上底面半径R与圆筒半径相同，下底面半径r为底流口4的半径，因此倒圆台形状的确定就是其高度的确定。为保证水力旋流器具有最佳的固液分离效果，无论粗颗粒在倒圆台中的高度如何，靠近倒圆台器壁的粗颗粒必须具有相同的离心力。本发明采用常用的水力旋流器做实验，在距离下底面h，2h,…,nh处的倒圆台器壁上安装截面为半圆形的超声波测速管，其中h为相邻两个超声波测速管之间的高度差，n为可安装超声波测速管的最大数目。超声波测速管内部安装超声波测速仪，超声波测速仪通过导线与旋流器外部的计算机连接，计算机控制超声波测速仪并记录测量结果。通过该实验测出倒圆台不同高度器壁处的料浆速度，并由此计算出相应高度粗颗粒的离心力；限制不同高度的粗颗粒具有相同的离心力，并由计算出器壁到倒圆台轴线的理想距离；将这些理想距离拟合成一条直线就得到了倒圆台的母线，从而确定了倒圆台的高度。

附图说明

图1是超声波测速管在水力旋流器内的安装示意图。

标号说明

1进料口，2溢流管，3超声波测速管，4底流口

具体实施方式

由于倒圆台的上底面半径R与圆筒半径相同，下底面半径r为底流口4的半径，因此倒圆台形状的确定就是其高度的确定。为保证水力旋流器具有最佳的固液分离效果，无论粗颗粒在倒圆台中的高度如何，靠近倒圆台器壁的粗颗粒必须具有相同的离心力。当质量为m的粗颗粒绕倒圆台的轴线以线速度v旋转时，所产生的离心力为mv²/(2r₀)，其中r₀为粗颗粒到倒圆台轴线的距离。采用常用的水力旋流器做实验，若能测出其倒圆台不同高度器壁处的料浆速度，就可以计算出相应高度粗颗粒的离心力；限制不同高度的粗颗粒具有相同的离心力，就可以计算出器壁到倒圆台轴线的理想距离。将这些理想距离拟合成一条直线就得到了倒圆台的母线，从而确定了倒圆台的高度。倒圆台高度的确定分如下步骤：

1.实验硬件配置

采用常用的水力旋流器，以H表示其倒圆台的高度。如图1所示，在距离下底面h，2h,…,nh处的倒圆台器壁上安装截面为半圆形的超声波测速管3，其中h为相邻两个超声波测速管3之间的高度差，n为满足nh≤H＜(n+1)h的正数，即可安装超声波测速管3的最大数目。超声波测速管3内部安装超声波测速仪，超声波测速仪通过导线与旋流器外部的计算机连接，计算机控制超声波测速仪并记录测量结果。

2.实验数据获取与离心力计算

启动料浆泵后料浆从进料口1流入旋流器，待细小颗粒和水从溢流管2流出且沉砂从底流口4排出后，计算机控制超声波测速仪测速并记录测量结果。以R和r分别表示倒圆台上下底面半径，v₁，v₂,…,v_n分别表示安装在距离下底面h，2h,…,nh处的超声波测速仪的测量结果，为保持离心力一致，对应高度上质量为m的粗颗粒到倒圆台轴线的理想距离依次为

3.直线拟合与倒圆台形状的确定

通常，一个倒圆台不可能在距离下底面h，2h,…,nh处其半径恰好为为此，用平面上的n个点

拟合一条经过点(H,R)的直线y＝a(x-H)+R，其中a为待定常数。

将n个点代入直线方程y＝a(x-R)+H中得到超定方程组

其最小二乘解为

在方程y＝a(x-H)+R中令y＝r可求出

此时就是所确定的倒圆台的高度。