CN112138853B - 一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置及方法，在装置的分级箱内沿高度方向分布若干斜板且相邻斜板互为交错布置，由这些斜板与分级箱箱体共同构成若干级分选空间。方法为：固‑液混合流在分选空间内通过斜板诱导形成基于交替斜流的涡旋流态，用以扩大不同粒度颗粒在固‑液混合流所受离心力、剪切力、惯性力、流体阻力的差异，强化不同粒级物料运动轨迹和空间分布上的差异实现精细分级；斜板下表面的初级斜流用于增大分选空间的水力半径，降低雷诺数的同时大幅度提高弗劳德数，为颗粒分离提供稳定的水力条件；斜板上表面的次级斜流用于减小分选空间的水力半径，增大雷诺数的同时降低弗劳德数，为二次循环提供动量；最终分离出多种粒级的物料产品。

Description

一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置及方法

技术领域

本发明属于水力分级技术领域，特别是涉及一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置及方法。

背景技术

在复合力场中利用颗粒粒度性质的不同对颗粒进行分级处理，该技术已广泛应用于化工、冶金、矿物加工、制药、废水处理等众多领域。随着分级技术的不断进步和发展，细颗粒的精细化分级需求也日益增高，尤其是粒度低于100um的微细颗粒，在其固-液混合相中，由于不同粒度颗粒所受离心力、流体阻力、惯性力差异化程度较小，不同粒度颗粒的运动轨迹相似，此时常规旋流器、振动筛、浓密机、水析仪等分级设备将无法满足细颗粒的分级处理需要，并且这些常规分级设备普遍存在粒度适用性差、分级精度低、能耗高、分级效率低、设备结构复杂、生产加工成本高等问题。因此，只有在在复合力场中增强颗粒所受离心力、剪切力、流体阻力、惯性力等作用力在不同粒级颗粒之间的差异，才能提高颗粒的分级能力，但目前还有能够满足上述技术要求的水力分级设备。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置及方法，能够产生用于增强不同粒度颗粒之间离心力、剪切力和惯性力的涡旋流，同时能够产生用于增强不同粒度颗粒之间流体阻力的斜流，并且通过涡旋流与斜流的协同作用，有效强化了不同粒度颗粒之间运动行为的差异，提高颗粒在分选空间内部的停留时间，促使颗粒按照粒度形成不同的运动轨迹，使不同粒度颗粒沿轴向方向呈粒度逐渐降低的趋势分布，进而实现在无外部机械能输出入的低能耗环境下高效实现细颗粒的高精度分级。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置，包括分级箱、斜板、导流槽、导流弯头、给料口、排料口、尾料口、给料电磁阀、排料电磁阀及尾料电磁阀；所述分级箱竖着设置，所述斜板数量若干，若干斜板在分级箱内部沿高度方向均匀分布，若干斜板的倾斜角度相同且相邻斜板互为交错布置；所述导流槽位于分级箱的最底部，所述给料口设置在导流槽的进料端，所述给料电磁阀设置在给料口与导流槽进料端之间；所述导流槽与分级箱最底部的斜板具有相同的倾斜角度且二者平行分布；在每张所述斜板根部上方的分级箱箱体上均设置有一个排料口，且所有的排料口均配装有排料电磁阀；所述分级箱的顶部箱板倾斜设置，且分级箱顶部箱板的倾斜角度与分级箱最顶部的斜板具有相同的倾斜角度且二者交错分布；每张所述斜板头部正对的分级箱上均设置有导流弯头；所述尾料口设置在分级箱的最顶部，所述尾料电磁阀设置在尾料口处。

所述分级箱及导流槽的截面形状均为中间宽两头窄的菱形。

所述斜板的数量和倾斜角度根据颗粒分级精度进行设定；所述斜板的数量越多，颗粒粒度分级越精细；所述斜板的倾斜角度为15°～75°，且斜板的倾斜角度越大，大粒度颗粒的分离难度越低。

所述的基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置可采用单级运行模式或多级串联运行模式，在多级串联运行模式下，后一级装置的颗粒分级精度高于前一级的装置的颗粒分级精度，且相邻两极装置的串联接入点可为任一排料口。

一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级方法，采用了所述的基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置，包括如下过程：开启给料电磁阀，使设定流量的固-液混合流通过给料口进入导流槽内，固-液混合流中的固体颗粒在导流槽内进行分散，固体颗粒分散后的固-液混合流经过第一处导流弯头快速流入第一级分选空间内，而第一级分选空间则由分级箱箱体、下数第一张斜板和下数第二张斜板构成，固-液混合流在分选空间内通过斜板诱导形成基于交替斜流的涡旋流态，用以扩大不同粒度颗粒在固-液混合流所受离心力、剪切力、惯性力、流体阻力的差异，进而强化不同粒级物料运动轨迹和空间分布上的差异实现精细分级；其中，在斜板下表面形成初级斜流，在斜板上表面形成次级斜流；初级斜流用于增大分选空间的水力半径，降低雷诺数的同时大幅度提高弗劳德数，为颗粒分离提供稳定的水力条件；次级斜流用于减小分选空间的水力半径，增大雷诺数的同时降低弗劳德数，为二次循环提供动量；由于大粒度颗粒所受离心力、惯性力和流体阻力较大，其会在涡旋外周运动，在下置的斜板阻流作用下，大粒度颗粒优先与高速流动的混合流分离并形成粗颗粒流，夹带细颗粒的混合流经过第二处导流弯头快速流入第二级分选空间内，而第二级分选空间则由分级箱箱体、下数第二张斜板和下数第三张斜板构成，固-液混合流在第二级分选空间内进行再分选；依次类推，固-液混合流逐级上升，直到在最后一级分选空间内形成含有粒度最小或纯液相的尾料；随着每一级分选空间内不同粒度物料的逐渐增加，物料会在斜板与分级箱箱体侧壁形成的锥部空间和斜板上堆积，此时通过开启排料电磁阀即可将堆积的物料通过排料口排出，同时通过开启尾料电磁阀并按照设定排放量进行尾料排放。

本发明的有益效果：

本发明的基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置及方法，能够产生用于增强不同粒度颗粒之间离心力、剪切力和惯性力的涡旋流，同时能够产生用于增强不同粒度颗粒之间流体阻力的斜流，并且通过涡旋流与斜流的协同作用，有效强化了不同粒度颗粒之间运动行为的差异，提高颗粒在分选空间内部的停留时间，促使颗粒按照粒度形成不同的运动轨迹，使不同粒度颗粒沿轴向方向呈粒度逐渐降低的趋势分布，进而实现在无外部机械能输出入的低能耗环境下高效实现细颗粒的高精度分级。

附图说明

图1为本发明的一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置的实施例立体图；

图2为本发明的一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置的实施例正视图；

图3为本发明的一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置的实施例左视图；

图4为本发明的一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置的实施例俯视图；

图5为实施例中的基于涡旋斜流的细颗粒水力分级过程的效果示意图；

图中，1—分级箱，2—斜板，3—导流槽，4—导流弯头，5—给料口，6—排料口，7—尾料口，8—给料电磁阀，9—排料电磁阀，10—尾料电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～4所示，一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置，包括分级箱1、斜板2、导流槽3、导流弯头4、给料口5、排料口6、尾料口7、给料电磁阀8、排料电磁阀9及尾料电磁阀10；所述分级箱1竖着设置，所述斜板2数量若干，若干斜板2在分级箱1内部沿高度方向均匀分布，若干斜板2的倾斜角度相同且相邻斜板2互为交错布置；所述导流槽3位于分级箱1的最底部，所述给料口5设置在导流槽3的进料端，所述给料电磁阀8设置在给料口5与导流槽3进料端之间；所述导流槽3与分级箱1最底部的斜板2具有相同的倾斜角度且二者平行分布；在每张所述斜板2根部上方的分级箱1箱体上均设置有一个排料口6，且所有的排料口6均配装有排料电磁阀9；所述分级箱1的顶部箱板倾斜设置，且分级箱1顶部箱板的倾斜角度与分级箱1最顶部的斜板2具有相同的倾斜角度且二者交错分布；每张所述斜板2头部正对的分级箱1上均设置有导流弯头4；所述尾料口7设置在分级箱1的最顶部，所述尾料电磁阀10设置在尾料口7处。

所述分级箱1及导流槽3的截面形状均为中间宽两头窄的菱形。当采用上述截面形状后，即可促使流道面积先增大后减小，流道面积前程的扩张结构有助于提高混合物料中固体颗粒的分散性，流道面积后程的收缩结构与导流弯头4连通，一方面有助于提高分选空间内部的流体运动速度，另一方面可以强化涡旋流强度。

所述斜板2的数量和倾斜角度根据颗粒分级精度进行设定；所述斜板2的数量越多，颗粒粒度分级越精细；所述斜板2的倾斜角度为15°～75°，且斜板2的倾斜角度越大，大粒度颗粒的分离难度越低。

所述的基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置可采用单级运行模式或多级串联运行模式，在多级串联运行模式下，后一级装置的颗粒分级精度高于前一级的装置的颗粒分级精度，且相邻两极装置的串联接入点可为任一排料口6。

一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级方法，采用了所述的基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置，包括如下过程：开启给料电磁阀8，使设定流量的固-液混合流通过给料口5进入导流槽3内，固-液混合流中的固体颗粒在导流槽3内进行分散，固体颗粒分散后的固-液混合流经过第一处导流弯头4快速流入第一级分选空间内，而第一级分选空间则由分级箱1箱体、下数第一张斜板2和下数第二张斜板2构成，固-液混合流在分选空间内通过斜板2诱导形成基于交替斜流的涡旋流态，用以扩大不同粒度颗粒在固-液混合流所受离心力、剪切力、惯性力、流体阻力的差异，进而强化不同粒级物料运动轨迹和空间分布上的差异实现精细分级；其中，在斜板2下表面形成初级斜流，在斜板2上表面形成次级斜流；初级斜流用于增大分选空间的水力半径，降低雷诺数的同时大幅度提高弗劳德数，为颗粒分离提供稳定的水力条件；次级斜流用于减小分选空间的水力半径，增大雷诺数的同时降低弗劳德数，为二次循环提供动量；由于大粒度颗粒所受离心力、惯性力和流体阻力较大，其会在涡旋外周运动，在下置的斜板2阻流作用下，大粒度颗粒优先与高速流动的混合流分离并形成粗颗粒流，夹带细颗粒的混合流经过第二处导流弯头4快速流入第二级分选空间内，而第二级分选空间则由分级箱1箱体、下数第二张斜板2和下数第三张斜板2构成，固-液混合流在第二级分选空间内进行再分选；依次类推，固-液混合流逐级上升，直到在最后一级分选空间内形成含有粒度最小或纯液相的尾料；随着每一级分选空间内不同粒度物料的逐渐增加，物料会在斜板2与分级箱1箱体侧壁形成的锥部空间和斜板2上堆积，此时通过开启排料电磁阀9即可将堆积的物料通过排料口6排出，同时通过开启尾料电磁阀10并按照设定排放量进行尾料排放。如图5所示，为基于涡旋斜流的细颗粒水力分级过程的效果示意图。

本实施例中，共设计有六级分选空间，包括尾料在内，一共可以排出七种粒级的物料产品，每一级分选空间内的斜板2与分级箱1箱体之间均为无缝焊接方式相连，并且斜板2兼用导流板，斜板2采用U型空心板结构，斜板2的头部进行圆弧边界处理，一方面可以降低阻流作用，另一方面提高其耐磨强度；由于固-液混合流上升过程中存在能量和动量损耗，可使混合物料中的颗粒粒度呈逐渐减小变化趋势，最终形成由下至上的粒级逐渐降低的六级排料分布。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (5)

1.一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置，其特征在于：包括分级箱、斜板、导流槽、导流弯头、给料口、排料口、尾料口、给料电磁阀、排料电磁阀及尾料电磁阀；所述分级箱竖着设置，所述斜板数量若干，若干斜板在分级箱内部沿高度方向均匀分布，若干斜板的倾斜角度相同且相邻斜板互为交错布置；所述导流槽位于分级箱的最底部，所述给料口设置在导流槽的进料端，所述给料电磁阀设置在给料口与导流槽进料端之间；所述导流槽与分级箱最底部的斜板具有相同的倾斜角度且二者平行分布；在每张所述斜板根部上方的分级箱箱体上均设置有一个排料口，且所有的排料口均配装有排料电磁阀；所述分级箱的顶部箱板倾斜设置，且分级箱顶部箱板的倾斜角度与分级箱最顶部的斜板具有相同的倾斜角度且二者交错分布；每张所述斜板头部正对的分级箱上均设置有导流弯头；所述尾料口设置在分级箱的最顶部，所述尾料电磁阀设置在尾料口处。

2.根据权利要求1所述的一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置，其特征在于：所述分级箱及导流槽的截面形状均为中间宽两头窄的菱形。

3.根据权利要求1所述的一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置，其特征在于：所述斜板的数量和倾斜角度根据颗粒分级精度进行设定；所述斜板的数量越多，颗粒粒度分级越精细；所述斜板的倾斜角度为15°～75°，且斜板的倾斜角度越大，大粒度颗粒的分离难度越低。

4.根据权利要求1所述的一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置，其特征在于：所述的基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置采用单级运行模式或多级串联运行模式，在多级串联运行模式下，后一级装置的颗粒分级精度高于前一级的装置的颗粒分级精度，且相邻两极装置的串联接入点为任一排料口。

5.一种基于涡旋斜流的细颗粒水力分级方法，采用了权利要求1所述的基于涡旋斜流的细颗粒水力分级装置，其特征在于包括如下过程：开启给料电磁阀，使设定流量的固-液混合流通过给料口进入导流槽内，固-液混合流中的固体颗粒在导流槽内进行分散，固体颗粒分散后的固-液混合流经过第一处导流弯头快速流入第一级分选空间内，而第一级分选空间则由分级箱箱体、下数第一张斜板和下数第二张斜板构成，固-液混合流在分选空间内通过斜板诱导形成基于交替斜流的涡旋流态，用以扩大不同粒度颗粒在固-液混合流所受离心力、剪切力、惯性力、流体阻力的差异，进而强化不同粒级物料运动轨迹和空间分布上的差异实现精细分级；其中，在斜板下表面形成初级斜流，在斜板上表面形成次级斜流；初级斜流用于增大分选空间的水力半径，降低雷诺数的同时大幅度提高弗劳德数，为颗粒分离提供稳定的水力条件；次级斜流用于减小分选空间的水力半径，增大雷诺数的同时降低弗劳德数，为二次循环提供动量；由于大粒度颗粒所受离心力、惯性力和流体阻力较大，其会在涡旋外周运动，在下置的斜板阻流作用下，大粒度颗粒优先与高速流动的混合流分离并形成粗颗粒流，夹带细颗粒的混合流经过第二处导流弯头快速流入第二级分选空间内，而第二级分选空间则由分级箱箱体、下数第二张斜板和下数第三张斜板构成，固-液混合流在第二级分选空间内进行再分选；依次类推，固-液混合流逐级上升，直到在最后一级分选空间内形成含有粒度最小或纯液相的尾料；随着每一级分选空间内不同粒度物料的逐渐增加，物料会在斜板与分级箱箱体侧壁形成的锥部空间和斜板上堆积，此时通过开启排料电磁阀即可将堆积的物料通过排料口排出，同时通过开启尾料电磁阀并按照设定排放量进行尾料排放。

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