分流比对分离功率的影响分析

段生鹏，刘太珍，李艳美

中核陕西铀浓缩有限公司，陕西汉中 723312

离心机分离功率与分流比、转速、转筒长度、转子半径等因素有关，但在工厂运行级联中离心机一旦确定，离心机线速度、转筒长度、转子半径等因素也就确定了，能调整的也就是通过调整级联贫料压力和供料流量来改变离心机分流比了。对单机而言，分流比θ 是影响其分离性能ε 和分离功率δU的重要因素。而对于级联而言，各级分流比的合理配置可以有效减小混合损失，进一步提高级联效率。因此我们有必要研究一下离心机单机分流比和级联分流比的变化对级联分离功率的影响，从而探索出离心机分流比的合理范围。

1 分流比和级联分离功率的理论分析

1.1 常用计算公式

θ：分流比；g+：轻馏分流量；g：流量；ε：分离性能

α：浓化分离系数；β 贫化分离系数；δU：分离功率；

1.2 主要参数关系

在理想级联中，分离功率在分流比约为0.5 取得最大值，而通过对目前实际运行的复合材料离心机的研究试验，发现与理想级联的情况有较大的不同。

1.2.1θ 和g0、Pt 的关系

通过试验发现离心机实际运行的过程中（1）式在g0 一定时，θ 主要靠贫料压力Pt 来调节。θ 随Pt 的变化趋势如图1 所示：

图1θ、g0、Pt 的关系曲线

从图1 可以看出：

1）在g0 一定时，分流比θ 随着Pt 的增加而增加；

2）在Pt 一定时，分流比θ 随着g0 的增加而减小。

1.2.2ε 和θ、g 的关系

通过试验发现在g 不变，θ=0.4 时，ε 有极大值，其趋势曲线如图2。

图2 ε 和θ 关系曲线

从图2 可以看出：

1）分离比θ 一定时，分离性能ε 随着g 的增加而减小；

2）供料流量g 一定时，分离性能ε 与θ 成抛物线变化，且在θ ≈0.4 时，有极大值。

1.2.3 δU 和θ 的关系

通过试验，综合（2）、（3）（4）式，可得到当g 一定时，δU 和θ 的关系，如图3。

图3 δU 和θ 关系曲线

通过图3 可以看出：

1）在g 一定时，当θ=0.44 时，δU 有极大值，这与理想级联的情况有所不同；

2）当θ=0.44 时，单机分离功率最大，但在实际级联中，考虑混合损失的影响，通常采取对称分离，尽可能减小混合损失。即已知：

根据（2）、（6）、（7）式，得：θ ≈0.46。也就是说在考虑级联整体的总分离功率和效率时，θ 的合理取值应该在0.46左右。

1.2.4 δU 和Pt 的关系

在流量g 不变时，调整贫料压力以此来改变分离比，再综合（2）（4）（5）、（6）式的计算，可得δU 和Pt 的关系，如图4。

图4 δU 和Pt 关系曲线

通过图4 可以看出：

1）不同流量情况下，分离功率的最大值是不同的，流量越大其对应分离功率的最大值也越大；

2）流量越大其分离功率取最大值时的贫料压力也越大；

3）分离功率随贫料压力呈曲线形式变化且有极大值。

2 运行级联分流比的变化趋势分析

2.1 运行级联趋势变化

通过对实际运行级联分离功率和分流比的历年变化统计，发现实际运行级联分离功率随着运行时间的加长而逐年减少的，且级联贫料端分流比是逐渐增大的，精料端分流比是逐年减小的。另外从历年来级联计算对分流比θ 的修正系数来看，级联分流比θ 也是逐年减小的。

2.2 分流比最佳取值范围分析

对δU 和θ 的关系曲线进一步分析，发现θ 在0.38～0.44之间时，δU 单调递增，θ 在0.44～0.46 之间时，δU 单调递减。而通过历史趋势来看，级联θ 有减小趋势，因此当θ在0.46～0.44 之间时，单机δU 会随着θ 减小单调递增，这对级联性能变差具有约束作用；当θ 在0.44～0.38 之间时，单机δU 则会随着θ 减小单调递减，这会加速级联性能变差，见图5。

图5 δU 和θ 的关系曲线

3 结论

虽然理想级联在分流比约为0.5 时取得最大值，但就目前国内运行的复合材料离心机特性来看，对单机而言，分流比为0.44 时分离功率有最大值；而整个级联而言，有效的减小混合损失，应根据工况尽可能将实际运行中离心机分流比控制值0.44～0.46 之间，最好在0.46 左右，此时级联的混合损失最小，级联效率最高。

[1]张存镇主编.离心分离理论[M].北京：原子能出版社，1986.

[2]侯岩松.离心级联价值函数和分离功率的研究[D].北京：清华大学工程物理系，2001.

[3]陈利，应纯同.离心机分离功率的影响因素.同位素，2008，21(3)：129-134.