水力旋流器压降的影响因素

杨 阳

（山西大学动力系，山西 太原030013）

水力旋流器压降的影响因素

杨 阳

（山西大学动力系，山西 太原030013）

水力旋流器是利用密度差进行多相分离的非均相机械分离设备，其结构简单，由进料管、柱段、锥段、溢流管和底流管组成，但内部液体的流动非常复杂。旋流器压降是非常重要的性能参数，直接影响内部的流场分布、颗粒运动及分级效率。通过对不同结构尺寸的水力旋流器进行性能实验，得出了水力旋流器压降的影响因素。

水力旋流器；压降；分离

压降是水力旋流器的重要参数，直接影响旋流器内的流场分布，固相颗粒的运动轨迹，以及最终的分离效果。赵庆国[1]等人通过实验揭示了旋流器处理量与压降之间的关系。本文通过旋流器性能实验揭示不同结构参数对压降的影响规律，对改进旋流器工作性能具有重要意义。

1 概述

水力旋流器的压力降指进口处压力与溢流管出口处的压力之差[2]。由于通常只考虑静压损失，假定溢流的动能等于进料的动能，且前者可回收，故可用压力降来表示液体通过旋流器后的能量损失。忽略重力的影响，可知通过水力旋流器的能量损失为：

式中，Ei、Eo、Eu分别表示进口、溢流口、底流口的能量；Q 为生产能力（m3/s）；Qu、Qo为底流和溢流流量（m3/s）；pi、po、pu分别为进口、溢流口和底流口处的压强力（Pa）；vi、vo、vu分别为进口、溢流口和底流口处的液体速度（m/s）；ρ为液体密度（kg/m3）.

2 实验系统

图1为实验系统图，主要由水力旋流器、压强表、电磁流量计、流量调节阀、浆液泵、浆液罐、搅拌电机以及相关的管道、阀门组成。在实验中，溢流口与底流口浆液均与大气相通，溢流与底流浆液直接排回浆液罐循环使用。因此式（1）中po、pu均为0；同时，由于待分离浆液在进口、溢流口、底流口的密度有较大的差别，在文中分别用 pi、po、pu表示，式（1）可整理为：

图1 实验系统图

进口浆液的密度经测量为1 136 kg/m3，溢流和底流浆液密度会随旋流器分级效率的改变而改变[3-4]。

3 结构参数对压降的影响

实验所采用石膏旋流器的尺寸见表1.旋流器不同溢流口和底流口直径的组合见表2（表2中排口比指溢流管与底流管直径的比值）。

表1 石膏旋流器几何尺寸（单位mm）

表2 不同结构尺寸下水力旋流器压降

由表2可以得出：当出口总面积不变，即溢流口直径与底流口直径之和相等时，入口压强随排口比的变化并不明显，可以认为入口压强的大小主要与旋流器两端的出口总面积有关。但旋流器的压降在出口总面积一致时，随排口比的增大而减小，这是由于底流浆液主要为固体颗粒，液体含量较少，底流浆液密度高于溢流浆液，因此浆液在底流管内流动时受到的阻力比较大，同时底流管直径一般小于溢流口直径，所以当排口比增大，即底流管直径增大时，底流浆液排出所受阻力将减小，因此旋流器内的压降也有明显降低。

从表2还可以看出，溢流管直径为40 mm，底流管直径分别为30 mm和20 mm时，对应旋流器的压降分别为0.066 MPa和0.077 MPa；而底流管直径为25 mm，溢流管直径分别为45 mm和35 mm时，对应旋流器的压降分别为0.067 MPa和0.07 MPa，其变化幅度小于相同溢流管直径，不同底流管直径的情况。说明底流管直径的大小是影响旋流器压降的最重要因素。

4 结束语

通过对不同结构参数的水力旋流器进行实验，得到如下结论：

（1）出口总面积相同时，旋流器压降随排口比的增大而降低；

（2）溢流管直径相同时，旋流器压降随底流管直径的增大而降低；

（3）底流管直径相同时，旋流器压降随溢流管直径的增大而降低。

[1]赵 庆国，何 伟.新型固液旋流器压降特性实验研究[J].工程热物理学报，2010（1）：61-63.

[2]褚良银，陈文梅，戴光清，等.水力旋流器[M].北京：化学工业出版社，1998.

[3]杨 阳.火电厂石膏旋流器空气柱特性及结构优化研究[D].北京：华北电力大学，2014.

[4]杨 阳，白 涛，王福珍.新型入口对石膏旋流器工作性能的影响[J].化工学报，2016（66）：12，4829-4835.

Influencing Factors of Pressure Drop of Hydrocyclone

YANG Yang
（School of Power Engineering，Shanxi University，Taiyuan Shanxi 030013，China）

The hydrocyclone is a mechanical separation equipment of heterogeneous mixture using density difference，it consists of the inlet pipe，cylindrical section，conical section，overflow pipe and underflow pipe.The pressure drop of hydrocyclone is an important performance parameter，it directly affects the flow field distribution，particle motion and classification efficiency.The performance experiments of hydrocyclone with different structure was carried out and the influencing factors was obtained.

hydrocyclone；pressure drop；separation

TQ021.1

A

1672-545X（2017）10-0112-02

2017-07-07

杨 阳（1981-），女，山西黎城人，博士研究生，讲师，研究方向：多相介质分离。