水力旋流器的工作原理和结构分析

水力旋流器是一种利用固、液两相密度或粒径大小差异和离心力实现固—液混合物分离和分级的设备，与其他离心分离设备和普通沉降分离设备相比，具有占地面积小、处理能力大、分离效率高、结构简单成本低等优点，被广泛地应用于社会生产的各部门和行业，如选矿、食品、水处理等。

水力旋流器主要结构参数如下所示。主要结构参数包括水力旋流器直径D、入口直径di、溢流口直径d0、底流口直径du、溢流管伸入长度h、圆柱端长度H、锥角θ。

水力旋流器圆柱段的直径D是水力旋流器的主直径，直径大小不但决定了水力旋流器的处理能力，而且也是确定其它参数的基本参数。水力旋流器的主直径直接影响其固相分离粒度大小。圆柱段在液流进入锥段前起稳流作用。。

锥体角度θ主要影响水力旋流器的分离粒度，锥体角度越大，分离粒度越大。分离细粒级颗粒液体时锥体角度变化范围一般在10~15°，而当分离粗粒级颗粒和浓缩时锥体角度变化范围一般在20~45°。

水力旋流器的内部流场结构特征主要包括外旋流、内旋流、短路流、循环流、零速包络面、最大切线速度轨迹面和空气柱。其中外旋流和内旋流是水力旋流器运动的主要形式，旋转方向相同但运动方向相反。

料浆通过渣浆泵等由给料管进入，固相颗粒随液流携带一起做高速旋转运动。体积或密度较大的颗粒受到更大的离心力，更加快速地移向水力旋流器内壁面。

水力旋流器运行平稳后，密度或粒径较大的固相颗粒占据外层轨道，密度或粒径中等的颗粒占据中间层轨道，而粒径小，密度小的颗粒则占据轴心线附近的最内层轨道。

靠近轴心线的细颗粒随着空气柱上升，在空气柱的带动下，随内旋流由顶部出口排出，形成溢流；粗颗粒则随外旋流在底部出口排出，形成底流。

根据不同的应用场景，水力旋流器的内部结构也会作相应调整。但其主要功能不外乎分离、分级、澄清和浓缩提纯。固液混合溶液中从底流得到粗颗粒产物或溢流得到精细颗粒产物称为分离；按固相颗粒粒径区别，得到不同粒径的固体产物称为分级；实现污水、尾矿等中杂质的分离称为澄清；从底流产物中获得高浓度的产品或作为进一步提纯的预处理称为浓缩提纯。