水力旋流器的选择与计算

水力旋流器的选择与计算
一、水力旋流器的选择
水力旋流器广泛用于分级、脱泥、脱水等作业。

其主要优点是结构简单、本身无运动部件、占发面积小；在分级粒度较细的情况下，分级效率较螺旋分级机高。

其主要缺点是给矿需泵扬送，电耗较高；操作比螺旋分级机复杂。

水力旋流器适宜分级粒度范围一般为0.3~0.01mm。

水力旋流器的规格取决于需要处理的矿量和溢流粒度要求。

当需要处理的矿量大、溢流粒度粗时，选择大规格水力旋流器；反之宜选用小规格水力旋流器。

在处理矿量大又要求溢流粒度细时，可采用小规格水力旋流器组。

旋流器的结构参数和操作参数对溢流粒度及分级效果有较大影响，选用时应认真考虑。

旋流器的主要结构参数与旋流器直径D的关系，一般范围；给矿口当量直径d f=(0.15~0.25)D; 溢流管直径d o=(0.2~0.4)D;沉砂口直径d u=(0.06~0.20)D;锥角a≤20°.
进口压力是水力旋流器的主要参数之一，通常为49~157kPa(0.5kgf/cm2~1.6kgf/cm2).进口压力与溢流粒度的一般关系见表1。

表1 进口压力溢流粒度一般关系表
溢流粒度d95/min 0.59 0.42 0.30 0.21 0.15 0.10 0.074 0.037 0.019 0.010
进口压力
/kPa(kgf/cm2) 29.4
0.3
49
0.5
39~78
(0.4~0.8)
49~98
(0.5~1.0)
59~118
(0.6~1.2)
78~137
(0.8~1.4)
98~147
(1.0~1.5)
118~167
(1.2~1.7)
147~196
(1.5~2.0)
196~245
(2.0~2.5)
二、水力旋流器计算
水力旋流器的计算多采用如下两种方法。

A 原苏联波瓦罗夫(JIoBapoB)计算法波瓦罗夫计算法的主要步骤和计算公式如下：
(1)选择旋器直径，计算旋流器体积处理量和需要台数。

体积处理量按下式计算
式中 q V——按给矿体积计的处理量，m3/h;
K a——水力旋流器锥角修正系数；
当a=10°时，K a+1.15;当a=20°时，K a=1.0;
K D——水力旋流器直径修正系数；
d f——给矿口当量直径，cm
b、h——分别为给矿口宽度和高度，cm;
p o——旋流器给矿口工作压力，MPa;
d o——溢流管直径，cm;
D——旋流器筒体直径，cm.
(2)按样体给出的范围确定沉砂口直径，并验算其单位截面积负荷(按固体量计)，使其在0.5~2.5t/(cm2·h)范围内。

(3)计算旋流器实际需要的给矿压力。

(4)计算溢流上限粒度d95,使其满足溢流粒度的要求。

旋流器给矿及溢流中各个不同粒级含量之间关系可参见表2。

式中 d95——溢流上限粒度，μm;
C f——给矿重量浓度，%；
d u——沉砂口直径，cm;
ρ——矿浆中固体物料密度，t/m3;
D、d o、p o、K D、——同式(1).
表2 旋流器给矿及溢流中各个不同粒级含量之间关系
粒级/μm含量/%
-74 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95
-40 5.6 11.3 17.3 24 31.5 39.5 48 58 71.5 80.5
-20 13 17 23 26 35 46 55
上限粒度，d95430 320 240 180 140 94 74
B 美国克雷布斯公司(Krebs)计算法
(1)分离粒度d50、校正分离粒度d50(c)的计算分离粒度d50系指在沉砂和溢流中回收率(分配率)各为50%的极窄级别的粒度值。

在旋流器实际分级效率曲线(图1中的曲线1)上与沉砂中粒级回收率50%相对应的粒度即为分离粒度d50.
在旋流器分级过程中，进入沉砂的物料包括两部分：一部分由水夹带进入沉砂的物料，该部分物料实际上未经过分级，其相对量与沉砂中的水占给矿中水的比率(小数)相当；另一部分为经过分级进入沉砂的物料。

因此在计算旋流器沉砂粒级回收率时，应将水夹带的这部分未经分级的物料扣除，即：
式中 y c、y——分别为沉砂中某粒级的校正回收率和实际回收率，%；
R f——沉砂中的水占给矿中水的比率，以小数计。

用y c代替y做出的分级效率曲线(图1中的曲线2)称为校正分级效率曲线或校正回收率曲线。

该曲线上的分离粒度称为校正分离粒度以d50(c)表示。

在磨矿回路中，旋流器的溢流粒度一般是以某一特定粒度d r的百分含量来表示的，它与d50(c)之间关系如表3所示。

如已知溢流中某一特定粒度的百分含量，即可按表3数据计算出校正分离粒度d50(c).
表3 水力旋流器溢流粒度d50(c)的关系
溢流中某一特定粒度(d r)百分含量/% 98.8 95.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0
d50(c)/dr 0.54 0.73 0.91 1.25 1.67 2.08 2.78
(2)按下式计算水力族流器直径D：
D=0.0234d50(c)1.515P o0.424(ρ-1)0.758×(1-0.0189cυ)2.167 (4①)
式中 D——旋流器内径，cm;
d50(c)——校正分离粒度，μm;
P o——旋流器给矿压力，kPa;
ρ——物料密度，t/m3;
cυ——给矿体积浓度，%。

(3)按标准水力旋流器的处理量(见图2)计算旋流器台数，应该指出图2中所示的处理量是按水计的，处理矿浆时要稍高于此数据。

因此按此计算旋流器台数偏于保险，这在工程设计上是允许的。

(4)按沉砂口流量与沉砂口直径的关系，用图3确定沉砂口直径。

C 水力旋流器计算实例
某一磨矿回路，用水力旋流器分级与球磨机组成闭路，回路新给矿量为250t/h，旋流器溢流浓为40%，要求溢流粒度为-74μm占60%，矿石密度为2.9t/m3,旋流器入口压力为55kPa，磨矿回路循环负荷为225%。

按上述条件计算的物料平衡结果见表4。

试选择计算水力旋流器的规格和台数。

表4 水力旋流器物料平衡计算结果
项目单位溢流沉砂给矿
固体量t/h 250 562 812
水量m3/h 375 187 562
矿浆量t/h 625 749 1374
重量浓度% 40 75 59.1
体积浓度% 50 33.2
矿浆密度t/m3 1.355 1.966 1.632
矿浆体积量
m3/h
L/s 461
128
381
106
842
234
现采用两种方法进行计算
(1)波瓦罗夫法计算
根据设备样本可选用D=50cm、锥角a=20°的水力旋流器，其给矿口尺寸11cm×12cm(直径d f=13cm),选用溢流管直径d o=18cm,沉砂口直径d u=9cm.
处理量计算：
根据计算结果选用6台D=50cm旋流器，另处备用3台。

沉砂口直径d u=9cm,其截面积为63.6cm2，沉砂口单位截面固体负荷为，在允许范围之内。

计算实际需要的给矿压力：
参见表2，此上限粒度呆满足-74μm占60%的要求。

(2)克雷布斯法计算
按溢流粒度-74μm60%的要求，查表3，计算校正分离粒度：
d50(c)=2.08×74=154(μm)
计算旋流器直径：
D=0.0234d50(c)1.515P o0.424(ρ-1)0.758(1-0.0189cυ)2.167
=0.0234×1541.515×550.424(2.9-1)0.758(1-0.0189×33.2)2.167
=50.6(cm)
可选用D=51cm克雷布斯标准旋流器。

于图2中查出，在给矿压力55kPa时，D=51cm旋流器处理量为44L/s,则旋流器台数台，可选用6台，外备用3台。

按沉砂矿浆体积流量选择沉砂口尺寸：每台旋流器沉砂矿浆体积流量为，根据图3查出，沉砂口直径为9.5cm。