三产品重介质旋流器入料口压力的调整试验
摘要: 分析了重介质旋流器内物料受力与悬浮液入口压力的重要关系;
1 悬浮液入口压力是重要的工作参数
物料在重介质旋流器中的分选过程，主要取
决于旋流器内的离心力场和密度场，这二者的共
同作用决定了颗粒的运动方向，即成为重产物或
是轻产物。

物料在旋转流动的密度场中，所受到
的离心力比重力要大得多，所以在此分析过程中
忽略了重力的影响。

当被选颗粒( 将其视为质点) 质量为m，密度
为δ，在旋流器直径为D 处的切向速度为v 时，
颗粒所受离心力为:
F1 = 2mv2/D (1)
在该处密度为Δ的与颗粒同体积的悬浮液，
施加给该颗粒的向心力F2
为:
F2 = m/δΔ2v2/D (2)
该颗粒所受的合力F 为:
F = F1 －F2 = 2m( 1 －Δδ) v2/D (3)
因为
m = 16πd3 δ(4)
式中: d———颗粒的当量直径。

则( 3) 式可表达为:
F = πd3 v2( δ－Δ) /3D (5)
切向速度v 与重介质旋流器悬浮液入口压力
H 的关系式为:
V = K 200gH (6)
式中: K———流速系数，K ＜1;
H———旋流器入口压力，MPa;
g———重力加速度。

由( 5) 、( 6) 式得:
F = 200πd3HK2
3D
( δ－Δ) g ( 7)
设A = 200πgK2
3
则( 7) 式可改写为:
F = Ad3HD( δ－Δ) (8)
该式中悬浮液密度Δ和入口压力H 为重介质
旋流器分选的工作参数，旋流器直径D 为结构参数，颗粒当量直径为入料参数，对此分析如下: ( 1) 分选产物的流向取决于悬浮液密度大小。

当δ＞Δ时，F 为正值，颗粒被甩向外旋流成为重产物; 当δ＜Δ时，F 为负值，颗粒被甩向内旋流，成为轻产物。

( 2) 离心力的大小，取决于分选下限。

3GDMC 系列无压给料三产品重介质旋流器研发
单位的设计意图是不小于0. 25 mm 级颗粒都要得
到有效分选。

由( 8) 式得:
H1H2= ( d2/d 1) ( 9)
设d1 = 0. 25 mm，d2 = 0. 5 mm，则H1/H2= 8，
即入口压力H 值的大小与分选下限的当量直径比
值的3 次方成反比。

随着采煤机械化程度不断提高，原料煤的粒度组成越来越细，降低重介质旋
流器的分选下限显得更有意义。

( 3) 旋流器直径决定悬浮液入口压力的大小。

从理论上讲，大于0. 25 mm 的煤粒在不同直径的
旋流器中，只要离心强度相同，都应该得到有效
分选。

离心强度φ= a/g( 10)
式中: a———离心加速度。

将a = 2v2/D
代入式( 10) ，则:
φ= 2v2/Dg
( 11)
将( 6) 式代入式( 11) 得:
φ= 400K2H/D
( 12)
设同一系列的重介质旋流器的流速系数K 为
定值。

由( 12) 式得:
H1/D1= H2/D2 ( 13)
( 12) 式说明不同直径的重介质旋流器都各需
要一个合适的入口压力。

这个工作压力是根据大量研究和工业性生产实践来确定的。

一些研发单位提出相关的经验式:
H = mD ( 14)
式中: m———经验值。

比较式( 13) 、( 14) ，两者的含义是相吻合
的。

旋流器入口压力过小肯定会影响生产，但入口压力过大，也会产生如下不利效果: ①致使悬浮液流速增大，由于管道和旋流器过流部件的磨损程度与流速的平方成正比，因此入口压力加大会增加设备的磨损; ②电力消耗增加，重介质旋流器本身无运动部件，是用介质泵作为动力源。

介质泵的轴功率计算式为:
P = QHΔ/102ηηc ×3. 6
( kW) ( 15)
式中: Q———悬浮液流量，m3 /h;
H———介质泵扬程，( 水柱) m;
η———泵效率，%;
ηc———泵与电机的传动效率，%;
Δ———悬浮液密度，t /m3。

因为:
Q = vS ( 16)
式中: S———重介质旋流器悬浮液入口面积。

将式( 6) 与式( 16) 代入式( 15) 得:
P ∝H32( 17)
对于特定的重介质旋流器，其入口面积是固
定值，入口压力增大后，其悬浮液流量相应增大，因此动力消耗与入口压力的3 /2 次方成正比例关系。

③影响分选效果。

由于离心力场增加，磁铁矿粉在旋流器中的浓缩程度加大，即悬浮液的澄清度增大。

根据:
C2 = Δ/ΔC( 18)
式中: Δ———进入旋流器的悬浮液密度，t /m3 ; ΔC———旋流器溢流的密度，t /m3。

曾有研究者指出，旋流器的实际分离密度与
进入的和溢流的悬浮液密度有关，并提出如下经
验式:
Δ' = aΔ－bΔC( 19)
式中: Δ'———旋流器实际分离密度，t /m3 ; a、b———经验系数: 圆柱圆锥形旋流器a
= 0. 5，b = 0. 6; 圆柱形旋流器a
= 0. 7，b = 0. 6。

该经验式不可能完全符合3GDMC 系列重介
质旋流器的具体情况，但可以定性解释。

由于入口压力过大致使实际分离密度降低，从而导致中
煤中小于1. 4 kg /L 密度级和矸石中小于1. 8 kg /L 密度级物料增多。

2. 入口压力调整试验结果
重介质悬浮液不同入口压力的分选试验结果
见表2。

从快浮指标上看，当压力由0. 11 MPa 升至0. 14 MPa 时，中煤带精煤率和矸石带煤率也
随之减小，而当压力由0. 14 MPa 增至0. 16 MPa 时，这两项指标反而变差。