旋风分离器的制作方法

旋风分离器
1.本发明涉及分离设备。更具体地说，本发明涉及一种操作旋风分离器的方法和一种旋风分离器。
2.发明人知道的旋风分离器通常包括中空主体，所述中空主体限定分离室并且包含大体上圆柱形的上部区段和从上部区段的下端突出并且远离上部区段的下端逐渐变细的下部区段。进料入口朝向上部区段顶部通向上部区段，以大体上沿切线方向将流体馈送到上部区段中，以产生旋流。排出出口或下溢排出开口从截头圆锥形(frusto-conical)部分的下端引出，此下端即远离上部区段的一端。通常称为涡流探测器的管状部件延伸穿过上部区段的上端，并且具有定位在由主体限定的腔中的入口端和形成出口或上溢口的出口端。
3.在使用中，流体通过进料入口馈送到主体中，使得在主体内产生涡流或旋流。螺旋流体最初以外部涡流的形式向下移动，然后螺旋流体的至少一部分，在本文中被称为上溢流，以内部涡流(或空心(air core))的形式通过分离器的中心向上移动，并且作为上溢从涡流探测器流出。借助于主体的构造，使流体和夹带在其中的颗粒尤其经受向心力和重力。这引起颗粒基于粒度、重量和/或比重而分离，使得较大、较重、较致密的颗粒径向向外在外部涡流中移动，并且通过下溢排出开口排出，并且较小、较轻、较不致密的颗粒仍然夹带在形成内部涡流或上溢流的流经涡流探测器并从上溢排出口排出的一部分流体中。
4.这种布置提供了将颗粒分成两组的具有成本效益的方式，所述两组即从由沉砂口限定的下溢排出开口排出的含有较大、较重和/或较致密的颗粒的粗粒部分，和通过上溢从涡流探测器排出的含有较小、较轻和不太致密的颗粒的细粒部分或上溢流。
5.发明人知道的旋风分离器的一个问题是，大于最大期望尺寸的颗粒有时会夹带在流经涡流探测器的上溢流中。这些较大的颗粒可能会对上溢下游的设备造成损坏，这可能需要其它处理设备来去除较大的颗粒，这自然会导致成本增加并且可能降低效率。用于将浆液中的细颗粒与浆液中的重颗粒分离的旋风分离器被称为水力旋流器。改变输送到上溢口的颗粒相对于输送到下溢口的颗粒的比例也是相当耗时的。取决于水力旋流器的应用，可能需要不同的相对比例。
6.本发明的实施例的目的是提供发明人认为将至少改善现有技术中的这个问题或其它问题或将提供有用的替代方案的方法。
7.根据第一方面，提供了一种旋风分离器，其包括：分离室、通向所述分离室的进料入口、从所述分离室引出的下溢排出口以及涡流探测器，所述涡流探测器包括定位在所述分离室中的轴向布置的上游部分，限定上溢排出口的轴向布置的下游部分以及排放开口，所述排放开口限定在所述上游部分与所述下游部分之间，并且上溢流的一部分可通过所述排放开口从所述涡流探测器排放以从所述上溢流中去除过大颗粒，其中所述涡流探测器的所述上游部分和所述下游部分是共轴的，并且所述部分中的至少一个能相对于另一个轴向地移位，以允许所述涡流探测器的所述上游部分和所述下游部分的邻近端之间的间隔以及因此所述排放开口的尺寸能调节。
8.在本说明书的上下文中，术语“过大颗粒”应理解为包含比细粒部分或上溢流中含
有的颗粒的期望最大尺寸更大、更重和/或具有更高比重的颗粒。
9.分离器可包含主体，所述主体具有一起限定所述分离室的顶部和侧壁。所述侧壁可具有大体上圆柱形的上部部分和远离所述上部部分逐渐变细的截头圆锥形的下部部分，所述下溢排出口由附接到所述侧壁的所述下部部分的所述下端的沉砂口限定。
10.所述进料入口可被配置成大体上沿切线方向将流体馈送到所述分离室的所述顶部处或所述顶部附近，以在所述分离室中产生所述流体的旋流。
11.所述涡流探测器的所述上游部分可包含上游端和下游端，所述上游端定位在所述分离室中并且形成所述涡流探测器的入口端，所述涡流探测器的所述下游部分具有上游端和形成所述上溢排出口的下游端，所述排放开口限定在所述涡流探测器的所述上游部分的所述下游端与所述涡流探测器的所述下游部分的所述上游端之间。
12.所述涡流探测器的所述上游部分和所述下游部分可具有相同直径。
13.所述涡流探测器的所述上游部分和所述下游部分可具有圆柱形或非圆柱形形状。所述非圆柱形形状可包括横截面为多边形的形状、椭圆形或任何其它方便的形状。
14.所述涡流探测器的所述上游部分和所述下游部分可具有彼此不同的直径(在圆柱形的情况下)或不同的横截面积。
15.所述上游部分和/或所述下游部分可沿其或其长度不具有均匀的横截面，例如，所述部分中的一个或两个可包括汇聚或发散形状，或任何其它方便的形状或剖面。
16.在一个实施例中，所述涡流探测器的所述上游部分和所述下游部分两者(而非其中一个)可相对于彼此轴向移位，以允许所述涡流探测器的所述上游部分和所述下游部分的邻近端之间的间隔以及因此所述排放开口的尺寸可调节。所述涡流探测器的所述上游部分和所述下游部分可在其中所述排放开口闭合的闭合位置与其中所述排放开口处于其最大尺寸的完全打开位置之间移位。
17.所述排放开口可通向中间室，次级上溢口从所述中间室引出。所述中间室可以是环形的。
18.所述中间室可由圆形顶部和从所述顶部下垂的侧壁限定。所述侧壁可包含：圆柱形的上部部分，其从所述顶部下垂；以及截头圆锥形的下部部分，其从所述侧壁的所述上部部分的所述下端突出，使得其远离所述顶部逐渐变细。所述截头圆锥形的部分的自由端或下端可连接到所述涡流探测器的所述上游部分的所述下游端。
19.根据第二方面，提供了一种操作旋风分离器的方法，所述旋风分离器包含分离室、通向所述分离室的进料入口、从所述分离室引出的下溢排出口以及涡流探测器，所述涡流探测器具有定位在所述分离室中的入口端和限定上溢排出口的出口端，所述入口端和所述出口端在其间限定排放开口，所述方法包含在所述涡流探测器的所述入口端与所述出口端之间的位置处从所述涡流探测器排出流经所述涡流探测器的上溢流的一部分，以从所述上溢流中去除过大颗粒，以及调节所述排放开口的尺寸。
20.所述方法可包含将从所述涡流探测器排放的所述上溢流的所述部分馈送到中间室中，中间排出开口从所述中间室引出。
21.通过调节排放开口的尺寸能够调节从上溢流中排出的流体的体积和/或流速。
22.根据第三方面，提供了一种涡流探测器，其包括(i)入口端，其用于定位在旋风器的分离室中，(ii)出口端，其限定上溢排出口，以及(iii)排放开口，其在所述涡流探测器的
所述入口端与所述出口端之间的位置处从所述涡流探测器引出，上溢流的一部分能通过所述排放开口从所述涡流探测器排放以从所述上溢流中去除过大颗粒，其中所述涡流探测器的所述入口端和所述出口端中的至少一个能相对于另一个轴向地移位，以允许所述涡流探测器的所述入口端和所述出口端的邻近端之间的间隔以及因此所述排放开口的尺寸能调节。
23.所述涡流探测器的所述上游部分可包含上游端和下游端，所述上游端定位在所述分离室中并且形成所述涡流探测器的入口端，所述涡流探测器的所述下游部分具有上游端和形成所述上溢排出口的下游端，所述排放开口限定在所述涡流探测器的所述上游部分的所述下游端与所述涡流探测器的所述下游部分的所述上游端之间。
24.根据第四方面，提供了一种自动旋风控制系统，其包括所述第一方面的所述旋风分离器；至少一个传感器，其用于测量所述旋风分离器的下溢或上溢排出口的特性；致动器，其用于控制所述旋风分离器的涡流探测器中的排放开口的打开和闭合；以及控制器，其用于响应于由所述至少一个传感器记录的测量值而控制所述致动器。
25.所述至少一个传感器可包括加速度计、超声波传感器或任何其它方便的传感器。
26.所述致动器可包括电、气动、机械或液压驱动器，例如螺线管。所述致动器可以是手动操作或由电机操作的机械装置。
27.根据第五方面，提供了一种涡流探测器，其包括(i)入口部分，其用于定位在旋风器的分离室中，(ii)出口部分，其与所述入口部分流体连通并且限定上溢排出口，以及(iii)中间室，其限定次级上溢口，其中所述涡流探测器的所述入口部分和所述出口部分中的至少一个相对于另一个轴向地移位，以允许所述涡流探测器的所述入口部分和所述出口部分的邻近端之间的间隔以及因此所述排放开口的尺寸被调节。
28.所述入口部分可被称为上游部分，类似地，所述出口部分可被称为下游部分；在每种情况下，参考从旋风器流出的流量。
29.次级上溢口可横向于上溢排出口定向。次级上溢口可大体上垂直于上溢排出口定向。
30.所述中间室可限定接近所述入口部分或所述出口部分的排放开口，使得进入所述涡流探测器的上溢流中的一些可从所述涡流探测器排放，以从所述上溢流中去除过大颗粒。
31.所述排放开口可由所述入口部分与所述出口部分之间的间隙限定。替代地，所述排放开口可由一个或多个孔口限定，所述孔口由入口部分和出口部分限定，使得入口部分或出口部分中的一个可相对于另一个旋转，并且其中一个部分的孔口由另一个打开(当两个部分中的孔口对齐时)或闭合(当两个部分中的孔口未对齐时)。
32.根据第六方面，提供了一种旋风分离器，其包括：(i)分离室，(ii)通向所述分离室的进料入口，(iii)从所述分离室引出的下溢排出口，以及(iv)涡流探测器，所述涡流探测器包括(a)定位在所述分离室中的入口端，(b)限定上溢排出口的出口端，以及(c)由所述涡流探测器的所述入口端和所述出口端限定的排放开口，并且上溢流的一部分可通过所述排放开口从所述涡流探测器排放，以从所述上溢流中去除过大颗粒，其中可调节所述涡流探测器的所述入口端和/或所述出口端以增加所述排放开口的区域。
33.所述涡流探测器的所述入口端和所述出口端的高度可以是可调节的(轴向移位)。
34.替代地或另外，所述涡流探测器的所述入口端和所述出口端的宽度可以是可调节的，例如，所述出口端近侧的入口端(和/或所述入口端近侧的出口端)可被放大或收缩以增大或减小排放开口的区域。
35.替代地或另外，所述涡流探测器的所述入口端和所述出口端可以是同轴的，一个端的一部分位于另一个端的一部分内部，并且两个端都限定孔口或切口部分，由此旋转其中一个端可与孔口或切口部分对齐以增大排放开口的区域。
36.根据第七方面，提供了一种操作具有涡流探测器的旋风分离器的方法，所述涡流探测器产生两个上溢输出，所述方法包括(i)将第一上溢输出从所述涡流探测器引导到第一位置，以及(ii)将第二上溢输出从相同涡流探测器分离器引导到第二位置。
37.借助于此方面，提供可具有不同粒度分布的两个不同的上溢输出，并且每个输出可基于其粒度分布而引导到最合适的位置。
38.所述方法可包括其它步骤，在所述涡流探测器的所述入口端与所述出口端之间的位置处使流经所述涡流探测器的上溢流的一部分排出，以产生所述第二上溢输出。
39.第二上溢输出可包含来自上溢流的较大颗粒，并且第一上溢输出可包含来自上溢流的较小颗粒。
40.第二上溢输出可引导到矿石研磨阶段以进行进一步研磨。替代地，第二上溢输出可引导到浓缩器或增稠器。
41.现在将参考附图通过举例的方式来描述这些和其它方面，在附图中：
42.图1是根据本发明的一个实施例的旋风分离器的三维视图；
43.图2是图1的旋风分离器的侧视图；
44.图3是图1的旋风分离器的俯视图；
45.图4是图1的旋风分离器的简化纵向截面图，其中涡流探测器处于闭合位置；
46.图5是类似于图4的简化纵向截面图，其中涡流探测器处于中间位置；
47.图6是类似于图4的简化纵向截面图，其中涡流探测器处于完全打开位置；
48.图7是包含图1的旋风分离器的自动旋风控制系统的简化示意图；
49.图8是示出图1的旋风分离器的涡流探测器的四个不同位置处的d50和p80粒度的图表；并且
50.图9是示出针对涡流探测器的四个不同位置在图1的旋风分离器的三个不同部分处的产率百分比的图表。
具体实施方式
51.提供本发明的实施例的以下描述作为能够实现的教示。本领域的技术人员将认识到，可对所描述实施例作出许多改变，同时仍获得本发明的有益结果。还将显而易见的是，可通过选择所公开实施例的一些特征而不利用其它特征来获得本发明的一些所需益处。因此，本领域的技术人员将认识到，对这些实施例的修改和调适是可能的，并且在某些情形下甚至可能是期望的。因此，提供以下描述作为对本发明的原理的说明而非对其的限制。
52.在图式中，附图标号10通常是指根据本发明的实施例的旋风分离器。在此实施例中，分离器10是水力旋流器。分离器10包含主体12，如下文更详细地描述，所述主体12限定分离室14(图4至6)、进料入口16、下溢排出口18、上溢排出口19和涡流探测器20。涡流探测
器20包括中间室22(图4至6)和次级上溢口24。
53.分离室14由圆形顶部26限定，侧壁28从所述圆形顶部下垂。侧壁28具有圆柱形的上部部分30和截头圆锥形的下部部分32，所述上部部分的上端由顶部26封闭，所述下部部分附接到上部部分30远离顶部26的边缘并且从所述边缘突出。下部部分32远离上部部分30朝内逐渐变细，并且终止于限定下溢排出口18的沉砂口34。
54.进料入口16被配置成大体上沿切线方向通过侧壁28的上部部分30将流体(例如浆料)馈送到分离室14中，使得在分离室14中产生流体的旋流。
55.如在图4至6中可最佳地看出，涡流探测器20包含管状圆柱形的上游部分36和管状圆柱形的下游部分38。上游部分36具有上游端36.1和下游端36.2。类似地，下游部分38具有上游端38.1和下游端38.2。
56.在所示的实施例中，上游部分36和下游部分38轴向对齐并且具有相同的直径。在其它实施例中，上游部分36和下游部分38可具有彼此不同的直径，并且每个部分36、38可能不具有均一直径。
57.中间室22由圆形顶部40和从其下垂的侧壁42限定。侧壁42具有为圆柱形的上部部分44和截头圆锥形的下部部分46，并且所述上部部分的上端由顶部40封闭，所述下部部分从上部部分44突出并且远离顶部40逐渐变细(即，当其远离顶部40延伸时逐渐变窄)。次级上溢口24从中间室22通过侧壁42中的开口引出。涡流探测器20的上游部分36的下游端36.2附接到下部部分46的下部边缘或自由边缘，使得所述下游端从所述边缘突出通过顶部26到达分离室14中。涡流探测器20的下游部分38延伸通过顶部40，使得下游部分38的上游端38.1定位在中间室22内，并且下游部分38的下游端38.2形成上溢排出口19。
58.涡流探测器20的下游部分38的位置可在图式中的图4所示的完全闭合位置与图式中的图6所示的完全打开位置之间轴向地调节。在完全闭合位置中，下游部分38的上游端38.1与上游部分36的下游端36.2的间隔小或所述上游端38.1与所述下游端36.2邻接。在完全打开位置中，上游部分36和下游部分38的邻近端间隔开，以在它们之间限定通向中间室22的排放开口48。下游部分38可调节到其闭合位置与完全打开位置之间的任何位置，例如图式中的图5所示的中间位置，从而调节排放开口48的尺寸。
59.在使用中，含有颗粒的流体通过进料入口16馈送到分离室14中。借助于分离室14的构造，流体内含有的颗粒分离出较大、较重、较致密的颗粒，使其通过下溢排出口18排出。含有较轻颗粒的上溢流向上通过涡流探测器20。当涡流探测器20处于其完全闭合位置(图式中图4所示)时，分离器10充当常规分离器，并且所有内部涡流或上溢流以及其中含有的颗粒通过涡流探测器20，并且从由下游部分38的下游端38.2限定的上溢排出口19排出。然而，当涡流探测器20的上游部分36和下游部分38的邻近端间隔开(即，当存在排放开口48时)，流经涡流探测器20的上溢流的一部分通过开口48从涡流探测器20排放(或分流)到中间室22中并且通过次级上溢口24排出。
60.应了解，流经涡流探测器20的内部涡流或上溢流以螺旋状向上移动，并且因此上溢流内含有的任何过大颗粒倾往往会径向向外移动，并且因此通过排放开口48馈送到中间室22中并且通过次级上溢口24。通过调节涡流探测器20的上游部分36和下游部分38的邻近端之间的间隔并且因此调节排放开口48的有效尺寸，可调节通过排放开口48排放的上溢流的体积以优化对过大颗粒的去除。
61.本发明人认为，这将减少或消除通过上溢排出口19离开的上溢流的细粒部分内含有的过大颗粒的数目，由此减少了对进一步处理分离器10下游的需求。这具有可观的成本和效率效益。
62.现在将参考图7，其为包含旋风分离器10的自动旋风控制系统100的简化示意图。
63.控制系统100包括：第一传感器102(加速度计)，其位于上溢排出口19处并且安装在联接到涡流探测器20的下游部分38的上溢管104上；第二传感器106(另一加速度计)，其位于沉砂口34处并且安装在其外表面上；以及第三传感器108(加速度计)，其安装在旋风器主体12的内部。提供加速度计102、106、108以帮助确定那些传感器102、106、108的位置处的粒度。
64.致动器110安装到涡流探测器20上并且用于控制排放开口的打开和闭合，在此实施例中，通过轴向向上(以产生排放开口或增大排放开口的尺寸)或向下(以闭合排放开口或减小排放开口的尺寸)移动下游部分38来进行控制。在此实施例中，致动器110包括电操作的电动机，所述电动机联接到与齿条啮合的蜗轮。所述齿条联接到下游部分38。当电动机旋转蜗轮(副齿轮)时，其升高(当在一个方向上旋转时)或降低(当在相反方向上旋转时)下游部分38。
65.提供一种控制器112，其与传感器102、106、108和致动器110进行电子通信，所述致动器用于响应于由至少一个传感器102、106、108记录的测量值而控制致动器110。例如，如果传感器102检测到高于预设尺寸的颗粒的百分比大于期望百分比，则控制器112可向致动器110发出命令以打开排放开口或增加排放开口的尺寸。
66.现在应了解，大于期望的颗粒可选择性地从涡流探测器中去除，使得它们从初级上溢口分流出去。此类分流的颗粒可再循环到粉碎过程中以进一步减小尺寸。
67.现在参考图8和9，其为示出从与水力旋流器10的性能相关的实验中记录的各种参数的图表。
68.在实验中，使用48mm的涡流直径和18mm的沉砂口直径。涡流直径是上游部分36的直径，并且也是下游部分38的直径(它们在此实施例中都具有相同的直径)。水力旋流器10的入口压力为15psi(大约103kpa)，并且浆液的固体浓度按重量计为15％。
69.图8示出上游部分36与下游部分38之间的四个不同间隙的d50和p80粒度。d50粒度是指50％的颗粒小于此尺寸，并且50％的颗粒大于此尺寸的尺寸；换句话说，是中值粒度。p80尺寸是大于80％颗粒的最小粒度。
70.如从图8可看出，在上游部分36与下游部分38之间没有间隙(即，没有排放开口48)，d50粒度为大约42微米，在上溢排出口19处的p80粒度为大约12微米，并且没有颗粒从次级上溢口24排出(因为没有排放开口48)。
71.当排放开口48(即，上游部分36的下游端36.2与下游部分38的上游端38.1之间的间隙)为5mm时，d50粒度类似于在没有间隙时的情况(大约41微米)，在上溢排出口19处的p80粒度也类似(大约为11微米)，但来自次级上溢口24的p80粒度大约为21微米。因此，与上溢排出口19相比，次级上溢口24去除更高百分比的大颗粒。
72.当排放开口48为15mm时，d50粒度略高(大约47微米)，上溢排出口19处的p80粒度也较高(大约17微米)，但来自次级上溢口24的p80粒度仅略高(大约22微米)。
73.将排放开口48增加到30mm使得d50粒度(85微米)显著增加，上溢排出口19处的p80
粒度略高(大约19微米)，但来自次级上溢口24的p80粒度较低(大约17微米)。
74.图9是示出针对四种不同尺寸的排放开口48在下溢排出口18、上溢排出口19和次级上溢口24处的产率百分比的图表。实验参数与图8所示的结果相同。产率百分比是每个排出点处的固体质量占排出总质量的百分比。
75.如在图9中可看出，无论排放开口48的大小如何，下溢排出口18处的质量百分比通常相同(大约63％)。在没有间隙的情况下，剩余量(大约37％)经由上溢排出口19排出。当间隙打开到5mm时，少量(大约5％)经由次级上溢口24排出，剩余量(大约32％)经由上溢排出口19排出。当排放开口48间隙增加到15mm或30mm时，与经由上溢排出口19(大约15％)排出相比，经由次级上溢口24排出的百分比更高(大约22％)。
76.现在将显而易见的是，可取决于在上溢排出口19和次级上溢口24处所需的相对粒度来选择排放开口48的尺寸。例如，来自次级上溢口24的较粗流可直接输送到再研磨过程以减小粒度。在另一应用(例如脱水)中，来自次级上溢口24的较粗流可输送到增稠器以帮助沉淀，并且因此使用更少的化学物质。来自上溢排出口19的较精细流可直接输送到浮选池，而不需要任何筛选或返回到再研磨过程。
77.在本发明的范围内可对上文所描述的实施例进行各种修改。例如，致动器可包括带式布置。排放开口48可通过旋转入口端或出口端，或通过扩大入口端和出口端的部分(或全部)来形成。
78.附图标号
79.旋风分离器(水力旋流器)10
80.旋风器主体12
81.分离室14
82.进料入口16
83.下溢排出口18
84.上溢排出口19
85.涡流探测器20
86.(涡流探测器)中间室22
87.(涡流探测器)次级上溢口24
88.圆形顶部26
89.侧壁28
90.圆柱形的上部部分30
91.截头圆锥形的下部部分32
92.沉砂口34
93.(涡流探测器)管状圆柱形的上游部分36
94.上游端36.1
95.下游端36.2
96.(涡流探测器)管状圆柱形的下游部分38
97.上游端38.1
98.下游端38.2
99.(中间室)圆形顶部40
100.(中间室)侧壁42
101.侧壁上部部分44
102.截头圆锥形的下部部分46
103.排放开口48
104.自动旋风控制系统100
105.第一传感器102
106.上溢管104
107.第二传感器106
108.第三传感器108
109.致动器110
110.控制器112