本文作者在研制选煤用X PM型喷射浮选机过程 中,(该机已于19 7 5年通 过技术鉴定)对提高该机喷射装置的吸气量进行了较详尽的实验室和工 业性试验结果表明:在喷嘴内安装具有摆线线型的导流 叶片,使工作液体呈螺旋扩大状从喷嘴喷出,增加工作液体和 空气的接触面积,是提高喷射装置吸气量简单而有效的措施在一般情况下 吸气量 和混合系数(指通过 喷 嘴一立方米工作液体可以吸入的空气立方米数量)可成倍提高提高喷射速度 除用提高工作液体的压力外亦可 用降低工 作液体的喷出阻力来 达到,而 喷出 阻力的大小主要决定于喷嘴形状和加工光洁度洲卜1.00 .8犷叫里65圣规砰珊脚任称提高喷射装置吸气量的措施占.2众\‘兴?叫了以试验表 明,喷射装置的吸气量主要 取决于喷射装置的结构参数、喷射速度和喷嘴出口液流 状态等三个因素关于结构参数可见于许多有关资料,本文不再重复讨论1.提高喷射速度据大量试验证明,喷射装置的吸气量和喷射速度呈一次函数关系例如对常用 的圆锥形喷嘴的试验结果(锥体角度为 3 5)可以整理成如下经验公式:Q=0.0 5犷一0.33(l)式中:Q—吸气量,米3/分;犷—喷射速度,米/ 秒提高喷射速度通常是靠 增加工作液体压力来实现 的。
图1是喷射速度犷和 吸气量Q、功率消耗万的函数图像,显然提高喷射速度可以提高吸气量,但是功率消耗几乎也按吸气量一样以相同的斜率增加,因此从功率消耗全面衡量,借提高喷射速度而增加吸气量并不一定有利,在实际中,喷射速度总是保持在一定的合理的限度内一性云一农1516嘟寸 速度1 7181 920 ;米/秒图1喷射速度V与Q、W的函数图像根据流体力学原理,射流用喷嘴,可以采用一般的孔口,也可以采用 圆柱形、圆锥形、流线形和扩张形这几种形状 的喷嘴各具不 同的水力特性一般认 为 圆锥 形可 使 喷出 的流体具有最大的出口流速;圆锥形和 流线形可使喷出的流体具有最大的流量;流线形可使喷出的流体具有最大的 动能,因此在喷射装置中采用 圆锥形和流线形喷嘴应该认为是合理 的对不 同锥角的圆锥形喷嘴和不同线形的 流线形喷嘴进行了特性试验,其结果列表1图2是喷嘴形状示 意 图分析试验结果,可以得 出下 列二点:(l )锥体角度适宜的 圆锥形喷嘴 可以较流线形喷嘴具有更大的流量系数和流速系数以及最大的吸气量,其他各项指标也较好,所以圆锥形喷嘴如果锥角选择适当可使工作流体喷出的 阻力达到最小2)随着锥体角度变小,圆锥形喷嘴的流一2 7一表1各种形状喷嘴的水力特性工作流体压力1工作流体流量kg/emZ{ms/时喷射速度m/秒吸气量m叮分真空度m mHg流量系数}流速系数动力指数m3/分·冠}、昆合系,}m”(气)/m‘(水)嘴号喷型6日土10目O甘71丫即.斤‘闻了.0 ⋯⋯00 0 0“02,52.52.52.52。
52.4 504 9 005 0 405 5 104 9 90.5 4 3O4 4 107970.8 650.9 3 60.8 5509 160.92 80.7 9 00.8 6 909 4 00.8580.9工90.9280‘07 600 760.082007 60.0 8400644 5 54 5 04 3 04 5 04 4 5 4 0 5凸n87 2 24C曰了OJ3 3 ⋯⋯70曰门8no, 二月土2,12 2 矛5 0 0 0 03 8犯4 64 24 5 4 5‘‘’l l l l l币10 0价1的日日广. . .价1加3型4型5型1型、2型锥体角度分别为6550 0其余同3型图2喷嘴形状示意图量系数和流速 系数明显增加,表明锥角 越小,流体喷出时所受阻力越小(一般认为当锥角为1 3“时可获最佳值)表1结果还表 明:即使使用水力特性 良好的圆锥形 喷嘴,工作效果仍然是不能令人满意的2.改变喷嘴出口液流状态流体从喷嘴喷出,结果喷嘴内壁光滑且无任何附加的导 流装置,则流体在一定距离内呈柱状,由于其与 空气的接触面积较小,致使“夹带”空气的能力有限,这就是即使采用水力特性良好的喷嘴,吸气量仍然较低的主要原 因。
改变喷嘴出口液流状态,扩大液流与气体的接触面积这是提高吸气量 的有效方法目前在某些单位使用的 多喷嘴试验装置所以具有较好的工作效果,主要原因也 在于此,作者为了扩大气-液接触面积曾在喷嘴 内附 加过四种导 流装置以期达到改变喷嘴出口液流状态图3是四种装置的示 意 图无导流 叶片圆锥形喷嘴和有摆线叶片圆锥图3导流装置示意图形嘴喷的出口液流状态试验结果列于表2分析试验结果,可以认为:在喷嘴内附加具有一定旋转角度的导 流叶片,使工作液体在喷嘴内做旋转运动,借离心力作用,使其呈螺旋扩大状喷出,在工艺条件相 同情况下比较,吸气量可 成倍增加表2改变喷嘴出口液流状态的效果比较2·0}2·2 5k s / 一!工作压力 测量项目 1.0 01.25流液态状吸 气 量m叮分液体流 量m丫时喷 出速度m/秒混合系数0.565 1.013.600354514.41.131.505 7.015.215 919 66 001 5.91.9 62606 3016.724 62.966 8.0181⋯一 |一增片一一一摆线片叶⋯一气螺旋扩状大一卜-.‘.一~.日‘l 一吸气量m叼分液 体流 量m军时喷 出 速度m/秒’。
3 2}5 2}0 9}5 1} ,’511 354l45 61生621 664.017,068.01 81!}’ 昆合系数}0·37}“·4 910·56}O·57}“·7 6}o·8 6_加倍数份0.7 411.3 411872.02试验条件:喷嘴口径 3 7mm,喉径11 0mm,喉管长IO0 0mm,尾管水封深度11 oomm~一一~摆 线叶片吸气量,米吕/分 ’叹几夏渭j J u猫狱一,无车i‘否 蔽丽i硬气蔓万采刃芬一一土整理表2数据,可以得到 吸气量和液体压力的函数关 系经 验公式如下:圆锥形喷嘴不加导流 叶片Q=0.31P一0.1 2(2)圆锥形喷咀加摆线叶片Q=1.1 4P一0.81(3)可 见 圆锥形喷嘴不加或加导流叶片吸气量Q(米“/分)与液体压 力P (公斤/厘米/“)都呈一次函数关系,但后者函数图象的斜率远大于前者3.导 流叶片的 线型 选择导流叶片线 型经试验确定,锥面螺旋线叶片和摆线 叶片都可以得到 令人满意 的效果,尤以摆线叶片效果更好就两种叶片的线型特点和数 学定义分 述如下:¹锥面 螺旋线 叶片锥面螺旋线叶 片是沿 锥面螺旋线 走向 的锥面螺旋线的形成可以看成是质点P沿锥面运动的轨迹。
设质 点尸沿锥面以匀速度 玲 上升,同时以匀角速度功绕Z轴回转,两运动合成,尸点轨迹 即为锥 面螺旋线尸从零点始动,t秒后R二2tgo=凡tt go设a为位象角a二必图4锥面螺旋线示意以a表 示尸点座标:X=Re o sa=凡才tg6eos(价t)y=一Re o sa=岭才七 96sin(必t). ’.锥面螺旋线 的方 程可表 示为:{X=岭才tg6cos(功t)y=一玲ttg0sin(必t)Z=凡t从方程中可以看出,对给定圆锥 ( 0 为定值)其锥面螺旋线有无穷多条,每一条都有固定的一29一凡和功值,用水力学观点分析,工作液体在喷嘴内的运动状况可以用尸点运动状 况来 代替显然,功值愈大,液体所获离心速度也愈大;玲值愈大,则液体所获的前进速 度也愈大在实践中,玲 和功的最佳值是靠试验方法决定的,可以用 导 流叶片旋转角梯度(度/ 毫米)(即指 导流 叶片在Z轴上的单位投影长度所具有的旋转角度)来综合表 示试验结果列 于表3和 图5试验条件:喷出口径4 2m m,喉管长1 0 0 0mm;喉 径 nom m;尾管水封深度1 10 0m m;从试验中可以看出:理想 的叶片旋转 角梯度在1.13一1.50区间。
图6为试验用的螺旋叶片示意 图:叶片为四条,每条旋 转9 0叶片与锥面交线是螺旋线,旋转角梯度 为9 0“/万表3导流叶片旋转角梯度对喷射装置效果的影响旋转角梯度 度/毫米液体压力kg/em吸气 量 m州分液体流量m叮时混合系数02 51.5 017 52.0 00.5406 40.9610 86 6.57 4.58 1.08 6.50510.7 10.7 5图6螺旋叶片示意1131.2 51.5 017 520 00.7 81281.8 62.1 26 2069.57 608 0.501 11.4 71.5 81501.2 51.5 017 520 012 31.691086 5O6 9.57 3.57 851.141461.521.5 9º摆线柱面 叶片假设直线l平行于Z轴运动,并且 总 和XY面上的摆线r相交,所产生的曲面叫做以r为准线的摆线柱面,(图 7 )符合摆线柱面的叶片叫摆线柱面叶片简称摆线叶片)5 01752.0010 3“1.521622.0 36 206 8.073.57 8.01.001341.331.56图8是摆 线柱面叶片示意 图2.众》1.兴声尸‘/夕一一花一—一一一~2.刃// //蕊一;丸碍17 5 工.5 0 犷/矛尸沙户口尸,//,,丫一~、、、℃1.25公斤/厘米盆上喇军含价气目-- 一 一司一-咨_一一‘~0’ r舀图51公王.2仁二旋转角涕度下了万.一言石汽珑尹一度 /毫米导流叶片旋转角梯度对 喷肘装置吸气量的影响图8摆线叶片示意图据摆线定义,假设:a.基圆直径等于叶片始点处的圆锥半径。
b.基圆滚动方向是液体运动方向(如图9逆Y向尸N)c.取摆线的半拱做为叶片的卷曲准线,叶片始点等于摆线起点因此摆线 叶片有如下性质:(参照图 9 )表4两种叶片效果比较液体压力kg/ cmZ项目1·}1·2 5!1·5 1·7 5}2·o种叶 片类螺 旋线叶片摆线柱面叶片吸气量丫分液体流 量m州时混合系数吸气量m丫分液体流量m丫时混合系数2.6D}284岁D4厅谧1 :Q材2叮‘. . . . . . . . . . .月. . 月.. . . .,土50 :一a7 Z吸气量 增加 倍数1 1 1.2 3 3 3169 9 96 6 65.0 0 06 9.5 5 51 1 11 4 4 41_46 6 61 1 1.4 7 7 72.13 3 36 6 6 2.8 8 871.0 0 01 1 1.40 0 01.80 0 0n n ngn n nn96 6 60.390.3701万(试验 条件:喷咀D口径 4 2m m,其他同前)逆Y向逆Z向图9摇线叶片性质示意 图a.由于基圆直径 等 于叶片始点圆锥半径,且摆线半拱为 叶片卷曲准 线,则图中逆y向可见叶片真实长度尸O,据摆线性质,尸O=4。
D而叶片Z轴投影长H二二含D,此性质与表2所列试验数据吻合b.基圆滚动方 向是朝向液流 方向(图 示尸N)则四条叶片以 四个方向直截圆锥,即每条叶片都可以从一个方 向插入或移出圆锥这一性质对铸造 制型很有实际意义c.叶片高度在逆Z向可见实际高度,其始点高为零,终点 高c b通过试验确定,b尸为直线连接d.从图中可以分析,摆线叶片必须满足不等式L>于D,“<‘ 7否则失 去意 义»两种线型叶片效果的比较在工艺条件完全相同情况 下对两种 叶片 的喷嘴进行比较试验,结果列于表4显然摆 线叶片效果较好,在相同工艺条件下,较螺旋线叶片 吸气量可提高 2 0解一4 0书,此外,螺旋线 叶片 制作较复杂,在铸造成型时难于一 次成 型,因此以采 用摆线柱面 叶片为宜为了简化摆线的求作,便于实际应用,作者编制了摆线 的近似作法(图10 )图中1~8点是按逐点作图确定的,可见简易作图与实际摆线非常近似,工程上可以使用作法:¹取线段08=o.9 3。