【正文】 。圖210 轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速與分離效率關(guān)系曲線 處理量處理量即單位時間內(nèi)通過水力旋流器的液體量的大小，即入口流量，通常用Q，表示，國際單位m3/h，表示每小時或每天的流量（m3）。確定合理流量區(qū)間為10~13m3/h。因為當人口流量和轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速一定時，適當減小分流比，溢流流量相應減少，隨溢流排出的水相應減少，人口所含的油盡可能多地都從溢流排出，因此分離效率得到提高[3]。處理量確定時，液滴的存留時間取決于轉(zhuǎn)筒長度?？紤]到影響設(shè)備分離性能的各種因素，在設(shè)計時長徑比一般應在15~20間選取。旋轉(zhuǎn)柵固定于空心驅(qū)動軸軸向外端，是實現(xiàn)油水混合液旋轉(zhuǎn)流動的關(guān)鍵部件。圖31 旋轉(zhuǎn)柵結(jié)構(gòu)圖 旋轉(zhuǎn)柵中心孔徑選擇旋轉(zhuǎn)柵位于轉(zhuǎn)筒入口處，起導流與預旋轉(zhuǎn)加速作用，使分離液在旋流腔內(nèi)迅速形成強渦流。因而，中心孔徑d=75mm合理。觀察數(shù)值模擬結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)柵葉片長度為100mm的分離效率與95mm時很接近，也有很高的分離效率，本文設(shè)計選用100mm長葉片。本樣機溢流嘴內(nèi)表面形狀及參數(shù)見圖32，其中溢流口的有效直徑取10mm，內(nèi)錐面入口直徑取18mm。經(jīng)過理論推導計算，得到它的流線方程為： （39）對于的流線，c=0，則有：y=0， 由此可知，的流線是由x軸與對稱于x軸的一條曲線構(gòu)成。目前解決該問題的辦法是除了合理選取結(jié)構(gòu)形式外，還需要有效地控制操作參數(shù)，保證排油區(qū)與排水區(qū)間有較高的壓力降差值，以便油相介質(zhì)能夠順利排出。此外，改變溢流嘴位置需綜合考慮操作參數(shù)的調(diào)節(jié)及其它因素（如共振等）的影響。圖37 收油錐結(jié)構(gòu)示意圖 單旋體需要的功率及電機的選擇本文設(shè)計的水力旋流器，是通過螺釘固定在轉(zhuǎn)筒上的旋轉(zhuǎn)柵旋轉(zhuǎn)，推動液流旋轉(zhuǎn)，使液流得到足夠的切向速度，從而實現(xiàn)對進入轉(zhuǎn)筒內(nèi)的液體起導流和預加速作用。則： （314）式中：——摩擦副直徑，mm；——摩擦系數(shù)；g——重力加速度，；m——單旋體旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)筒的質(zhì)量，kg。參考手冊[21]，選擇三相異步電動機,型號Y160M4，額定功率11kW，額定轉(zhuǎn)速1460 r/min。（4）驗算包角為了保證帶傳動的工作能力，需要驗算小帶輪的包角。查表得，；，帶入式（325），于是 取3根。 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同，V帶輪可以分為實心式、腹板式、孔板式、橢圓輪輻式。為了使V帶的工作面與帶輪的輪槽工作面緊密貼合，將V帶輪輪槽的工作面的夾角做成小于40176。m 本設(shè)計中，三級傳動中最弱材料均為鑄鐵（帶輪材料），在輕微沖擊條件下，查表可得鍵連接許用擠壓應力=55 MPa；將計算的轉(zhuǎn)矩分別帶到式（331）中，有一級傳動選用圓頭平鍵10860，則擠壓應力，MPa 二級傳動選用圓頭平鍵10822，則擠壓應力MPa 三級傳動選用圓頭平鍵10822，則擠壓應力MPa 由此可見，所有鍵均滿足擠壓強度要求。其中，轉(zhuǎn)筒中液流的體積，即為轉(zhuǎn)筒內(nèi)孔的總體積，則有 （334） m3 此處將液流密度近似為水的密度，即。實際上在軸承中還會出現(xiàn)一些附加載荷，如沖擊力、不平衡作用力、慣性力以及軸撓曲或軸承座變形產(chǎn)生附加力等等，這些因素很難從理論上精確計算[20]。預緊力的大小根據(jù)結(jié)合面不產(chǎn)生滑移的條件確定。前者，密封件相對接觸副是相對靜止的，因此只要選擇一般的、密封效果較好的密封件即可，此處選用O形密封圈，它是一種壓縮性密封圈，同時又具有自封能力，密封性不受運動方向的影響，成本低廉，使用方便。圖315 轉(zhuǎn)筒和固定筒的定位面示意圖圖316 收油桿的定位示意圖結(jié)論本文主要對動態(tài)水力旋流器主要構(gòu)件進行設(shè)計，合理確定了其主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、制造精度及加工工藝，如轉(zhuǎn)筒、旋轉(zhuǎn)柵、溢流嘴、平帶傳動和V帶傳動等。參考文獻[1] [J].,19(3):109113.[2] 蔣明虎,[J]., 4:1719[3] 王尊策,張雙,呂鳳霞,[J].石油礦場機械,2009,38(4):4547.[4] 王尊策,[J].石油學報,2001,22(4):104107.[5] [D].大慶:大慶石油學院,2003.[6] 蔣明虎,趙立新,李楓,[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,2000.[7] 蔡小華,袁惠新,王躍進,[J].江南大學學報,2002,1(4):391393.[8] 劉曉敏,檀潤華,劉銀梅,[J].化工進展,2005,24(6):671674.[9] 劉曉敏,蔣明虎,趙文欣,[J].石油礦場機械,2003,32(3):3234.[10] 劉曉敏,蔣明虎,李楓,——內(nèi)在因素、外在條件、結(jié)構(gòu)工藝及裝配的影響[J].機械設(shè)計,2002,23(3):1518.[11] 李楓,趙立新,王尊策,[J].石油機械,2000,28(5):1417.[12] [D].大慶:大慶石油學院2001.[13] 劉曉敏,劉銀梅,蔣明虎,[J].化工機械,2006,33(2):122125.[14] 李太平,馮傳令,陽仁俊,[J].過濾與分離,2006,16(1):4344.[15] 趙立新,王尊策,李楓,——分離設(shè)備發(fā)展的新途徑[J].石油礦場機械,1999,28(6):4042.[16] 王尊策,劉曉敏,李楓,[J].機械設(shè)計,2003,20(2):1113.[17] 洪遠,廖柯熹,王雯娟,[J].機械設(shè)備——油氣儲運,2010,29(7):511.[18] Martins C A C, Hackenberg C M, Russo C, et a1. Theoretical analysis of oily water hydrocyclones[C]. Hydrocyclones’ 1996:195202.[19] [M].北京:高等教育出版社,1993:7395.[20] 濮良貴,紀名剛,陳國定,[M].北京:高等教育出版社,1996.[21] 王少懷,徐東安,高紅霞,[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.[22] 徐灝,蔡春源,嚴雋琪,[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.[23] Jones P field parison of static and dynamic hydrocyclones[C].SPE Productionamp。結(jié)果用于隨機拉格朗日模型描述顆粒流的模擬。一個入口管，如圖1所示，與頂部鋼筒相連。自1950年以來，一系列有關(guān)水力旋流器的操作的論文已經(jīng)發(fā)表，有些數(shù)學模型描述速度剖面，壓力降和分離旋流器的分離效率（雙月刊）。更重要的是，選擇的幾何尺寸可以被快速地檢查。 仿真一個隔離的、穩(wěn)態(tài)、3D雙精度是隱式求解程序用于模擬水力旋流器中流量和湍流。 由于湍流尚處于初始階段，隨機軌道模型選擇的是分散粒子。而且網(wǎng)方案，kε和RSM仿真條件以及實驗室模型的詳細內(nèi)容在前期工作[16]已經(jīng)討論過。所作的預測在一個僅低于芯管（距離頂部60毫米）的平面，一個在圓柱部分末端往上（距離頂部175毫米）的平面和一個中間錐面（距離頂部120毫米從上）。同時，利用RSM模型，預測的速度剖面在旋流器的頂部和中間部分與實驗數(shù)據(jù)吻合得很好。 表2 壓降預測值與實驗值的比較 壓降（Pa） 誤差（%）實驗值 46700 —RNG k–ε模型 35403 RSM模型 39685 LES模型 41104 粒徑分類顆粒大小分類模擬是通過注射一定數(shù)量每個尺寸級別的粒子來穿過進口面并由上溢流（圖9a）或者下溢流（圖9b）追蹤他們的出口。因此，一定數(shù)量的粒子并不影響結(jié)果。圖11顯示定義為各尺寸級的固體顆粒底流出口的分選曲線，換句話說，尺寸i級的固體的質(zhì)量比通過進給中尺寸為i的質(zhì)量比劃分。圖11 三種湍流方法的分離效率與實驗結(jié)果的比較在這方面，可以認可兩個個別理由。這是由于RSM模型比LES模型精度低，在預測通常受到流動跡線影響的更高的流量比和更多的分散顆粒。正如預期的那樣，增大流量會使流動壓降將大幅增加。 圖12 不同流量的分離效率比較圖13 不同流量下分流比及壓降的比較十種不同尺寸的水力旋流器（表3）的流動模式數(shù)值模擬已經(jīng)在這邊提供。 水力旋流器的流量影響由于水力旋流器可能會受操作條件的影響，如入口流量；所以，做關(guān)于其影響水力旋流器的效率的調(diào)查是有價值的。第二個原因，明顯比第一個重要，（那就是）離散相模擬的誤差。圖9 粒子離開水力旋流器的軌跡，a是從上溢口、b是從下溢口圖10 單位粒子數(shù)量的分離效率同樣，上溢流中存在可用部分，但是這種做法在礦物加工領(lǐng)域并不常見。因此，想要一個精確分析，粒子必須分布在入口的整個表面。每一轉(zhuǎn)，同時注入1500同樣大小的粒子，該材料的密度維持在2600kg/m3，相當于沙子的密度。然而，LES的效果優(yōu)于其他兩個模型。圖2 在60mm處截面預測軸向速度剖面與實驗值的比較圖3 在120mm處截面預測軸向速度剖面與實驗值的比較圖4 在175mm處截面預測軸向速度剖面與實驗值的比較在RNGkε模型，視渦流粘度為各向同性，而在湍流旋轉(zhuǎn)流，渦流粘度各向異性。此外，還使用RNG次網(wǎng)格。該方法中含有一個特殊的假設(shè)，說第二階段是充分稀釋的，粒子與粒子之間的影響及粒子體積分數(shù)在初級階段是可以忽略不計的。減少數(shù)值擴散的影響，用高階離散化方案來模擬旋流器。在本文中，我們撰寫了泥漿進料的霍森旋流器[14]的多相CFD研究結(jié)果，那里的湍流已經(jīng)解決，利用三個湍流模型， RNGkε模型、雷諾應力模型（RSM）和大渦模擬（LES）。這項結(jié)果成為了許多后續(xù)調(diào)查的基準。水力旋流器通常是在設(shè)計經(jīng)驗公式基礎(chǔ)上來確定它們的幾何和操作參數(shù)。利用響應面模型預測與實驗結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)在臨界誤差在4至8%之內(nèi)。在我進行本論文的研究期間，楊老師從開題論證、方案設(shè)計到論文的完成都給予了我相當大的幫助，每一個環(huán)節(jié)都傾注了楊老師大量的心血和精力。對動態(tài)水力旋流器的轉(zhuǎn)筒進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，選取轉(zhuǎn)筒長度為2m，內(nèi)徑為110mm。后者，應嚴格保證軸承空間與液流的隔離，從而保證其良好潤滑條件；并且密封要實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動軸的動密封，因此選用用于旋轉(zhuǎn)軸用動密封，性能可靠、泄露量小、使用壽命長、功耗低、無需經(jīng)常維修，且能適應高溫、低溫、高速以及含腐蝕性介質(zhì)、含固體顆粒介質(zhì)等苛刻工況的要求，常應用于石油、化工等的機械密封。m。查書籍中載荷系數(shù)表表，取，并將其與N帶入式（340），可得 （341）軸承的校核主要校核其壽命，實際計算中，常用小時數(shù)來表示壽命，則以小時數(shù)表示的軸承基本額定壽命為 （342）式中：n——軸承轉(zhuǎn)速，r/min； C——軸承基本額定動載荷，N； ——指數(shù)。——左側(cè)軸承豎直方向所受的徑向載荷，N；——右側(cè)軸承豎直方向所受的徑向載荷，N。軸承內(nèi)徑應為配合的轉(zhuǎn)筒外徑或者略小于轉(zhuǎn)筒外徑，與軸承配合轉(zhuǎn)筒段內(nèi)徑為99mm，外徑為127mm，在盡量小地去除材料從而保證轉(zhuǎn)筒強度要求下，軸承內(nèi)徑選擇為120mm，查手冊軸承表[22]，選擇適合軸承，代號61824。除非有嚴重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。當帶輪直徑為≤（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）是，可采用實心式；當≤300mm時，可采用腹板式；當≤300mm，同時≥100mm時，可采用孔板式；當＞300mm時，可采用輪輻式[20]。查文獻[20]表可得，q=。≥90176。其中，經(jīng)查表可得，=，代入式（320），有kW 已知，小帶輪轉(zhuǎn)速為1460r/min，根據(jù)圖39，V帶的帶型選擇為B型帶（2）V帶輪的基準直徑及驗算帶速取傳動比i=1，參考[20]中，普通V帶輪的基準直徑系列，選取大小帶輪的基準直徑mm。其中，V有 （316）式中：——細轉(zhuǎn)筒段的長度，m； ——粗轉(zhuǎn)筒段的長度，m； ——細轉(zhuǎn)筒段的外徑，m； ——細轉(zhuǎn)筒段的內(nèi)徑，m； ——粗轉(zhuǎn)筒段的外徑，m； ——粗轉(zhuǎn)筒段的內(nèi)徑，m。由此，我們可以計算得到單旋體所需要的功率。有收油錐主要目的是增加收油處流場的穩(wěn)定和溢流嘴位置的靈活布置，以得到較好的分離效果，同時也可減緩大處理量的液力沖擊，更好地保持低能耗。該關(guān)系的優(yōu)選設(shè)計較復雜，因為它不僅涉及入水口含油量、介質(zhì)粘度、油滴粒徑分布、油水密度差、溫度等，而且與操作參數(shù)（如處理量、工作壓力、轉(zhuǎn)速、分流比等）關(guān)系密切。在x=0處，y=0；在x=d處，；在處。溢流嘴外表面主要作用是把油水從分界面分開并引導液流平穩(wěn)過渡，避免產(chǎn)生劇烈的旋渦，以