一种叶轮吸附水力旋流分离装置
本发明属于渣土处理，具体涉及一种叶轮吸附水力旋流分离装置，用于含砂量较高的盾构渣土的泥砂分离处理。
背景技术：
1、在盾构隧道施工中，渣土的处理是一个重要环节。盾构渣土主要由土壤、砂粒、石砾以及可能的添加剂组成，对于泥砂含量较高的渣土，需要对其进行洗砂处理，将其中的泥砂进行分离，以便进行后续的资源化利用或无害化处理。
2、目前，盾构渣土泥砂分离主要采用物理分离方法，比如水力旋流分离，水力旋流分离装置在分离渣土中的泥砂时，主要依赖的是离心沉降的原理。这种原理基于流体在旋转过程中产生的离心力，使得不同密度的物质在旋流场内按照其密度差异进行分离。具体来说，当含有泥砂的渣土以一定的压力从水力旋流分离装置的切向入口进入时，流体在装置内部形成强烈的旋转运动。由于砂粒和泥的密度不同，在旋转过程中受到的离心力也不同。密度较大的砂粒受到较大的离心力作用，被甩向旋流器的壁面，并沿着壁面下滑至底部的排砂口排出。而密度较小的泥则受到较小的离心力作用，在旋流器内部形成向上的涡流，并通过顶部的排泥口排出。
3、尽管水力旋流分离装置通过离心沉降的原理和内部结构设计，实现了渣土中泥砂的分离。但现有的分离装置在工作时，常常出现内旋流夹杂细小泥砂颗粒导致分离不彻底的现象，不仅影响了分离效率，还增加了后续处理的难度和成本；并且普通水力旋流分离装置排出密度较小的颗粒仅靠内部形成向上的涡流，速率较慢。
4、因此，如何改良旋流分离装置的结构，实现高效的泥砂分离成为本领域的技术难题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种叶轮吸附水力旋流分离装置，用以解决现有技术存在的上述技术问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种叶轮吸附水力旋流分离装置，包括进料系统、旋流分离筒体、振动筛孔装置、叶轮吸附装置和动力系统；
3、所述旋流分离筒体包括圆柱筒体、相接于所述圆柱筒体下方的圆锥筒体以及位于所述圆锥筒体底端的出砂管，所述圆柱筒体的顶端连接所述进料系统；
4、所述振动筛孔装置包括位于所述圆柱筒体内部的振动筛内筒，所述振动筛内筒的下段周侧和底部开有若干筛孔，所述振动筛内筒的上段周侧通过振动连接器连接有圆环式振动器；
5、所述叶轮吸附装置包括圆柱内筒连接管、叶轮壳、泥土排出管和叶轮，所述圆柱内筒连接管可拆卸连接于所述振动筛内筒的上端，其远离所述振动筛内筒的一端与所述叶轮壳相接，所述叶轮壳内转动连接所述叶轮，所述叶轮壳内设有蜗型通道，所述蜗型通道的出口与所述泥土排出管相接；
6、所述动力系统传动连接所述叶轮。
7、优选的，所述进料系统包括泥砂进料管和泥砂入料管，所述泥砂入料管为绕所述圆柱筒体中心轴螺旋弯曲的弯管结构，泥砂经所述进料系统以螺旋式角度进入所述圆柱筒体。
8、优选的，所述泥砂入料管的螺旋外侧空间圆与所述圆柱筒体的外径均为r1，所述泥砂入料管的螺旋内侧空间圆的半径为r2，所述泥砂入料管与所述泥砂进料管相接处为边长是d正方形截面，其中，r1-r2＝d。
9、优选的，所述叶轮吸附水力旋流分离装置还包括进水系统，所述进水系统连接在所述泥砂进料管的前端，所述进水系统包括相互接通的进水管、进土管和混料管，所述进水管和所述混料管贯通，所述进土管与所述进水管成45°夹角倾斜相接。
10、优选的，所述动力系统包括机架、传动轴、密封件和电机，所述机架固接在所述叶轮壳上，所述电机固接在所述机架上，所述电机与所述传动轴的一端相连，所述传动轴的另一端伸入所述叶轮壳的内部与所述叶轮相连，所述密封件设于所述传动轴贯穿所述叶轮壳的位置形成密封。
11、优选的，所述圆柱内筒连接管通过隔振螺栓与振动筛内筒连接。
12、优选的，所述圆柱内筒连接管与振动筛内筒直径一致，所述圆柱内筒连接管与所述圆柱筒体的深度比为0.3。
13、优选的，所述圆柱筒体的径深比为0.2～0.6。
14、优选的，所述叶轮壳的外径与底部连接口的直径比为2:1～3:1。
15、优选的，所述叶轮壳的进口连接管与出口连接管的直径比为0.8:1～1:1。
16、本发明公开了以下技术效果：
17、本发明叶轮吸附水力旋流分离装置通过布置于旋流分离筒体内部的振动筛内筒，可以对盾构土中的泥砂进行高效过滤；振动筛内筒的振动作用能够有效地将泥砂中的细小颗粒筛分出来，提高分离效率。在振动筛内筒过滤的基础上，辅助以叶轮吸附装置，使振动筛内筒过滤与叶轮吸附装置协调工作，为泥砂更高效分离提供帮助。叶轮通过高速旋转产生水力低压环境，将振动筛内筒内部的小粒径泥土吸附并排出，实现了泥砂的高效分离。这种双重分离机制使得分离效果更加显著，解决了传统分离装置分离不彻底的问题。
技术特征：
1.一种叶轮(44)吸附水力旋流分离装置，其特征在于，包括进料系统(1)、旋流分离筒体(2)、振动筛孔装置(3)、叶轮吸附装置(4)和动力系统(5)；
2.根据权利要求1所述的叶轮(44)吸附水力旋流分离装置，其特征在于，所述进料系统(1)包括泥砂进料管(11)和泥砂入料管(12)，所述泥砂入料管(12)为绕所述圆柱筒体(21)中心轴螺旋弯曲的弯管结构，泥砂经所述进料系统(1)以螺旋式角度进入所述圆柱筒体(21)。
3.根据权利要求2所述的叶轮(44)吸附水力旋流分离装置，其特征在于，所述泥砂入料管(12)的螺旋外侧空间圆与所述圆柱筒体(21)的外径均为r1，所述泥砂入料管(12)的螺旋内侧空间圆的半径为r2，所述泥砂入料管(12)与所述泥砂进料管(11)相接处为边长是d正方形截面，其中，r1-r2＝d。
4.根据权利要求2所述的叶轮(44)吸附水力旋流分离装置，其特征在于，还包括进水系统(6)，所述进水系统(6)连接在所述泥砂进料管(11)的前端，所述进水系统(6)包括相互接通的进水管(61)、进土管(62)和混料管(63)，所述进水管(61)和所述混料管(63)贯通，所述进土管(62)与所述进水管(61)成45°夹角倾斜相接。
5.根据权利要求1所述的叶轮(44)吸附水力旋流分离装置，其特征在于，所述动力系统(5)包括机架(51)、传动轴(52)、密封件(53)和电机(54)，所述机架(51)固接在所述叶轮壳(42)上，所述电机(54)固接在所述机架(51)上，所述电机(54)与所述传动轴(52)的一端相连，所述传动轴(52)的另一端伸入所述叶轮壳(42)的内部与所述叶轮(44)相连，所述密封件(53)设于所述传动轴(52)贯穿所述叶轮壳(42)的位置形成密封。
6.根据权利要求1所述的叶轮(44)吸附水力旋流分离装置，其特征在于，所述圆柱内筒连接管(41)通过隔振螺栓与振动筛内筒(31)连接。
7.根据权利要求1所述的叶轮(44)吸附水力旋流分离装置，其特征在于，所述圆柱内筒连接管(41)与振动筛内筒(31)直径一致，所述圆柱内筒连接管(41)与所述圆柱筒体(21)的深度比为0.3。
8.根据权利要求1所述的叶轮(44)吸附水力旋流分离装置，其特征在于，所述圆柱筒体(21)的径深比为0.2～0.6。
9.根据权利要求1所述的叶轮(44)吸附水力旋流分离装置，其特征在于，所述叶轮壳(42)的外径与底部连接口的直径比为2:1～3:1。
10.根据权利要求1所述的叶轮(44)吸附水力旋流分离装置，其特征在于，所述叶轮壳(42)的进口连接管与出口连接管的直径比为0.8:1～1:1。
技术总结
本发明公开一种叶轮吸附水力旋流分离装置，涉及渣土处理技术领域，包括进料系统、旋流分离筒体、振动筛孔装置、叶轮吸附装置和动力系统；其中，振动筛孔装置包括振动筛内筒和位于振动筛内筒的上段周侧的圆环式振动器；叶轮吸附装置包括圆柱内筒连接管、叶轮壳、泥土排出管和叶轮，圆柱内筒连接管可拆卸连接于振动筛内筒的上端，其远离振动筛内筒的一端与叶轮壳相接，叶轮壳内内设蜗型通道，蜗型通道的出口与泥土排出管相接，叶轮通过动力系统驱动。本发明振动筛布置于旋流分离筒体的内部，通过振动作用将泥砂中的细小砂颗粒筛分出来；叶轮吸附装置设置于排泥口处，通过高速旋转产生水力低压环境，吸附振动筛内的小粒径泥土，实现泥砂的彻底分离。
技术研发人员：袁超,王宇欣,李树忱,王修伟,章健,侯庆一,丁佩权
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23