Здесь ε– коэффициент сжатия (ε≈90,0). При H_к < H закручивание жидкости в воронке приводит к уменьшению пропускной способности трубопровода и падению напора на входе в гидроциклон.

Учитывая неравномерность поступления пульпы в приемную воронку, необходимо чтобы высота уровня жидкости в ней превышала критическую в 2–3 раза.

Влияние диаметров разгрузочных отверстий

В практике углеобогащения при классификации шламов принято в основном регулирование работы гидроциклонов с помощью песковых насадок. Диаметр насадка для выпуска сгущенного продукта является одним из основных конструктивных параметров, оказывающих наибольшее влияние на работу гидроциклонов. С уменьшением диаметра нижнего насадка увеличивается содержание твердого в сгущенном продукте. Граничный размер разделения при сгущении до 500–600 г/л остается постоянным; при дальнейшем увеличении степени сгущения размер граничного зерна разделения также увеличивается. Таким образом, с помощью насадка для выпуска сгущенного продукта можно регулировать чистоту слива. Размер насадка по существу является единственным параметров, изменяя который можно регулировать работу гидроциклона в промышленных условиях. Однако надо помнить, что чрезмерное уменьшение диаметра нижнего насадка может привести к его забиванию. Слишком большое увеличение диаметра насадка также нежелательно, так как в этом случае разделение в гидроциклоне прекращается. Необходимо соблюдать следующее условие: наибольший размер насадка для выпуска сгущенного продукта должен быть меньше диаметра сливного стакана.

Если необходимо изменить содержание твердого в сгущенном продукте с G₁ на G₂, то оптимальный диаметр насадка может быть ориентировочно определен по соотношению:

где d₁ и d₂ – диаметры насадков, соответствующие содержанию твердого в сгущенном продукте C₁ и C₂.

Приведенное соотношение можно использовать для расчета необходимого диаметра насадка при содержании твердого в сгущенном продукте не более 700 г/л для коксующихся углей и не более 900 г/л для антрацитов.

Влияние высоты и диаметра сливного стакана

Изменение диаметра сливного стакана влияет на все показатели работы гидроциклона. Так, при постоянном напоре на входе увеличение диаметра сливного стакана повышает производительность аппарата, а при постоянной производительности – уменьшает давление на входе. Обычно диаметр сливного стакана подбирают в период наладки гидроциклона и в дальнейшем он остается постоянным. Лучшие результаты получают, если диаметр сливного стакана составляет 0,2–0,4 диаметра цилиндрической части гидроциклона.

Глубина погружения сливного стакана также оказывает существенное влияние на работу гидроциклона: чем глубже погружен сливной стакан, тем крупнее зерна в сливе. Глубина погружения обычно ограничивается нижним краем цилиндрической части гидроциклона. Минимальное погружение – на 1,5 диаметра входного отверстия ниже оси входного отверстия.

Влияние длины сливной трубы

Трубопровод является гидравлическим сопротивлением на пути движения пульпы. Чем длиннее отводная труба, тем больше сопротивление она оказывает и тем хуже работает гидроциклон. Ухудшение технологических показателей характеризуется уменьшением содержания твердого в сгущенном продукте по мере увеличения гидравлического сопротивления отводящего слив трубопровода.

Чем ниже опущен конец отводной трубы по отношению к гидроциклону, тем интенсивнее подсасываются воздух и жидкость через насадок для выпуска сгущенного продукта. При большом перепаде высот между окончанием сливной трубы и гидроциклонов возможно засасывание в слив сгущенного продукта, при этом в отдельных случаях наблюдается прекращение его выпуска. Для нормальной работы гидроциклона отводная труба должна быть как можно короче и не должна опускаться ниже конической части аппарата. Если же необходима труба большой длины, то ее следует разорвать в 1,5–2,0 м от сливного патрубка гидроциклона и в месте разрыва установить воронку; диаметр отводной трубы должен быть равен или больше диаметра сливного стакана.

Процесс классификации наиболее эффективно протекает при некотором разряжении на сливной линии. Естественно, что в этих условиях необходимо принимать во внимание величину вакуума, создаваемого сливной трубой перед сливным стаканом, так как с увеличением последнего растет как общая пропускная способность аппарата, так и в первую очередь объемная производительность по сливу.

Исследования показали, что граничное зерно разделения с увеличением длины сливной трубы будет увеличиваться при одинаковых скоростях пульпы на входе в гидроциклон.

Влияние угла конусности

Гидроциклоны, применяемые в промышленности, имеют самые различные углы конусности от 5° до 60–70°. Практически установлено, что наиболее приемлемые результаты классификации и сгущения получены в гидроциклонах с углом конусности 10–20°.

Влияние угла наклона гидроциклона

Угол наклона оси гидроциклона к горизонтальной плоскости оказывает некоторое влияние на работу гидроциклонов, особенно при небольших напорах. При переходе от горизонтального к вертикальному расположению аппарата все большее значение приобретает сила тяжести. Степень сгущения нижнего продукта при этом уменьшается, производительность гидроциклона по сгущенному возрастает, а по сливу несколько падает.

В результате проведенных исследований и промышленной эксплуатации выявлено, что оптимальным углом наклона гидроциклона к горизонту является угол 30–40°. При этом достигается максимальная общая производительность, максимальное извлечение твердой фазы в сгущенный продукт и минимальный размер граничного зерна.

Согласно [22] с ростом напора влияние угла наклона гидроциклона на процесс разделения зерен полезных ископаемых быстро уменьшается (при избыточном давлении более 0,1 МПа увеличение фактора разделения составляет всего лишь 5 %). Однако при сравнительно небольших напорах значение горизонтального расположения аппарата возрастает (при избыточном давлении 0,03-0,04 МПа фактор разделения возрастает на 24–18 %, а производительность – на 9,6–8,5 %).

Влияние угла наклона гидроциклона на процесс разделения возрастает с увеличением его диаметра, а также возрастанием расстояния между осями питающего и сливного патрубков при постоянном напоре.

В случае, когда энергия положения исходной пульпы относительно сливного патрубка характеризуется половиной диаметра гидроциклона, влияние угла наклона гидроциклона на его производительность и фактор разделения уменьшаются.

Минимальное значение фактора разделения наблюдается при вертикальном расположении гидроциклона. При горизонтальном расположении гидроциклона – максимальное.

Влияние гранулометрического состава исходной пульпы

Содержание твердого в исходном продукте и его гранулометрический состав определяют производительность гидроциклона по твердому. Объемную производительность гидроциклона можно принять практически постоянной, не зависящей от содержания и гранулометрического состава твердого в исходном продукте. Производительность по твердому может изменяться в широких пределах и ограничивается пропускной способностью нижнего насадка. Максимальная производительность по сгущенному продукту (в т/ч твердого) составляет: для гидроциклона Ø630 мм – 30, Ø900 мм – 60–70 и Ø1200 мм – 100–120.

Если количество твердого в исходном продукте крупностью больше размера граничного зерна разделения будет превышать указанные цифры, то может произойти зашламовка нижнего насадка и попадание крупнозернистого шлама в слив. В этом случае для предотвращения зашламовки и загрязнения слива необходимо снизить объемную производительность гидроциклона, уменьшив сечение входного патрубка. Для этого в гидроциклонах последних конструкций предусмотрено регулирующее устройство, позволяющее перекрывать до 70 % сечения входного патрубка.