水力旋流器单元参数包括结构参数和操作参数。
结构参数
（1） 水力旋流器直径：水力旋流器直径主要影响生产能力和分离粒度的大小。一般说来，生产能力和分离粒度随着水力旋流器直径增大而增大。
（2） 入料管直径Di：入料口的大小对处理能力、分级粒度及分级效率均有一定影响。入料管直径增大，分级粒度变粗，其直径与旋流器直径呈一定比例，Di=（0.2- 0.26）D。
（3） 锥体角度：增大锥角，分级粒度变粗，减小锥角，分级粒度变细。一般来说对细粒级物料分级，采用较小锥角的旋流器，通常取10～15°；粗粒级分级和浓缩用旋流器一般采用较大的锥角，通常在20～45°。水力旋流器内的流体阻力随着锥角的增大而增大。在同一进口压力下，由于流体阻力增大，其生产能力要减小。分离粒度随其锥角的增大而增大，总分离效率降低，而底流中混入的细颗粒较少。
（4） 溢流管直径：增大溢流管直径，溢流量增大，溢流粒度变粗，底流中细粒级减少，底流浓度增加。根据筒体直径确定溢流管直径，取值范围Do=（0.2- 0.4）D，溢流管内径是影响水力旋流器性能的一个最重要的尺寸，它的变化会影响到水力旋流器所有的工艺指标。当进口压力不变，在一定范围内，旋流器的生产能力近似正比于溢流管直径。
（5） 溢流管插入深度：溢流管插入深度是溢流管插入到旋流器内部一节长度，指的是溢流管底部到旋流器顶盖的距离。减小溢流管插入深度，分级粒度变细；增大溢流管插入深度，分级粒度变粗；通常溢流管插入深度h=（0.3-0.7）D。
（6） 溢流管壁厚：研究表明：溢流管壁厚增加，可以在某种程度上提高旋流器的分离效率，并降低其内部能量损失，而且还能提高水力旋流器的生产能力。
（7） 进料口断面尺寸：进料口的形状和尺寸对其生产能力、分离效率等工业指标有重要的影响。进料口的作用主要是将作直线运动的液流在柱段进口处转变为圆周运动。进料口按照截面形状可以分为圆形和矩形两种。
（8） 底流口直径(d)：底流口直径增大，分级粒度变细，底流口直径减小，分级粒度变粗。根据旋流器直径确定底流口直径，取值范围d= （0.15- 0.25）D，底流口是旋流器中最易磨损的部位。底流口直径的增大，会使水力旋流器的生产能力相应的增大，但其影响比进料口尺寸及溢流管直径的影响相对来说小一些。
（9） 内表面粗糙度及装配精度：水力旋流器的内表面粗糙度及装配精度对其生产能力、分离效率等性能参数的影响较小，但是在生产实践及研究发现，水力旋流器的内表面内衬鑫海耐磨橡胶，耐磨防腐，比较光滑，将会增大流动阻力，同时分离效率也有所增加，同时采用较粗糙内壁的水力旋流器，其流动阻力将会降低，同时底流量增大。
（10） 进料粘度：分离粒径和进料粘度的平方根成正比，亦即进料粘度的增加会导致分离粒径的增大。水力旋流器的生产能力和分流比也会随着粘度的提高而增加。
（11） 锥比：锥比是底流口直径和溢流口直径之比，是设计旋流器的主要参数，也是操作调整分级指标的重要因素。锥比大，分级粒度小，锥比小，分级粒度大；锥比取值范围在0.35～0.65），由于溢流口直径是不可调参数，所以在生产中主要通过更换不同的底流口来选择适宜的锥比。
操作参数
（1） 入料压力：入料压力是旋流器工作的重要参数。提高入料压力，可以增大矿浆流速，物料所受离心力增大，可以提高分级效率和底流浓度，但通过增大压力来降低分级粒度收效甚微，动能消耗却大幅度增加，旋流器整体特别是底流嘴磨损更加严重。处理粗物料时采用低压力（0.05～0.1MPa） 操作，处理细粒及泥质物料时采用高压力 （0.1～0.3MPa） 操作。
（2） 入料量：增大入料量，分级粒度变粗，减小入料量，分级粒度变细。
（3） 浓度：当旋流器尺寸和压力一定时，入料浓度对溢流粒度及分级效率有重要影响。入料浓度高，流体的粘滞阻力增加，分级粒度变粗，分级效率降低。实践表明，分级粒度为0.074mm时，入料浓度以10%～20%为宜。
（4） 入料粒度：入料粒度的变化会明显地影响水力旋流器的分级效果。在其它参数不变时，入料中小于分级粒度的物料含量少时，则底流中的细粒含量少，浓度高，而溢流中的粗颗粒含量增加，旋流器的分级效率下降；当入料中接近分级粒度的物料多时，则底流中的细粒物料多，溢流中的粗粒物料多，分级效果下降。
水力旋流器在选矿行业有哪些作用
水力旋流器是在水介质中根据大小不同的固体颗粒在离心力作用下沉降速度不同进行分级的。
水力旋流器具有结构简单、无运动部件、操作强度大、造价便宜、维修方便、分级效率较高等优点，在国内外为选矿厂和非金属矿产加工厂广泛采用。
一、构造和工作原理
水力旋流器是一个上部为圆柱形，下部为圆锥形的筒体，中间插入溢流管。在筒体上部的周壁上装有与筒壁成切线方向的进料管，在圆锥形筒体下部装有底流管，如图5-10所示。
料浆在压力作用下经进料管沿切线方向进入筒体。在筒体中料浆作旋转运动，料浆中的固体颗粒在离心力作用下，除了随料浆一道旋转外，还沿着筒体的半径朝远心的方向发生沉降，粗颗粒的沉降速度大，很快就到达筒体内壁并沿着内壁下行至圆锥部分，最后从底流管排出，称为沉沙。细颗粒的沉降速度小，当它们还未接近筒壁，仍处在筒体的中心附近时，就被后来的料浆所排挤，被迫上升到溢流管排出，称为溢流。这样，粗细不同的颗粒就分别从底流和溢流中收集，从而实现了分级的操作。
二、水力旋流器中固体颗粒的运动
料浆经进料管沿切线方向进入水力旋流器后，形成了三种不同的运动；绕水力旋流器中心旋转的切向运动，由周边向中心移动的径向运动以及从底流管和溢流管排出的轴向运动。因此，在水力旋流器中，固体颗粒也有三种不同的运动，即切向运动、径向运动和轴向运动。其中切向运动和轴向运动的速度及其分布可看作同液体的情况是一样的，只有径向运动不同。固体颗粒的径向运动是由液体的径向运动以及颗粒在离心力作用下，沿半径朝远心方向运动的二者合成。作用在颗粒上的离心力随颗粒所在位置半径的增大而减少，而液体的径向速度则随半径的增大而增大。由于随半径的变化，离心力的变化较大而液体径向速度的变化较小，因而在离心力较小的周边，将留下粗的固体颗粒，细的颗粒则被液体的径向流动带到半径较小的地方，在那里，颗粒的沉降速度与液体的径向速度大小相等，方向相反。由于这种原因，在水力旋流器中就出现颗粒按其粗细不同而分布在不同半径处的现象，最粗的颗粒靠近器壁积聚，较细的颗粒则离开器壁并按其粒度不同相应地分布在不同半径处。此外，不同密度的颗粒也要分离，密度大的颗粒集中在器壁处，密度小的颗粒则分布在中心附近。
这样，由于轴向运动的存在，分布在轴向速度为零的锥面以外的颗粒，将下行至底流管而成为沉沙，处在同一锥面以内的颗粒，就作为溢流从溢流管排出。如图5-11所示。
图5-10 水力旋流器
1-给矿管；2-圆柱外壳体；3-溢流管；4-锥形容器；5-排矿口；6-导管
三、主要参数的确定
1.生产能力对于国内外采用的锥角为20°的水力旋流器，生产能力
非金属矿产加工机械设备
式中 θ——水力旋流器的生产能力（m3/h）；
di——进料管的相当直径（m）；
d0——溢流管直径（m）；
△p——进料管与溢流管中料浆的压力差（Pa）。
所谓进料管的相当直径是指与进料口横截面积相等的圆的直径。设A为进料口的横截面积，则有
非金属矿产加工机械设备
对于锥角不是20°的水力旋流器，须乘以校正系数
非金属矿产加工机械设备
式中 k——锥角校正系数；
α——锥角（sr）。
图5-11 水力旋流器中料浆运动速度分解图
a-水力旋流器内的切向速度；b-水力旋流器内的径向速度；c-水力旋流器内的轴向速度1-空气柱；2-溢流管；3-筒体
2.界限粒径
在水力旋流器中，如果在半径r，高度为h的圆柱面上，液体的轴向速度正好等于零，那么，一切直径大于δ的颗粒都应成为沉砂，而直径小于δ的颗粒都将成为溢流，直径等于δ的颗粒就是水力旋流器分级的界限颗粒，直径δ就称为界限粒径。
通过对大量实际操作数据的整理，得到以水为介质的水力旋流器计算界限粒径的实用公式：
非金属矿产加工机械设备
式中 δ——界限粒径（m）；
D——水力旋流器直径（m）；
d0——溢流管直径（m）；
du——底流管直径（m）；
△p——水力旋流器进口压力（Pa）；
T——料浆中固体颗粒的质量百分数（%）；
ρs——颗粒的密度（kg/m3）；
ρ——液体的密度（kg/m3）。
必须指出，实际上在溢流中还有5%左右的颗粒，其直径为计算值的1.5～2倍。
3.进口压力
由式（5-25）和式（5-28）可知，水力旋流器的进口压力影响其生产能力和界限粒径。进口压力增大则生产能力增加，界限粒径减小。为了得到细粒的溢流，有时会用较大的进口压力。但是，随着进口压力增大，动力消耗增加很多，水力旋流器磨损加剧。实际上，用增大进口压力的方法来满足生产能力和界限粒径的要求是不经济的。
进口压力一般按界限的大小在30～200kPa之间选取。
为了得到良好的分级效果，最重要的是要使进口压力保持稳定。进口压力波动会引起分级效率的降低，在沉沙中会混入大量的细小颗粒，进口压力愈低，压力波动的影响愈大。为了使进口压力稳定，最好的办法是采用高位槽自流给料。
4.直径
水力旋流器的直径与生产能力、界限粒径有关。直径的选择应根据界限粒径的大小而定。直径大的水力旋流器有较粗的溢流，如要得到细粒的溢流，应当采用直径较小的水力旋流器，在这种情况下，为了满足生产能力的需要，可将几只旋流器并联使用。
作为细物料分级用的旋流器，其直径通常是50～150mm。根据情况的不同，也有用直径为10～15mm的旋流器。
水力旋流器圆柱形筒体的高度一般为直径的0.5～1.5倍。
5.溢流管直径
溢流管直径的变化影响到水力旋流器的所有工作参数，一般取为旋流器直径的0.2～0.4倍。溢流管直径在旋流器的调整阶段选定，投入操作后不再改变。
溢流管插入深度会影响旋流器的溢流粒度。插入深度增加，溢流粒度变细，但插入深度以圆柱形筒体的下部边缘为界，如超过下部边缘增加插入深度，溢流反而变粗。
6.底流管直径
底流管直径变化对水力旋流器的生产能力几乎没有什么影响。
底流管直径的减小会产生以下情况：
（1）在沉沙中固体含量增加到某一极限之前，随着底流管直径的减小，沉沙中固体含量增加，但当固体含量已增加到一极限值（80%～82%）后，继续减少底流管的直径，不会使沉沙中固体含量进一步增加，旋流器反而被沉沙堵塞，失去分级作用。
（2）增大溢流粒度。
（3）增大溢流的生产率，相应地减少了沉沙的生产率。
（4）分级效率增加到最大值后降低。
底流管的直径为溢流管直径的0.2～0.7倍。设计时应设计一个可以调节孔径的底流管，以便调整时能找到分级效率最大的合适尺寸。
7.进料管的相当直径
进料管的相当直径可在下面的范围内选取：
0.5d0＜di＜d0
8.锥角
实践证明，作为分级用的旋流器，合适的锥角为20°左右。对于稀薄的料浆，为了得到细粒的溢流，可以采用较小的锥角。
四、使用
1.溢流导管
水力旋流器的溢流要通过导管送出，溢流导管是旋流器和贮浆设备的联接部分，对旋流器的操作有较大影响，在任何情况下，导管直径都应大于溢流管直径。
如果经过导管往旋流器中心部分吸入空气，那么会发生导管时而充满料浆，时而不充满的现象，在这种情况下，旋流器出现脉动式的运作，分级效率大大降低。
为了使旋流器能正常操作，必须在其中心部分保持恒定的真空度。中心部分出现正压时，会使空气柱消失，并有大量料浆进入沉沙；真空度过大，又会引起部分沉沙吸到溢流中去。因此，通过调整工作，使空气柱的真空度保持恒定，消除脉动运作的现象。
2.调整底流管
改变底流管直径，在满足对溢流和沉沙粒度要求的前提下，使分级效率达到最大值。
旋流器正常操作时，沉沙应成伞状排出，这样，空气可从底流管中心处吸入，已分级的粗颗粒将自由排卸，固体浓度可以达到50%（质量分数）以上。沉沙口太少，则会形成所谓“绳索”状态，形成与沉沙口直径相等的非常稠密的矿浆流，空气旋涡可能消失，分级效率会下降，粗粒物粒将通过溢流管排出。排砂孔太大，会形成较大的中空锥形，底流将变得太稀，过多的水带出本应排入溢流的未分级的细颗粒。
旋流器在工作中的主要毛病是底流管或进料管堵塞。如果沉沙停止排出而溢流继续不变，并且在进料管道上安装的压力表读数没有变化，这就说明底流管已被堵住；如溢流显著减少或停止排出，压力表读数稍有增大，就证明进料管堵塞。
3.磨损问题
料浆在水力旋流器中以很高的速度旋转，对器壁有强烈的研磨作用，磨损最大的地方是圆锥形筒体靠底流管的附近，特别是底流管本身。进料管与圆柱形筒体也有较大的磨损。
进口压力对旋流器的磨损速度有很大影响，据资料介绍，在进口压力为170～200kPa的工作条件下工作，旋流器的使用寿命为7～10昼夜；在进口压力为50kPa左右工作，其寿命增加到两年以上。
为了减少磨损，延长使用寿命，多半使用耐磨材料来制造旋流器，当然，在不同部位，由于摩擦情况不同，对材料的选用应有区别。
对非金属矿产加工，为了防止铁质污染，旋流器通常用陶瓷、铸石等材料制造，也可以用铸铁制成外壳，而在里面衬以橡胶等材料。现有以聚胺脂材料制作旋流器，其耐磨性比铸铁提高四倍以上。如图5-12所示。
水力旋流器的规格和主要技术性能如表5-10。
表5-10 水力旋流器的规格和主要技术性能
为了提高生产能力，可把若干个小旋流器联成一个环形组，共一个给矿管呈径向配置确保均匀给矿。例如将90支直径为10mm的陶瓷旋流体并联安装在一个密闭的不锈钢容器中，旋流体产生的加速度为地球重力加速度的4500倍，每只处理量为200～250L/h，对高岭土矿浆进行超细分级，5μm含量达95%以上，2μm含量达88%。该机没有旋转零件，运行可靠，耐腐蚀，与WL-350离心机相比分级效果好，处理量大，当浓度为20%时，生产力为6t/h干料。结构图如5-13所示。
图5-12 聚胺脂旋流器外形图
图5-13 组合水力旋分机示意图
该装置的技术参数如表5-11所列。
表5-11 组合水力旋流器的主要技术参数
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水力旋流器作为一种常见的分离分级设备，其工作原理是离心沉降，当待分离的两相（或三相）混合液以一定的压力从给矿口切线方向（或渐开线）进入旋流器后，产生强烈的三维椭圆形强旋转剪切旋流流动。由于粗颗粒（或重相）与细颗粒（或轻项）之间存在粒度差（或密度差），在离心力、向心力、浮力、流体阻力等作用下大部分粗颗粒（或重相）按螺旋轨迹下旋到底部，作为沉砂从沉砂口排出。细颗粒（轻相）在中心形成内螺旋矿流向上运动，作为溢流从溢流管排出。
水力旋流器广泛用于工业：非金属矿、高领土、选矿、石油、化工、洗煤厂、造纸、污水处理等行业用于澄清、浓缩分级、脱砂、脱泥、脱水、分选、分离等。具有高效，节能并将逐步替代螺旋分级机作业。
水力旋流器在选矿行业中应用用于很广，大概分为以下几种：
分级：
水力旋流器可用于球磨机粗砂和溢流的分级，以及磨矿作业前的预先分级，所得工艺指标与机械分级机大致相同，可基本上取代分级机工作。尤其是当矿浆浓度较大，运用机械分级机不能得到较细的溢流时，则必须采用水力旋流器。但水力旋流器在工作过程中磨损较快，内衬需要经常更换，造成设备成本较高，若是采用高耐磨性材料做衬板就可以解决这个问题。目前，最适合做旋流器内衬的为烟台鑫海耐磨胶业有限公司生产的耐磨橡胶，可有效降低矿浆对衬板的磨损，使用寿命较普通橡胶延长一倍。
脱泥作业：
水力旋流器可用于各种金属矿、非金属矿的脱泥作业，可达到下列目的：作为选别作业前的准备作业，提高选别指标；脱去矿粒上的浮选药剂；去除非金属矿石中的粗砂；得到最终精矿。
浓缩作业：
在某些工艺中，由于矿浆浓度过低，达不到设计要求，需要利用旋流器进行浓缩处理。如烟台鑫海矿机有限公司推出的尾矿干排工艺，尾矿将首先经过旋流器初步浓缩，所得高浓度矿浆经脱水筛再次脱水处理，而溢流则由浓密机浓缩后输送至脱水筛，既增加脱水筛的处理量，也达到了更好的脱水效果。
除砂与除杂作业：
在湿式选矿工艺中，原矿经捣浆工艺处理后，矿浆中可能会存在石英砂或杂质，因此除砂与除杂是选矿工艺的前提。由于矿石性质不同，有时可能会采用规格不同的旋流器联合使用才能达到工艺要求。
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