第五章礦井排水設(shè)備

1、第五章 礦井排水設(shè)備 第一節(jié) 概述 一、礦井排水設(shè)備的任務(wù)和分類 v1、礦水v（1）礦水來(lái)源v涌入礦井的水統(tǒng)稱為礦水。礦水主要來(lái)源于地面水和地下水。v（2）涌水量v絕對(duì)涌水量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)涌入礦井的水的體積量（q），單位是m3/h；v相對(duì)涌水量：同時(shí)期內(nèi)相對(duì)于單位煤炭產(chǎn)量的涌水量，也稱含水系數(shù)。以“Ks”表示。 tmTqKs/243v3、分類v礦井排水設(shè)備分為固定式和移動(dòng)式。固定式排水設(shè)備根據(jù)其服務(wù)范圍又分為主排水設(shè)備、區(qū)域排水設(shè)備和輔助排水設(shè)備。 v二、礦井排水設(shè)備的組成v1、組成v水泵、電機(jī)及電控設(shè)備、管路及附件、監(jiān)測(cè)儀表等。v2、各部分功用v葉輪:傳遞能量,提高水的能量(靜壓和動(dòng)壓)v電動(dòng)

2、機(jī):驅(qū)動(dòng)設(shè)備,通過聯(lián)軸器與泵軸聯(lián)接,帶動(dòng)泵軸上的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng).v底閥:水泵啟動(dòng)前向水泵內(nèi)灌引水時(shí)或水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)水泵和吸水管內(nèi)的水不漏掉.v調(diào)節(jié)閥:安裝在靠近水泵的出水管上,用來(lái)調(diào)節(jié)水泵的揚(yáng)程和流量.啟動(dòng)時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥,電動(dòng)機(jī)功率最小,停泵時(shí)關(guān)閉閘閥 以避免水擊.v 逆止閥:安裝在閘閥有上方,防止水泵突然停電時(shí),發(fā)生水擊.v旁通管：接在逆止閥和閘閥兩端，水泵啟動(dòng)前向水泵充灌引水。v放氣栓：在充灌引水時(shí)排出水泵內(nèi)的空氣。v放水管：檢修水泵和管路時(shí)放掉排水管中的水。v 濾水器：裝在吸水管的末端，過濾水中的雜物，防止雜物進(jìn)入水泵。 排水設(shè)備一般由水泵、電動(dòng)機(jī)、吸水管、排水管、管路附件及儀表等組成 。如圖1

3、所示。圖1 排水設(shè)備示意圖1、水泵，2、電機(jī)，3、啟動(dòng)設(shè)備，4、吸水管，5、濾水器，6、底閥，7排水管，8、調(diào)節(jié)閥門，9、逆止閥，10、旁通管，11灌引水漏斗，12、放水管，13、放水閥，14、真空表，15放氣栓，16、壓力表第二節(jié)、離心式水泵的組成及工作原理離心泵1、離心泵離心泵的實(shí)物圖 手動(dòng)閘閥示意圖手動(dòng)閘閥實(shí)物圖2、閘閥、閘閥目前自動(dòng)閘閥主要有兩種形式：電動(dòng)執(zhí)行的電動(dòng)閘閥和液壓執(zhí)行的液動(dòng)閘閥。 液動(dòng)閘閥 電動(dòng)閘閥 自動(dòng)閘閥液動(dòng)閘閥的液壓原理圖 1-油箱；2-梭閥；3-液壓泵；4-溢流閥；5-液控單向閥；6-油缸液動(dòng)閘閥3、水介質(zhì)電液球閥、水介質(zhì)電液球閥防爆外殼液壓管路入口轉(zhuǎn)動(dòng)球閥（a）

4、關(guān)閉狀態(tài)（b） 打開狀態(tài)1、組成： 離心式水泵主要由葉輪、葉片、外殼、泵軸和軸承等組成 。 2、離心式水泵的工作原理水泵啟動(dòng)前，應(yīng)先用水注滿泵腔和吸水管，以排除空氣。啟動(dòng)后，泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪中的水在離心力的作用下被甩向葉輪葉輪周圍壓向泵殼，通過排水管排至地面，與此同時(shí)，葉輪中心進(jìn)水口處，由于水被拋至輪緣而形成真空，吸水井中的水在大氣壓的作用下，通過濾水器、底閥及吸水管進(jìn)入水泵，填補(bǔ)葉輪中心的真空，葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，吸水井中的水就不斷被吸入和甩出，形成連續(xù)不斷的排水。1葉輪；2葉片；3軸；4外殼；5吸水管；6濾水器底閥；7排水管；8注水漏斗；9閘板閥v按水泵的安裝分：v1）固定式水泵 將水泵固

5、定在水泵房?jī)?nèi)工作，是礦井的主排水設(shè)備。v2）移動(dòng)式水泵 將水泵安裝后可以移動(dòng)其工作位置，是礦井的輔助排水設(shè)備，常用于掘進(jìn)或淹沒巷道的排水。v 在煤礦中，主要的排水設(shè)備常用D型水泵。D型泵是單吸多級(jí)分段式離心泵，輸送液體的溫度一般不超過80度，并有清水泵和酸堿泵之分，具有流量和揚(yáng)程范圍大、效率高、工作平穩(wěn)等特點(diǎn)，適合礦山排水。v 井底水窩和采空局部排水常用JS型單級(jí)離心式水泵。第二節(jié)離心式水泵的結(jié)構(gòu)v一、離心式水泵的分類v按葉輪數(shù)目分v1)單級(jí)水泵 泵軸上僅裝有-個(gè)葉輪v2)多級(jí)水泵 泵軸上裝有幾個(gè)葉輪v按水泵吸水方式分v1)單吸水泵 葉輪上僅有-個(gè)進(jìn)水口v2)雙吸水泵 葉輪兩側(cè)各有-個(gè)進(jìn)水口v

6、按泵殼的結(jié)構(gòu)分 v1)螺殼式水泵v2)分段式水泵 垂直泵軸心線的平面上有泵殼接縫v3)中開式水泵 在通過泵軸心線的水平面上有泵殼接縫按泵軸的位置分1)臥式水泵 泵軸呈水平位置2)立式水泵 泵軸呈垂直位置按比轉(zhuǎn)數(shù)分 1)低比轉(zhuǎn)數(shù)水泵 比轉(zhuǎn)數(shù)nS=4O802)中比轉(zhuǎn)數(shù)水泵 比轉(zhuǎn)數(shù)nS=8O1503)高比轉(zhuǎn)數(shù)水泵 比轉(zhuǎn)數(shù)nS=150300二、離心式水泵的結(jié)構(gòu) D型泵的結(jié)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)動(dòng)部分、固定部分、和密封部分組成。1、轉(zhuǎn)動(dòng)部分主要由泵軸、葉輪、平衡盤和軸承組成。葉輪和平衡盤裝在泵軸上，泵軸支承在軸承上，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)。（1）葉輪 作用：是泵的主要部件。將機(jī)械能傳遞給水，使水的壓力能和動(dòng)能得到提高。

7、結(jié)構(gòu)：形狀取決于比轉(zhuǎn)數(shù)，由前盤面、后盤面、葉片、輪轂組成。D 型泵葉片數(shù)目一般為57片，因后彎葉片的葉輪效率高，所以離心式水泵大都采用后彎的葉輪。（2）泵軸：作用是傳遞扭矩和支承套裝在它上面的轉(zhuǎn)動(dòng)部件。（3）平衡盤：作用是平衡水泵的軸向推力。離心式水泵的軸向推力及平衡方法 葉輪為單吸式的水泵，從葉輪流出的高壓水作用在葉輪的前后盤上，高壓水作用在前后盤上的壓力不等，后盤壓力大，前盤壓力小，在工作時(shí)產(chǎn)生向吸水側(cè)的軸向推力作用，迫使葉輪和轉(zhuǎn)子一起朝入口方向移動(dòng)。單級(jí)泵的軸向推力有幾百公斤；多級(jí)分段式水泵的可達(dá)幾噸。軸向推力必須予以平衡才能保證泵的正常工作。危害使整個(gè)轉(zhuǎn)子向吸水側(cè)竄動(dòng)。1、使葉輪造成破

8、壞性磨損；2、軸承發(fā)熱、電動(dòng)機(jī)負(fù)載增加；3、使葉輪出水口與導(dǎo)水圈的導(dǎo)葉進(jìn)口發(fā)生偏移，引起沖擊和渦流，降低泵的效率。（三）軸向推力的平衡方法1、平衡孔構(gòu)成一個(gè)平衡室，降低平衡室內(nèi)的壓強(qiáng)。其方法如下：（1）在葉輪后底盤上鉆孔，把平衡室和葉輪入口連接起來(lái)，使兩側(cè)壓強(qiáng)相等；（2）用專門的通路將平衡室與低壓區(qū)溝通，達(dá)到降壓目的。2、固定部分：進(jìn)水段、中段、出水段組成，用拉緊螺栓連接。（1）進(jìn)水段：接受吸水管來(lái)的水，使水均勻地導(dǎo)入第一級(jí)葉輪入口，降低流動(dòng)損失。（2）中段由導(dǎo)水葉片和返水葉片組成 1）導(dǎo)水圈：作用是引導(dǎo)水流運(yùn)動(dòng)方向，降低流速，使一部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)換為靜壓。 2）返水圈：作用是以最小的損失把水引入下

9、一級(jí)葉輪的入口。注意：導(dǎo)水圈葉片與葉輪葉片數(shù)應(yīng)互為質(zhì)數(shù)。（3）出水段（螺殼型）：出水口位于出水段（最后一級(jí)葉輪的后面），為垂直方向。作用是以最小的損失，將導(dǎo)水圈中流出的水匯集起來(lái)并均勻地引至出水口；同時(shí)，使一部分動(dòng)壓變?yōu)殪o壓。水泵的進(jìn)水段、中間段、葉輪和出水段總稱為水泵的過流部件。其形狀和材質(zhì)的好壞是影響水泵性能和壽命的主要因素。進(jìn)水段：把吸水管進(jìn)來(lái)的水流引入第一級(jí)葉輪的入口。 中間段：導(dǎo)水圈、返水圈和密封環(huán)都固定在中間段上。水泵的級(jí)數(shù)越多，中間段的數(shù)目也越多。出水段（螺殼）：把后一級(jí)葉輪出來(lái)的水流收集起來(lái)，形成總流，并使其緩慢排向排水管。主要零部件 葉輪：對(duì)流體產(chǎn)生揚(yáng)程。 用于排污濁或含有大

10、量顆粒的液體導(dǎo)水圈、返水圈：設(shè)水泵的中段上，導(dǎo)水圈把流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，減少能量損失；返水圈是把水導(dǎo)入次級(jí)葉輪。3、水泵的密封水泵的密封包括固定段之間結(jié)合面的密封、轉(zhuǎn)動(dòng)部分的密封。固定件之間密封：紙墊密封轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定之間的密封（1）葉輪的密封葉輪采用密封環(huán)密封。密封環(huán)又叫口環(huán)，葉輪進(jìn)口用大口環(huán)密封葉輪背面輪轂用小口環(huán)密封，便于磨損后更換。（2）吸水側(cè)和排水側(cè)的填料密封2）填料裝置吸水側(cè)填料裝置：作用是防止空氣進(jìn)入泵內(nèi)。包括水封環(huán)和填料。排水側(cè)填料裝置：作用是防止壓力水向外泄漏。注意：填料壓蓋不可擰得太緊。v填料又叫盤根.吸水側(cè)填料由填料箱、填料、水封環(huán)及填料壓蓋組成。一般用浸油石棉繩彎成

11、圓形裝入填料箱.水封環(huán)裝在填料箱中間。水封環(huán)上一般有個(gè)小孔，由水泵中段引入的壓力水通過徑向孔流入水封環(huán)內(nèi)緣并四溢到填料周圍，封住全部軸隙，阻止空氣進(jìn)入水泵吸水口。(二)離心式水泵的型號(hào)表示方法：v 第三節(jié)離心式水泵的性能與工況分析一、離心式水泵的性能參數(shù) 1） 流量 水泵在單位時(shí)間內(nèi)所排出水的體積，稱為水泵的流量，用符號(hào)Q表示，單位m3/s , m3/h。 2）揚(yáng)程 單位重力的水通過水泵后所獲得的能量，稱為水泵的揚(yáng)程，用符號(hào)H表示，單位為m。吸水揚(yáng)程(吸水高度)泵軸線到吸水井水面之間的垂直高度，稱為吸水揚(yáng)程，用符號(hào)HX 表示，單位為m。v排水揚(yáng)程（排水高度）v泵軸線到排水管出口處之間的垂直高度

12、，稱為排水揚(yáng)程。用符號(hào)Hp表示，單位為m.v實(shí)際揚(yáng)程（測(cè)地高度）v從吸水井水面到排水管出口中心線間的垂直高度，稱為實(shí)際揚(yáng)程。用符號(hào)Hc表示，單位為m，即Hc=Hx+Hp總揚(yáng)程總揚(yáng)程H為實(shí)際揚(yáng)程、損失揚(yáng)程hw和在水在管路中以速度v流動(dòng)時(shí)所需的（速度水頭）揚(yáng)程之和，稱為水泵的總揚(yáng)程,即22ghwHcH1000NxQH3）功率水泵在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的大小叫做水泵的功率。水泵的軸功率電動(dòng)機(jī)傳給水泵軸的功率，即水泵的軸功率（輸入功率）水泵的有效功率 水泵實(shí)際傳遞給水的功率，即水泵的有效功率（輸出功率）用符號(hào)NX 表示。礦水的重度水泵的流量水泵的揚(yáng)程ZPQH10004）效率：水泵的有效功率與軸功率之比，

13、叫做水泵的效率，用符號(hào)表示。 5）轉(zhuǎn)速 水泵軸每分鐘的轉(zhuǎn)速，叫做水泵的轉(zhuǎn)速。6）允許吸上真空度或汽蝕余量 在保證水泵不發(fā)生汽蝕的情況下，水泵吸水口處所允許的真空度，叫做水泵的允許吸上真空度。用符號(hào)Hs表示。 水泵吸水口處單位重量的水超出水的汽化壓力的富余能量，叫做水泵的汽蝕余量。v二、離心式水泵的性能曲線v（1）水泵的性能曲線有四條，即揚(yáng)程特性曲線（H-Q）、軸功率特性曲線（N-Q）、效率特性曲線（-Q）、和汽蝕余量曲線或允許吸上真空度曲線v（1）揚(yáng)程特性曲線（H-Q）揚(yáng)程特性曲線表示流量和揚(yáng)程之間的關(guān)系。后彎葉片H=A-BQvA、B為常數(shù)，壓頭線是一條下降的直線。v從圖中可以看出，當(dāng)流量為零

14、時(shí)，揚(yáng)程最大，這時(shí)的揚(yáng)程叫初始揚(yáng)程，用H0表示。隨著流量的增加，揚(yáng)程逐漸降低。v（2）軸功率特性曲線（N-Q）：軸功率特性曲線表示流量和軸功率之間的關(guān)系，從圖中可以看出，軸功率隨流量的增加逐漸增大。流量為零時(shí)，軸功率最小，所以，水泵應(yīng)閘閥完全關(guān)閉時(shí)啟動(dòng)。減小啟動(dòng)電流。v（3）效率特性曲線（-Q）：效率特性曲線類似于拋物線，額定流量時(shí)效率最高。v（4）汽蝕余量曲線或允許吸上真空度曲線：允許吸上真空度曲線表示水泵入口處的真空度和流量之間的關(guān)系，隨著流量的增加，水泵入口處的真空度逐漸減小，水泵的吸水高度就要降低。離心泵的實(shí)際特性曲線 實(shí)際特性圖排水管道特性方程 2gH = H + RQRR 稱為管道

15、阻力系數(shù)。對(duì)于一定的排水管道，因管道直徑、長(zhǎng)度、粗糙度以及管道附件等都是不變的，所以 為一常數(shù)。Q-管路中的流量排水管道特性曲線 四、 水泵的工況點(diǎn)工況點(diǎn)水泵是和管路連接而工作的。水泵的流量就是從管路中流過的水量；水泵的揚(yáng)程就是水流經(jīng)管路時(shí)的總壓頭消耗。所以，如果把水泵特性曲線和管路特性曲線按同一比例畫在同一坐標(biāo)圖上，所得的交點(diǎn)就是水泵的工作點(diǎn)，稱為工況點(diǎn)。點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的參數(shù)稱為工況參數(shù)。2、工業(yè)利用區(qū) 工業(yè)利用區(qū)是水泵特性曲線上允許使用的區(qū)段。在這個(gè)區(qū)段內(nèi)工作，水泵滿足穩(wěn)定工作和經(jīng)濟(jì)工作的條件。（1）穩(wěn)定工作 水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中工況點(diǎn)是單值的，不能出現(xiàn)無(wú)交點(diǎn)或多交點(diǎn)。1）不穩(wěn)定的原因無(wú)工況點(diǎn)（H0HC

16、）多工況點(diǎn)（H0 50m3/ h時(shí)工作泵： n1 =QB / Qe備用水泵: n2 70% n1 且 (n1+n2) Qe QB max 檢修水泵： n3 : n3 25% n1 總臺(tái)數(shù) n= n1 + n2 + n3 設(shè)計(jì)計(jì)算舉例：有一礦井副井（豎井）地面標(biāo)高為+18.5m，第一水平井底標(biāo)高為-500m。正常涌水量為700m3/h，最大涌水量為1100m3/h，持續(xù)時(shí)間70d。涌水為中性，重度為10006N/m3，水溫為15,屬于低沼氣礦井，年產(chǎn)量120萬(wàn)噸，試選擇排水設(shè)備。解：1）水泵應(yīng)具備的排水能力 正常涌水期 QB1.2qz=1.2700=840 m3/h 最大涌水期 QBmax1.2

17、qmax=1.21100=1320 m3/h2）水泵所需揚(yáng)程 表6-1，取g =0.9 HB=Hc/g =（500+18.5+4）/0.9=580.5m3）預(yù)選水泵根據(jù)水泵的產(chǎn)品目錄，選取水泵型號(hào)：D450-6010，其額定流量Qe=450 m3/h ，額定揚(yáng)程He=600m4）確定水泵的臺(tái)數(shù)工作泵的臺(tái)數(shù)：n1 =QB / Qe = 840/450 =1.87 取 n1 = 2備用泵的臺(tái)數(shù)：n2 70% n1 =0.72=1.4 和 n2 QB max / Qe -n1 =1320/450-2=0.93 取 n2 =2 檢修泵的臺(tái)數(shù)：n3 25% n1 =0.252= 0.5 取 n3 = 1

18、 共選擇五臺(tái)水泵。第九節(jié)排水設(shè)備的安全運(yùn)行一、水泵的操作與運(yùn)行（一）水泵啟動(dòng)前的檢查（1）水泵司機(jī)和水泵維修人員應(yīng)該經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，禁止非司機(jī)開車和監(jiān)護(hù)設(shè)備。（2）水泵起動(dòng)前，應(yīng)首先檢查。檢查內(nèi)容：電氣設(shè)備和線路 、開關(guān)手把 、連接螺栓 、聯(lián)軸器 、潤(rùn)滑油 、吸水管路以及底閥 （1）水泵必須灌滿水后才能起動(dòng)有底閥時(shí)，打開放氣閥，直到放氣閥完全冒水時(shí)，表示水泵已灌滿水。這時(shí)，在關(guān)閉放氣閥和放水閥后，起動(dòng)水泵。采用噴射泵無(wú)底閥排水，在灌水時(shí)，必須先順序打開閥門11、10，直到混合管排出的全是水時(shí)，水泵才灌滿水。這時(shí)，關(guān)閉閥門，起動(dòng)水泵。采用噴射泵實(shí)現(xiàn)無(wú)底閥排水系統(tǒng)示意圖1-水泵；2-閘閥；3-逆止閥

19、；4-排水管；5-噴射泵；6-真空表；7-電動(dòng)機(jī)；8-濾水器；9-回水管；10、11-閥門；12-混合室；13-混合管（2）啟動(dòng)水泵時(shí)，應(yīng)完全關(guān)閉閘閥啟動(dòng)。（3）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后達(dá)到正常轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)立即根據(jù)儀表的指示，判斷水泵是否上水，若沒有上水，應(yīng)停電動(dòng)機(jī)，排除故障后，重新啟動(dòng)。（三）水泵的運(yùn)行當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)立即停車檢修 ：（1）有異常震動(dòng)或異常聲響。（2）電流表有劇烈擺動(dòng)或電流超過額定電流或電壓超過額定電壓5%時(shí)。（3）底閥埋入水面深度不合規(guī)定。（4）溫升超限：電動(dòng)機(jī)溫升超過銘牌規(guī)定、滑動(dòng)軸承超過 65 或滾動(dòng)軸承超過 75 時(shí)。（5）填料處滲水量過大或無(wú)水滴出又調(diào)整無(wú)效、填料箱過熱，平衡盤放水管水量變化異常。 停車時(shí)，應(yīng)先慢慢關(guān)閉閘閥，以免引起水擊，再斷電。離心水泵的停止過程 緩慢關(guān)閉閘閥。 按停電按鈕，停止電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 正壓排水時(shí)，應(yīng)關(guān)閉進(jìn)水管上的閥門。 將電動(dòng)機(jī)及起動(dòng)設(shè)備的手輪、手柄恢復(fù)到停車位置。 長(zhǎng)的期停運(yùn)應(yīng)放掉泵內(nèi)存水(當(dāng)冬季有凍冰危險(xiǎn)時(shí))。 當(dāng)電源切斷以后，要注意觀察水泵轉(zhuǎn)子繼續(xù)惰走的時(shí)間，即到達(dá)完全