流體機械,水泵的選型設(shè)計

1、流體機械課程設(shè)計題目：礦井排水設(shè)備選型設(shè)計1 概述2 設(shè)計的原始資料開拓方 式為立井，排水高度為 342m ，正常涌水量為 655m 3/h ；最大涌水量為 850m 3/h ；持續(xù)時間 60d 。礦水 PH 值 為中性，重度為10003N/m 3，水溫為15 C。該礦井屬于高沼氣 礦井，年產(chǎn)量為 5 萬噸。3 排水方案的確定在我國煤礦中，目前通常采用集中排水法。集中排水開拓量小， 管路敷設(shè)簡單，管理費用低，但由于上水平需要流到下水平后再排 出，則增加了電耗。當(dāng)?shù)V井較深時可采用分段排水。涌水量大和水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，若發(fā)生突然涌水有可能 淹沒礦井。因此，當(dāng)主水泵房設(shè)在最終水平時，應(yīng)設(shè)防水門

2、。在煤礦生產(chǎn)中，單水平開采通常采用集中排水；兩個水平同時 開采時，應(yīng)根據(jù)礦井的具體情況進行具體分析，綜合基建投資、施 工、操作和維護管理等因素，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟比較后。確定最合理 的排水系統(tǒng)。從給定的條件可知，該礦井只有一個開采水平，故可選用單水 平開采方案的直接排水系統(tǒng)，只需要在 2343 車場附近設(shè)立中央泵 房，就可將井底所有礦水集中排至地面。4水泵的選型與計算根據(jù)煤礦安全規(guī)程的要求，主要排水設(shè)備必須有工作水泵、 備用水泵和檢修水泵。工作水泵的能力應(yīng)能在 20h內(nèi)排除礦井24h 的正常涌水量（包括充填水和其他用水）。備用水泵的能力應(yīng)不小于 工作水泵能力的70%，并且工作水泵和備用水泵的總能力

3、，應(yīng)能在 20h內(nèi)排出礦井24h的最大泳水量。檢修水泵的能力應(yīng)不小于工作 水泵能力的25%。水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，可根據(jù)具體情況在主 水泵房內(nèi)預(yù)留安裝一定數(shù)量水泵的位置，或另增設(shè)水泵。排水管路必須有工作和備用水管。工作水管的能力應(yīng)能配合工 作水泵在20h內(nèi)排完24h的正常涌水量。工作和備用水管的總能力， 應(yīng)能配合工作和備用水泵在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。4.1水泵必須排水能力計算正常涌水期Qb2420qz31.2qz 1.2 655 786m3/h最大涌水期Qmax24qmax1 .2qmax31.2 8501020m3/h式中Qb工作水泵具備的總排水能力，m3/h ；Qmax工作

4、和備用水泵具備的總排水能力，m3/h ；qz 礦井正常涌水量，m3/h ；qmax礦井最大涌水量，m3/h 。4.2水泵所需揚程估算由于水泵和管路均未確定，無法確切知道所需的揚程，所以需進行估算，即HbHsy 342 4385mg0.9式中Hb估算水泵所需揚程,H sy側(cè)地高度，即吸水井最低水位至排水管出口間的高度差，一般可取Hsy二井底與地面標(biāo)高差+4 （井底車場與吸水井最低水位距離），m ;管路效率。當(dāng)管路在立井中鋪設(shè)時，g=0.90.89 ;當(dāng)管路在斜井中鋪設(shè)，且傾角> 30° 時,g =0.83 0.8 ;=30° 20° 時,g = °8

5、0.77 ; V 20° 時,0.77 0.744.3水泵的型號及臺數(shù)選擇水泵型號的選擇根據(jù)計算的工作水泵排水能力，初選水泵。從水泵產(chǎn)目錄中選取D450-60 X11型號泵，流量550400 m3/h額定揚程594676.5m。則:432水泵級數(shù)的確定HbHi3855940.65取i=1級式中 i水泵的級數(shù)；Hi單級水泵的額定揚程，m水泵臺數(shù)確定工作泵臺數(shù)mQb7861.32Q e594取 n1=2備用水泵臺數(shù)n2>0.7ni=0.7 X2=1.4 和 n2>Qmax/Qe-ni二 1020/594-1=1.72取 n2=2檢修泵數(shù)n3 >0.25 n 1=0.25

6、 X2=0.5，取 n3=2因此，共選5臺泵。5管路的選擇5.1管路趟數(shù)及泵房內(nèi)管路布置形式根據(jù)泵的總臺數(shù)，選用典型五泵兩趟管路系統(tǒng)，一條管路工作一條管路備用。正常涌水時，兩臺泵向一趟管路供水；最大涌水時, 四臺泵同時工作就能達到20h內(nèi)排出24h的最大涌水量，故從減 少能耗的角可采用兩臺泵向兩趟管路供水，從而可知每趟管路內(nèi)流 量Qe等于兩臺泵的流量。5.2管材的選擇由于井深遠大于200m ，確定采用無縫鋼管5.3排水內(nèi)徑p0.01880.0188I 594 1.52.20.3090.374m式中dp排水管內(nèi)徑，m ；Q排水管中的流量，m3/h ;Vp 排水管內(nèi)的流速，通常取經(jīng)濟流速 Vp =

7、1.52 .2(m/ s)來計算。從表1 1預(yù)選351 X8無縫鋼管，則排水內(nèi)徑dp= (351-2 X8) mm =335mm表1-1熱軋無縫鋼管(YB231-70 )外徑壁厚/mm外徑壁厚/mm外徑壁厚/mm/mm/mm/mm893.524.01464.5 36.02737.0 50.0953.524.01524.5 36.02998.0 75.01023.5 28.01594.5 36.03258.0 75.01083.5 28.01685.0 45.03518.0 75.01144.0 28.01805.0 45.03779.0 75.01214.0 32.01945.0 45.040

8、29.0 75.01274.0 32.02036.0 50.04269.0 75.01334.0 32.02196.0 50.04599.0 75.01404.536.02457.0 50.04809.0 75.0常用2.53.03.54.04.55.05.56.06.57.0壁厚7.58.0 8.59.09.5101112131415尺寸1617181920 22252830323640系列5056606370750.5dp0.4p1.3p5.4壁厚驗算式中dp所選標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑，cm ;z=80MPa ;管材許用應(yīng)力焊接鋼管=60MPa,無縫鋼管p 管內(nèi)水壓，考慮流動損失，作為估算p 0.011

9、 a ；C附加厚度。焊接鋼管C 0.2cm，無縫鋼管C 0.1 0.2cm0.535.580 °4°.。11371- 1 0.11'、80- 1.30.0112960.780.8cm所選標(biāo)準(zhǔn)壁厚應(yīng)等于或略大于按上式計算所得的值。吸水管壁厚不需要驗算。因此所選壁厚合適5.5吸水管徑據(jù)根選擇的排水管徑，吸水管選用377 X8無縫鋼管。6工況點的確定及校驗6.1管路系統(tǒng)管路布置參照圖1-2所示的方案。這種管路布置方式任何一 臺水泵都可以經(jīng)過三趟管路中任意一趟排水，排水管路系統(tǒng)圖如1-2所示。圖1-2泵房管路布置圖6.2估算管路長度Lp=排水管長度可估算為:396） mHs

10、y+ （40 50） m=346+ （40 50） m= （386取Lp=390m ，吸水管長度可估算為Lx=7m。6.3管路阻力系數(shù)R的計算沿程阻力系數(shù)0 0210.021吸水管？x =0 3510.3= 0.0288dx0-3排水管0.021.0.3dp=0.0210.3350.30.0292局部阻力系數(shù) 吸、排水管及其阻力系數(shù)分別列于表 1-3、表1-4中表1-3吸水管附件及局部阻力系數(shù)附件名稱數(shù)量局部阻力系數(shù)底閥13.790。彎頭10.294異徑管10.1x 4.094表1-4排水管附件及局部阻力系數(shù)附件名稱數(shù)量局部阻力系數(shù)閘閥22 5.5 11.04逆止閥13.2轉(zhuǎn)彎三通11.590

11、。彎頭44 0.294 1.176異徑管10.5直流三通44 0.7 2.830。彎頭22 0.294 30/ 90 0.196p 20.412lxIpx 5dxd：P 5dp(1T-80.0288 厶29.810.351 54.0940.351 40.02923750.335 5120.4120.335 4=380.72式中R管路阻力系數(shù)，s2/m5;lx、lp 吸、排水管的長度，m ;dx、dp吸、排水管的內(nèi)徑，m吸、排水管的沿程阻力系數(shù)，對于流速v >1.2m/s，其值可按舍維列夫公式計算，即0.021p吸、排水管附件局部阻力系數(shù)之和,根據(jù)排水管路系統(tǒng)中局部件的組成，見表1-3、1

12、-46.4管路特性方程新管1syKRQ2266 1 3.871 10 5 Q2舊管2syKRQ2266 1.7 3.871 10 5 Q2式中K-考慮水管內(nèi)徑由于污泥淤積后減小而引起阻力損失增大的系數(shù)，對于新管K=1，對掛污管徑縮小10%，取K=1.7 ,般要同時考慮K=1和K=1.7兩種情況，俗稱新管和舊管。6.5繪制管路特性曲線并確定工況點根據(jù)求得的新、舊管路特性方程，取8個流量值求得相應(yīng)的損失，列入表1-5中。表1-5管路特性參數(shù)表Q/200250300350400450500550(m3 h-1)Hm267268269270272273275277.5.4.5.7.2.8.7.7268

13、270271274276279282285H2/m.6.1.9.1.5.3.5.9利用表1-5中各點數(shù)據(jù)繪制出管路特性曲線如圖1-7所示， 新、舊管路特性曲線與揚程特性曲線的交點分別為M1和M2，即為新、舊管路水泵的工況點。由圖中可知：新管的工況點參數(shù)為Qm1 =810m 3/h,H M1 =346m,nM1 =0.8,Hs M1 =5.1m,N M1 =498KW ;舊管的工況點參數(shù)為 Q M2 =795m3/h,Hm2 =352m,nM2 =0.81,Hs M2 =5.3m,N M2 =492KW ,因 nMi、nM2 均大于 0.7,允許吸上真空度HsMi=5.1m，符合規(guī)范要求。6.6

14、校驗計算排水時間的驗算管路掛污后，水泵的流量減小，因此應(yīng)按管路掛污后工況點流量校核。正常涌水時，工作水泵ni臺同時工作時每天的排水小時數(shù)TZ24qnPM224 6552 79510 26最大涌水期，工作水泵ni、n2臺同時工作時每天的排水小時數(shù)max24qmax(n1 n2)QM224 650(1 1) 51615.1h20h即實際工作時，只需4臺水泵同時工作即能完成在20h內(nèi)排出24h的最大涌水量。662經(jīng)濟性校核工況點效率應(yīng)滿足 n mi=0.8 R.85 nmax >0.85 xo.81=O.69 , nM2=0.81 >0.69。穩(wěn)定性校核Hsy=346 <0.9iH

15、 0=0.9 X1 X676=608m式中0單級零流量揚程，m。由D450 -60 X11型水泵特性曲線圖可知0 經(jīng)濟流速校核排水管中流速VxQm 1900 d：9005320.3352m/ s1.68m/s吸水管中流速VpQm12900 dx532吸、排水管中的流速在經(jīng)濟流速之內(nèi)，故滿足要求注：吸、排水管的經(jīng)濟流速通常取1.52.2m/s吸水管高度校核SM1lxd：QM15.4783.142 9.810.029270.33554.094 10.335453236005.47 0.82 4.65m式中 H SM1 = H SM1 - (10-h a) - (hn-0.24 )=5.1- (10

16、-10.3 ) - (0.17-0.24 )=5.47m注：ha不同海拔高度z時大氣壓值見表m;hn 不同水溫t時的飽和蒸汽壓力值m;實際吸水高度Hx=4m vHx,吸水高度滿足要求。電機功率計算NdKdM 11000 360010003 810 3461.1 -1000 3600 0.81070kw式中Kd電動機容量富余系數(shù)，一般當(dāng)水泵軸功率大于100KW時，取Kd=1.1 ;當(dāng)水泵軸功率為10 100KW 時，取 Kd=1.1 1.2。水泵配套電機功率為Nd = 1250KW，大于計算值，滿足要求。電耗計算1）年排水電耗QM 2 H10003600 M 1 c d wnzTzQnmax10003 795 3521000 3600 0.8 1 0.9 0.951 14.9 305 2 16.8 60=5.264106kw?h.a式中 E年排水電耗， kw?h/a ;水的重度，N/m3 ;由給定條件可知 =10003 N/m3n