排水設備選型計算

第7頁目錄目錄 5摘要 7第一章緒論及設計原始資料與任務 8第二章離心泵結構和特點 92.1概述 92.2離心泵的工作原理、分類、型號及結構 92.3離心泵的氣蝕 102.4離心泵的分類 10第三章排水設備選型計算 123.1確定排水系統(tǒng) 123.1.1預選的泵的型號和臺數(shù) 123.1.2確定水泵的臺數(shù)和級數(shù) 133.2管路及管路布置 143.2.1管路系統(tǒng) 143.2.2計算管路特性 163.2.3校驗計算 20第四章確定水倉、水泵房尺寸及其附屬設備 234.1確定水倉尺寸 234.2泵房分配井閘直徑的確定 244.3水泵基礎尺寸的確定 244.4計算主泵房主要尺寸 25第五章其余方案的選型計算及方案比較 275.1確定水泵臺數(shù) 275.2管路及管路布置 285.3計算耗電量 34致謝 36參考文獻 37

摘要本設計主要內容是礦山排水設備的選型設計及壓水室形狀對水泵性能的影響。在此課題的設計過程中，主要運用分析、比較等方法，根據礦井安全生產的政策、法規(guī)，應用歷史設計經驗，結合煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，以安全可靠為根本，以投入少、運行費用低為原則的設計指導思想來進行綜合設計的。本課題來源與工程實際，因此在設計的過程中，通過多種渠道掌握給排水行業(yè)最新信息，初步選擇排水方案并對設備選型，進行相關計算，確定設備工況，然后通過校驗水泵的吸水高度、排水時間，以及對各方案水泵裝置效率的比較，排除不合理的方案，最后再對方案進行經濟核算以確定方案的合理性。關鍵詞∶排水系統(tǒng)水泵選型工況點

第一章緒論及設計原始資料與任務1．緒論在礦井建設和生產過程中，涌入礦井的水流稱為礦水。礦井水的來源分為地面水和地下水，地面水是江、河、湖、溪、池塘的存水及雨水、融雪和山洪等。礦水可以用單位時間涌入礦井內的體積來度量，稱為絕對涌水量。一般用“q”表示，其單位為m3/h。涌水量的大小與該礦區(qū)的地理位置、地形、水文地質及氣候等條件有關；同一礦井在一年四季中涌水量也是不同的，如春季融雪或雨季里涌水量大些，其他季節(jié)則變化不大，因此前者稱最大涌水量，而后者稱為正常涌水量。排水設備主要包括：水泵、配套電機、管路、泵房、管子道、水倉及電控設備等。排水設備的選擇要以選出的排水設備在整個礦井服務期限中都可以按有關規(guī)定的要求排除礦井涌水為原則。排水系統(tǒng)的選擇、設備的選型，以選出的整個系統(tǒng)在整個礦井服務期限內均能按有關規(guī)定的要求排除礦井涌水為原則，盡可能做到安全可靠，投資少，運行費用低，自動化程度高，維護方便。為了改善煤礦生產條件，提高設備運行的安全性、穩(wěn)定性，設計過程中還要注重科技發(fā)展新成果的合理應用。2．設計的原始資料(1)井口標高為+141米，水平標高為-80米(2)正常涌水量，最大涌水量(3)正常涌水期按305天，最大涌水期60天；(4)礦水中性，礦水密度1020kg/m3；(5)服務年限30年；(6)礦年產量600萬噸。3．設計任務確定合理的排水系統(tǒng)并選擇排水設備。第二章離心泵結構和特點2.1概述泵是輸送液體并提高液體壓力的機器，泵分為化工用泵、水泵。其主要差異是水泵特殊材料和適用對象不同而設計不同，防止腐蝕和適應化工工藝，包括結構、軸封、材料及檢修難度等。工業(yè)用泵的要求：1、適應化工工藝要求運行可靠。2、耐腐蝕，耐磨損。3、滿足無泄漏要求。4、耐高溫或耐低溫并能有效連續(xù)工作。2.2離心泵的工作原理、分類、型號及結構1、離心泵的裝置為了使離心泵能正常工作，離心泵必須配備一定的管路和管件，這種配備有一定管路系統(tǒng)的離心泵稱為離心泵裝置。離心泵的一般裝置示意圖，主要有底閥、吸入管路、出口閥、出口管線等。圖2-1離心泵裝置示意圖2、離心泵的工作原理離心泵在工作時，依靠高速旋轉的葉輪，液體在慣性離心力作用下獲得了能量以提高了壓強。離心泵在工作前，泵體和進口管線必須罐滿液體介質，防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生。當葉輪快速轉動時，葉片促使介質很快旋轉，旋轉著的介質在離心力的作用下從葉輪中飛出，泵內的水被拋出后，葉輪的中心部分形成真空區(qū)域。一面不斷地吸入液體，一面又不斷地給予吸入的液體一定的能量，將液體排出。離心泵便如此連續(xù)不斷地工作。2.3離心泵的氣蝕所謂的氣蝕是指：離心泵啟動時，若泵內存在空氣，由于空氣的密度很低，旋轉后產生的離心力很小，因而葉輪中心區(qū)所形成的低壓不足以將液位低于泵進口的液體吸入泵內，不能輸送流體的現(xiàn)象。離心泵啟動前一定要向泵殼內充滿液體以后，方可啟動，否則將造成泵體發(fā)熱，震動，出液量減少，對水泵造成損壞造成設備事故（簡稱“氣蝕”）！2.4離心泵的分類離心泵的種類很多，分類方法常見的有以下幾種方式：1．單級雙吸離心泵揚程范圍為10—140m，流量范圍是90—28600m3／h。按軸的安裝位置不同，分臥式和立式兩種結構。臥式S型單級雙吸離心泵相當于兩個B型泵葉輪組合而成，液體從葉輪左、右兩側進入葉輪，流量大。轉子為兩端支承，泵殼為水平副分的蝸殼形。兩個呈半螺旋形的吸液室與泵殼一起為中開式結構，共用一根吸液管，吸、排液管均布在下半個泵殼的兩側，檢查泵時，不必拆動與泵相連接的管路。由于泵殼和吸液室均為蝸殼形，為了在灌泵時能將泵內氣體排出，在泵殼和吸液室的最高點處分別開有螺孔，灌泵完畢用螺栓封住。泵的軸封裝置多采用填料密封，填料函中設置水封圈，用細管將壓液室內的液體引入其中以冷卻并潤滑填料。軸向力自身平衡，不必設置軸向力平衡裝置。在相同流量下雙吸泵比單吸泵的抗汽蝕性能要好。2．按葉輪數(shù)目分單級離心泵泵中只有一個葉輪，單級離心泵是一種應用廣泛的泵。由于液體在泵內只有一次增能，所以揚程較低。如圖1—2所示為單級單吸離心泵。多級離心泵具有兩個或兩個以上葉輪的離心泵稱為多級離心泵。級數(shù)越多壓力越高。3．按離心泵揚程分低壓泵：揚程≤20m；中壓泵：揚程≥20-100m；高壓泵：揚程≥100m。4．按泵的用途和輸送液體性質分清水泵；泥漿泵；酸泵；堿泵；油泵；低溫泵；高溫泵；屏蔽泵等。第34頁第三章排水設備選型計算3.1確定排水系統(tǒng)在井底車場設置水泵房，管路通過副井敷設。有兩種可供選擇的排水系統(tǒng)，一種是直接排水一種是分段排水，在相同的條件下，直接排水的水平和泵房數(shù)量少，系統(tǒng)簡單可靠，基建投資和運行費用少，維護工作量要減少一半以上，需要的人員也少，因此確定采用直接排水系統(tǒng)。3.1.1預選的泵的型號和臺數(shù)1、工作水泵必須的排水能力根據《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：工作水泵的能力應能在20小時內排出礦井24小時的正常涌水量。即：又：工作水泵和備用水泵的排水能力，能在20小時內排出礦井24小時的最大涌水量。即：式中2、水泵必須的揚程式中3、根據楊程涌水量選擇水泵型號根據計算的.從水泵技術規(guī)格表中選取水泵型號。查表可知D450—60和DS450-100型水泵可滿足要求D450—60、DS450-100型水泵其技術參數(shù)如下表3-1:表3-1D450-60、DS450-100型水泵技術參數(shù)D450-60DS450-100經比較，D450-60的效率比DS450-100的效率高，故優(yōu)選D450-60性泵。3.1.2確定水泵的臺數(shù)和級數(shù)1、水泵的臺數(shù)正常涌水時所需臺數(shù)：備用臺數(shù):驗算<4所以，除此之外尚需一臺檢修，共計五臺水泵，二臺工作，二臺備用,一臺檢修。2、水泵的級數(shù)取4級即預選泵五臺，配電機JSQ-1410(500Kw)3、驗算泵的穩(wěn)定性查表當Q=0時，則總揚程為70×4=280（m)又故滿足穩(wěn)定性條件0.9的要求。式中水泵工作時，正常轉速下零流量揚程（m)3.2管路及管路布置3.2.1管路系統(tǒng)1、確定管路趟數(shù)根據各涌水期投入工作的水泵臺數(shù)可選用三條管路，正常涌水期兩臺水泵各用一條管路排水，最大涌水期四臺泵工作，可啟用備用管路，每兩臺水泵對一趟管路并聯(lián)排水。2、計算管徑及選擇管材經濟流速則排水管徑式中查表可知的無縫鋼管可滿足要求取壁厚δ=8mm.試算=325-8×2=309（mm)所需壁厚：與所取δ=8（mm)正好吻合，驗算合適。式中許用應力。去管材抗拉強度％，即。當鋼號不明時，可取：鑄鐵管，焊接鋼管無縫鋼管；標準內徑（cm）；排水高度（cm);0.15-無縫鋼管附加高度（cm）；由于礦井不深，采用（YB231-70）Ф352×8的無縫鋼管，吸水管選用Ф351×8的無縫鋼管。3、管路系統(tǒng)圖3-1D450-60×4管路系統(tǒng)圖排水管路系統(tǒng)圖如3-1所示：工作時的水泵臺數(shù)可選用三條管路，正常涌水期兩臺水泵各用一條管路排水，最大涌水期四臺泵工作，可啟用備用管路，每兩臺水泵對一管路并聯(lián)排水。4、估算管路長度排水管長度3.2.2計算管路特性1、計算沿程阻力系數(shù)2、局部阻力系數(shù)表3-2。表3-2局部阻力系數(shù)排水管名稱數(shù)量系數(shù)90o彎頭50.294×5=1.4730o彎頭20.10×2=0.20三通70.7×6+105=5.7閘閥20.26×2=0.52止回閥11.7擴大管10.5εξp10.0局部阻力系數(shù)附表3-3附表3-3局部阻力系數(shù)吸水管名稱數(shù)量系數(shù)濾水網1290o彎頭10.294收縮管10.12.3943、計算管路阻力系數(shù)4、管路特性方程式（1）根據（煤礦設計規(guī)范）規(guī)定：確定水泵揚程時，應考慮排水管淤積而增加的阻力，將計算的管路損失乘以1.7系數(shù)。參照水泵的流量范圍，選取八個流量值分別算出排水所需的揚程和利用得到的數(shù)據表3-4，表3-4排水揚程和流量值406090100110130140150H(m)226.99227.22229.99231.17232.46235.42237.08238.8756.7556.8157.5057.7958.1158.8659.2759.72確定工況點在泵單機特性坐標圖上繪出管路特性曲線，如圖3-2所示。正常涌水期工況點為單臺泵與一條管路特性的交點，圖3-2中K點即為所求，該點工況參數(shù)為：圖3-2工況圖（2）最大涌水時期，三條管路并聯(lián)的管路損失系數(shù)：由于管路并聯(lián)壓力不變，排水管、吸水管管徑不變，所以管路損失系數(shù)相同即相應的管路特性方程式為：取四臺泵并聯(lián)的流量范圍為單臺泵的4倍，取八個流量，分別帶入此式求出所揚程列入表3-5：表3-5排水揚程和流量值160240360400440520560600H（m）226.75228.95233.88235.96238.36243.52246.48249.66(m)56.6957.2458.4758.9759.5760.8861.6262.42（3）在最大涌水期工況點為四臺泵與一條管路特性的交點（如圖3-3所示）。四臺水泵并聯(lián)的流量與一臺水泵流量相等，所以得到四臺泵的并聯(lián)工作特性，它與三條管路并聯(lián)特性的交點K1就是四套水泵聯(lián)合工作的等效工況點，由該點等揚程線交單臺泵特性于K1即為聯(lián)合工作中各泵的工礦點，各點工況參數(shù)為：圖3-3最大涌水期工況圖5、計算允許吸上真空度3.2.3校驗計算1、驗算排水時間：正常涌水期每天必需的排水時間為：最大涌水期每天必需的排水時間為：無論正常涌水期和最大涌水期每晝夜的時間均不超過20小時，符合（煤礦安全規(guī)程）要求。2、驗算排水管中流速3、驗算電動機功率故原配電機JSQ-1410-4電機滿足要求。4、計算耗電量（1）每年總耗電量各涌水期不同，它們的每年耗電量分別為：全年總耗電量：式中：排水的電耗：（2）噸水百米電：（3）噸煤排水電耗

第四章確定水倉、水泵房尺寸及其附屬設備4.1確定水倉尺寸水倉應有主艙和副倉，兩者輪換清理和使用。主泵房的主倉和副倉必須能容納8小時的正常涌水量。在采用水沙充填和水力采煤的礦井中，依靠水倉澄清含有大量懸浮物質和固體顆粒的礦水，往往不能達到令人滿意的程度。因此，還必須在水倉進口處設置專門的沉淀池，圖4-1是有沉淀池的水倉布置方式。有大巷進入斜巷的水，首先經過沉淀池后，再流入倉內。圖4-1有沉淀池的水倉布置方式主、副倉容量主、副井倉長4.2泵房分配井閘直徑的確定水倉與泵房之間的分配井要安裝閘閥。閘閥的直徑尺寸應滿足如下條件：在閘閥兩端水差等于0.1米時，閘閥在全開情況下的水量不少于n最大Q泵，則閘閥直徑D可按下式計算：查表選取其技術參數(shù)如下表4-1:表4-1PZ-800水閘閥技術參數(shù)型號公稱直徑介質溫度介質操作行程操作方式質量（kg）PZ-800800常溫水268手動828根據需要參數(shù)共選取PZ-800型配水閘閥四個，PZ-400型配水閥一個PZ-400型配水閘閥技術參數(shù)如下表4-2：表4-2PZ-400水閘閥技術參數(shù)型號公稱直徑介質溫度介質操作行程操作方式質量（kg）PZ-400400常溫水168手動3324.3水泵基礎尺寸的確定基礎的平面尺寸水泵基礎的長和寬應比水泵底座最大外形尺寸每邊約大200mm，大型水泵基礎應高于泵房地面150-300mm；小型水泵可以固定于巖石上。水泵地腳螺栓軸線距基礎邊緣的最小距離a，應不小于螺栓直徑d的4倍，a=4d=4×35=140mm。查北京水泵廠D450-60安裝使用說明書泵外形安裝尺寸表底座長基礎長：L=541+144+1260+970+70+200×2=3385(mm)基礎寬：B=890+200×2+35×4×2=1570(mm)基礎的高度：基礎深度h一般大于螺栓埋設深度200~300mm，螺栓埋設深度直鉤式螺栓：爪式螺栓：4.4計算主泵房主要尺寸1、水泵房長度L2、水泵房寬度B圖4-2泵房斷面圖標準泵房尺寸：B=4.2(m)H=4.1mT=350mm式中：3、水泵房的高度h水泵房高度應滿足檢修時起重的要求，根據具體情況確定，根據房實際需求取泵房的高度5.5m。泵房布置圖如圖4-3所示。圖4-3五臺D450-60×4主水泵房布置圖第五章其余方案的選型計算及方案比較5.1確定水泵臺數(shù)1、工作水泵必須的排水能力根據《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：工作水泵的能力應能在20小時內排出礦井24小時的正常涌水量。即：又：工作水泵和備用水泵的排水能力，能在20小時內排出礦井24小時的最大涌水量。即：式中2、水泵必須的揚程式中3、根據楊程涌水量選擇水泵型號根據計算的.從水泵技術規(guī)格表中選取水泵型號。查表可知型水泵可滿足要求型號水泵能滿足要求。其技術數(shù)據如下表5-1：表5-1200D43、200D65和200DM43技術參數(shù)型號200D43200D65200DM43效率80％68％80％額定流量288280288經比較，200D65的效率低不選用，又因為200DM43耐磨。所以，優(yōu)先選用200DM43較好。200DM配電機型號JS138-4(300kw)(6kw).正常涌水期所需臺數(shù)備用臺數(shù)檢查水泵臺數(shù)共計七臺水泵：三臺水泵、三臺備用、一臺檢修。水泵級數(shù)即預選200DM43×6型水泵七臺4、驗算泵的穩(wěn)定性自特性查的Q=0時，，則總揚程為51×6=306（m）又故滿足穩(wěn)定性條件的要求5.2管路及管路布置按（煤礦安全規(guī)程）根據各涌水期投入工作的水泵臺數(shù)，可選用三趟管路。正常涌水期三臺泵工作，用二趟管子排水；最大涌水期六臺泵工作，可啟用備用管路，即每兩臺水泵一趟管路，三趟管路同時工作。1、計算管徑及選擇管材經濟流速則排水管內徑查表可知的無縫鋼管可滿足要求，取壁厚δ=8mm，試算所需壁厚：與所取δ=8mm吻合，驗算合適。式中：由于礦井不深，采用（YB231-70)Ф351×8的無縫鋼管作排水管，吸水管選用Ф377×9無縫鋼管。2、管路系統(tǒng)排水管路系統(tǒng)圖如5-1圖所示：圖5-1200DM43×6管路系統(tǒng)圖正常涌水期三臺泵工作，用二趟管子排水；最大涌水期六臺泵工作，可啟用備用管路，即每兩臺水泵一趟管路，三趟管路同時工作。3、估算管路長度排水管長度取吸水管長度4、計算管路特性（1）計算沿程阻力損失吸水管：排水管：式中：吸水管的內徑（m）；排水管的內徑（m）；吸水管中沿程阻力損失系數(shù)；排水管中沿程阻力損失系數(shù)。局部阻力損失系數(shù)，附表（1）附表（1）局部阻力損失系數(shù)排水管名稱數(shù)量系數(shù)90o彎頭50.294×5=1.4730o彎頭20.10×2=0.20三通90.7×8+1.5=7.1閘閥20.26×2=0.52止回閥11.7擴大管10.511.49附表（2）局部阻力損失系數(shù)吸水管名稱數(shù)量系數(shù)濾水網1290o彎頭10.294收縮管10.12.394（2）計算管理阻力系數(shù)式中吸水管長度（m）；排水管長度（m）；排水管上局部阻力系數(shù)之和；g—重力加速度，g=9.807（3）管路特性方程式根據（煤礦設計規(guī)范）規(guī)定：確定水泵揚程時，應考慮排水管淤積而增加的阻力，將計算的管路損失乘以1.7系數(shù).參照水泵的流量范圍，選取八個流量值分別算出排水所需揚程和六分之一揚程如下表5-1表5-1流量值和排水所需揚程1030507090110160180H(m)225.04225.39226.08227.11228.49230.22236.00238.9737.5037.5537.6837.8538.0838.3739.3439.825、確定工況一臺泵工作時的工況如圖5-2，點為K工況點，工況參數(shù)為：圖5-2一臺泵工作工況圖6、計算允許吸上高度式中實際條件下預計的允許吸水高度（m）；預計工況時的允許吸上真空度（m）；泵房大氣壓，查表；礦水溫度下的飽和蒸汽壓（Pa），查表；7、驗算排水時間正常涌水期每天必需的排水時間為：