機械畢業(yè)設(shè)計74礦用流體機械設(shè)備選型計算

畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 一、 畢業(yè)設(shè)計題目 80 萬 礦用流體機械設(shè)備選型計算 二、 畢業(yè)設(shè)計提供的原始數(shù)據(jù)資料 排水設(shè)備選型計算 某豎井井深 300m，正常涌水量 zq =200/ hm /3 。最大涌水量maxq=350/ hm /3 ，最大涌水期為 65天，礦水中性，涌水重度 =10000 3/mN ，試選擇一可行的排水方案。 通風設(shè)備選型計算 某礦井開采初期負壓為 2000Pa，末期為 3500 Pa，所需風量 Q=75 sm3 。若風井兼作箕斗井，試選擇風機并確定初期和末期的實際工況點。 空壓機設(shè)備選型計算 已知某礦年產(chǎn)量 80萬噸，達到設(shè)計產(chǎn)量時，共有八個采掘工作面，輸送管道布置如圖所示，各班風動工具見表，試選擇空壓機形式、臺數(shù)及各段輸氣管直徑。 各風動工具表 一班 二班 三班 HP2 -5 G-7 TY-30 HP2 -5 G-7 TY-30 HP2 -5 G-7 TY-30 N1 4 2 4 2 N2 4 2 4 2 N3 1 4 2 4 2 N4 4 2 4 2 1 N5 4 2 4 2 N6 1 4 2 4 2 班 次 機 具 型 號 工 作 面 三、 畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成主要內(nèi)容： 1、說明書： （ 1）分析說明設(shè)備 的結(jié)構(gòu)和工作原理； （ 2）完成設(shè)備整體選型計算； （ 3）完成對各設(shè)備的使用、維護和故障診斷； 2、圖紙 （ 1） 總體 設(shè)計完整、圖紙表達清晰、標注采用國家最新標準； （ 2）完成整機裝配圖紙設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)方案確定最優(yōu)化； （ 3）完成各設(shè)備的機房布置圖； 四、畢業(yè)生應(yīng)提交的畢業(yè)設(shè)計資料要求 1、說明書： （ 1）畢業(yè)設(shè)計說明書必須打印成冊； （ 2）同時提交電子文檔； （ 3）電子文檔的格式是； .說明書必須是 Word,DOC和 EXCEL,XLS .圖紙?zhí)峤坏碾娮游臋n資料必須是 AUTOCAD.Dwg 的格式 （ 4）郵箱地址（ E-Mail） : 2、 圖紙 ： （一）設(shè)備圖 （ 1）排水設(shè)備布置圖 1 張（ A0) （ 2）通風設(shè)備布置圖 1 張（ A0) （ 3）空壓機房設(shè)備布置 圖 1 張（ A0) 注意：手工給圖不得 少于三分之一，其余為 AUTOCAD.DWg 繪制。 （二）說明書一份 （不少于 2 萬字） （三）電子文檔資料 （全部） 五、 設(shè)計進度安排（從第二 周起） 序號 時間 周次 設(shè) 計任務(wù)完成的內(nèi)容及質(zhì)量要求 1 3 月 11 日 3 月 17 日 第 3 周 查閱資料，了解設(shè)備的工作機理及加工技術(shù) 2 3 月 18 日 3 月 24 日 第 4 周 方案制定 3 3 月 25 日 3 月 31 日 第 5 周 各設(shè)備的選型設(shè)計 4 4 月 01 日 4 月 07 日 第 6 周 各設(shè)備的選型設(shè)計草圖繪制 5 4 月 08 日 4 月 14 日 第 7 周 草圖繪制 6 4 月 15 日 4 月 21 日 第 8 周 繪制機房設(shè)備布置圖 7 4 月 22 日 4 月 28 日 第 9 周 繪制機房設(shè)備布置圖 8 4 月 29 日 5 月 05 日 第 10 周 設(shè)計、編寫說 明書 9 5 月 06 日 5 月 12 日 第 11 周 修改說明 六 、主要參考文獻資料 1、工具書： （ 1）機械設(shè)計手冊 （ 2）機械零件設(shè)計手冊續(xù)編 （ 3）國外采煤工作面綜合機械化設(shè)備 （ 4）煤礦機械設(shè)計手冊（上、下） 上海煤礦機械研究所 （ 5）礦山固定機械手冊 煤炭工業(yè)出版社 2、 參考資料： （ 1） 煤礦設(shè)備管理使用手冊 （ 2） 零件圖、說明書 （ 3） 教材 七、簽字欄 簽 字 欄 畢業(yè)生 姓名 徐程 專業(yè) 礦山機電 班級 10 礦山機電 4 班 要求設(shè)計工作起止日期 2009 年 3 月 11 日 2010 年 5 月 12 日 教師審核 指導(dǎo)教師（簽字） 日期 2013 年 月 日 教研室主任審查（簽字） 日期 2013 年 月 日 系主任批準（簽字） 日期 2013 年 月 日 目錄 1、排水設(shè)備選型計算 1.1 排水設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理 1.1.1 水泵的工作原理 1.2 排水設(shè)備的選型計算過程 1.2.1 選定排水方式 1.2.2 預(yù)選水泵的型號與臺數(shù) 1.2.3 選擇管路系統(tǒng) 1.2.4 計算管路特性 1.2.5 校驗計算 1.2.6 計算允許吸水高度 1.2.7 電動機功率的計算 1.2.8電耗計算 1.3 排水設(shè)備的使用、維護、故障診斷 1.3.1 水泵的使用： 1.3.2 排水設(shè)備的故障診斷及處理 1.3.3 水泵的維護 2、通風 設(shè)備的選型計算 2.1 通風設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理 2.1.1 風機的工作原理 2.2 通風設(shè)備的選型計算過程 2.2.1 計算風機必產(chǎn)生的風量和風壓 2.2.2 選擇風機 2.2.3 確定工況點 2.3 通風設(shè)備的使用、維護、故障診斷 2.3.1 通風機的使用 2.3.2 通風機的常見故障及診斷處理 2.3.3 通風機的維護 3、空氣壓縮機的選型 計算 3.1 空壓機的結(jié)構(gòu)和工作原理 3.1.1 空壓機工作原理 3.2 空壓機設(shè)備的計算過程 3.2.1 計算礦井所需的供氣量 Q 3.2.2 估算空壓機必須的出口壓力 3.2.3 選擇空壓機的型號和臺數(shù) 3.2.4 選擇輸氣管徑 3.3 空壓機設(shè)備的使用、維護、故障診斷 3.3.17L-100/8 空壓機的使用 3.3.2 故障排除 3.3.3 空壓機的維護 結(jié)論 參考文獻 工具書： 機械設(shè)計手冊 機械零件設(shè)計手冊續(xù)編 國外采煤工作面綜合機械化設(shè)備 煤礦固定機械手冊煤炭工業(yè)出版社 參考資料： 煤礦設(shè)備管 理使用手冊 零件圖、說明書、教材 致謝 我 在設(shè)計（論文）期間都是在 郭曉娥的 教授全面、具體指導(dǎo)下完成進行的。 郭 老師淵博的學(xué)識、敏銳的思維、民主而嚴謹?shù)淖黠L使學(xué)生受益非淺，并終生難忘。 感謝 郭曉娥 副教授等在畢業(yè)設(shè)計工作中給予的幫助。 感謝我的學(xué)友和朋友對我的關(guān)心和幫助。 畢業(yè)設(shè)計說明書 礦用液體機械設(shè)備選型計算 （一）排水設(shè)備 選型計算 畢業(yè)設(shè)計提供的原始數(shù)據(jù)資料 某豎井井深 300m，正常涌水量 zq =200/ hm /3 。最大涌水量maxq=350/ hm /3 ，最大涌水期為 65天，礦水中性，涌水重度 =10000 3/mN ，試選擇一可行的排水方案。 1、 排水設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理 結(jié)構(gòu)： 排水設(shè)備主要包括：水泵、配套電機、管路及其附件。 工作原理 ： （ 1） 水泵的工作原理我們以單級單吸離心水泵為例： 單級單吸離心式水泵由葉輪、主軸、機殼等組成。當葉輪隨主軸旋轉(zhuǎn)時，葉片間的液體也隨葉 輪旋轉(zhuǎn)而獲得能量，從葉片之間的開口處甩出，進入機殼，通過出液口排出。葉片間液體被甩出后，葉輪中心部分的壓力就要降低，當壓力降低到能將外部液體吸入時，吸入的液體就能從軸向流入葉輪。葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，就能連續(xù)輸出有壓液體。 （ 2） 附件： 帶過濾網(wǎng)的底閥： 用來濾去水中的木屑等固體顆粒，以防吸入泵內(nèi)阻塞流道或損壞泵的有關(guān)設(shè)備。底閥用來擋住水泵啟動前充入吸水管道內(nèi)的水泄漏，當水泵啟動后自動打開底閥。 因底閥會增大吸水阻力，一般只用在中、小型水泵中。大型水泵通常沒有底閥。此時采用射流歷史意義或水環(huán)式真空泵進行抽氣灌水。 閘閥： 一般情況下吸水管道路上不裝閘閥。但是，當泵的吸水管道與其他管道相連，或者處于正壓進水的情況下，吸水管道上應(yīng)裝設(shè)閘閥。排水管路必須裝閘閥，用來調(diào)節(jié)泵的流量，啟動時應(yīng)將此閥關(guān)閉。 閘閥 也可以控制泵與水管的通路 ，逆止閥上方兩側(cè)的兩個閥，兩閥一啟一閉可以控制由哪一條水管排水 。 逆止閥： 按裝在閘閥上方，水只能自下而上，而不能從上往下流，從某種意義上說它是一個單向閥。作用是用來阻止排水管路中的水倒流。特別是排水高度較大時，由于停電等事故，使水泵突然停止工作時，排水管中水突然返流形成水擊，容易損壞水泵。 真空表： 連接在 泵的吸入口法卡接頭上，用來測定泵的進口真空。 壓力表： 連接在泵的出口法卡接頭上，用來測定泵的 出口的壓力。 2、排水設(shè)備的選型計算 選型設(shè)計時要貫徹執(zhí)行煤礦安全規(guī)程和煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范，在保證及時排除礦井涌水的前提下，使排水總費用最小，選擇最優(yōu)方案。在具備上述原始資料的條件下，設(shè)計的步驟如下。 （ 1）選定排水方式 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)礦井的個體情況進行具體分析，綜合基建投資、施工、操作和維修管理等因素，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，只需要在井底車場附近設(shè)立中央泵房，將井底所有涌水直接排至地面。 （ 2） 預(yù) 選水泵的型號與臺數(shù) 根據(jù)煤礦安全規(guī)程的要求，水泵必須有工作、備用和檢修水泵，其中工作水泵應(yīng)能在 20h 內(nèi)排出礦井 24h 的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。備用水泵的排水能力應(yīng)不小于工作水泵排水能力的 70%。工作和備用水泵的總排水能力，應(yīng)能在 20h 內(nèi)排出礦井 24h 的最大涌水量。檢修水泵的排水能力應(yīng)不小于工作水泵排水能力的 25%。水文地質(zhì)條件復(fù)雜或有突水危險的礦井，可根據(jù)具體情況，在主泵房內(nèi)預(yù)留安裝一定數(shù)量水泵的位置，或另外增加 排水能力。 水泵必須具備的總排水能力 根據(jù)煤礦安全規(guī)程的要求，在正常涌水期，工作水泵具備的總排水能力為： 正常涌水期 BQ 1.2zq =1.2 200=240 3m /h 在最大涌水期，工作和備用的水泵總排水能力為： 最大涌水期maxQ 1.2maxq=1.2 350=420 3m /h 式中 BQ 工作水泵具備的總排水能力， 3m /h maxBQ 工作和備用水泵具備的總排水能力， 3m /h zq 礦井正常涌水量， 3m /h maxq 礦井最大涌水量， 3m /h 水泵所需揚程的估算 由于水泵和管路均未確定，因此就無法確切知道所需的揚程，一般可由下面兩個公式中任選一個來估算： )s in 2.01.01( CB HH 或 BH = cH /g 式中 cH 測地高度，即水倉最低水位至排水管出口間的高度差，一般可取cH=井底與地面標高差 +4（井 底車場與水倉最低水位距離）， m 管路傾斜 架設(shè)時的傾角； g 管路效率。當管路架設(shè)在立井時，g=0.90.89;當管路架設(shè)在斜井 ,且傾角 30時 , g=0.830.8；當 =30 20時，g=0.80.77；當 20時，g=0.770.74。 bH=cH/g =9.04300 =337.8m 初選水泵 水泵型號的選擇，依據(jù)計算的工作水泵排水能力 BQ 和估算的所需揚程及原始資料給定的礦水物理化學(xué)性質(zhì)和泥砂含量，從產(chǎn)品樣本中挑選所有能夠滿足排水要求、工作臺可靠、性能很好、符合穩(wěn)定性工作條件、價格低的所有型號的泵。若 PH 5 時，在進入 排設(shè)備前采取降低水的酸度措施在技術(shù)上 有困難或經(jīng)濟上不合理時，應(yīng)選用耐酸泵；若礦泥砂含量太大，應(yīng)考慮選擇 MD 型耐磨泵。符合上述條件的可能有多種型號，應(yīng)全部列出，待選擇了配套管路并經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟性比較后，最終確定出一種型號的泵。 水泵級數(shù)的確定。 水泵級數(shù)可根據(jù)估算的所需揚程和已選出的水泵單級揚程用下式計算： I= BH /iH式中 iH 單級水泵的額定揚程， m。 應(yīng)該指出，計算的 i 值一般來說不是整數(shù)， 而級數(shù)只能是整數(shù)，取大于 i 的整數(shù)當然可以滿足要求，但取小于 i 的整數(shù)有時也能達到要求，此時應(yīng)同時考慮兩種方案，通過技術(shù)經(jīng)濟比較后，方能確定級數(shù)。 水泵臺數(shù)的確定。根據(jù)煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，當 zq 50 hm /3 時，若工作水泵的臺數(shù)為 1n ，則備用水泵的臺數(shù)為 2n ， /2n =0.7 1n 和 /2n =1.2 maxq /Q- 1n (Q 為泵的舊管工況流量 ,求得工況點前可用額定流量預(yù)選 )兩個計算值中取較大值 ,然后再偏上取整值 .檢修水泵的臺數(shù) 3n =0.25 1n 偏止取整值 ,因此水泵的總臺數(shù) n= 1n + 2n + 3n 。 由于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，可根據(jù)情況增設(shè)水泵臺數(shù)或泵房內(nèi)預(yù)留安裝水泵的位置。 從泵產(chǎn)品目錄中選取 D45-600 5型號泵，額定流量eQ=320 3m /h,額定揚程eH=550m。 則：工作泵臺數(shù) 1n eBQQ =320240=0.75,取 1n =1. 備用泵以臺數(shù) 2n 0.7 1n =0.7 1=0.7,故取 2n =1。 檢修泵臺數(shù)3n 0.25 1n =0.25 1=0.25,取3n=1。 因此共選擇三臺泵。 （ 3） 選擇管路系統(tǒng) 根據(jù) 煤礦安全規(guī)程的 規(guī)定，水管必須有工作的各備用的，其中工作水管的能力應(yīng)能配合工作水泵在 20小時內(nèi)排出礦井 24小時的正常涌水量。工作臺各備用水管的總能力，應(yīng)能配合工作和備用水泵在 20 小時內(nèi)排出礦井 24 小時的最大涌水量。涌水量小于300 3m /h的礦井，排水管也不得少于兩趟。 排水管路趟數(shù)在滿足煤礦安全規(guī)程的前提下，在井筒內(nèi)布置以不增加井筒直徑為原則，一般不宜超過四趟。 泵房內(nèi)管路布置的選擇 泵房內(nèi)管路布置主要取決于泵的臺數(shù)和管路趟數(shù)，煤礦中常用的布置方式有三臺泵二趟管路和五臺泵三趟管 路。 管路趟數(shù) 根據(jù)泵的總臺數(shù)選擇三 臺泵二 趟管路系統(tǒng)，一條管路工作，一條管路備用。正常涌水時，一臺泵向一趟管路供水。最大涌水時，兩臺泵同時工作就能達到在 20h 排出 24h 的最大水量。故可用兩泵向兩趟管路供水，從而可知每趟管內(nèi)流量gQ=等于泵的流量。 管路布置如圖 初選管徑 選擇排水管徑就是針對一定的流量尋找運轉(zhuǎn)費用和初期投資費用兩者之和最低的管徑。由于管路的初期投資費用與管徑成正比，而運轉(zhuǎn)所需的電耗與管徑成反比。因此若管徑選擇偏小，水頭損失大，電耗高， 但初期投資少；若管徑選擇偏大，水頭損失小，電耗低，但所需的初期投資費用高。因此，管徑是確定運轉(zhuǎn)費用和初期投資費用在總費用中所占比重的決定因素，選擇時應(yīng)綜合兩方面考慮找出最佳的管徑。通常用試取管內(nèi)流速的方法來求得，其計算公式為： /pd=pguQ36004 =0.0188pguQ 排水管內(nèi)徑由式 /pd =pguQ36004 =0.0188pguQ =0.01882.25.1320 =0.2270.276m 式中 /pd 排水管內(nèi)徑， m； gQ 通過管子的流量， 3m /h; pu 排水管內(nèi)的流速，通常取pu=1.52.2m/s，在這個速度范圍內(nèi)工 作較為經(jīng)濟，故稱經(jīng)濟流速。 從附表中預(yù)選 250 10 鋼管，則排水管內(nèi)徑pd=245-2 10=225mm。 由于鋼管規(guī)格以外徑為基準形成系列，同時對同一外徑有多種壁厚，因此，選擇管材時，根據(jù)井深試選標準管徑。 選擇 管路材料 選擇管材的主要依據(jù)是管道所需承受的壓力。由于礦井排出的水一般進入水渠，因此壓力與井深成正比。通常情況下，井深不超過 200m，多采用焊接鋼管；井深超過 200m 時多采用無縫鋼管。 確定管壁厚時，將排水管路看成為密閉容器，根據(jù)力學(xué)中最大 變形的理論，用厚壁圓筒分析方法得出鋼管壁厚計算公式： 0.5pd(ppzz 3.1 4.0-1)+C 由于井深遠大于 200m，確定采用無縫鋼管。 驗算壁厚 由式 0.5pd(ppzz 3.1 4.0-1)+C=0.5 22.5(8.337011.03.1808.337011.04.080 -1)+0.15=0.86cm 1.0cm，因此選壁厚合適。 式中 pd 所選標準管徑， cm； z 許用應(yīng)力。取管材抗拉強度 b 的 40%，即 z =0.4 b ， Mpa； C 考慮運輸和其他原因形成的表面損傷的附加厚度。焊接鋼管 C=0.2cm，無縫鋼管 C=0.10.2cm。 選擇吸水管的管徑 根據(jù)選擇的排水管的管徑，為了提高吸水性能，防止氣蝕發(fā)生，吸水管 直徑一般比排水管直徑大一級，流速在 0.81.5m/s 范圍內(nèi)，因此，吸水管內(nèi)徑應(yīng)為 /xd = /pd +25 310 m 由于鋼管規(guī)格以外徑為基準形成系列，同時對同一外徑有多種壁厚，因此，選擇管徑時，根據(jù)井深試選標準管徑。則：吸水管 預(yù) 選用 299 5無縫鋼管。 驗算流速，校合選型 xu=243600 xdQ =2289.043600320 =1.36m/s 在上速的范圍內(nèi)，選管合適。 （ 4） 計算管路特性 管路布置如 上 圖 ， 可使任何一臺水泵都可以經(jīng)過兩趟管路中的任一趟。 估算管路長度 排水管長度可估算為 pl=cH+（ 4050） =494504m，取pl=500m， 吸水管長度可估算為 xl=7m。 阻力系數(shù)的 Rt 的計算 計算沿程阻力系數(shù)，對吸 、排水管分別為 x=3.0021.0xd=3.0289.0021.0 =0.0305 p=3.0021.0pd=3.0225.0021.0 =0.0329 局部阻力系數(shù) ,對于吸、排水管路附件其阻力系數(shù)分別列于下面表中。 吸水管附件名稱 數(shù)量 系數(shù)值 底閥 1 3.7 90彎頭 1 0.294 收縮管 0.1 x=4.094 排水管附件名稱 數(shù)量 系數(shù)值 閘閥 2 0.26 2=0.52 止回閥 1 1.7 四通 1 2 1.5=3 90彎頭 4 0.294 5=1.47 直流三通 4 0.7 4=2.8 擴大管 1 0.5 30彎頭 2 0.29432=0.196 p=10.186 管路阻力系數(shù) Rt=g28(5xxx dl +5ppp dl +4xxd +4ppd )= 807.982 (0.03055289.07 +0.03295225.0500 +4289.0094.4 +4225.0186.10 )=377.4 52 /ms =2.91 525 /10 mh 式中 xL 、pL 吸、排水管的長度， m； xd 、 pd 吸、排水管的內(nèi)徑， m； x p 吸、排水管的沿程阻力系數(shù)，對于流速 1.2m/s 其值可按舍維列夫公式計算如下： 3.0021.0d； x 、 p 吸排水管 附件局部阻力系數(shù)之和， 其值可查表得。 管路特性方程 新管 1H =cH+Rt 2Q =454+2.91 2510 Q 舊管 2H =cH+1.7Rt 2Q =454+4.947 2510 Q 繪制管路特性曲線，確定工況點，根據(jù)求得的新、舊管特性方程取八個流量值求職得相應(yīng)的損失。 如下表 Q/ 13 hm 100 150 200 250 300 350 400 450 mH /1 454 3 454 7 455 2 455 9 456 6 457 6 458 7 459 9 mH /2 454 5 455 1 456 457 1 458 5 460 1 461 9 464 將得的兩條管路阻力特性曲線畫在與配套的水泵揚程流量曲線上。由于一般樣本上泵的性能曲線是指單級泵的性能曲線，因此，必須是串聯(lián)后的揚程流量曲線比例相同。當管路阻力曲線與泵的揚程曲線按同一坐標畫在一起時，其交點即為工況點，從工況點就可以求得新管工況點參數(shù)值 1MQ 、 1MH 、 1M 、 1MHs 、 1MN 和舊管 工況點參數(shù)值 2MQ 、 2MH 、 2M 、2MHs 、 2MN 。根據(jù)煤礦井下排水設(shè)計技術(shù)規(guī)定，水泵工況點的效率 1M 、 2M 一 般 不低于 70%，允許吸上真空度不宜小于 5m。 利用表中各點數(shù)據(jù)繪出管路特性曲線如下圖所示， 新舊管網(wǎng)特性曲線與 揚程特性曲線的交點分別為 1M 和 2M ，即為新舊管工況點，由圖可知：新管工況點參數(shù)為 1MQ =480 hm/3 1MH =468m 1M =0.75 1MHs =5.3m 1MN =950kw，舊 管 工 況 點 參 數(shù) 為 2MQ =460 hm/3 2MH =470m 2M =0.79 2MHs =5.7m 2MN =980kw， 因 1M 、 2M 均大于 0.7，允許吸上真空度 1MHs =5.3m，符合規(guī)范要求。 （ 5）校驗計算 由舊管工況點驗算排水時間 舊管狀態(tài)時每臺水泵的流量最小，因此應(yīng)按舊管工況點校核。 正常涌水時，若采用一泵一趟管路排水，則： zT =2124MzQn q=4601 20024=10.43h 20h 最大涌水時，采用 2 泵 2 管排水 。最大涌水時，工作水泵 1n 臺與備用水泵 2n 臺同時工作的排水時間為： maxT=221max)( 24MQnnq=460)11( 30024 =7.8h 20h 經(jīng)濟性校核 工況點效率應(yīng)滿足 1M 0.85 max 2M 0.85 max 1M =0.75 0.85 max =0.85 0.8=0.68 2M =0.79 0.68 穩(wěn)定性校核 cH (0.9 0.95)i0H0H單級零流量揚程。 cH=454m 700 0.9=630m。 （ 6）計算允許吸 水高度 新管時，允許的吸水高度最小，因此根據(jù)求得的新管工況點sMH及當?shù)氐臐穸扔孟率接嬎悖?xH1sMH-10+ap -np +0.24-g28(5xxx dl +41xxd ) 21MQ 取ap=9.8 104ap,np=0.235 104ap， 34 /101 mN 上式 xH 5.3-10+4410108.9 +0.24-807.982 5289.070305.0 +4289.01094.4 (3600480 )2 =10m 求得的xH不能太小，一般以不小于 3.5m為宜 ,否則水倉設(shè)置困難 ,這時需考慮采用其他措施補救 .而上式滿足說明設(shè)制合理。 （ 7）電動機功率的計算 為確保運行可靠，電動機功率應(yīng)由新管工況點確定，其計算 公式如下： 由式 /dN=Kd11136001000MMM HQ 或 /dN =Kd 1MN 式中 Kd 電動機容量富余系數(shù)，一般當水泵軸功率為 10 100kw 時，取 Kd=1.11.2；當水泵軸功率大于 100 kw時，取 Kd=1.1 。 電動機應(yīng)根據(jù)計算出的功率 /dN向上靠樣本的電動機功率選取。 根據(jù)產(chǎn)品樣本向上靠樣本的電動機功率選取dN=1250kw。 （ 8）電耗計算 全年排水電耗 由式 E=wdcMMM HQ 22236001000 （ nz Tz rz +nmaxTmaxrmax） kw Yh/ 式中 nz 、 nmax 年正常和最大涌水期泵工作臺數(shù)； rz 、 rmax 正常和最大涌水時期泵工作晝夜數(shù)； Tz 、 Tmax 正常和最大涌水時期泵每晝夜工作小時數(shù)； d、w c 電機效率，電網(wǎng)效率，傳動效率。 由上式得 E=95.095.0179.036001000 470460108.93 1 10.43 (365-65)+2 7.8 65=3.420 106 kw Yh/ 噸水百米電耗校驗 100te=cwdcMM HH 22673.3=gwdcM 2673.31 =45495.095.079.0637.3 470 =0.395 0.5kw )100/( th 噸水百米電耗與水泵效率、傳動效率、電動機效率、管路效率的乘積成反比，它反映了礦井排水系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的總效率，是一種能夠比較科學(xué)、全面地評價排水設(shè)備運行情況的經(jīng)濟指標。煤礦井下排水設(shè)計技術(shù)規(guī)定規(guī)定 ，排水設(shè)備噸水百米電耗應(yīng)小于 0.5kw h ，則該水泵的選取不是低效設(shè)備，可以使用。 （ 9）按排水總費用最小原則確定最優(yōu)方案 排水總費用主要包括水泵運行費用、設(shè)備初期總投資、初期基建總投資和其他費用。為了尋找最優(yōu)方案，應(yīng)對滿足可行性條件的每一種方案分別計算上述四項費用。總費用最小的方案，就是最優(yōu)方案，即為選型設(shè)計時應(yīng)采納粹的方案。 經(jīng)計算后得出，上述的方案：采用三臺泵二趟管路，三個水泵一臺工作，一臺備用一臺檢修的方案，合理又經(jīng)濟，所以以上的選型 正確。 3、排水設(shè)備的使用、維護和故障診斷 水泵的使用： 泵的啟動： 啟動前，先對泵進行檢查，各部件連接牢固，泵軸轉(zhuǎn)動靈活，吸水濾網(wǎng)無堵塞，然后盤車，務(wù)使其轉(zhuǎn)動靈活無卡住現(xiàn)象。繼而向泵腔和吸水管注滿水，以排出泵腔內(nèi)的空氣，關(guān)閉排水管上的截止閥，即可開動電動機。當泵的轉(zhuǎn)速達到正常轉(zhuǎn)速同時電流表讀數(shù)回落后，逐漸開啟截止閥，并固定在適當?shù)拈_度，進入正常工作。 泵的停止： 水泵停止時，應(yīng)先關(guān)閉排水閘閥，然后再停電機，這樣做是為了防止發(fā)生水擊。水泵停開時間較長，則應(yīng)放掉泵內(nèi)的存水，以免泵內(nèi)生銹。 排水設(shè)備的故障 診斷及處理 故障可分為兩類： 一、泵本自身的機械故障。 二、排水系統(tǒng)的故障，因為泵不能脫離排水系統(tǒng)而孤立工作，當排水系統(tǒng)發(fā)生故障時，雖不是泵身的故障，但能在泵上反映出來。 判斷 故障的基本方法是觀察泵工作時壓力表和真空表讀數(shù)的變化，既能了解泵是否發(fā)生故障，又可進一步抓住它的實質(zhì)，以達到準確有時地排除故障。還可以從聽聲、看電流表的變化等方法幫助判故障。 造成泵故障的原因很多，歸納起來有四個方面，它們是： 泵內(nèi)有氣，吸水管堵塞，排水管破裂?？蓺w納為三個字：氣、堵、裂。 （ 1） 泵內(nèi)有氣 兩表特征： 真空表和壓力表 讀數(shù)都比正常小，常常不穩(wěn)定，甚至降到零，這是因為泵進入空氣之后，壓頭顯著降低，流量也急劇下降的緣故。 故障原因及 排除方法：泵內(nèi)有氣是由吸水系統(tǒng)不嚴密引起的。容易發(fā)生漏氣的部位及原因有：吸水管系統(tǒng)連接處不嚴；填料箱密封不嚴；真空表接頭松動；吸水口淹沒水中過少等等。 此處，當吸水管和泵安裝不合適時，由于吸水管最高處不能完全充滿水，有空氣憋在里面，泵也可能不能正常工作。 應(yīng)特別注意的是，離心泵轉(zhuǎn)速降低或反轉(zhuǎn)，也有類似征兆，兩表讀數(shù)偏小，但比較穩(wěn)定。 （ 2） 吸水管堵塞 兩表特征：真空表讀數(shù)比正常大，壓力表讀數(shù)比正常 小。 故障原因及排除方法 吸水管堵塞的原因有：吸水管插入太深，由于吸水井淤泥太多，沒有及時清理，底閘與泥接觸；濾網(wǎng)太臟；底閥未能全打開等等。 （ 3） 排出管堵塞 兩表特征：壓力表讀數(shù)比正常大，真空表讀數(shù)比政黨小。 故障原因及排除方法：排水閘閥未打開或開錯閥門。 （ 4） 水泵葉輪堵塞 兩表特征：壓力表和真空表讀數(shù)均比正常讀數(shù)小。 排除方法：清理葉輪 （ 5） 排水管破裂 兩表特征：一般是壓力表讀數(shù)下降，真空表讀數(shù)突然上升。 故障及排除方法 排水管破裂的原因，管路焊接質(zhì)量不高、鋼管銹蝕嚴重、操作中錳開錳 關(guān)閘閥而引起水擊等等。最根本的原因是思想上的麻痹大意，只要嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，認真檢查管路的銹蝕情況并定期試壓，就能避免事故的發(fā)生。 （ 6） 泵產(chǎn)生汽蝕 一般來講 真空表和壓力表讀數(shù)常常不穩(wěn)定，比正常小，有時甚至降到零。 但由于引起泵產(chǎn)生汽蝕的直接原因不同，所以兩表的變化規(guī)律也不完全相同，例如： 1、若吸水管嚴重堵塞時，使真空表讀數(shù)增大，但真空度過大，超過泵的允許吸上真空度時，便會引起汽蝕，這時真空度降低，甚至降到零。 2、若泵的允許吸上真空度本來就低（或泵安裝的過高），剛打開排水閘閥就可能產(chǎn)生汽蝕，這時真空度不不定是 先增加后降低，往往是一開始就低下來，甚至為零。 防止和消除汽蝕應(yīng)從設(shè)計和使用兩方面考慮： 1、 從泵的設(shè)計上看，應(yīng)盡量減少允許汽蝕余量，從而使 H 值增大。 2、 從吸水裝置的設(shè)計上看，一是盡量減小吸水管路水頭損失，即減少吸水管長、減小吸不管附件（如底閥）、增大吸水管徑；二是減少實際安裝高度 / 3、 從操作使用上看，減少吸水管路損失。具體方法是關(guān)小泵排水閘閥，使系統(tǒng)的流量減少，吸水管 的水頭損失隨之減小。 水泵的維護 為提高水泵的完好率和維修質(zhì)量，使水泵保持良好的工作狀況，特制定本規(guī)范。 職責劃分： 1.2.1 日常保養(yǎng) (屬經(jīng) 常性工作 )由管理單位運行值班人員與維修人員負責。 .日常保養(yǎng) . 檢查水泵電源導(dǎo)線 ,是否有老化 ,破皮 ,電源線銅芯外漏 .此種情況如果電源線在岸上 ,可以包裹的就包裹 .如果是在水里最好是更換電源線 .經(jīng)常檢查水泵葉輪是否有泥土 ,異物等堵住出水葉輪或是出水口 ,檢查水泵運轉(zhuǎn)時聲音是否良好 ,如果有雜脆聲 ,說明水泵軸承損壞 ,需要檢修 ,加油 ,更換 .檢查水泵運轉(zhuǎn)時是否漏電 .如果漏電請送維修部門檢修 . 保養(yǎng)的還包括： 1 經(jīng)常檢查缺 不 缺油 軸承是否運轉(zhuǎn)正常 2 聯(lián)軸器是否正常 3 吸入管路是否漏水漏氣 4 平衡管是否阻塞 5 出水壓力是否正常 6 是否震動過大 7 軸承基座是否過熱 8 手動盤車是否靈活 9 泵基座是否牢靠 10 有填料的密封經(jīng)常添加 緊固 更 換軸套 1.2.2 定期維護 (屬階段性工作 )由維修單位檢修人員負責 ,。 1.3 檢修周期： 1.3.1 日常保養(yǎng)屬經(jīng)常性工作除特殊規(guī)定以外每班應(yīng)進行檢查和維護。 1.3.2 在一般情況下，每年進行一次吊泵解體檢修。出水量減少或振動較大，有異常聲音時，則必須及時進行解體檢修。 1.4 檢修標準 : 按設(shè)備制造廠要求執(zhí)行，無要求的按本規(guī)范標準執(zhí)行。 2.日常維護保養(yǎng)： 2.1 運轉(zhuǎn)過程 中 ,必須觀察儀表讀數(shù)及泵的振動和聲音是否正常 ,發(fā)現(xiàn)異常情況 ,及時處理； 2.2 每季度測量深井的靜、動水位 ,第一級葉輪必須浸入動水位以下 3 5m。 3.定期維護保養(yǎng) : 將電機和水泵拆開；清洗零部件，除去銹蝕，并檢查零部件的磨損情況。如無問題，涂刷防銹漆后可將水泵和電機重新裝配起來，繼續(xù)使用。如零部件有損壞或磨損嚴重，要進行大修，修理或更換零部件，再將水泵和電機裝配起來。 3.1 電泵的外觀檢查與保養(yǎng) : 電泵提井將水泵和電機拆卸開后，先從外部檢查水泵和電機，將電泵的外部用水清洗干凈后再檢查： 3.1.1. 電泵表面的防銹漆是否脫落。聯(lián)軸器，軸伸，聯(lián)接法蘭，外殼等零件外部是否生銹腐蝕。防銹漆脫落應(yīng)用砂紙打磨平整，擦拭干凈后重新涂刷。零件表面的生銹可用砂紙打磨掉，擦拭干凈后抹上機油。 3.1.2.外部零件是否有碰壞與損傷，輕則修復(fù)重則要進行更換。 3.2 水泵零部件的檢查與保養(yǎng) : 拆開水泵，將零部件用煤油或汽油清洗干凈后再進行檢查與保養(yǎng)，注意橡膠軸瓦要用水清洗。 3.2.1 軸承的檢查與保養(yǎng) : . 檢查軸承表面是否有裂紋，磨損與偏磨等情況。水泵經(jīng)使用后軸瓦均勻的磨痕屬正常情況；如果是磨 損嚴重或偏磨，必須查明原因排除故障或更換新軸承。 . 軸承間隙的檢查：用千分尺測量出軸瓦的內(nèi)孔直徑 Db 和軸套的外經(jīng) DS，軸承間隙 1值為： 1 =Db -DS (毫米 ) 中小容量的潛水泵軸承間隙 1值在 0 3 0 5 毫米范圍內(nèi)。小值對應(yīng)于小容量的水泵；大值對應(yīng)于中等容量的水泵。軸瓦或軸套磨損后，軸承間隙不超過 0 45 0 7 毫米時，經(jīng)維護水泵可照常使用。間隙超過了上面的范圍，必須更換新軸瓦或配用軸套。 （二、）通風設(shè)備 設(shè)計提供的原始數(shù)據(jù)資料 某礦井開采初期負壓力 1500pa,末期為 2200pa,所需風量 Q=85 3m /s。若風井兼作箕斗井，試選擇風機并確定初期和末期的實際工況點。 1、通風設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理 結(jié)構(gòu)由：風機、通風網(wǎng)路、輔助裝置構(gòu)成。 工作原理： 風機的工作原理以軸流式風機的工作原理為例。 軸流式風機的主要零部件葉輪、主軸、機殼，葉輪同辦轂和葉片級成。當主軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉片間的氣體從旋轉(zhuǎn)的葉輪中獲得了能量，從軸向流出，同時葉輪入口處形成負壓，使外界空氣 由軸向流入葉輪。葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，就源源不斷地輸出有壓氣體。 離心通風機的結(jié)構(gòu)主要是由離心葉輪、集流器、喁殼和葉輪軸等組成。 而離心風機工作原理與離心水泵相似，在離心葉輪轉(zhuǎn)動時，葉輪葉片間的氣體在離心力的作用下，由葉輪中央向四周運動，氣體獲得一定的壓力和動能。在葉輪中心處形成低壓吸入氣流，而在蝸殼出口處形成高壓排出氣體，氣流隨著葉輪的轉(zhuǎn)動而源源不斷地吸入和排出。由于氣體在粘度、比重等方面都與液體不同，故風機蝸殼與離心水泵蝸殼在尺寸、截面形狀上都不一樣。 集流器與進氣箱 集流器與進氣箱是風機進風口的 兩種形式，其作用是保證氣流均勻加速并充滿葉輪進口，減少氣流在進入葉輪過程中的能量損失，提高風機效率，降低噪聲。 集流器也有進風口，它的小直徑端與葉輪進口相對應(yīng)。集流器的曲面形狀有多種，高效率風機廣泛采用弧形、圓錐形和錐弧形等幾種形式。 集流器與葉輪之間的間隙 可以是徑向和軸向間隙。徑向間隙氣體泄漏不會破壞主氣流的流動情況，性能 較好。裝有恰當結(jié)構(gòu)形式的集流器，風機的整體效率可提高 3%4%。 一般取 0。 02D，式中 D 葉輪外徑（ mm）。 進氣箱在生產(chǎn)中常由于工藝或設(shè)備及管網(wǎng)布置上的原因，在通風機進口之前需接一彎管，這樣因氣流轉(zhuǎn)彎，致使葉輪進口截面上的氣體流分布很不均勻。為 改善這種狀況，在大型離心通風機的進口集流器前一般都裝有進氣箱。 通風機裝高進氣箱后，效率會下降，特別是在進氣箱設(shè)計不當時，效率下降更多。 進口導(dǎo)流器 為擴大大型離心通風 機的使用范圍和提高調(diào)節(jié)性能，在集流器或進氣箱內(nèi)還裝有進口導(dǎo)流器。通過調(diào)節(jié)進口導(dǎo)流葉片的開啟角度，可調(diào)節(jié)風機進風量的大小和進風氣流方向，相應(yīng)改變風機的工作特性， 以風機風壓、流量和率進 行調(diào)節(jié)。 輔助裝置主要由擴散器、消聲裝置、返風設(shè)備。 擴散器： 通風機出口的氣流速度很大，動壓很高。擴散器就是裝于風機出口的一個斷面逐漸擴大的流道， 其作用是回收部分動壓，以提高風機裝置的靜壓。 小型風機一般自帶擴散器，大中型風機的擴散器可由廠家提供，也可由用戶根據(jù)實際使用條件和安裝地點自行設(shè)計。 消聲裝置： 通風機動轉(zhuǎn)時會發(fā)生很大的噪聲（有的高達 120dB 以上），直接影響到人們的工作、休息、和身體健康。為保護環(huán)境，必須取有效措施把噪聲降到允許范圍。 風機的噪聲主要是有渦流噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲。 渦流噪聲是氣流在 葉道中流動時產(chǎn)生旋渦并脫落，使得氣流與葉片之間的作用力產(chǎn)生波動而引起噪聲。低壓風機以渦流噪聲為主。旋轉(zhuǎn)噪聲是由于葉片周期地拍擊氣體而引起壓力脈動所產(chǎn)生的噪聲。高壓風機以旋轉(zhuǎn)噪聲為主。 軸流風機與離心風機比較，當葉片數(shù)和圓轉(zhuǎn)速成度相同時，兩者的低頻噪聲相差不大，但前者的高頻成分大于后者。一般來說，離心風機噪聲的主要成分是中、低頻，軸流風機的則為中、高頻。 風機噪聲的可靠資料一般應(yīng)通過實驗測定。但缺少可靠數(shù)據(jù)時，也可根據(jù)機械工業(yè)部部頒標準通風機噪聲限值估計。 降噪方法： 當風機的噪聲超過允許值時，必須采取相 應(yīng)的降噪措施，常用的有消聲和隔聲。 消聲是利用消聲器將聲源產(chǎn)生的部分聲能吸收，使向外幅射的聲能減少。 消聲器的種類很多，但用于通風機的大都是阻性（即利用聲阻進行消聲的）消聲器。它對高、中頻噪聲具有較好的消聲效果。 消聲器都是用消聲板按一定方式排列構(gòu)成的。依消聲通道的形狀，可將消聲器分為排列式、蜂窩式和管式等。 管式消聲器一般只用于小型軸流風機中。 消聲器只對某一頻率范圍的噪聲具有較好的消聲效果。每種消聲器都有其上限頻率和下限頻率。 上限頻率 f2=1.85C/b2（ Hz） 下限頻率 f1= C/b1（ Hz） 式中 C 音速，常溫下可取 C=340 sm/ 2b 消聲通道直徑或有效寬度， m 1b 吸聲材料厚度， m 系數(shù)，與吸志材料性質(zhì)有關(guān)，可查表得知。 礦井主通風機的消聲器通常安裝在擴散器之后，在出口拐彎處的周圍安放由消聲板構(gòu)成的消聲彎頭。消聲板的制造也很簡單，在兩穿孔的薄鋼板間填充吸聲材料即得。穿孔的排列多為正 方形和三角形，穿孔率一般為 20%30%。 隔聲： 用吸聲材料將聲源與外界隔離，以減少向外幅射的聲能。通常是在風機外殼加蓋消聲飾面。 反風裝置 為確保礦井生產(chǎn)安全，規(guī)程規(guī)定，礦井主通風設(shè)備必須具有使井巷中風流反向的功能。而且返風量不能低于正風量的 60%。返風任務(wù)就是由反風裝置完成的。 近年來國產(chǎn)的礦用軸流風機（如 2K60， GAF 以及 KZ 系列等）都具有使葉輪反轉(zhuǎn)返風的功能，且返風量不低于正風量的 60%。當風機不具有這種功能時，必須采用反風道返風。 2、通風設(shè)備選型計算 （ 1）計算風機必產(chǎn)生的風量和風壓 由原始資料得知，礦井所需風量 Q0，開采初期和末期的負壓 minstp 和 maxstp ，并不包括 漏風和輔助裝置中的壓力損失。但在選擇風機，應(yīng)將這些因素考慮進去。為此風機應(yīng)產(chǎn)生的風馬牛不相及量是： Qe=KQ0式中 Q0 井下所需的風量； K 漏風系數(shù)。當風井不作提升用時， K=1.11.5;兼作箕斗井時 ,K=1.151.2;罐籠時 ,K=1.251.3。 因兼作箕斗井，取漏風 系數(shù) K=1.16，風機必須產(chǎn)生的風量為 Qe=KQ0=1.16 85=98.6 sm/3 因離心風機常提供全壓特性 ,則風機的全壓為 : 開采 初期 1p =minstp+p+ )2/( 22ke FQ=1500+150+100(估計 )=1750 ap 開采 末期 2p =maxstp+p+ )2/( 22ke FQ=220+150+100(估計 )=2450 ap 式中 p 各輔助裝置的壓力損失之和，作為估計，可取 p =100200ap，有消聲器時另加 50 80 ap ； KF 擴散器出口面積。 （ 2）選擇風機 按類型特性曲線選 首先以效率高、性能好為條件確定風機類型。為使風機在整個服務(wù)期內(nèi)都具有較高的效率，以 1p 和 2p 的平均值 P作為選擇時的計算風壓，即風機在額定工況時的風壓。 P=（ 1p + 2p ） /2=（ 1750+2450） /2=2100 ap 由式 22mmDQ =224 DQ =_Q 、22mmmP=22p =_P 消去 2 ，可得風機的最佳直徑為： 2D =1.1284 _22QPPQe 式中 P 計算全壓 _Q ， _P 所選風機的流量系數(shù)和全壓系數(shù)，對應(yīng)于最佳工況的數(shù)值，可由類 型特性曲線查得； 空氣密度，可取 =1.2kg/m3 。 根據(jù)風機的全壓和風機在額定工況時的風壓，預(yù)選 G4-72-11 型離心風機。根據(jù)其類型特性曲線上查得 _Q =0.23 _P =0.42 則 D2 =1.1284 2223.0210042.06.982.1 =2.907m 由于 G-4-72-11型離心風機沒有型號 能在風壓能滿足的情況下，直徑最大為 2m。為了滿足要求采用兩臺規(guī)格一樣的風機并聯(lián)。則一臺風機須產(chǎn) 生的風量為 /eQ =eQ21=49.3 sm/3 則 /2D =2.056m。該類風機有直徑為 2m的，故取 /2D =2m。 風機轉(zhuǎn)速為 n=_/260PPD =42.02.12100260=616.7 r/min。 則可選 G7-72-11No20， n=630r/min離心風機兩臺。 （ 3）確定工況點 將 G7-72-11No20， n=630r/min 離心風機的特性曲線圖按相同的比例和網(wǎng)路特性曲線畫在一起，確定開采初期和末期的工況點，檢查是否滿足通風要求。網(wǎng)路特性方程可按下述方法求得： 風機給出的是全壓特性，網(wǎng)路全壓特性方程為： 初期 P1 = 22121 )/( QQPQb e末期 P2 = 22222 )/( QQPQb e其特性圖如圖下所示 按坐標（ 49.3,1750） (49.3,2450)確定出初、末期的工況點為 1M 和 2M 如圖所示，用插值法可求得初期、末期轉(zhuǎn)速 1n 580 r/min， 2n 660 r/min。 由圖可看 出風機的工作區(qū)位于最高效率線的左右兩側(cè)，可保證風機在高效區(qū)運行，說明風機的選型合適。 （二）確定電動機的功率和臺數(shù) 初期和末 期，電動機應(yīng)輸出的功率分別為： eQPN 1111 1000（ KW）或estst QPN 1111 1000（ KW） 22222 1000 QPN （ KW）或estst QPN 2222 1000（ KW） 式中，下標“ 1”和“ 2”分別表示初期和末期的實際工況，e為傳動效率。 當 21 /NN 0.6時 ,選用一臺電動機 ,功率為 : dN=(1.1 1.2) 2N 當 21 /NN 0.6時 ,選用兩臺電動 ,功率分別為 : 1dN=(1.1 1.2)21NN 1dN=(1.1 1.2) 2N (三 )、計算年平均耗電量 風機的年平均耗電量可用正式估算： 用一臺 電動機時 E= rT