排水設(shè)備選型計算

1、目 錄摘要第一章緒論及設(shè)計原始資料與任務(wù)第二章離心泵結(jié)構(gòu)和特點2.1概述2.2離心泵的工作原理、分類、型號及結(jié)構(gòu) 2.3離心泵的氣蝕2.4離心泵的分類第三章排水設(shè)備選型計算3.1確定排水系統(tǒng)預(yù)選的泵的型號和臺數(shù) 確定水泵的臺數(shù)和級數(shù) 3.2管路及管路布置 管路系統(tǒng)計算管路特性校驗計算第四章確定水倉、水泵房尺寸及其附屬設(shè)備4.1 確定水倉尺寸4.2泵房分配井閘直徑的確定 4.3水泵基礎(chǔ)尺寸的確定4.4計算主泵房主要尺寸第五章 其余方案的選型計算及方案比較5.1確定水泵臺數(shù)5.2管路及管路布置5.3計算耗電量致謝參考文獻摘要本設(shè)計主要內(nèi)容是礦山排水設(shè)備的選型設(shè)計及壓水室形狀對水泵性能的影響。在此課

2、題的設(shè)計過程中， 主要運用分析、比較等方法，根據(jù)礦井安全生產(chǎn)的政策、法規(guī)，應(yīng)用歷史設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)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(shè)計指導(dǎo)思想來進行綜合設(shè)計的。本課題來源與工程實際，因此在設(shè)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(shè)備選型，進行相關(guān)計算，確定設(shè)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(jīng)濟核算以確定方案的合理性。關(guān)鍵詞：排水系統(tǒng)水泵選型工況點第一章緒論及設(shè)計原始資料與任務(wù)1 .緒論在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中，涌入礦井的水流稱為礦水。礦井水的來源分為地

3、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(nèi)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(zhì)及氣候等條件有關(guān)；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(shè)備主要包括：水泵、配套電機、管路、泵房、管子道、水倉及電控設(shè)備等。排水設(shè)備的選擇要以選岀的排水設(shè)備在整個礦井服務(wù)期限中都可以按有關(guān)規(guī)定的要求排除礦井涌水為 原則。排水系統(tǒng)的選擇、設(shè)備的選型，以選岀的整個系統(tǒng)在整個礦井服務(wù)期限內(nèi)

4、均能按有關(guān)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(chǎn)條件，提高設(shè)備運行的安全性、穩(wěn)定性，設(shè)計過程中還要注重科技發(fā)展新成果的合理 應(yīng)用。2設(shè)計的原始資料(1)井口標(biāo)咼為+141米，水平標(biāo)咼為-80米正常涌水量qz 720m h，最大涌水量qmax 115°mh(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(wù)年限30年；(6) 礦年產(chǎn)量600萬噸。3設(shè)計任務(wù)確定合理的排水系統(tǒng)并選擇排水設(shè)備。第二章離心泵結(jié)構(gòu)和特點2.1概述泵是輸送液體并提高液體壓力的機器，

5、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(shè)計不同，防止腐蝕和適應(yīng)化工工藝，包括結(jié)構(gòu)、軸封、材料及檢修難度等。工業(yè)用泵的要求1、適應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)的葉輪，液體在慣性離心力作用下獲得了能量以提高了壓

6、強。離心泵在 工作前，泵體和進口管線必須罐滿液體介質(zhì)，防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)葉輪快速轉(zhuǎn)動時，葉片促使介質(zhì)很快旋 轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)著的介質(zhì)在離心力的作用下從葉輪中飛出，泵內(nèi)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，將液體排岀。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(nèi)存在空氣，由于空氣的密度很低，旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)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(nèi)，不能輸送流體的現(xiàn)象。離心泵啟動 前一定要向泵殼內(nèi)充滿液體以后，方可啟動，否則將造成泵體發(fā)熱，震動，岀液量減少，對水泵造成損壞

7、造 成設(shè)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10140m，流量范圍是 9028600m3 / h。按軸的安裝位置不同，分臥式和立式兩種結(jié)構(gòu)。 臥式S型單級雙吸離心泵相當(dāng)于兩個B型泵葉輪組合而成，液體從葉輪左、右兩側(cè)進入葉輪，流量大。轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，共用一根吸液 管，吸、排液管均布在下半個泵殼的兩側(cè)，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(nèi)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

8、栓封住。泵的軸封裝置多采用填料密封，填料函中設(shè)置水封圈，用細管將壓液室內(nèi)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(shè)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(yīng)用廣泛的泵。由于液體在泵內(nèi)只有一次增能，所 以揚程較低。如圖 12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w 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(zhì)分清水泵；泥漿泵；酸泵；堿泵；油泵；低溫泵；高溫泵；屏蔽泵

9、等。第三章排水設(shè)備選型計算3.1確定排水系統(tǒng)在井底車場設(shè)置水泵房，管路通過副井敷設(shè)。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)。預(yù)選的泵的型號和臺數(shù)1、工作水泵必須的排水能力根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定：工作水泵的能力應(yīng)能在20小時內(nèi)排岀礦井 24小時的正常涌水量。即: Qb 24qz 1.2qz 1.2 720 864（ m3 h）20又：工作水泵和備用水泵的排水能力，能在20小時內(nèi)排岀礦井 24小時的最大涌水量。即：QBMax1.29 ma

10、x 1.2 720864（ m . h）20式中qz礦井正常涌水量（m3 h）2、水泵必須的揚程式中 He測地高度（m）3、根據(jù)楊程涌水量選擇水泵型號根據(jù)計算的Qb . HB從水泵技術(shù)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D45060、DS450-100型水泵其技術(shù)參數(shù)如下表3-1:表3-1 D450-60、DS450-100型水泵技術(shù)參數(shù)D450-60DS450-100經(jīng)比較，D450-60的效率比 DS450-100的效率高，故優(yōu)選 D450-60性泵確定水泵的臺數(shù)和級數(shù)備用臺數(shù):n20.7n10.7 2 1.4 2QBmax驗算 一13803.

11、07<4Qe4501、水泵的臺數(shù)Qb 864n11.92 2正常涌水時所需臺數(shù)：Qe450所以，n2滿足要求。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(yù)選D450 60 4泵五臺，配電機 JSQ-1410（500Kw）3、驗算泵的穩(wěn)定性查表當(dāng)Q=0時，用70m則總揚程為70 X 4=280 （ m）又 0.9 H 00.9280252 m H c 225 m故滿足穩(wěn)定性條件 0.9 HHe的要求。式中H。水泵工作時，正常轉(zhuǎn)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(jù)各涌水期投入工作的水泵臺數(shù)可選用三條管路，

12、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(jīng)濟流速 Vp 1.52.2m s,取Vp 1.8m s4Qe則排水管徑_ 360応 蠹4501.80.30(m)式中dp排水管徑（m）;查表可知Dp 325mm的無縫鋼管可滿足要求取壁厚S =8mm.試算dp =325-8 X=309 ( mm)所需壁厚:與所取S =8 （ mm）正好吻合，驗算合適。式中許用應(yīng)力。去管材抗拉強度b的40 %，即0.4 b。當(dāng)鋼號不明時，可取：鑄鐵管20（MPa），焊接鋼管60（ mpa）無縫鋼管80( mpa)；dp標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑（cm）

13、；Hp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)352X8的無縫鋼管，吸水管選用351X8的無縫鋼管3、管路系統(tǒng)圖3-1 D450-60 X 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 Ip He (40 50) 225 (40 50) 265 275( m)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 X 5=

14、1.4730o彎頭20.10 X 2=0.20三通70.7 X 6+105=5.7閘閥20.26 X 2=0.52止回閥11.7擴大管10.510.0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(wǎng)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(jù)(煤礦設(shè)計規(guī)范) 規(guī)定：確定水泵揚程時， 應(yīng)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(jù)表3-4，表3-4排水揚程和流量值406090100110130140150H(m)226.99227.

15、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(biāo)圖上繪岀管路特性曲線，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Rt即RTi相應(yīng)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，分別帶入此式求岀所揚程列入表3-5 :表3-5排水揚程和流量值16 024036

16、0400440520560600H (m)226.75228.95233.88235.96238.36243.52246.48249.66H -i (m)56.6957.2458.4758.9759.5760.8861.6262.423-3所示）。四臺水泵并 它與三條管路并聯(lián)特性的交點，由該點等揚程線交單臺泵特性于K1即為聯(lián)合工作中各（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 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，K1就是四套水泵聯(lián)合工作的等效工況點 泵的工礦點，各點工況參數(shù)為：3-3最大涌水期工況圖5、計算允許吸上真空度paHx Hs (10亍)9.8 1

17、049.8 10、3)(0.249.8 106.4 (10式中HSPaPn(0.24Pn )9.8 10340.235 10 )9.8 1038lx(X_5 gdx (0.00291 J2g0.33555.98(m)實際條件下預(yù)計的允許-預(yù)計工況時的允許吸上-泵房大氣壓，查表可知-礦水溫度下的飽和蒸汽吸水高度（m）;真空度（m）;壓（Pa）,查表可知Q-工況流量（ms）。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：要求。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）2、驗算排水管中流速3、驗算電動機功率故原配電機JSQ

18、-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：3排1m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(shè)備 4.1確定水倉尺寸8小時的正水倉應(yīng)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 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(zhì)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(shè)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(jīng)過沉淀池后，再流入倉內(nèi)。圖4-1 有沉淀池的水倉布置方式主、副倉容量主

19、、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(yīng)滿足如下條件：在閘閥兩端水差H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Pz800型配水閘閥。 其技術(shù)參數(shù)如下表 4-1:表4-1 PZ-800水閘閥技術(shù)參數(shù)型號公稱直徑介質(zhì)溫度介質(zhì)操作行程操作方式質(zhì)量(kg)PZ-800800常溫水268手動828根據(jù)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(shù)參數(shù)如下表4-2 :表4-2 PZ-400水閘閥技術(shù)參數(shù)型號公稱直徑介質(zhì)溫度介質(zhì)操作行程操作方式質(zhì)量(kg)PZ-4

20、00400常溫水168手動3324.3水泵基礎(chǔ)尺寸的確定基礎(chǔ)的平面尺寸水泵基礎(chǔ)的長和寬應(yīng)比水泵底座最大外形尺寸每邊約大200mm大型水泵基礎(chǔ)應(yīng)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(chǔ)邊緣的最小距離a,應(yīng)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Lz 920mm基礎(chǔ)長：L=541+144+1260+970+70+20> 2=3385(mm)基礎(chǔ)寬：B=890+20> 2+35X4 X2=1570(mm)基礎(chǔ)的高度：基礎(chǔ)深度h 一般大于螺栓埋設(shè)深度200300

21、mm，螺栓埋設(shè)深度 h直鉤式螺栓：h0 20d 20 35 700(mm)爪式螺栓：ho 15d15 35525(mm)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)滿足檢修時起重的要求，根據(jù)具體情況確定，根據(jù)房實際需求取泵房的高度 5.5m。泵房布置圖如圖 4-3所示。'lXJ1圖4-3五臺D450-60 X 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(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定：工作水泵的能力應(yīng)能在20小時內(nèi)排

22、岀礦井 24小時的正常涌水量。即:Qb 24qZ 1.2qz 1.2 720 864( m3 h)20又：工作水泵和備用水泵的排水能力，能在20小時內(nèi)排岀礦井 24小時的最大涌水量。即：QBMax24qz 1.29 max 1.2 720 864(h)20式中qz礦井正常涌水量(m3 h)2、水泵必須的揚程式中 He測地高度(m)3、根據(jù)楊程涌水量選擇水泵型號根據(jù)計算的 Qb. HB從水泵技術(shù)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(shù)數(shù)據(jù)如下表5-1 :表 5-1 200D43 200D65 和 200DM43技術(shù)參數(shù)型號200D43200D65200DM43效率

23、80%68%80%額疋流量(m /h)288280288經(jīng)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(yù)選200DM43X6型水泵七臺4、驗算泵的穩(wěn)定性自特性查的 Q=0時，H。51m，則總揚程為51 X 6=306 ( m)又 0.9H。0.9 306275.4(m) He 225(m)故滿足穩(wěn)定性條件0. 9H f的要求5.2管路及管路布置按(煤礦安全規(guī)程)根據(jù)各涌水期投入工作的水泵臺數(shù)

24、，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(jīng)濟流速 Vp 1.5 2.2 m s,取 Vp 1.8ms則排水管內(nèi)徑查表可知Dp 351mm的無縫鋼管可滿足要求，取壁厚s =8mm試算dp 351 8 2335(mm).所需壁厚:0.4 O.OIIHp0.5dp(.V z 1.3 0.011HP1) 0.150.5 33.5(80 0.4 0.011 22080 1.3 0.011 2201)0.150.59(cm)與所取S =8mm吻合，驗算合適。式中：由于礦井不深，采用 (YB

25、231-70)351X8的無縫鋼管作排水管，吸水管選用377 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5-1 200DM43 X 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 Ip Hc (40 50) 225 (40 50) 265 275( m)取Ip 275m,吸水管長度|x 8m.4、計算管路特性(1)計算沿程阻力損失0.021吸水管:dx0.3歸 00285排水管:0.0210.3dp0 0210°影 00291式中：dxdp吸水管的內(nèi)徑(m )

26、； 排水管的內(nèi)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 X=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(wǎng)1290o彎頭10.294收縮管10.12.394（2）計算管理阻力系數(shù)式中 lx吸水管長度（m）；Ip排水管長度（m）；p 排水管上局部阻力系數(shù)之和；g重力加速度，g=9.807 （m s2）（3 ）管路特性方程

27、式根據(jù)（煤礦設(shè)計規(guī)范）規(guī)定：確定水泵揚程時，應(yīng)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HxHs (10Pa苗）(0.24為）8, lx2g dx5x 12)Q2dx44.8 (109.8 1049.8 103)(0.240.235 1049.8 103)8 8嚴(yán)85亦6?2.394 10.3612(0.086)4.68(m)式中 Hx實際條件下預(yù)計的允許吸水高度（ m ）；Hs 預(yù)計工況時的允許吸上真空度（m）；Pa泵房大氣壓，查表；Fn 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：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