礦用水泵的選型設計

第二節(jié)礦用水泵的選型設計設計任務選型設計的任務是根據(jù)礦山的具體條件，在現(xiàn)有產(chǎn)品中對水泵機組及管路進行合理的選擇，以保證安全、經(jīng)濟、可靠地運轉(zhuǎn)。具體內(nèi)容包括：（1）礦井排水系統(tǒng)；（2）選擇排水設備；（3）提出經(jīng)濟核算結(jié)果；（4）繪制泵房及管路布置圖。原始資料正常排水量Q為420m3/h，排水高度H為420m。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?shù)V井較深時可采用分段排水。涌水量大和水文地質(zhì)條件復雜的礦井，若發(fā)生突然涌水有可能淹沒礦井。因此，當主水泵房設在最終水平時，應設防水門。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)。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，應能在20h內(nèi)排出礦井24h的最大泳水量。檢修水泵的能力應不小于工作水泵能力的25%。水文地質(zhì)條件復雜的礦井，可根據(jù)具體情況在主水泵房內(nèi)預留安裝一定數(shù)量水泵的位置，或另增設水泵。排水管路必須有工作和備用水管。工作水管的能力應能配合工作水泵在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．預選水泵的型號和臺數(shù)(1)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：在最大涌水期，工作和備用水泵具備的總排水能力為：式中——工作水泵具備的總排水能力，m3/h；——工作和備用水泵具備的總排水能力，m3/h；——礦井正常涌水量，m3/h；——礦井最大涌水量，m3/h。由所給數(shù)據(jù)正常排水量Q為420m3/h，即為420m3/h，且最大涌水量為正常涌水量的1.7倍，故可得：m3/h最大涌水量為：m3/h工作和備用水泵總排水能力為：m3/h（2）水泵所需揚程的估算水泵所需揚程可由下式計算：式中——測地高度，即水倉最低水位至排水管出口間的高度差，一般可取井底與地面標高差（排水高度）（井底車場與水倉最低水位距離），；——管路傾斜架設時的傾角；——管路效率。當管路架設在立井時，；當管路架設在斜井，且傾角時，；當時，；當時，。故可得：m即水泵所需揚程為471m。（3）列出符合條件的泵的型號、級數(shù)、臺數(shù)=1\*GB3①水泵型號的選擇。依據(jù)計算的工作水泵排水能力和估算的所需揚程及原始資料給定的礦水物理化學性質(zhì)的泥砂含量，從產(chǎn)品樣本中挑選所有能夠滿足排水要求、工作可靠、性能良好、符合穩(wěn)定性工作條件、價格低的所有型號的泵。由正常排水量為420m3/h，排水高度H為420m，從泵性能及配套電機型號表2-1中預選D450—60型號泵，其額定流量為450m3/h，揚程為480m。=2\*GB3②水泵級數(shù)的確定式中——水泵的級數(shù)；——單級水泵的額定揚程，。取等于8級。=3\*GB3③水泵臺數(shù)的確定工作泵臺數(shù)，取=1。備用泵臺數(shù)，取=1。檢修泵數(shù)n30.25n1=0.25×1=0.25，取n3=1。因此，共選3臺泵。選擇管路系統(tǒng)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)，選用典型三泵兩趟管路系統(tǒng)，一條管路工作一條管路備用。正常涌水時，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20h內(nèi)排出24h的最大涌水量，故從減少能耗的角度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等于泵的流量。泵房內(nèi)管路布置主要取決于泵的臺數(shù)和管路趟數(shù)，圖5-34所示為煤礦中常用的三臺泵二趟管路和五臺泵三趟管路的布置方式。本題管路布置參照圖（a）所示的方案。這種管路布置方式任何一臺水泵都可以經(jīng)過兩趟管路中任意一趟排水。5.2．管材的選擇由于井深大于200m，確定采用無縫鋼管。5.3.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重要因素。通常使用試取管內(nèi)流速的方法求得，其計算公式為：式中——排水管內(nèi)徑，；——通過管子的流量，；——排水管內(nèi)的流速，通常取，在這個速度范圍內(nèi)工作較為經(jīng)濟，故稱經(jīng)濟流速。將，代入式，得從表2-2中預選無縫鋼管，則排水內(nèi)徑=（325-2×10）mm=305mm表2-2熱軋無縫鋼管（YB231-70）外徑/mm壁厚/mm外徑/mm壁厚/mm外徑/mm壁厚/mm893.5～24.01464.5～36.02737.0～50.0953.5～24.01524.5～36.02998.0～75.01023.5～28.01594.5～36.03258.0～75.01083.5～28.01685.0～45.03518.0～75.01144.0～28.01805.0～45.03779.0～75.01214.0～32.01945.0～45.04029.0～75.01274.0～32.02036.0～50.04269.0～75.01334.0～32.02196.0～50.04599.0～75.01404.5～36.02457.0～50.04809.0～75.0常用壁厚尺寸系列2.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.5101112131415161718192022252830323640505660637075壁厚驗算確定管壁厚度時，將排水管路看成為密閉容器，根據(jù)力學中最大變形的理論，用壁厚圓筒分析方法得出鋼管壁厚計算公式：式中所選標準管徑，；管材許用應力。焊接鋼管，無縫鋼管；管內(nèi)水壓，考慮流動損失，作為估算，；附加厚度。焊接鋼管，無縫鋼管。這里取，代入上式，得由上可知，所選壁厚合適。選擇吸水管徑為了提高吸水能力，防止氣蝕發(fā)生，吸水管徑一般比排水管徑大一級，流速在0.8~1.5范圍內(nèi)，故選擇無縫鋼管，吸水管內(nèi)徑驗算流速在合理范圍內(nèi)，故吸水管徑為無縫鋼管。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)過兩趟管路中任意一趟排水，排水管路系統(tǒng)圖如圖2-2所示。圖2-2泵房管路布置圖6.2.估算管路長度排水管長度可估算為：取為470m，吸水管長度可估算為m。6.3.管路阻力系數(shù)R的計算=1\*GB2⑴沿程阻力系數(shù)計算吸水管排水管=2\*GB2⑵局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù)吸、排水管及其阻力系數(shù)分別列于表2-3、表2-4中表2-3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10.1表2-4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2逆止閥13.2轉(zhuǎn)彎三通11.590。彎頭4異徑管10.5直流三通430。彎頭2式中R——管路阻力系數(shù)，；、——吸、排水管的長度，m；、——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、——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2-3、2-4。6.4.管路特性方程新管舊管式中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=1.7，一般要同時考慮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，取八個流量值求得相應的損失，列入表2-5中。表2-5200250300350400450500550600426.1427.2428.6430.3432.2434.4436.8439.5442.5427.5429.5431.8434.7437.9441.7445.8450.4455.4利用表2-5中各點數(shù)據(jù)繪制出管路特性曲線如圖2-6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=550m3/h,HM1=277m,ηM1=0.8,HsM1=7.1m,NM1=722KW；舊管的工況點參數(shù)為QM2=530m3/h，HM2=283m,ηM2=0.78,HsM2=6.8m,NM2=694KW，因ηM1、ηM2均大于0.7，允許吸上真空度HsM1=6.8m，符合《規(guī)范》要求。圖2-6新舊管路特性曲線與泵特性曲線校驗計算7.1.排水時間的驗算管路掛污后，水泵的流量減小，因此應按管路掛污后工況點流量校核。正常涌水時，工作水泵臺同時工作時每天的排水小時數(shù)。正常涌水時，工作水泵臺同時工作時每天的排水小時數(shù)為：最大涌水期，工作水泵、臺同時工作時每天的排水小時數(shù)：即實際工作時，只需2臺水泵同時工作即能完成在20h內(nèi)排出24h的最大涌水量。7.2.經(jīng)濟性校核工況點效率應滿足故滿足經(jīng)濟性要求。7.3.穩(wěn)定性校核m式中——單級零流量揚程，。由-型水泵特性曲線圖可知=即滿足穩(wěn)定性要求。7.4.經(jīng)濟流速校核吸水管中流速排水管中流速吸、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1.5～2.2m/s)7.5.吸水高度校核采用下式進行計算：取，，代入上式，則允許的吸水高度為：得到的允許吸水高度大于3.5米，符合要求。7.6.電機功率計算用下式計算：式中電動機容量富余系數(shù)，一般當水泵軸功率大于時，?。划斔幂S功率為時，取。本題中，取，代入上式，得根據(jù)產(chǎn)品樣本取7.7.電耗計算(1)全年排水電耗式中年正常和最大涌水時期泵工作臺數(shù)；正常和最大涌水時期泵工作晝夜數(shù)；正常和最大涌水時期泵每晝夜工作小時數(shù)；傳動效率，對直聯(lián)接取1，聯(lián)軸器聯(lián)接取0.95～0.98；電機效率，對于大電動機取0.9～0.94，小電動機取0.82～0.9；電網(wǎng)效率，取0.95。將各項數(shù)據(jù)代入上式，可得（2）噸水百米電耗校驗將各項數(shù)據(jù)代入上式，得故符合要求?；贑8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡水表的設計基于MSP430單片機具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設計基于單片機的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)鍋爐的單片機控制系統(tǒng)基于單片機控制的電磁振動式播種控制系統(tǒng)的設計HYPERLINK"/detai