第十六章排水設(shè)備.ppt

第十六章礦井排水設(shè)備 第一節(jié)概述第二節(jié)離心式水泵的工作理論第三節(jié)離心式水泵的結(jié)構(gòu)第四節(jié)離心式水泵的運(yùn)行第五節(jié)離心式水泵的操作 維護(hù)及故障處理復(fù)習(xí)思考題 第一節(jié)概述一 礦井排水設(shè)備的任務(wù) 礦井涌水量及礦水性質(zhì)在煤礦建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中 各種來(lái)源的水不斷地涌入礦井 涌入礦井的水統(tǒng)稱(chēng)為礦水 礦水主要來(lái)源于地下水和地表水 水力采煤和水沙充填的礦井 還包括這些廢水 為保證井下工作人員的安全 設(shè)備的安全和生產(chǎn)的正常進(jìn)行 要把涌入礦井的礦水及時(shí)的排送至地面 礦井排水設(shè)備的任務(wù)就是將礦水及時(shí)的排至地面 確保井下工作人員的人身安全 設(shè)備的安全和礦井的安全 正常生產(chǎn) 礦井涌水量是指單位時(shí)間內(nèi)涌入礦井的總水量 其單位是m3 h 礦井的涌水量和地質(zhì)條件 氣候及開(kāi)采方法等因素有關(guān) 據(jù)統(tǒng)計(jì) 每開(kāi)采一噸煤 要排出2 7噸礦水 有的礦井甚至多達(dá)30 40噸 一般來(lái)講 雨雪季節(jié)涌水量最大 稱(chēng)為最大涌水量 其余季節(jié)涌水量變化不大稱(chēng)為正常涌水量 有時(shí)為了便于比較各礦涌水量的大小 常采用同時(shí)期單位煤炭產(chǎn)量的涌水量作為比較參 數(shù) 稱(chēng)為含水因數(shù) 礦水的性質(zhì)主要是指礦水的物理性質(zhì) 包括密度 重度 溫度等 和化學(xué)性質(zhì) 主要是PH值 由于礦水中含有礦物質(zhì)和大量泥沙 所以礦水的重度比清水要大些 一般為 9957 10055N m3 密度為1015 1025Kg m3 含有大量泥沙的礦水會(huì)加速水泵零件的磨損 因此 要設(shè)置水倉(cāng)或沉淀池對(duì)礦水中的泥沙進(jìn)行充分沉淀 按溶解在礦水中的氫離子 H 濃度PH值不同將礦水分為 酸性 PH7 當(dāng)PH 5時(shí) 要求選用耐酸材料的排水設(shè)備或?qū)λM(jìn)行中性處理 以保證設(shè)備的使用年限 圖16 1礦井排水設(shè)備示意圖1 離心式水泵 2 電動(dòng)機(jī) 3 啟動(dòng)設(shè)備 4 吸水管 5 濾水器 6 底閥 7 排水管 8 調(diào)節(jié)閘閥 9 逆止閥 10 旁通管 11 引水漏斗 12 放水管 13 放水閘閥 14 真空表 15 壓力表 16 放氣栓 二 礦井排水設(shè)備的分類(lèi) 組成及其作用礦井排水設(shè)備分為固定式排水設(shè)備和移動(dòng)式排水設(shè)備 固定式排水設(shè)備固定安裝在泵房?jī)?nèi) 根據(jù)其服務(wù)范圍又分為主排水設(shè)備 負(fù)責(zé)把全礦或大部分礦水排至地面 區(qū)域排水設(shè)備 負(fù)責(zé)把區(qū)域的水排至地面 有時(shí)沿專(zhuān)用鉆孔排至地面 和輔助排水設(shè)備 負(fù)責(zé)把下一個(gè)開(kāi)采水平的水排至主排水設(shè)備的水倉(cāng) 移動(dòng)式排水設(shè)備用于掘進(jìn)或淹沒(méi)坑道的排水 它可隨水位下降而移動(dòng) 礦井排水設(shè)備一般由水泵 電動(dòng)機(jī) 啟動(dòng)設(shè)備 管路及管路附件 儀表等組成 如圖16 1所示 三 對(duì)排水設(shè)備的要求排水設(shè)備是礦山大型設(shè)備之一 為保證礦井的正常生產(chǎn) 要求排水設(shè)備必須安全 經(jīng)濟(jì) 可靠 合理 1 固定式排水設(shè)備的要求 1 水泵 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 備用水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的70 工作水泵和備用水泵的總能力 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 可在主泵房?jī)?nèi)預(yù)留安裝一定數(shù)量水泵的位置 2 水管 必須有工作和備用的水管 工作水管的能力應(yīng)能配合工作水泵在20h內(nèi)排出礦井24h的正常涌水量 工作水管和備用水管的總能力 應(yīng)能配合工作水泵和備用水泵在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量 3 配電設(shè)備 應(yīng)同工作 備用以及檢修水泵相適應(yīng) 并能同時(shí)開(kāi)動(dòng)工作 檢修和備用水泵 主排水設(shè)備的供電線路不得少于兩條回路 每一條回路應(yīng)能擔(dān)負(fù)全部負(fù)荷的供電 4 泵房出口 主要泵房至少有2個(gè)出口 一個(gè)出口用斜巷通向井筒 并應(yīng)高出泵房底板7m以上 另一個(gè)出口通向井底車(chē)場(chǎng) 在此出口通道內(nèi) 應(yīng)設(shè)置易于關(guān)閉的既能防水又能防火的密閉門(mén) 泵房和水倉(cāng)的連接通道 應(yīng)設(shè)置可靠的控制閘閥 5 水管 水泵 閘閥和排水用的配電設(shè)備等都必須經(jīng)常檢查和維護(hù) 移動(dòng)式排水設(shè)備的要求 1 水泵應(yīng)適合流量變化不大而揚(yáng)程有較大變化 的需要 有較好的吸水能力 以保證把水排干 2 在垂直泵軸平面上的外形尺寸應(yīng)較小 以適應(yīng)在橫斷面較小的巷道工作 還應(yīng)做到能夠方便而迅速地移動(dòng) 第二節(jié)離心式水泵的工作理論一 離心式水泵的分類(lèi) 工作原理及性能參數(shù) 一 分類(lèi)1 按葉輪數(shù)目分 1 單級(jí)水泵泵軸上只裝有一個(gè)葉輪 2 多級(jí)水泵泵軸上裝有多個(gè)葉輪 按葉輪進(jìn)水口數(shù)目分 1 單吸水泵葉輪上只有一個(gè)進(jìn)水口 2 雙吸水泵葉輪兩側(cè)都有進(jìn)水口 按泵殼接縫形式分 1 分段式水泵垂直泵軸軸心線的平面上有泵殼接縫 2 中開(kāi)式水泵在通過(guò)泵軸軸心線的平面上有泵殼接縫 按泵軸的位置分 1 臥式水泵泵軸為水平位置 2 立式水泵泵軸為垂直位置 二 工作原理圖16 2所示為一單級(jí)離心式水泵的結(jié)構(gòu)示意圖 它主要由葉輪 泵軸 外殼 和軸承等組成 葉輪是向水傳遞能量的主要部件 葉輪固定在泵軸上 由電機(jī)帶動(dòng)泵軸和葉輪一起轉(zhuǎn)動(dòng) 外殼為一螺旋形擴(kuò)散室 吸水口和排水口分別與吸水管和排水管連接 水泵啟動(dòng)前 先灌滿引水 然后啟動(dòng)電機(jī) 電機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn) 產(chǎn)生離心力 葉輪內(nèi)的水在離心力的作用下由入口流向出口 經(jīng)螺旋形擴(kuò)散室進(jìn)入排水管被排出 同時(shí) 葉輪入口因水被排出而壓力降低 形成局部真空 吸水井中的水在大氣壓力的作用下 通過(guò)吸水管被壓入葉輪入口 形成連續(xù)流動(dòng) 圖16 2單級(jí)離心式水泵結(jié)構(gòu)示意圖 1 葉輪 2 葉片 3 外殼 4 吸水管 5 排水管 6 引水漏斗 葉輪是傳遞能量的主要部件 葉輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中 使水的能量提高 即提高水的動(dòng)壓和靜壓 由于葉輪的流道是由窄到寬 水在葉輪中流動(dòng)時(shí) 除產(chǎn)生損失之外 流速是逐漸降低的 一部分動(dòng)壓會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓 水在螺旋形擴(kuò)散室流動(dòng)中 速度也是逐漸降低 也有一部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓 靜壓主要用來(lái)提高水位和克服管路的阻力損失 三 性能參數(shù)1 流量水泵在單位時(shí)間內(nèi)所排出的水的體積 稱(chēng)為水泵的流量 用符號(hào)Q表示 單位為m3 s m3 h 2 揚(yáng)程單位重力的水通過(guò)水泵后所獲得的總能量 稱(chēng)為水泵的揚(yáng)程 用符號(hào)H表示 單位為m 1 吸水揚(yáng)程 吸水高度 水泵軸線到吸水水面的垂直高度 用符號(hào)Hx表示 單位m 2 排水揚(yáng)程 排水高度 水泵軸線到排水管出水口中心的垂直高度 用符號(hào)Hp表示 單位為m 3 實(shí)際揚(yáng)程 測(cè)地高度 吸水揚(yáng)程與排水揚(yáng)程之和 用符號(hào)Hc表示 即Hc Hx Hp 單位為m 3 功率水泵在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的大小 單位為kW 水泵的功率分為軸功率和有效功率 軸功率 水泵的輸入功率 是指電動(dòng)機(jī)傳遞給水泵的功率 用符號(hào)P表示 有效功率 水泵的輸出功率 是指水泵傳遞給水的實(shí)際功率 用符號(hào)Px表示 4 效率有效功率和軸功率的比值 用符號(hào) 表示 5 轉(zhuǎn)速水泵軸和葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù) 用符號(hào)n表示 單位為r min 轉(zhuǎn) 分鐘 6 允許吸上真空度在水泵不發(fā)生汽蝕的條件下 水泵吸水口所允許的真空度 稱(chēng)為允許吸上真空度 用符號(hào)HS表示 單位為m 二 離心式水泵的性能曲線在水泵的銘牌上和產(chǎn)品樣本上可查出離心式水泵的性能曲線和水泵的性能參數(shù) 圖16 3所示為200D 43型水泵的性能曲線 性能曲線圖反映了水泵在額定轉(zhuǎn)速下 主要性能參數(shù)隨流量Q的變化規(guī)律 水泵的性能曲線有四條 即揚(yáng)程特性曲線 H Q 軸功率特性曲線 P Q 效率特性曲線 Q 和允許吸上真空度曲線 Hs Q 揚(yáng)程特性曲線 H Q 揚(yáng)程特性曲線代表流量Q和揚(yáng)程H之間的關(guān)系 從圖中可以看出 當(dāng)流量為0 時(shí) 揚(yáng)程最大 這時(shí)的揚(yáng)程叫初始揚(yáng)程 或零揚(yáng)程 用H0表示 隨流量Q的增加 揚(yáng)程H逐漸降低 軸功率特性曲線 P Q 軸功率特性曲線代表流量Q和軸功率P之間的關(guān)系 從圖中可以看出 軸功率P隨流量Q的增加 軸功率P逐漸增大 流量為0時(shí) 軸功率最小 所以水泵應(yīng)在調(diào)節(jié)閘閥全部關(guān)閉時(shí)啟動(dòng) 以避免損壞電機(jī) 效率特性曲線 Q 水泵的效率曲線類(lèi)似于拋物線狀 中間高 兩邊低 因?yàn)?水泵在額定流量下 如D280 43額定流量為280m3 h 的沖擊損失最小 效率最高 大于或小于額定流量 沖擊損失都會(huì) 增大 效率降低 允許吸上真空度曲線 Hs Q 允許吸上真空度曲線表示水泵入口處的真空度和流量之間的關(guān)系 反映了水泵抗汽蝕能力的大小 也決定了吸入式水泵吸水高度的大小 隨流量的增加 水泵入口處的真空度逐漸減小 水泵抗汽蝕能力下降 水泵的吸水高度就要降低 Hs是合理確定最大吸水高度的重要參數(shù) 水泵的性能曲線全面地反映了水泵的性能 在使用和選型中具有重要作用 圖16 3D280 43型離心式水泵性能曲線 三 比例定律水泵的性能參數(shù)和特性曲線是在一定的轉(zhuǎn)速下得到的 當(dāng)轉(zhuǎn)速改變時(shí) 其性能參數(shù)和特性曲線也隨之改變 比例定律就是反映水泵的性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速改變的規(guī)律 設(shè)某臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速為n 流量為Q 揚(yáng)程為H 功率為P 若將水泵的轉(zhuǎn)速改變?yōu)楹?其性能參數(shù)的變化規(guī)律如下 即流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比 揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的二次方成正比 功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比 稱(chēng)此為比例定律 利用比例定律 可以方便地將水泵在某一轉(zhuǎn)速下的性能 換算成在另一轉(zhuǎn)速下的性能 從而擴(kuò)大水泵的使用范圍 例16 1設(shè)某水泵在n 2950r min時(shí) 流量Q 45m3 h 揚(yáng)程H 70m 軸功率P 15kW 若將轉(zhuǎn)速改變?yōu)?1480r min 該水泵的流量 揚(yáng)程和軸功率各為多少 m3 h m 第三節(jié)離心式水泵的結(jié)構(gòu)目前 礦井主排水設(shè)備常用D型泵 而井底水窩和采區(qū)局部排水常用IS水泵 有些廠礦還繼續(xù)采用一些舊式水泵如DA型 B型泵等 本節(jié)重點(diǎn)介紹D型泵和IS泵 一 D型離心式水泵D型泵是單吸多級(jí)分段式離心式水泵 供輸送清水及物理化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似于水的液體 廣泛用于礦山排水 工廠及城市給水之用 一 D型泵的構(gòu)造圖16 4所示為D型泵的結(jié)構(gòu)圖 D型泵主要由固定部分 轉(zhuǎn)動(dòng)部分和密封部分等組成 1 轉(zhuǎn)動(dòng)部分主要由泵軸 葉輪 平衡盤(pán)和軸承組成 葉輪和平衡盤(pán)裝在泵軸上 泵軸支撐在兩端的軸承上 在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下一起轉(zhuǎn)動(dòng) 圖16 4D280 43 3型離心式水泵結(jié)構(gòu)1 進(jìn)水段 2 中間段 3 出水段 4 葉輪 5 導(dǎo)水葉片 6 返水葉片 7 放水孔 8 平衡盤(pán) 9 平衡環(huán) 10 填料壓蓋 11 水封環(huán) 1 葉輪D型泵的葉輪結(jié)構(gòu)如圖16 5所示 由前盤(pán) 后盤(pán) 葉片和輪轂組成 由灰口鑄鐵或鑄鋼鑄造 加工而成 葉輪是水泵傳遞和轉(zhuǎn)換能量的主要零件 主要是靠離心力的作用把能量傳遞給水 以提高水的動(dòng)能 動(dòng)壓 和壓力能 靜壓 D型泵葉片數(shù)目一般為5 7片 并采用后彎扭曲葉片 以減小動(dòng)能增大壓力能 第一級(jí)葉輪的入水口直徑較大 以降低水流進(jìn)入第一級(jí)葉輪的速度 提高水泵的抗汽蝕性能 其余各級(jí)葉輪入口直徑相同 葉輪的質(zhì)量決定著水泵的效率 是水泵中的易損件 2 水泵軸泵軸是傳遞扭矩的主要零件 支撐在兩端的軸承上 它與葉輪和平衡盤(pán)用鍵連接 并加裝軸套 以防止磨損和銹蝕 一般用碳素鋼或合金鋼加工制成 3 平衡盤(pán)平衡盤(pán)和平衡座是用來(lái)平衡葉輪產(chǎn)生的軸向推力的 平衡盤(pán)用鍵固定在泵軸上 平衡座用螺釘固定在出水段 圖16 6所示為葉輪軸向推力產(chǎn)生原理圖 主要原因是作用在葉輪前 后盤(pán)上的壓力不平衡而產(chǎn)生軸向推力 從葉輪流出的高壓水作用在葉輪的前 后盤(pán)上 而前盤(pán)的吸水口使前盤(pán)面積小于后盤(pán) 而高壓水作用在前 后盤(pán)上的壓力不等 后盤(pán)壓力大 前盤(pán)壓力小 產(chǎn)生向吸水側(cè)的軸向推力 軸向推力很大 如不進(jìn)行平衡 水泵將不能正常工作 圖16 6軸向推力產(chǎn)生原理 平衡盤(pán)的工作原理如圖16 7所示 平衡盤(pán)和平衡座是用來(lái)平衡軸向推力的平衡裝置 其位置見(jiàn)圖16 4 平衡盤(pán)與平衡座之間L2為平衡室 并經(jīng)設(shè)計(jì)的竄水間隙L1與末一級(jí)葉輪的高壓水相通 平衡盤(pán)右側(cè)空間經(jīng)回水管與吸水管相通 因此 平衡盤(pán)左側(cè)壓力高 右側(cè)壓力低 產(chǎn)生一個(gè)和軸向推力相反的平衡力 平衡盤(pán)可以自動(dòng)平衡軸向推力 當(dāng)水泵啟動(dòng)時(shí) 平衡室內(nèi)水的壓力較低 平衡力較小 這時(shí)的軸向推力大于平衡力 平衡盤(pán)隨泵軸向吸水側(cè)移動(dòng) 平衡室間隙L2減小 從平衡室流出的水量減小 平衡室內(nèi)的壓力增 大 平衡力逐漸增大 當(dāng)平衡力大于軸向推力時(shí) 平衡盤(pán)右移 平衡室L2間隙增大 流出的水量增大 平衡室內(nèi)的壓力降低 平衡力減小 當(dāng)平衡力小于軸向推力時(shí) 平衡盤(pán)又向吸水側(cè)移動(dòng) 重復(fù)上述過(guò)程 自動(dòng)平衡軸向推力 平衡盤(pán)平衡軸向推力應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題 盡量減少水泵的起 停次數(shù) 以減少平衡盤(pán)和平衡座的磨損 因水泵在啟動(dòng)過(guò)程中 流量小 揚(yáng)程大 軸向推力較大 平衡力較小 使泵軸向吸水側(cè)竄動(dòng) 使平衡盤(pán)與平衡座接觸而造成磨損 要保證回水管的通暢 如果回水管堵塞 平衡盤(pán)兩側(cè)就沒(méi)有壓力差 平衡盤(pán) 將失去作用 泵軸應(yīng)有1 4mm的軸向竄量 因平衡盤(pán)在平衡軸向推力的過(guò)程中隨泵軸左右移動(dòng) 所以 泵軸要有一定的軸向竄量 以保證平衡盤(pán)能自動(dòng)平衡軸向推力 4 軸承D型泵的軸承采用單列向心滾柱軸承 用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑 這種軸承允許有少量的軸向位移 以利于平衡盤(pán)平衡軸向推力 軸承兩側(cè)用 型耐油橡膠密封圈和擋水圈防水 采用滾動(dòng)軸承也減小了摩擦阻力 2 固定部分固定部分主要包括進(jìn)水段 前段 中段和出水 段 末段 等部件 用拉緊螺栓連接 吸水口為水平方向并位于進(jìn)水段 出水口為垂直方向位于出水段 1 進(jìn)水段進(jìn)水段內(nèi)的吸水室接受來(lái)自吸水管內(nèi)的水 并把水均勻的導(dǎo)入第一級(jí)葉輪入口 降低流動(dòng)損失 一般由灰口鑄鐵鑄造加工而成 2 中段中段又稱(chēng)導(dǎo)葉 主要由導(dǎo)水葉片和返水葉片組成 其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖16 8 導(dǎo)水葉片的導(dǎo)水流道和返水葉片的返水流道把上一級(jí)葉輪流出的高壓水以最小的損失導(dǎo) 圖16 8D型水泵的中間段1 中段 2 導(dǎo)水葉片 3 返水葉片 入下一級(jí)葉輪入口 導(dǎo)水葉片和葉輪葉片數(shù)目相差一個(gè) 以避免水流的脈動(dòng) 產(chǎn)生沖擊和振動(dòng) 一般由灰口鑄鐵鑄造加工而成 3 出水段出水段結(jié)構(gòu)主要為一螺旋形擴(kuò)散室 其作用是收集最后一級(jí)葉輪流出的高壓水 并以最小的損失把水均勻的引至出口 出水段的流道為螺旋形擴(kuò)散室 水在流動(dòng)中損失最小 并有一部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓 效率較高 3 密封部分水泵的密封包括各固定段之間結(jié)合面的密封 轉(zhuǎn)動(dòng)部分的密封 葉輪的密封 吸水側(cè)和出水側(cè)的密封 固定段之間結(jié)合面采用紙墊密封 1 葉輪的密封葉輪的密封采用密封環(huán)進(jìn)行密封 密封環(huán)又稱(chēng)為口環(huán) 葉輪進(jìn)水口采用大口環(huán)密封 葉輪背面輪轂采用小口環(huán)進(jìn)行密封 其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖16 9 葉輪是轉(zhuǎn)動(dòng)零件 葉輪與固定部分會(huì)產(chǎn)生磨損 為避免葉輪和固定部分的磨損 在葉輪入口加裝大口環(huán) 在葉輪背面輪轂加裝小口環(huán) 以便于磨損后更換口環(huán) 葉輪的進(jìn)水口和背面輪轂與固定部分之間有環(huán)行間隙 高壓區(qū)的水會(huì)通過(guò)環(huán)行間隙流入低壓區(qū) 使水泵的流量減小 效率降低 在保證葉輪正常轉(zhuǎn)動(dòng)的 圖16 9D型水泵的密封環(huán)1 大口環(huán) 2 葉輪 3 小口環(huán) 情況下 為提高密封效果 大口環(huán)和葉輪的配合間隙應(yīng)盡量小 如大口環(huán)直徑為200mm時(shí) 裝配間隙應(yīng)小于0 35mm 磨損后的最大間隙不超過(guò)0 7mm 小口環(huán)兩側(cè)的壓力差不大 要求沒(méi)有大口環(huán)嚴(yán)格 口環(huán)磨損超過(guò)最大間隙應(yīng)及時(shí)更換 以保證水泵的排水量和效率 2 吸水側(cè)和排水側(cè)的填料密封吸水側(cè)填料密封的主要目的是防止空氣進(jìn)入水泵 由于水泵軸穿過(guò)進(jìn)水段處有間隙 間隙又與前段的吸水室相通 而吸水室的壓力小于大氣壓力 如果密封不好 外界大氣將進(jìn)入吸水室 影響水泵的正常 吸水 使水泵的流量減少 嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生斷流 圖16 10所示為D型泵吸水側(cè)填料密封結(jié)構(gòu)示意圖 由填料箱 填料 水封環(huán)及填料壓蓋組成 填料一般用浸油石棉繩 彎成圓形裝入填料箱 水封環(huán)裝在填料箱中間 水封環(huán)上一般有4個(gè)小孔 并由水泵中段引入的壓力水進(jìn)入水封環(huán)形成水封 并起到冷卻和潤(rùn)滑作用 填料壓蓋的壓緊程度以滴水不成線為宜 一般為1秒1滴水 排水側(cè)填料密封的目的是防止高壓水的泄露 除沒(méi)有設(shè)置水封環(huán)之外 其它結(jié)構(gòu)和吸水側(cè)相同 二 D型泵的特點(diǎn)和型號(hào)含義 D型泵的特點(diǎn) 1 D型泵的流量和揚(yáng)程范圍很大 能夠滿足礦山排水的需要 并有清水泵 D型 和耐酸泵 DF型 兩種類(lèi)型 2 水泵的結(jié)構(gòu)合理 效率較高 3 揚(yáng)程特性曲線平緩 沒(méi)有上凸部分 初始揚(yáng)程較高 有利于水泵穩(wěn)定工作 效率曲線平坦 工業(yè)利用區(qū)較大 D型泵雖然能滿足礦山排水的要求 但是該系列水泵運(yùn)行時(shí) 對(duì)水質(zhì)要求較高 若水中含沙量和沙的 粒徑較大時(shí) 將影響水泵的正常工作 D型泵的型號(hào)含義以老系列200D 43 5和新系列D280 43 5為例說(shuō)明其型號(hào)含義 200 水泵吸水口直徑 D 單吸多級(jí)分段式清水泵 43 單級(jí)額定揚(yáng)程 m 5 水泵級(jí)數(shù) 280 額定流量 m3 h 二 IS型水泵IS型水泵是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)離心泵 系單級(jí)單吸軸向吸入式離心泵 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 性能可靠 體積小 重量輕 效率高 振動(dòng)小等特點(diǎn) 在礦山主要用于井底水窩和采區(qū)局部排水 一 IS型泵的構(gòu)造圖16 11所示為IS型泵的結(jié)構(gòu)圖 主要由泵體和泵蓋 葉輪 泵軸 軸承 懸架和懸架支架 密封環(huán) 填料密封部分等組成 1 泵體和泵蓋泵體和泵蓋一般由灰口鑄鐵鑄造加工而成 泵體內(nèi) 有螺旋形流道 用來(lái)收集葉輪排出的水 在螺旋行擴(kuò)散流道內(nèi)把一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能 泵體下部加工有放水孔 泵蓋中主要有填料室和竄水孔 少量的高壓水通過(guò)竄水孔進(jìn)入填料室 起到密封 潤(rùn)滑和冷卻作用 葉輪葉輪由灰口鑄鐵鑄造加工而成 單側(cè)進(jìn)水 葉輪與泵體和泵蓋之間的間隙用口環(huán)密封 采用平衡孔法平衡軸向推力 即在葉輪的后盤(pán)有環(huán)行凸臺(tái) 在凸臺(tái)和葉輪背面輪轂之間鉆有4 8個(gè)平衡孔 以平衡軸向推力 圖16 11IS型泵的結(jié)構(gòu)圖1 泵體 2 葉輪 3 葉輪螺母 4 密封環(huán) 5 止動(dòng)墊圈 6 泵蓋 7 軸套 8 填料環(huán) 9 填料壓蓋 10 懸架 11 泵軸 12 軸承蓋 13 懸架支架 14 聯(lián)軸器部件 泵軸泵軸由優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛造加工而成 一端固定葉輪 另一端接聯(lián)軸器部件 并由兩個(gè)滾動(dòng)軸承支撐在懸架上 懸架和懸架支架懸架由鑄鐵制成 內(nèi)有軸承室 軸承室用來(lái)安裝軸承 軸承用軸承壓蓋壓緊 懸架支架用來(lái)支撐懸架 并安裝在水泵的基礎(chǔ)上 密封環(huán)密封環(huán)一般由灰鑄鐵制成 用來(lái)減少葉輪與泵體 和泵蓋之間的磨損 密封葉輪進(jìn)水口和平衡環(huán)與固定部分的間隙 以減少水的泄露 提高水泵的效率 6 密封部分IS泵的密封部分和D型泵吸水側(cè)的密封相同 二 IS泵型號(hào)含義以IS80 65 160和IS80 65 160A為例介紹其型號(hào)含義 IS 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)離心泵 80 泵進(jìn)口直徑 mm 65 泵出口直徑 mm 160 葉輪名義直徑 mm A 葉輪直徑第一次切割 第四節(jié)離心式水泵的運(yùn)行一 排水管路特性水泵是和管路聯(lián)合工作的 水泵產(chǎn)生的揚(yáng)程不僅用于提高水位 還要用于克服水在管路中流動(dòng)的損失 沿程損失和局部損失 因此 水泵的工作狀況不僅與水泵本身的性能有關(guān) 而且于管路的配置情況有關(guān) 一 管路特性曲線如圖16 12所示為一臺(tái)水泵和一趟管路聯(lián)合工作的排水系統(tǒng)示意圖 H為水泵的揚(yáng)程 1 1斷面為吸水 井水面 2 2斷面為排水口出口斷面 注意到排水時(shí)泵輸送給水的壓頭 揚(yáng)程 與水需要泵輸給它的壓頭 揚(yáng)程 是相等的 根據(jù)伯努利方程或水泵揚(yáng)程的概念 則有m 16 6 式中vp 排水管的流速 m s hx 吸水管路的阻力損失 m hp 排水管路的阻力損失 m 根據(jù)管路的阻力損失計(jì)算 上式可變化為 圖16 12排水系統(tǒng)示意圖 式中H 水泵的揚(yáng)程 m Hc 測(cè)地高度 m R 管路的阻力系數(shù) s2 m5 Q 管路中的流量 m3 s 公式 16 7 叫做水泵管路的特性方程式 水泵管路的特性方程式表達(dá)了通過(guò)管路的流量與所需要的揚(yáng)程之間的關(guān)系 該方程表示的曲線是一個(gè)二次拋物線 即把方程中的Q與H畫(huà)在H Q坐標(biāo)上 得到的曲線就是管路的特性曲線 見(jiàn)圖16 13 圖16 13管路的特性曲線 二 水泵的工況點(diǎn) 一 工況點(diǎn)把水泵的揚(yáng)程特性曲線與排水管路的特性曲線 用同樣的比例繪制在同一坐標(biāo)系上 所得的交點(diǎn)M就是水泵的工況點(diǎn) 如圖16 14所示 由于水泵和管路是聯(lián)合工作的 水泵的流量就是管路中水的流量 水泵的揚(yáng)程要全部消耗在管路中 包括提高水位 管路中的阻力損失和動(dòng)能 D型泵的揚(yáng)程是一條單調(diào)下降的曲線 而管路的特性曲線是單調(diào)上升的曲線 只有在工況點(diǎn) 工作點(diǎn) M上 水泵的流量才等于管路中的流量 水泵的揚(yáng)程等于能量在管路中的全部消耗 所 以 水泵只能在工況點(diǎn) 工作點(diǎn) M工作 過(guò)工況點(diǎn)M作橫坐標(biāo)的垂線 得該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)參數(shù)稱(chēng)為工況參數(shù) 如QM HM M PM HSM 二 工況點(diǎn)調(diào)節(jié)因水泵的工況點(diǎn)是水泵揚(yáng)程特性曲線和管路特性曲線的交點(diǎn) 所以 水泵工況的調(diào)節(jié)主要有兩條途徑 一是改變水泵的特性曲線進(jìn)行調(diào)節(jié) 二是改變管路的特性曲線進(jìn)行調(diào)節(jié) 1 改變水泵特性曲線的調(diào)節(jié)方法 改變轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)法如圖16 15所示 H為水泵原特性曲線 當(dāng)水泵的 圖16 14水泵的工況點(diǎn) 流量Q和揚(yáng)程H比實(shí)際需要大時(shí) 按比例定律計(jì)算出調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)速 并作出調(diào)節(jié)后的特性曲線 當(dāng)流量Q和揚(yáng)程H不能滿足要求時(shí) 按比例定律計(jì)算出調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)速 并作出調(diào)節(jié)后的特性曲線 應(yīng)注意轉(zhuǎn)速增大 流量和揚(yáng)程相應(yīng)增大 要防止電動(dòng)機(jī)過(guò)載和發(fā)生汽蝕 采用改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法 一是可以更換為所需轉(zhuǎn)速和功率的電機(jī) 二是采用調(diào)速電機(jī)時(shí)把速度調(diào)整為所需轉(zhuǎn)速 采用改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法是一種最佳的調(diào)節(jié)方法 效率幾乎不變 但應(yīng)注意流量和揚(yáng)程都應(yīng)滿足要求 電機(jī)的功率要滿足要求并留一定余量 流量增大 時(shí)吸水高度會(huì)降低 要防止發(fā)生汽蝕 2 減少葉輪數(shù)目調(diào)節(jié)法當(dāng)水泵的揚(yáng)程過(guò)大時(shí) 可以減少多級(jí)泵的葉輪數(shù)目 減少葉輪數(shù)目 水泵的揚(yáng)程特性曲線則相應(yīng)下降 工況點(diǎn)隨之變動(dòng) 如果排水所需總 圖16 15改變水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法 揚(yáng)程為H 每一級(jí)葉輪產(chǎn)生的揚(yáng)程為Hi 則所需要的葉輪數(shù)目為 i H Hi 根據(jù)所需的葉輪數(shù)目拆除多余的葉輪 但拆除葉輪時(shí)應(yīng)從出水側(cè)進(jìn)行拆除 若從吸水側(cè)進(jìn)行拆除會(huì)增大吸水阻力 會(huì)使水泵效率降低 產(chǎn)生汽蝕 3 削短葉輪葉片長(zhǎng)度調(diào)節(jié)法如果水泵的流量和揚(yáng)程大于實(shí)際需要 為減少電耗 可將葉輪的葉片適當(dāng)削短 切削量按切削定律進(jìn)行計(jì)算 式中Q Q 切削前 后水泵的流量 切削前 后水泵的揚(yáng)程 m 切削前 后葉輪葉片外徑 mm 切削后葉輪的外徑為 或 16 9 將葉輪的直徑由切削為后 按切割定律換算的水泵的特性曲線高于實(shí)際測(cè)定繪制的特性曲線 因此 為使換算的特性曲線和實(shí)際相符合 應(yīng)該減少切割量 實(shí)際切削量按下式計(jì)算 D 2 K 16 10 式中 D 2 實(shí)際切削量 mm K 校正系數(shù) 根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)查取 改變管路特性曲線調(diào)節(jié)法 1 閘門(mén)節(jié)流法閘門(mén)節(jié)流法是適當(dāng)關(guān)閉排水管路上的調(diào)節(jié)閘閥 增大管路的阻力 使管路的特性曲線上移 從而達(dá)到減小流量增大揚(yáng)程的目的 從圖16 16可以看出 當(dāng)調(diào)節(jié)閘閥適當(dāng)關(guān)閉時(shí) 管路的特性曲線上移 工況點(diǎn)由上移至M 流量減小 揚(yáng)程增大 適當(dāng)關(guān)閉閘閥后 電機(jī)的功率盡管減小了 N 但在閘閥處多消耗了一部分壓頭 H 這種調(diào)節(jié)方法是不經(jīng)濟(jì)的 原則上不應(yīng)采用這種調(diào)節(jié)方法 只是在某些特殊情況下 如工況點(diǎn)超出了工業(yè)利 用區(qū)電機(jī)過(guò)載 水泵揚(yáng)程不夠等 為在更換電機(jī) 水泵之前繼續(xù)排水用該方法作為臨時(shí)措施 2 管路并聯(lián)調(diào)節(jié)法在礦山排水中 必須有工作管路和備用管路 可以使工作管路和備用管路并聯(lián)工作 以增大過(guò)流斷面 降低管路的阻力 使工況點(diǎn)右移 從而增大流量 這種方法叫管路的并聯(lián)調(diào)節(jié)法 如圖16 17所示 工作管路的特性曲線為1 備用管路的特性曲線為2 并聯(lián)時(shí)把兩趟管路的橫坐標(biāo)相加就得到并聯(lián)時(shí)的合成特性曲線3 采用管路并聯(lián)實(shí)際上就相當(dāng)于增大了管路的直徑 管路的阻力損失系數(shù)減小 工況點(diǎn)從或右移至 水泵的流量增大 排水系統(tǒng)的效率提高 但要注意 防止電機(jī)過(guò)載 防止水泵發(fā)生汽蝕 三 離心式水泵的正常工作條件離心式水泵的正常工作條件有三個(gè) 首先是不發(fā)生汽蝕條件 二是穩(wěn)定工作條件 其次是經(jīng)濟(jì)工作條件 一 不發(fā)生汽蝕條件圖16 18所示為一吸入式水泵 0 0斷面為吸水井水面 自由面 1 1斷面為水泵入口斷面 水泵吸水 是依靠大氣壓力把吸水井中的水通過(guò)吸水管壓入水泵 而水泵入口處的壓力不能太低 太低則水泵會(huì)發(fā)生汽蝕 產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲 流量 揚(yáng)程 功率和效率顯著下降 嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷流 因此 水泵不能在汽蝕的情況下進(jìn)行工作 水泵揚(yáng)程下降1 一般認(rèn)為水泵發(fā)生了汽蝕 圖16 18水泵吸水示意圖要使水泵不發(fā)生汽蝕 就要使水泵入口處的壓力不低于當(dāng)時(shí)水溫下的飽和蒸汽壓 并留一定的安全余量 我國(guó)生產(chǎn)的D型泵 要想不發(fā)生汽蝕 圖16 18水泵吸水示意圖 就要使水泵入口處產(chǎn)生的真空度不大于HS 所以 不發(fā)生汽蝕條件為 由伯努利方程知 所以 式中 吸水管路的阻力損失 m 最大吸水高度為 m 水泵廠家給出的允許吸上真空度是在壓力為101325N m2 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 和水溫為20 時(shí)測(cè)出的 若當(dāng)?shù)卮髿鈮毫退疁嘏c上述條件不符 應(yīng)對(duì)Hs按下式進(jìn)行修正 式中 修正后的允許吸上真空度 m 水泵性能曲線上查取的真空度 壓力為和水溫為20 時(shí)的真空度 m 水泵安裝地點(diǎn)的大氣壓力 工作水溫下水的飽和蒸汽壓 二 水泵的穩(wěn)定工作條件圖16 19水泵的經(jīng)濟(jì)工作條件與工業(yè)利用區(qū)電網(wǎng)電壓會(huì)在 5 以內(nèi)變化 當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí) 水泵的揚(yáng)程特性曲線就會(huì)下降 當(dāng)水泵的零揚(yáng)程H0低于實(shí)際揚(yáng)程Hc時(shí) 水泵就排不出水 流量為零 電動(dòng)機(jī)傳遞給水泵的能量就會(huì)轉(zhuǎn)變成熱能 使水泵和管路中的水溫迅速上升 水泵強(qiáng)烈發(fā)熱 使水泵很快損壞 所以 水泵不允許長(zhǎng)時(shí)間在零流量下工作 圖16 19水泵的經(jīng)濟(jì)工作條件與工業(yè)利用區(qū) 水泵穩(wěn)定工作條件是 三 水泵的經(jīng)濟(jì)工作條件為保證水泵經(jīng)濟(jì)工作 水泵的效率不能太低 要求水泵的工況效率 M不低于最高效率 max的85 90 并依此劃定的區(qū)域稱(chēng)為工業(yè)利用區(qū) 即在水泵選擇設(shè)計(jì)時(shí) 水泵的工況點(diǎn)應(yīng)在該區(qū)域內(nèi) 見(jiàn)圖16 19 經(jīng)濟(jì)工作條件為 0 85 0 9 四 提高排水設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的措施 一 提高水泵的運(yùn)行效率1 選用高效水泵在水泵選擇時(shí) 就要考慮在現(xiàn)有產(chǎn)品中選擇新型高效水泵 如選用D型泵 用新型水泵更換原有的老產(chǎn)品 提高排水的效率 降低噸水百米電耗 2 合理調(diào)節(jié)水泵的工況點(diǎn)如果水泵的揚(yáng)程過(guò)大 就會(huì)使管路的效率下降 排水系統(tǒng)的效率降低 噸水百米電耗增高 可以采用降低水泵轉(zhuǎn)速 減少葉輪數(shù)目或削短葉輪葉片長(zhǎng)度等方法降低水泵的揚(yáng)程特性曲線 去除多余揚(yáng)程 提高排水系統(tǒng)的效率 降低噸水百米電耗 3 提高水泵的檢修和裝配質(zhì)量水泵檢修和裝配質(zhì)量的高低 直接影響水泵的性能 在水泵檢修和裝配時(shí) 應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行檢修和裝配 以保證水泵的工作性能 在檢修過(guò)程中 應(yīng)對(duì)損壞的零件及時(shí)的進(jìn)行維修或更換 在裝配過(guò)程中 各配合部分的間隙一定要符合規(guī)定 各密封部分要密封完好 軸承部分要潤(rùn)滑良好等 總之 要符合檢修裝配要求和水泵完好標(biāo)準(zhǔn) 二 減小排水管路的阻力損失 選擇管路時(shí)應(yīng)選較大管徑管路的內(nèi)徑不同 阻力損失不同 管徑越大阻力損 失越小 因此 在選擇管路時(shí) 應(yīng)選擇較大內(nèi)徑的管子 把工況點(diǎn)設(shè)計(jì)在工業(yè)利用區(qū)的右側(cè) 減小排水管路的阻力損失 提高管路的效率 降低噸水百米電耗 但應(yīng)注意 要防止電機(jī)過(guò)載 吸水高度會(huì)降低 要防止發(fā)生汽蝕 特別在高原地區(qū)更要注意 2 定期清除管路積垢由于礦水中泥沙的存在 會(huì)在管路的內(nèi)壁產(chǎn)生積垢 積垢越厚管路的內(nèi)徑越小 管路的阻力就會(huì)增大 為提高管路的效率 應(yīng)定期清理管路的積垢 清理管路積垢的方法很多 如鹽酸清理法 碎石清理 法 蒸汽清理法等 可根據(jù)礦井排水的具體情況 找出新的 有效的清理方法 3 縮短排水管路的長(zhǎng)度如斜井排水 可改為鉆孔垂直排水 雖然增加了一定的鉆孔費(fèi)用 但可以使管路的長(zhǎng)度大大縮短 節(jié)約一定的管材費(fèi) 使管路的阻力損失減小 節(jié)約電耗 據(jù)資料統(tǒng)計(jì) 鉆孔排水比斜井排水可節(jié)約電耗12 36 5 4 采用多管并聯(lián)排水采用多管并聯(lián)排水 相當(dāng)于增大了管路的直徑 降低了管路的阻力損失 提高了管路的效率 可以節(jié)約 電耗 降低噸煤排水電耗 但應(yīng)該防止電機(jī)過(guò)載和發(fā)生汽蝕 具體參閱 多管并聯(lián)調(diào)節(jié)法 三 改善吸水管路的特性改善吸水管路的特性 主要是降低吸水阻力 節(jié)約電耗 增大吸水高度 在高原地區(qū)特別重要 減少吸水管路的故障等 主要有選擇直徑較大的吸水管 采用無(wú)底閥排水 正確安裝吸水管路等措施 1 選擇直徑較大的吸水管吸水管內(nèi)徑大 水在流動(dòng)時(shí)的流速就小 管路的阻力損失就小 可以達(dá)到節(jié)約電耗 增大吸水高度的目的 正確安裝吸水管路 正確合理地確定吸水管路 以免發(fā)生汽蝕 盡量減少吸水管路附件 以減小吸水阻力 在吸水管和水泵入口處應(yīng)安裝一段長(zhǎng)度不小于3倍直徑的直管 以使水流以均勻的速度進(jìn)入水泵 如需安裝異徑管 應(yīng)安裝長(zhǎng)度等于或大于大小頭直徑差的7倍且為偏心的異徑管 吸水管任何部位都不能高于水泵入口 3 采用無(wú)底閥排水無(wú)底閥排水就是去掉底閥 保留濾網(wǎng)或更換無(wú)底閥濾水器 而水泵在啟動(dòng)時(shí) 利用射流泵或真空泵等 向水泵充灌引水 啟動(dòng)水泵 據(jù)測(cè)定 吸水管路中的阻力約有70 來(lái)自底閥 阻力不僅增大了電耗 降低了吸水高度 而且常使吸水管路產(chǎn)生故障 采用無(wú)底閥排水可以解決上述問(wèn)題 下面以采用射流泵充灌引水為例說(shuō)明無(wú)底閥排水的原理和工作過(guò)程 圖16 20所示是采用射流泵進(jìn)行無(wú)底閥排水示意圖 工作原理 打開(kāi)高壓閥門(mén)8和低壓閥門(mén)7 排水管9中的高壓水 經(jīng)水源管5從噴嘴4中以很高的速度噴出 并經(jīng)混合室3 頸口2和擴(kuò)散管1流入大氣 混合室中的空氣隨水流噴出 在噴嘴處形成真空 水泵和吸水管中的空氣被抽出 吸水井中的水在大氣壓力作用下 被壓入吸水管和水泵 達(dá)到向水泵充灌引水的目的 噴射泵實(shí)現(xiàn)無(wú)底閥排水的優(yōu)點(diǎn) 減小了吸水管路的阻力損失 提高了吸水高度 消除了因底閥的存在而引起的故障 節(jié)約了電耗 射流泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 運(yùn)行可靠 用排水管中的水作為工作水源 不需要增加動(dòng)力設(shè)備 可配合自動(dòng)閥門(mén)實(shí)現(xiàn)水泵工作的自動(dòng)化 采用無(wú)底閥排水應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題 用射流泵實(shí)現(xiàn)無(wú)底閥排水時(shí) 如果沒(méi)有其它水源管 泵房?jī)?nèi)至少要留一臺(tái)有底閥的水泵 以解決第一次啟動(dòng)和管路漏水或檢修噴射泵不能充灌引水的問(wèn)題 水源管上的高壓閥門(mén)最好采用板式閘閥 充灌引水時(shí)并注意把閥門(mén)開(kāi)大 濾網(wǎng)最好更換為無(wú)底閥排水濾網(wǎng) 防止射流泵噴嘴的銹蝕 各處的密封要良好 以免噴射泵工作時(shí)漏氣 影響水泵吸水 要加強(qiáng)礦水的清潔沉淀 避免礦水中的雜物堵塞水泵吸水口 四 實(shí)行科學(xué)化管理1 簡(jiǎn)化排水系統(tǒng)將幾個(gè)排水系統(tǒng)盡量合并 將分段排水改為單段排水 在現(xiàn)有水泵的揚(yáng)程滿足排水要求的情況下 應(yīng)采用單段直接排水系統(tǒng) 2 定期清理水倉(cāng) 及時(shí)清理吸水井防止水中的雜物進(jìn)入吸水管和水泵造成堵塞或泄露 減少礦水中的泥沙 煤塵對(duì)水泵葉輪的磨損 3 合理確定水泵的開(kāi) 停時(shí)間 應(yīng)根據(jù)本礦涌水量和負(fù)荷變化情況 合理地確定水泵的工作時(shí)間段 應(yīng)盡量避免在用電高峰開(kāi)泵 在用電低谷進(jìn)行工作 第五節(jié)離心式水泵的操作 維護(hù)及故障處理一 操作 一 水泵啟動(dòng)前的檢查1 啟動(dòng)前 檢查全部螺栓 管路連接是否緊固 2 檢查全部?jī)x表 閥門(mén)及儀器是否正常 3 檢查潤(rùn)滑油 脂 是否正常 4 檢查電動(dòng)機(jī)的接線 轉(zhuǎn)向是否正確 5 檢查填料壓蓋的松緊程度 并盤(pán)車(chē)2 3轉(zhuǎn) 檢查水泵機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分是否靈活 是否有卡阻現(xiàn)象 二 水泵的啟動(dòng)通過(guò)檢查完全正常后 向水泵充灌引水 引水滿 后 關(guān)閉放氣栓 啟動(dòng)電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到正常后 打開(kāi)調(diào)節(jié)閘閥 對(duì)于無(wú)底閥排水水泵的啟動(dòng) 用射流泵或真空泵向水泵充灌引水 引水是