第二章礦井排水設(shè)備

1、礦井排水設(shè)備萬英盛2009.6.30礦山機械精品課程 目 錄第一節(jié) 概述 第二節(jié) 離心式水泵的工作理論和特性曲線 第三節(jié) 離心式水泵的結(jié)構(gòu) 第四節(jié) 相似理論第五節(jié) 離心式水泵在管路中的工作本章小結(jié)礦山機械精品課程第一節(jié) 概述一、 排水設(shè)備的任務(wù)和分類涌入礦井的水統(tǒng)稱為礦水。礦水主要來源于地表水、地下水（含水層水、斷層水和采空區(qū)水等）、充填后的廢水（水砂黃泥充填的礦井。礦井涌水量：在單位時間內(nèi)涌入礦井的總水量稱為礦井涌水量，用Q表示，其單位是m3/h。最大涌水量：雨季和溶雪期地表水豐富，涌水多，稱這時的涌水量為最大涌水量，用Qmax表示，所對應(yīng)的涌水時間為最大涌水時間，用Tmax表示。正常涌水量

2、：其它季節(jié)的涌水量大致均勻，稱這時的涌水量為正常涌水量，用Qz表示，所對應(yīng)的涌水時間為正常涌水時間，用Tz表示。礦山機械精品課程礦山機械精品課程v4、分類v礦井排水設(shè)備分為固定式和移動式。v固定式排水設(shè)備根據(jù)其服務(wù)范圍又分為主排水設(shè)備、區(qū)域排水設(shè)備和輔助排水設(shè)備。v5、對排水設(shè)備的要求v排水設(shè)備是煤礦四大固定設(shè)備之一。一般煤礦每開采1t煤，要排出27t的礦水，有些煤礦甚至多達3040 t的礦水。排水設(shè)備的電動機功率，小的幾千瓦或幾十千瓦，大的幾百千瓦或上千千瓦。為確保礦井安全生產(chǎn)，排水設(shè)備安全、可靠、經(jīng)濟、合理地運行具有十分重要的意義。v排水設(shè)備的選用及其布置方式必須符合煤礦安全規(guī)程等相關(guān)的技

3、術(shù)規(guī)定和要求。見教材P299礦山機械精品課程6、排水設(shè)備的組成 排水設(shè)備一般由水泵、電動機、吸水管、排水管、管路附件及儀表等組成 。如圖1所示。圖1 排水設(shè)備示意圖1、水泵，2、電機，3、啟動設(shè)備，4、吸水管，5、濾水器，6、底閥，7排水管，8、調(diào)節(jié)閥門，9、逆止閥，10、旁通管，11灌引水漏斗，12、放水管，13、放水閥，14、真空表，15放氣栓，16、壓力表礦山機械精品課程二、離心式水泵的組成及工作原理1、組成： 離心式水泵主要由葉輪、葉片、外殼、泵軸和軸承等組成 。 2、離心式水泵的工作原理水泵啟動前，應(yīng)先用水注滿泵腔和吸水管，以排除空氣。啟動后，泵軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪中的水在離心力的作

4、用下被甩向葉輪葉輪周圍壓向泵殼，通過排水管排至地面，與此同時，葉輪中心進水口處，由于水被拋至輪緣而形成真空，吸水井中的水在大氣壓的作用下，通過濾水器、底閥及吸水管進入水泵，填補葉輪中心的真空，葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，吸水井中的水就不斷被吸入和甩出，形成連續(xù)不斷的排水。礦山機械精品課程礦山機械精品課程3、離心式水泵的分類按葉輪數(shù)目分1)單級水泵 泵軸上僅裝有-個葉輪2)多級水泵 泵軸上裝有幾個葉輪按水泵吸水方式分1)單吸水泵 葉輪上僅有-個進水口2)雙吸水泵 葉輪兩側(cè)各有-個進水口按泵殼的結(jié)構(gòu)分 1)螺殼式水泵2)分段式水泵 垂直泵軸心線的平面上有泵殼接縫3)中開式水泵 在通過泵軸心線的水平面上有泵殼接縫

5、按泵軸的位置分1)臥式水泵 泵軸呈水平位置2)立式水泵 泵軸呈垂直位置按比轉(zhuǎn)數(shù)分 1)低比轉(zhuǎn)數(shù)水泵 比轉(zhuǎn)數(shù)nS=4O802)中比轉(zhuǎn)數(shù)水泵 比轉(zhuǎn)數(shù)nS=8O1503)高比轉(zhuǎn)數(shù)水泵 比轉(zhuǎn)數(shù)nS=150300礦山機械精品課程單單 級級 泵泵 多多 級級 泵泵（ 2 2 1 1 3 3 ）按按 葉葉 輪輪 數(shù)數(shù) 目目 分分低低 壓壓 泵泵低低 于于 0 0 . . 2 2 M M P P a a中中 壓壓 泵泵0 0 . . 2 2 1 1 M M P P a a高高 壓壓 泵泵高高 于于 1 1 M M P P a a按按 產(chǎn)產(chǎn) 生生 的的 揚揚 程程 分分單單 吸吸 泵泵 雙雙 吸吸 泵泵按按 葉

6、葉 輪輪 吸吸 入入 式式 分分窩窩 殼殼 式式 導(dǎo)導(dǎo) 葉葉 式式按按 導(dǎo)導(dǎo) 流流 形形 式式 分分離離 心心 式式 水水 泵泵 的的 分分 類類礦山機械精品課程4、離心式水泵的工作參數(shù) 1） 流量 水泵在單位時間內(nèi)所排出水的體積，稱為水泵的流量，用符號Q表示，單位m3/s , m3/h。 2）揚程 單位重量的水通過水泵后所獲得的能量，稱為水泵的揚程，用符號H表示，單位為m。吸水揚程(吸水高度)泵軸線到吸水井水面之間的垂直高度，稱為吸水揚程，用符號HX 表示，單位為m。排水揚程（排水高度）泵軸線到排水管出口處之間的垂直高度，稱為排水揚程。用符號Hp表示，單位為m.實際揚程（測地高度）從吸水井水

7、面到排水管出口中心線間的垂直高度，稱為實際揚程。用符號Hsy表示，單位為m，即Hsy=Hx+Hp總揚程總揚程H為實際揚程、損失揚程和在水在管路中以速度v流動時所需的（速度水頭）揚程之和，稱為水泵的總揚程,即22ghwHsyH礦山機械精品課程1000pxQHXP3）功率水泵在單位時間內(nèi)所做的功的大小叫做水泵的功率。水泵的軸功率電動機傳給水泵軸的功率，即水泵的軸功率（輸入功率）水泵的有效功率 水泵實際傳遞給水的功率，即水泵的有效功率（輸出功率）用符號表示。礦山機械精品課程ZPQH10004）效率：水泵的有效功率與軸功率之比，叫做水泵的效率，用符號表示。 5）轉(zhuǎn)速 水泵軸每分鐘的轉(zhuǎn)速，叫做水泵的轉(zhuǎn)速

8、。礦山機械精品課程6）允許吸上真空度或汽蝕余量 在保證水泵不發(fā)生汽蝕的情況下，水泵吸水口處所允許的真空度，叫做水泵的允許吸上真空度。用符號Hs表示。 水泵吸水口處單位重量的水超出水的汽化壓力的富余能量，叫做水泵的汽蝕余量。礦山機械精品課程第二節(jié) 離心式水泵的工作理論及特性曲線一、離心式水泵理論壓頭及特征曲線1. 水在葉輪中的運動分析4）水不可壓縮（即=常數(shù)） 設(shè)葉輪的幾何參數(shù)為： D1、D2葉輪葉片內(nèi)緣、外緣直徑； r1、r2葉輪葉片內(nèi)緣、外緣半徑； b1、b2葉輪葉片內(nèi)緣、外緣處的寬度； 1、2葉輪葉片內(nèi)緣、外緣處的葉 片安裝角。礦山機械精品課程v 當(dāng)水進入葉輪后，由于葉輪作等速圓周運動，葉

9、片迫使水質(zhì)點以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，故水質(zhì)點具有與葉輪相同的圓周速度,稱為牽連速度（圓周速度），用符號 u表示，其方向與葉輪圓周相切，大小隨半徑r變化。任意半徑處圓周速度u=r；v 在水質(zhì)點隨葉輪作等速圓周運動的同時，還要以一定的速度沿著葉片所形成的流道向外流動，即沿著葉片表面流動，其方向與葉片相切，稱為相對速度，用符號w表示。v 速度是矢量，牽連速度u和相對速度w的矢量和，就是水流經(jīng)葉輪的絕對速度c，即：wuc礦山機械精品課程在葉輪內(nèi)任何一個位置，都可以畫出這三個速度的大小和方向，它們構(gòu)成一個三角形，稱為速度三角形。礦山機械精品課程2222222usinCCCctgCurr礦山機械精品課程v2. 離

10、心式水泵的理論壓頭方程式v由于水流經(jīng)葉輪時情況非常復(fù)雜，為了便于分析，假設(shè)：v1)水在葉輪內(nèi)的流動為穩(wěn)定流動，即速度圖不隨時間變化；v2)水是不可壓縮的，即密度為一常數(shù)；v3)水泵在工作時沒有任何能量損失，即原動機傳遞給水泵軸的功率完全用于增加流經(jīng)葉輪水的能量；v4)葉輪葉片數(shù)目無限多且為無限薄。v 這樣水流的相對運動方向恰好與葉片相切；葉片的厚度不影響葉輪的流量；在葉輪同一半徑處的流速相等、壓力相同。v在上述條件下求出的壓頭，叫做離心式水泵的理論壓頭。礦山機械精品課程MPZ)(11221122lclcgQlmclmcMl水泵工作時，葉輪傳遞給水的理論功率為lPllHQ=水泵的軸功率PZ可用葉

11、輪入口間水流上的外力矩M和葉輪的角速度之乘積來表示，即 因為沒有損失，故 根據(jù)動量矩定理可知：作用在葉輪上的外力矩等于每秒鐘流經(jīng)葉輪出入口間水的動量矩的增量，即LLZlQMHPP:則礦山機械精品課程v式中：11221112222221112121)coscos(cos:ururrCrCgH，QMHgosrlrl。cc、llLLL因得中將上式代入計算公式為距軸的垂直距離和出口絕對速度進口絕對速度則 )coscos(1111222cucugHl即為離心式水泵的理論壓頭方程式，又稱為歐拉公式。礦山機械精品課程于是 )(11122uulcucugHulcugH221由此方程式可以看出：1)水從葉輪中所

12、獲得的能量，僅與水在葉輪進口及出口處的運動速度有關(guān)，與水在流道中的流動過程無關(guān)。如果水在葉輪進口時沒有扭曲，即uc11 =900=0，這時公式可改寫為： 2)理論揚程Hl與u2有關(guān)，而602nD2u= 因此，增加轉(zhuǎn)速n和加大葉輪直徑D2，可以提高水泵的理論揚程。 3)流體所獲得的理論揚程Hl與流體種類無關(guān)。對于不同流體，只要葉輪進、出口處流體的速度三角形相同，都可以得到相同的Hl。uuCCCC111222coscos:由速度圖可知礦山機械精品課程3. 離心式水泵的理論壓頭與理論流量的關(guān)系式離心式水泵的理論流量為：llBQAH ，guA22222cotgSuB 式中4.離心式水泵的理論壓頭線 離

13、心式水泵的葉輪的葉片型式有三種，即前彎式、后彎式和徑向葉片。rlCS22Q 礦山機械精品課程礦山機械精品課程 前彎葉片， 2 90，cot20, 故Hl = A + BQl； 理論壓頭隨理論流量增加而增大，即Hl隨著Ql的增加而增加，是一條上升的直線。 徑向葉片，290 cot2B故Hl=A； 理論壓頭為定值不變，即Hl不隨著Ql的增加而變化，是一條與橫坐標(biāo)平行的直線。 后彎葉片20 B 0 故 Hl = A - BQl；理論壓頭與理論流量成反比，是一條下降的直線。礦山機械精品課程在幾何尺寸、轉(zhuǎn)速以及流體進入葉片運動情況相同的條件下，三種葉片的工作狀態(tài)分析如下：1)理論壓頭的關(guān)系根據(jù)離心式水泵

14、歐拉方程分析可知，前彎葉片c2u u2,后彎葉片c2uu2 ，徑向葉片c2u =u2。所以前彎葉片產(chǎn)生的理論壓頭最高，后彎葉片產(chǎn)生的理論壓頭最低，徑向葉片居中。2)葉輪流道與效率的關(guān)系就葉輪流道阻力而言，后彎葉片因流道長，斷面變化的擴散角小，流動結(jié)構(gòu)變化緩慢，所以流動能量損失最小，效率最高。相反前彎葉的流道短而寬，斷面變化的擴散角大，流動結(jié)構(gòu)變化劇烈，流動阻力較大，流動損失也大，效率是三種葉片中最低的；徑向葉片的葉輪效率居中。礦山機械精品課程 不同葉型葉片工作特性的比較比較項目葉片型式前彎徑向后彎理論總壓頭大中小靜力壓頭/總壓頭小中大葉道阻力損失大中小理論總壓頭隨理論流量變化情況升高不變降低理

15、論功率隨理論流量變化情況急劇增大逐漸增大開始增大逐漸趨緩綜上分析，在實踐中通常使用后彎葉片葉輪，2一般在o5o之間，葉片數(shù)一般為片。5、三種不同葉型葉片工作特性分析比較結(jié)果見下表 礦山機械精品課程二、離心式水泵的實際壓頭特性曲線礦山機械精品課程礦山機械精品課程v2）環(huán)流對壓頭的影響v葉片數(shù)目有限與無限情況下速度的比較： v ，絕對速度向葉輪旋轉(zhuǎn)的相反方向偏移。v減小程度用 表示，稱為環(huán)流系數(shù)。v對于水泵 （z葉片數(shù)目），一般vk=0.60.9。v環(huán)流對壓頭的影響：（葉片出口角）出流角）22(uucc22uucck22zk2sin1TTuuuuTTkHHkcccugcugHH22222211礦山

16、機械精品課程2Qkhmm2Qkhqq222QkQkQkhhhmqqmqmmq2)(eggQQkh（2）能量損失的影響水流經(jīng)水泵過流部件時的能量損失(水力損失)主要有下列兩種： 1)摩擦損失和擴散器損失 摩擦損失為 擴散器損失為 所以摩擦損失和擴散器損失為 mqk式中 摩擦和擴散損失系數(shù)。2)沖擊損失和渦流損失 沖擊損失和渦流損失hq的大小與水泵運轉(zhuǎn)時流量Q和設(shè)計流量Qe之差的平方成正比，即 礦山機械精品課程（3）離心式水泵實際特性曲線礦山機械精品課程礦山機械精品課程三、 離心式水泵的效率根據(jù)能量損失的形式不同，可將離心式水泵的損失分為機械損失、容積損失和水力損失三種。1機械損失和機械效率 水泵

17、在運轉(zhuǎn)時存在著機械損失。它包括軸與軸承和填料間的摩擦阻力損失；葉輪在泵腔內(nèi)的水中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的圓盤摩擦損失；以及因級間泄漏而增加的功率損耗。機械損失的大小用機械效率來衡量。水泵的機械效率為ZllZmZmPHQPPP1000/ 礦山機械精品課程Hl/葉輪葉片有限多時水泵的理論壓頭， m；Ql/葉輪葉片有限多時水泵的理論流量，即 kwkwrllcbDQQ222式中 PZ 水泵軸功率，Pm機械損失功率，葉輪葉片厚度使葉輪出口斷面縮小的系數(shù)，稱為收縮系數(shù)。礦山機械精品課程2容積損失和容積效率當(dāng)水流過葉輪時，由于葉輪對水做功，使水的能量(壓力能和速度能)增大。但得到能量后的水，不是全部流到排水管中，而有少

18、量的高壓水通過動靜部件的間隙( 如在葉輪入口處、平衡孔或平衡盤處以及級間隙等處)重新流回到低壓區(qū)，使水泵的實際流量小于理論流量。這種因間隙泄漏而造成的能量損失叫做容積損失。容積損失的大小用容積效率來衡量。水泵的容積效率為/lrQQQQQ 式中 Q、Q實際流量與泄漏流量， m3/s。礦山機械精品課程3水力損失和水力效率水流過水泵的進口、葉輪、導(dǎo)向器、機殼等過流部件時，因摩擦、擴散、沖擊而消耗的能量叫做水力損失。水力損失使水泵的實際壓頭小于理論壓頭。水力損失的大小用水力效率來衡量。水泵的水力效率為 /lslHH礦山機械精品課程4水泵的總效率 水泵的總效率為水泵的有效功率PX(輸出功率)與軸功率PZ

19、(輸入功率)的比值，即 slrmslrZllZlsllrZZxPHQPHQPQHPP100010001000/由此可見，水泵的總效率等于它的機械效率、容積效率和水力效率三者之乘積。只有盡可能減少泵內(nèi)各種損失，才能獲得較高的水泵效率。 礦山機械精品課程四、比例定律及比轉(zhuǎn)數(shù) 比例定律（1）相似條件 相似理論（研究相似流體的理論） 根據(jù)相似理論，若兩個流動之間，相互對應(yīng)的流動參量（即與流動有關(guān)的各物理量，如：密度、粘度、速度、壓力等）有著一定的比例關(guān)系，并且按照同樣的規(guī)律運動，則稱這兩個流動是互為相似的流動。確定兩者之間存在著相似關(guān)系的原理稱為相似原理。相似原理告訴我們：兩個流動相似，一定要滿足力學(xué)

20、相似條件，即滿足幾何相似、運動相似和動力相似。 同時滿足，彼此之間幾何相似、運動相似和動力相似的水泵稱相似水泵。礦山機械精品課程221122112211、bbbbDDDD礦山機械精品課程v2）運動相似v指流動的各相應(yīng)點的速度方向相同，大小成比例。彼此相似水泵上各對應(yīng)點處的速度三角形相似。即2211222222111111、ccuuwwccuuww礦山機械精品課程 3）動力相似 指流動的各相應(yīng)點處質(zhì)點所受諸同名力成比例。對于彼此相似的水泵主要是要求其雷諾準(zhǔn)則，即雷諾數(shù)Re=uD/（式中u葉輪外緣速度，D葉輪外緣直徑，運動粘度系數(shù)）相等或不大于5倍。實際上要做到Re相等，有時有實際困難，考慮到管流

21、時粘滯力不再與Re有關(guān)，而且自動保持動力相似，所以不嚴格要求Re相等。但也應(yīng)盡量做到阻力系數(shù)接近，相差不宜過大。即（重力）（重力）（壓力）（壓力）（慣性力）（慣性力）（粘性力）（粘性力）21212121礦山機械精品課程222222222222rrrrrrrrcbDcbDQQcbDQcbDQ、礦山機械精品課程由于兩水泵相似，所以2222222222nDnDuuccbbDDrrrr、322)(nnDDQQ礦山機械精品課程1122112211221122112211221122)(1)(1)(1)(1)(1slsluuuusluusluusluusluuuuTslTslTkkcucucucukcuc

22、ugkcucugHHkcucugHkcucugHcucugHkHHH、礦山機械精品課程由于兩水泵相似，所以 22221122112222222211112222222)()()()()(nnDDcucucunDnDcunDnDHHkkcucunDnDcucuuuuuslsluuuu、礦山機械精品課程功率關(guān)系 3522)()(1000nnDDPPHQQHPPQHP即礦山機械精品課程32)()(nnPPnnHHnnQQ；礦山機械精品課程礦山機械精品課程v 設(shè)兩臺彼此相似水泵的尺寸，轉(zhuǎn)速和額定工況參數(shù)分別為D2、n、H、Q和D2、n、H、Q。 3222222)()()(DDnnQQDDnnHH、以上

23、兩式中消去比值 22DD得：43214321HQnHnQ礦山機械精品課程v將上式兩端同乘以3.65有nHQnHQnHnQs4321432165.365.365.34321式中3.65來源于水輪機，當(dāng)時它的表達式 HPQHNHNnns,75,45其中（馬力）礦山機械精品課程v將此關(guān)系和=1000kg/m3代入即得上式。v 此時，ns表示在相似條件下，額定工況或效率最高時產(chǎn)生1單位流量和1單位壓頭的標(biāo)準(zhǔn)水泵的轉(zhuǎn)速，稱為比轉(zhuǎn)數(shù)。很明顯，彼此相似的水泵的標(biāo)準(zhǔn)水泵的轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)數(shù)相等。不相似的水泵比轉(zhuǎn)數(shù)不等。 礦山機械精品課程 第三節(jié) 離心式水泵的結(jié)構(gòu) 目前，礦山主要排水設(shè)備常用D型、DA型和TSW型多級離

24、心式水泵，而井底水窩和采區(qū)局部排水則常用B型、BA型和BZ型單級離心式水泵。礦山機械精品課程礦山機械精品課程一、D型離心式水泵單吸多級分段式水泵。（一）D型泵的結(jié)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)動部分、固定部分、軸承部分和密封部分組成。1、轉(zhuǎn)動部分（1）葉輪 作用：是泵的主要部件。將機械能傳遞給水，使水的壓力能和動能得到提高。結(jié)構(gòu)：形狀取決于比轉(zhuǎn)數(shù)，由前盤面、后盤面、葉片、輪轂組成。（2）泵軸：作用是傳遞扭矩和支承套裝在它上面的轉(zhuǎn)動部件。（3）平衡盤：作用是平衡水泵的軸向推力。礦山機械精品課程2、固定部分進水段：吸水口位于進水段，為水平方向。中段 1）導(dǎo)水圈：作用是引導(dǎo)水流運動方向，降低流速，使一部分動壓轉(zhuǎn)換為靜壓

25、。 2）返水圈：作用是以最小的損失把水引入下一級葉輪的入口。注意：導(dǎo)水圈葉片與葉輪葉片數(shù)應(yīng)互為質(zhì)數(shù)。出水段（螺殼型）：出水口位于出水段，為垂直方向。作用是以最小的損失，將導(dǎo)水圈中流出的水匯集起來并均勻地引至出水口；同時，使一部分動壓變?yōu)殪o壓。水泵的進水段、中間段、葉輪和出水段總稱為水泵的過流部件。其形狀和材質(zhì)的好壞是影響水泵性能和壽命的主要因素。3、軸承部分4、水泵的密封（1）固定件之間密封：紙墊密封（2）轉(zhuǎn)動部分與固定之間的密封1）密封環(huán)a、大口環(huán)b、小口環(huán)礦山機械精品課程礦山機械精品課程2）填料裝置吸水側(cè)填料裝置：作用是防止空氣進入泵內(nèi)。包括水封環(huán)和填料。排水側(cè)填料裝置：作用是防止壓力水向

26、外泄漏。注意：填料壓蓋不可擰得太緊。礦山機械精品課程（二）D型泵的特點和型號意義1、特點（1）D型泵的流量和揚程范圍較大，適合于礦山排水，有清水泵、耐酸泵和耐磨泵；（2）效率高，是我國設(shè)計制造的多級離心式泵中，效率最高的一種泵；（3）采用單列向心滾柱軸承減少了泵的靜阻力矩，提高了機械效率，同時，軸承還可滿足運轉(zhuǎn)時泵軸的軸向竄動；（4）通向吸水側(cè)填料箱的水封管在進水段內(nèi)部，不裸露在外邊：（5）揚程特性曲線較平緩，沒有上部分，且初始揚程較高，有利于水泵穩(wěn)定運行；零流量時功率低，有利于電動機起動；效率曲線平坦，因而擴大了它在工業(yè)利用區(qū)。v 2、型號意義礦山機械精品課程二、B型離心式水泵（一）構(gòu)造（二

27、）類型及型號意義礦山機械精品課程三、離心式水泵的軸向推力及平衡方法 葉輪為單吸式的水泵，在工作時受到軸向推力作用，迫使葉輪和轉(zhuǎn)子一起朝入口方向移動。單級泵的軸向推力有幾百公斤；多級分段式水泵的可達幾噸。軸向推力必須予以平衡才能保證泵的正常工作。（一）產(chǎn)生軸向推力的原因 作用在葉輪前、后底盤外表面上的總壓力不相等，和作用在葉輪內(nèi)表面上水的動壓的軸向分力所致。礦山機械精品課程（二）危害使整個轉(zhuǎn)子向吸水側(cè)竄動。1、使葉輪造成破壞性磨損；2、軸承發(fā)熱、電動機負載增加；3、使葉輪出水口與導(dǎo)水圈的導(dǎo)葉進口發(fā)生偏移，引起沖擊和渦流，降低泵的效率。（三）軸向推力的平衡方法1、平衡孔構(gòu)成一個平衡室，降低平衡室內(nèi)

28、的壓強。其方法如下：（1）在葉輪后底盤上鉆孔，把平衡室和葉輪入口連接起來，使兩側(cè)壓強相等；（2）用專門的通路將平衡室與低壓區(qū)溝通，達到降壓目的礦山機械精品課程礦山機械精品課程礦山機械精品課程礦山機械精品課程2RQHHsy545421) 1(18pppppxxxxxdlddldgR 第五節(jié) 離心式水泵在管路中的工作一、管路特性曲線和水泵的工況點 管路特性曲線水泵輸送給水的壓頭為顯然礦山機械精品課程 公式叫做水泵的管路特性曲線方程式。應(yīng)該指出，式中的各種系數(shù)與幾何尺寸都是針對新管道的。對于由于管壁掛垢使管徑縮小的舊管道，管路阻力系數(shù)應(yīng)乘以1.7，即27 . 1 RQHHsy礦山機械精品課程2. 水

29、泵的工況點水泵是和管路連接而工作的。水泵的流量就是從管路中流過的水量；水泵的揚程就是水流經(jīng)管路時的總壓頭消耗。所以，如果把水泵特性曲線和管路特性曲線按同一比例畫在同一坐標(biāo)圖上，所得的交點就是水泵的工作點，稱為工況點。點所對應(yīng)的參數(shù)稱為工況參數(shù)。礦山機械精品課程二、汽蝕現(xiàn)象和吸水高度1 汽蝕現(xiàn)象及其危害當(dāng)汽蝕發(fā)展到一定程度時，將影響水泵的性能并妨礙其正常運行。主要表現(xiàn)為以下幾方面：(1)泵的性能改變 當(dāng)汽蝕初生時，對水泵外特性并無明顯影響。汽蝕發(fā)展到一定程度后，水泵的功率、效率、流量和揚程等參數(shù)會有突然的下降。當(dāng)汽蝕充分發(fā)展時，水流的有效過流面積會減小很多，以致引起水流中斷，不能工作。(2)引起

30、振動和噪聲 汽泡破裂時，液體質(zhì)點互相沖擊，產(chǎn)生噪聲和機組振動，兩者互相激勵使泵產(chǎn)生強烈振動，稱為汽蝕共振現(xiàn)象。(3)過流部件表面的破壞 汽蝕破壞可大大縮短水泵的使用壽命，剝蝕和腐蝕嚴重時，會產(chǎn)生葉片斷裂或穿孔等重大事故。 礦山機械精品課程npahnxxaaphHphhhhnpgvp22112 汽蝕余量(泵廠一般用NPSH表示) 汽蝕余量的值等于從基準(zhǔn)面算起的泵吸入口的總水頭(絕對壓 力，以米水柱計)減去水的汽化壓力(絕對壓力，以米水柱計)，即=式中 水在該溫度下的汽化壓力，Pa。對于基準(zhǔn)面的選取，ISO標(biāo)準(zhǔn)及GB標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定：基準(zhǔn)面為通過葉輪葉片進口邊的外端所描繪的圓的中心的水平面。對于臥式泵，

31、其基準(zhǔn)面就是泵軸中心線。水泵的汽蝕余量也可以用上式的右邊表示，稱之為裝置汽蝕余量，用表示，即 礦山機械精品課程ahrhnxxaphHprh為使泵不發(fā)生汽蝕，裝置提供的汽蝕余量應(yīng)大于或等于泵的允許汽蝕余量，即以上兩式即為泵不發(fā)生汽蝕的條件。礦山機械精品課程xHrnxahphpsHsH xxxashgvHppH2213 吸水高度欲保證水泵工作時不發(fā)生汽蝕，吸水高度老式型號的泵，反映其汽蝕性能的參數(shù)是允許吸上真空度。由上式知，水泵吸入口的真空度為 礦山機械精品課程sHsHsHMsHMxHgvhHxxs22欲使水泵不發(fā)生汽蝕，必須使式中 工況點所對應(yīng)的水泵允許吸上真空度；工況點所對應(yīng)的水泵吸入口處的真

32、空度。 保證水泵不發(fā)生汽蝕的合理吸水高度為礦山機械精品課程331081. 924. 01081. 910aassppHHsHsHapnp應(yīng)該指出，從水泵性能曲線圖上所查出的s值,若與水泵使用地點的條件不符，則應(yīng)按下式加以修正：式中 修正后的允許吸上真空度，m； 水泵性能曲線上查出的允許吸上真空度，m； 安裝地點的大氣壓，Pa； 工作水溫下水的飽和蒸汽壓，Pa；0.24溫度20時水的汽化壓力，mH2o。礦山機械精品課程與水泵的使用地點的大氣壓力、水的溫度有關(guān)。水的溫度越高，水泵越容易發(fā)生汽蝕；海拔高度越高，大氣壓力越低，水泵也容易發(fā)生汽蝕。apap表1 不同海拔高度時的大氣壓力海拔高度/m-60

33、00100200300400500 /m11.311.310.210.110.09.89.7海拔高度/m600700800900100015002000 /m9.69.59.49.39.28.68.1礦山機械精品課程sHsHrhrhsH表2 水在各種溫度下的飽和蒸汽壓溫度/02030405060708090100飽和蒸汽壓0.060.240.430.751.252.023.174.827.1410.33利用允許吸上真空度 計算吸水高度，不如利用汽蝕余量計算方便。與的值按10-的關(guān)系換算。礦山機械精品課程三、水泵正常工作條件三、水泵正常工作條件1. 穩(wěn)定工作條件為保證水泵穩(wěn)定工作，水泵的初始揚程

34、與實際揚程sy之間應(yīng)滿足下列關(guān)系sy0.9 2.泵的經(jīng)濟運轉(zhuǎn)條件(0.850.9)max 3.泵不發(fā)生汽蝕的條件為保證水泵正常運行，實際裝置的汽蝕余量應(yīng)大于泵的允許汽蝕余量?？傊ＷC水泵正常工作，所確定的工況點必須同時滿足穩(wěn)定工作條件，經(jīng)濟工作條件和不發(fā)生汽蝕的條件。礦山機械精品課程四、離心式水泵的聯(lián)合工作四、離心式水泵的聯(lián)合工作 一臺水泵單獨在管路上工作時，若其流量或揚程不能滿足排水要求，可以采用兩臺或多臺水泵的聯(lián)合工作。聯(lián)合工作的方法有串聯(lián)和并聯(lián)兩種。1. 水泵的串聯(lián)運轉(zhuǎn) 兩臺或兩臺以上水泵順次連接，前一臺水泵的出口同后一臺的進口直接連接，稱為直接串聯(lián)工作。若前一臺泵的出口與后一臺泵的

35、進水口中間有一段管子連接，則稱為間接串聯(lián)工作。它們共同的特點是串聯(lián)時各泵流量相等并等于管路流量，而管路所需揚程為兩泵揚程之和。因此，若用一臺等效泵代換串聯(lián)的各泵，則可在同一坐標(biāo)圖上，按“等流量線上揚程相加”的原則將串聯(lián)的各泵揚程特性曲線相加，即得等效泵的揚程特性曲線。礦山機械精品課程水泵串聯(lián)工作時應(yīng)注意以下問題：水泵串聯(lián)工作時應(yīng)注意以下問題： (1)兩泵間接串聯(lián)時，其等效揚程特性曲線和工況點的求法相同。但位于下部的水泵將水排至上部泵的入口時，應(yīng)還有剩余揚程，否則不能進行正常串聯(lián)工作。 (2)一般串聯(lián)各泵宜選用型號相同或特性曲線相近的水泵。因為串聯(lián)時兩泵的流量相同，若兩泵差異較大，則流量較大的水

36、泵必然在低流量下工作，不能發(fā)揮其應(yīng)有的效能，因而不經(jīng)濟。 (3)串聯(lián)工作時，若有一臺水泵發(fā)生故障，則整個系統(tǒng)就得停止工作。 實踐證明，水泵的串聯(lián)工作由于受排水系統(tǒng)和水泵強度的限制，很少使用。礦山機械精品課程2. 并聯(lián)工作 2臺或2臺以上的泵同時向一條管路供水時稱為并聯(lián)工作。水泵并聯(lián)后可以增加流量，所以并聯(lián)一般用于一臺水泵的流量不能滿足要求的場合。 應(yīng)當(dāng)注意：應(yīng)當(dāng)注意：兩臺或多臺水泵并聯(lián)時，各水泵應(yīng)有相同或相似的特性，尤其是泵的揚程范圍應(yīng)大致相同，否則揚程較高的水泵將不能發(fā)揮其效能。因為并聯(lián)時各泵的揚程總是相等的，如果低揚程泵的揚程合適，則高揚程泵必然因揚程太低而流量過大，使工況點落在工業(yè)利用區(qū)

37、之外。 3 串并聯(lián)方式的確定 水泵串聯(lián)的主要目的是為了增加揚程，并聯(lián)的主要目的是為了增加流量。但在某些情況下，此結(jié)論不完全正確。礦山機械精品課程五、水泵工況的調(diào)節(jié)五、水泵工況的調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)的目的有兩個：一是使水泵的工況點始終滿足正常工作條件；二是使水泵的流量和揚程滿足實際工作的需要。 因工況點是由水泵的揚程特性曲線與管路特性曲線的交點決定的，所以要改變工況點，就可以采用改變管路特性或揚程特性的方法來實現(xiàn)。1. 改變管路特性曲線調(diào)節(jié)法1）閘門節(jié)流法水泵需額外增加一部分能量用于克服由閘閥關(guān)小所增加的局部阻力損失。2）管路并聯(lián)調(diào)節(jié)法3）旁路分流調(diào)節(jié)礦山機械精品課程2 改變水泵特性曲線調(diào)節(jié)法1）減少葉輪數(shù)目調(diào)節(jié)法當(dāng)減少葉輪數(shù)目時，水泵特性曲線則相應(yīng)下降，工況點即隨之變動。如果水泵排水所需的總揚程為，每一葉輪產(chǎn)生的揚程為i，則水泵所需的葉輪數(shù)目為iHHi礦山機械精品課程22DDQQ222)(DDHH322)(DDPPZZ2）切割葉輪外徑調(diào)節(jié)法在保持轉(zhuǎn)速不變的情