排水設(shè)備選型計算

1、目 錄目 錄5摘 要7第一章 緒論及設(shè)計原始資料與任務(wù)8第二章 離心泵結(jié)構(gòu)和特點92.1 概述92.2 離心泵的工作原理、分類、型號及結(jié)構(gòu)92.3 離心泵的氣蝕102.4 離心泵的分類10第三章 排水設(shè)備選型計算123.1 確定排水系統(tǒng)123.1.1預(yù)選的泵的型號和臺數(shù)123.1.2確定水泵的臺數(shù)和級數(shù)133.2管路及管路布置143.2.1管路系統(tǒng)143.2.2計算管路特性163.2.3 校驗計算20第四章 確定水倉、水泵房尺寸及其附屬設(shè)備234.1 確定水倉尺寸234.2 泵房分配井閘直徑的確定244.3 水泵基礎(chǔ)尺寸的確定244.4 計算主泵房主要尺寸25第五章 其余方案的選型計算及方案比

2、較275.1確定水泵臺數(shù)275.2 管路及管路布置285.3計算耗電量34致 謝36參考文獻(xiàn)37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(jìn)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(jìn)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(jìn)

3、行經(jīng)濟(jì)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(jī)、管路、泵房、管子道、水倉及電控設(shè)備等

4、。排水設(shè)備的選擇要以選出的排水設(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，以選出的整個系統(tǒng)在整個礦井服務(wù)期限內(nèi)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(hù)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)高為+141米，水平標(biāo)高為-80米(2) 正常涌水量，最大涌水量(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

5、 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(jī)器，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

6、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強(qiáng)。離心泵在工作前，泵體和進(jìn)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，將液體排出。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(jìn)

7、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，出液量減少，對水泵造成損壞造成設(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9028600m3h。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(jìn)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

8、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(xì)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20m ；中壓泵 ：揚程 20-

9、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；屏蔽泵等。 第7頁第三章 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(hù)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)。3.1.1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)排出礦井24小時的正常涌水量。即：又：工作水泵和備用水泵的排水能力

10、，能在20小時內(nèi)排出礦井24小時的最大涌水量。即：式中 2、水泵必須的揚程 式中 3、根據(jù)楊程涌水量選擇水泵型號 根據(jù)計算的.從水泵技術(shù)規(guī)格表中選取水泵型號。 查表可知D45060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)D450-60 DS450-100 經(jīng)比較，D450-60的效率比DS450-100的效率高，故優(yōu)選D450-60性泵。3.1.2確定水泵的臺數(shù)和級數(shù)1、水泵的臺數(shù)正常涌水時所需臺數(shù)：備用臺數(shù):驗算<4 所以，除此之外尚需一臺檢修，共計五臺水泵，二臺工作

11、，二臺備用,一臺檢修。2、水泵的級數(shù) 取4級 即預(yù)選泵五臺，配電機(jī)JSQ-1410(500Kw)3、驗算泵的穩(wěn)定性 查表當(dāng)Q=0時，則總揚程為70×4=280（m) 又 故滿足穩(wěn)定性條件0.9的要求。 式中水泵工作時，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，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(jì)流速則排水管徑式中 查表可知的無縫鋼管可滿足要求取壁厚=8mm.試算=325-8×2=309（mm)所需

12、壁厚：與所取=8（mm)正好吻合，驗算合適。式中許用應(yīng)力。去管材抗拉強(qiáng)度，即。當(dāng)鋼號不明時，可?。鸿T鐵管，焊接鋼管無縫鋼管；標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑（cm）；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）352×8的無縫鋼管，吸水管選用351×8的無縫鋼管。3、管路系統(tǒng)圖3-1 D450-60×4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3.2.2計算管路特性1、計算沿程阻力系數(shù)

13、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50.294×5=1.4730º彎頭20.10×2=0.20三通70.7×6+105=5.7閘閥20.26×2=0.52止回閥11.7擴(kuò)大管10.5p10.0 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，

14、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)226.99227.22229.99231.17232.46235.42237.08238.8756.7556.8157.5057.7958.1158.8659.2759.72確定工況點在泵單機(jī)特性坐標(biāo)圖上繪出管路特性曲線，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)相同即 相

15、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，分別帶入此式求出所揚程列入表3-5：表3-5排水揚程和流量值16 0240360400440520560600H（m）226.75228.95233.88235.96238.36243.52246.48249.66(m)56.6957.2458.4758.9759.5760.8861.6262.42（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3-3所示）。四臺水泵并聯(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，它與三條管路并聯(lián)特性的交點K1就是四套水泵聯(lián)合工作的等效工況點，由該點等揚程線交單臺泵特

16、性于K1即為聯(lián)合工作中各泵的工礦點，各點工況參數(shù)為：圖3-3 最大涌水期工況圖5、計算允許吸上真空度 3.2.3 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：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）要求。2、驗算排水管中流速3、驗算電動機(jī)功率 故原配電機(jī)JSQ-1410-4電機(jī)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：排水的電耗： （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 水倉應(yīng)有主艙和副倉

17、，兩者輪換清理和使用。主泵房的主倉和副倉必須能容納8小時的正常涌水量。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(dá)到令人滿意的程度。因此，還必須在水倉進(jìn)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(jìn)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、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 其技術(shù)參數(shù)如下表4-1: 表4-

18、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-400400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

19、，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基礎(chǔ)長：L=541+144+1260+970+70+200×2=3385(mm)基礎(chǔ)寬：B=890+200×2+35×4×2=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200300mm，螺栓埋設(shè)深度直鉤式螺栓：爪式螺栓：4.4 計算主泵房主要尺寸1、水泵房長度L 2、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

20、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。 圖4-3五臺D450-60×4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)排出礦井24小時的正常涌水量。即： 又：工作水泵和備用水泵的排水能力，能在20小時內(nèi)排出礦井24小時的最大涌水量。即：式中 2、水泵必須的揚程 式中 3、根據(jù)楊程涌水量選擇水泵型號根據(jù)計算的.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)

21、型號200D43200D65200DM43效率806880額定流量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(jī)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200DM43×6型水泵七臺 4、驗算泵的穩(wěn)定性 自特性查的Q=0時，則總揚程為51×6=306（m） 又 故滿足穩(wěn)定性條件的要求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)，可選用三趟管路。正常涌水期三臺

22、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(jì)流速則排水管內(nèi)徑 查表可知的無縫鋼管可滿足要求，取壁厚=8mm，試算所需壁厚：與所取=8mm吻合，驗算合適。式中：由于礦井不深，采用（YB231-70)351×8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 200DM43×6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 取

23、吸水管長度4、計算管路特性（1）計算沿程阻力損失吸水管：排水管：式中：吸水管的內(nèi)徑（m）； 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50.294×5=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(kuò)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

24、系數(shù) 式中 吸水管長度（m）； 排水管長度（m）； 排水管上局部阻力系數(shù)之和； g重力加速度，g=9.807（3）管路特性方程式根據(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)225.04225.39226.08227.11228.49230.22236.00238.9737.5037.5537.6837.8538.0838.3739.3439.82 5、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 式中 實際條件下預(yù)計的允許吸水高度（m）； 預(yù)計工況時的允許吸上真空度（m）； 泵房大氣壓，查表； 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間均不超過20小時，符合煤礦安全規(guī)程要求。5.3計算耗電