流體機械設(shè)計說明書

1、湘潭大學流體機械課程設(shè)計說明書專業(yè):礦山機電班級:0902 班學號:20099215210姓名:胡永再指導老師：胡春蓮老師二零一一年十二月一、排水設(shè)備的選型設(shè)計1. 必備的資料1、單水平開采，井深一200m,地面標高100m2、正常涌水量qz= 200 (m3/h),正常涌水期rz= 240 (d)33、最水涌水量qmax= 250 ( m /h),最大涌水期rmax= 90 (d)4、礦水中性 ph=7,密度 p = 1020 (kg/m3)5、礦井主排水設(shè)備泵房設(shè)在井底車場附近6屬低沼氣礦井7、礦井年產(chǎn)量9X 105 (t)2. 設(shè)計要求：選擇排水設(shè)備1 .擬定排水系統(tǒng)2 選泵的型式及臺數(shù)

2、3. 選泵管路并作管路布置4. 計算管路特性5. 確定排水裝置的排水工況，驗算排水時間6. 計算必須的電動機容量及電能耗量7. 經(jīng)濟核算頁8. 繪制所需的圖形3. 選型的計算及步驟 選擇排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)分為兩種：一是直接排水，二是分段排水。因考慮到礦井不深, 所以采用直接排水較好。 選泵的型式及臺數(shù)1.工作水泵必須的排水能力根據(jù)有關(guān)規(guī)定，要求投入工作的水泵的排水能力能在20小時內(nèi)排完24小時的正常涌水量。即 Q b> 24qz /20則 QB> 1.2 q z = 1.2 X 200 = 240 (m 3/h )又工作泵與備用泵的總能力，能在 20小時內(nèi)排完24小時的最大涌水量。即

3、Q max > 24 q z / q max貝S Qax > 1.2 X 250 =300 (m 3/h )其中qz為正常涌水量，qmax 為最大涌水量Qb為工作水泵必須排水能力Qmax為工作與備用水泵必須的排水總能力 .水泵必須揚程利用管路效率概念，用HB = Hc / n g ( m )則 HB = Hc / n g =304/ (0.9 0.89 ) =337.8 341.6 ( n) 取 H b =337.8 m其中He =井深+井底車場與最低吸水面標高差+排水管高出井口高度=100+ 200+ 4 = 304 ( m)式中 n g為管路效率，對于豎直敷設(shè)的管路 n g =

4、 0.9 0.89，對 于傾斜敷設(shè)的管路，當傾角a> 30時取 n g =0.83 0.8， a = 30 20 時，取 n g = 0.80.77 ,aV 20 時取 n g =0.77 0.74 。因井為豎 井，所以 取 n g = 0.9 0.89. .預選水泵型式及臺數(shù)預選D85- 45X 8型水泵，其參數(shù)如下：轉(zhuǎn)理效率功率千瓦必需汽述浪口栓Bore總重量:流量 Capacity揚程型號SpeedHeadEffie iencPower (kw)余審(mm)(kg)Type轉(zhuǎn)/分粗時刑秒米(m)y軸功率 配用功NPSHr進出Grand(r.p.m) (m3/h)(1伺(%On Sh

5、aftmotor米(m)Inlet OutletWeight5515.3408639732DBS452950fl523636072115 71324.2100100200710027831270121.45.2選能滿足Qb和Hb的水泵，最好是一臺就能達到所需要求的排水能力，優(yōu)先選擇工作可靠、性能良好、體積小、重量輕而且便宜的產(chǎn)品，當?shù)V水的PH V 5時，應采用防酸水泵。通過比較Q、Qax、和Q,在正常涌水時期需要水泵臺數(shù) ni = Q/Qe=240/ 85 = 2.8 臺，取 ni = 3n2> 0.7 ni=0.7 x 3=2.1 和 n2> Qa/Qe-n 1=300/85-3

6、=0.53 取 n2=3檢修泵數(shù) n3 > 0.25n i=0.25 x 3=0.75，取 n3=1所以必須的水泵臺數(shù)n = n i + n 2 + n 3 =7臺. .選擇管路并作管路布置根據(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 Q等于 泵的流量。由于井深遠大于200m，確定采用無縫鋼管。 .排水內(nèi)徑cp =0.0188 Q =0.0188$85- 0.120.14(m)式中 dp排水管內(nèi)

7、徑，m;Q 排水管中的流量，m3/h ;(m/s )來計算。預選152X8無縫鋼管則排水內(nèi)徑 dp= (152-2 X8) mm =136mm4. 壁厚驗算0.5dp3-1+C=0“13公帀z-1.3p丿 80-1.3沃0.1仆337.8=0.42(cm) < 0.45(cm)因此所選壁厚合適。吸水管徑(吸水管直徑一般比排水管直徑大一級)根據(jù)選擇的排水管徑，吸水管選用 巾159X 8無縫鋼管5. 工況點的確定及校驗1 )管路系統(tǒng)管路布置參照圖9-23b所示方案。這種管路布置方式任何一臺水泵都可以經(jīng)過四趟管路中任何一趟排水，排水管路系統(tǒng)如圖所示：J2) 估算管路長度Lp=344354(m)

8、取Lp=350n,吸水管長度可估算為Lx=6(m)3) 管路阻力系數(shù)R的計算沿程阻力系數(shù) 吸水管 入 x=0.021/(dx)0.3=0.021/(0.152)0.3=0.0369A p=0.021/ (dp) =0.021/(0.136)0.3=0.0382R=8/ n 2g入 xLx/ (dx) 5+E Z x/ (dx) 4+入 pLp/ (dp) + (1 + 刀 Z p) 1/(dp)4=8/n 2g0.0369 X 6/(0.152)5+4.094 /( 0.152)4+0.0382 X350/(0.136)5+(1+8.392) 1/(0.136)4=2.6 X 10-4(h/m

9、5)4) 管路特性方程新管 H仁Hsy=RQ2=304+2.6 X 10-4Q2舊管 H2二Hsy+1.7RQ 2=304+4.42 X 10-4Q25) 繪制管路特性曲線并確定工況點根據(jù)求得新舊管路特性方程，取六個流量值求得相應的損失如下表：Q/(m3.h-1)60708090100110H1/m304.94305.2305.6306.1306.6307.1H2/m305.6306.02306.7307.57308.42309.27如圖所示，新舊管路特性曲線與揚程特性曲線的交點分別為M1,M2;即為新舊管路水泵的工況點。由圖可知；新管的工況點參數(shù)為, HsM 1= 5.36m pm1=110

10、kw 舊管 的工況點參數(shù)為 QM2=84m3/H,HM2=315rn m2=0.74, HsM2=4.1rp pm2=109kw因為n m1, n m2均大于0.7，允許吸上真空度 HsM仁5.36rp 符合？煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范？要求。%水泵工況點6. 校驗計算(1) 排水時間的驗算。由舊管工況點驗算。正常涌水時，若采用三臺水泵三條管路排水則Tz=24qz/n1QM2=24< 200/3 X 85=18.8(H)三 20(H0最大涌水時，采用六臺泵四條管路排水，并聯(lián)等效管的總損失系數(shù) R =R/9=2.8 X 10-5(h/m5).反推可求得每臺泵的工況點，以及工況點的 流量Q=80m3/

11、H計算排水時間為Tmax=24qmax/(n1+ n2)QM2=24 X 300/(3+3)80=15 (h)三 20 (H) 既實際工作時，只要六臺泵同時工作即能完成在 20h內(nèi)排出24H的最 大涌水量。(2) 經(jīng)濟性校核。工況點效率應滿足n m仁0.710.85 n maQ 0.85X 0.74=0.63 , n m2=0.74> 0.63(3) 穩(wěn)定性校核。Hsy=304三 0.9iH。 =0.9 X 364三 327.6m(4) 經(jīng)濟流速校核；吸水管中流速 vx= QM1/900 n dx2=86/900 n X 0.1522= 1.31(m/s)排水管流速 vp二 QM1/90

12、0 n dp2=86/900 n X 0.1362 =1.64(m 吸排水管中流速都在經(jīng)濟流速之內(nèi)，滿足要求。(5) 吸水高度校核。取 pa=9.81 X 104pa, pn=0.235 X 104 pa, 丫 =9.81X 103N/m3,則允許吸水高度為Hx三 HsM1-(10-Pa/ 丫 )-(Pn/ 丫 -0.24)-8/ n 2g (入 xL/dx5+ 刀 Z x+1/dx4 ) QM2=5.36- (10-98100/9810 ) -(2350/9810-0.24)-8/n 2X 9.8(0.0369X 6/0.1525+4.094+1/0.1524)(86/3600)2=4.42

13、(m)實際吸水高度為Hx=4mvHx,吸水高度滿足要求。(6) .電動機功率計算。P d=kd y QM1 HM1/100X 3600n m仁 1.1X 9810X 86X310/1000 X 3600X 0.71=112.6(kw)水泵配套電動機功率為pd=132kw大于計算值，滿足要求。(7) .電耗計算年排水電耗為 E=y Qm2 HM2/100 區(qū) 3600X n ml 葉 c n dnwnz Tz z + nmax Tmax，r max=(9800 x 84x 315/1000 x 3600X 0.71 x 1 x 0.95 x 0.95) x3 x 18.8 x 240+6x 15

14、x 90=2.44 x 105(KW- h/Y)噸水百米電耗為：et “00 二HM23.673 m2 c d wHsy=315/3.673 x 0.74 x 1x 0.95 x0.95 x 304=0.422<0.5符合0.5kw h.煤礦井下排水設(shè)計技術(shù)規(guī)定規(guī)定：排水設(shè)備噸水百米電耗應小于 否則便認為是低效率設(shè)備，不予采用1、礦山通風設(shè)備選型一、設(shè)計依據(jù)整個礦井的通風參數(shù)如下：礦井所需總風量105 m3/s礦井所需的負壓最小負壓 2450Pa最大負壓3590Pa二、通風設(shè)備選型1、計算風機必需產(chǎn)生的風量和靜壓(1) 通風機必需產(chǎn)生的風量由Qb= K Qk則Qb=1.1 X05=115

15、.5m3 /s式中K 漏風損失系數(shù)，風井不提升用時取1.1;箕斗井兼作回風用時取1.15;回風井升降人員時取1.2Qk礦井所需總風量，m3 / s。(2) 通風機風壓的計算Pst1 二 hmin ：沖=3590+150=3740 (pa)Pst2 二hmax p =2450+150=2600 (pa)2、預選通風機根據(jù)通風機必需產(chǎn)生的風量及通風容易時期和通風困難時期的 風壓，結(jié)合設(shè)計規(guī)范要求，從軸流式通風機的個體特性曲線上進行選擇，選擇62A14-11NO.2型通風機兩臺作為該礦地表主通風機。其中一臺 使用，一臺備用。62A14-11NO.2型通風機主要技術(shù)參數(shù)如下：葉片數(shù)8轉(zhuǎn)速n=1000r

16、/mi n3、確定通風機的工況點(R-Pst1Qb3740115.52=0-28R2 二 Pst2 2 =26002 =0.195/Qb/115.5則礦井在開采初期和末期的網(wǎng)絡(luò)特性曲線方程式分別為初期Pst1 二 R1Q2 二 0.28Q2末期Pst2 二 R2Q2 = 0.1 9Q2根據(jù)上述兩方程式，用描點法在62A14-11NO.2型風機特性曲線上，繪出初期與末期的網(wǎng)絡(luò)特性曲線，可得兩工況點A、B。通風機工況參數(shù)表Q406080100120Pst14481008179228004032Pst2312702124819502808特性曲線如下:62A14-11風機裝置性能曲線N o24! n

17、=l 00 Qr/min 葉片數(shù)玄200Qfih7訂10o uu o Q o Q3 2 1 QJJUmI)JIzoo100Qg)A 點： ？=20 °QA=85m'/sPst1= 2023PaA 一 0.813B 點：？=25 °QB =105m / sPst2 = 1753PaB o.844、功率計算(1) 電動機輸出功率A點：cQAPstA85* 2023PdA212.3(kw)1000 a 1000*0.81B點：QBPstB105*1753PdB220(kw)1000 b 1000* 0.84(2).電動機容量的確定。因 PA=212.3kw >0.6

18、Pb=0.6 220 =132kw所以在整個服務(wù)年限內(nèi)選用一臺電動機，其容量為：Pd=(1.1 1.2)PdB=( 1.11.2)X 220=242264 (kw)根據(jù)Pd =242264kw和n=1000r/min，確定選用JS148-6型電動機,額定功率為310kw，轉(zhuǎn)速為988r/min，額定電壓為6kv。5、年電耗計算Pdi Pd2212.3 220ErT*24*3 3 0 2 0 0 2 23?k*h/y)23wd電動機效率，范圍0.85090.90.95w 電網(wǎng)效率，范圍6. 噸煤通風電耗計算二 2.23(KW *h/t)一 E 2002231.6EtmA 900000三、礦山壓氣

19、設(shè)備設(shè)計各班次使用風動工具如下表:工作面班次一班二班二班765503-11HP2-5765503-11HP2-5765503-11HP2-5N1422142N22222N32222N4214242N52222N62222采掘工作面布置圖如下:N11計算礦井所需的供氣量 Q.根據(jù)表統(tǒng)計的每班同時工作臺數(shù)，由于同一工作面中風鎬和鑿巖 機不會同時工作，同時鑿巖機的耗氣量比風鎬多，故可能出現(xiàn)的最大 用氣量班次為。最多同時使用風動機械的臺數(shù)為風鎬2臺，鑿巖機10臺，噴漿機1臺。根據(jù)圖，查教材表15-1得：每臺7655風鎬耗氣 量為3.6m選擇空壓機的型號和臺數(shù).依據(jù)Q和p的估算值，查表15-5,選擇L5

20、.5-40/8型空壓機3 臺,2臺工作，1臺備用。/min，每臺YT-30鑿巖機耗氣量為2.9m3/min，每臺噴漿 機耗氣量為6m3/min。Q =：仁 2：3、niqik 二 1.2x 1.1 x 1 x(4x 1 x 1 + 10x2.9x 1 +1X 6x 1)=51.48(m3 /min )2. 估算空壓機必須的出口壓力。由圖得知，空壓機站到最遠處工作面的距離為3000m,每千米管長損失為0.035MPa,三種風動機械中， 最高額定工作壓力為0.49MPa.p = pe ' pi 0.1 = 0.49+3x 0.035+0.1=0.695(MPa)pi -最遠一路管道各段損失之和，可按每km管長壓力損失0.030.04 MPa計算，本設(shè)計取0.035MPa.0.1 考慮橡膠管、管子連接不良及舊管內(nèi)粗糙度增加的壓力損失，一般軟管長度不超過15m4. 選擇輸氣管段的規(guī)格。利用式Q、:“煮3 niqiki確定通過各管段的壓氣量，結(jié)果如下表：各管段參數(shù)計算表管段代號實際長