流體機械,水泵的選型設(shè)計

1、流體機械課程設(shè)計題目：礦井排水設(shè)備選型設(shè)計1 概述2 設(shè)計的原始資料開拓方式為立井，排水高度為 342m正常涌水量為655nVh ; 最大涌水量為850nVh ;持續(xù)時間60d。礦水PH值為中性，重度 為10003N/m,水溫為15C。該礦井屬于高沼氣礦井，年產(chǎn)量為5 萬噸。3 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(shè)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(dāng)?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(fù)雜的礦井，若發(fā)生突然涌水有可能 淹沒礦井。因此，當(dāng)主水泵房設(shè)在最終水平時，應(yīng)設(shè)防水門。在煤礦生產(chǎn)中，單水平開采通常采用

2、集中排水;兩個水平同時 開采時，應(yīng)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)， 只需要在 2343車場附近設(shè)立中央泵房， 就可將井底所有礦水集中排至地面。4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(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)能在 20h內(nèi)排出礦井24h的最大泳水量

3、。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，可根據(jù)具體情況在主水泵 房內(nèi)預(yù)留安裝一定數(shù)量水泵的位置，或另增設(shè)水泵。排水管路必須有工作和備用水管。工作水管的能力應(yīng)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(yīng)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水泵必須排水能力計算正常涌水期Qb2420qz31.2qz 1.2 655 786m3/h19最大涌水期Qmax24% qmax1 .2qmax31.2 8501020m3/h式中Qb工作水泵具備的總排水能力，m3/h ；Qmax工作和備用水泵具備的總排水能力，m3/h

4、；qz 礦井正常涌水量，m3/h ；qmax礦井最大涌水量，m3/ h 。4.2水泵所需揚程估算由于水泵和管路均未確定，無法確切知道所需的揚程，所以需進行估算，即HbHsy 342 4385mg0.9式中 Hb估算水泵所需揚程，mH sy側(cè)地高度，即吸水井最低水位至排水管出口間的高度差，一般可取Hsy二井底與地面標(biāo)高差+4 （井底車場與吸水井最低水位距離），m ;管路效率。當(dāng)管路在立井中鋪設(shè)時,g =0.9 0.89當(dāng)管路在斜井中鋪設(shè)，且傾角>30。時,g =0.83 0.8 ;= 30° 20。時，g = 0.8 0.77 ; V 20° 時，g = 0.77 0.

5、74。4.3水泵的型號及臺數(shù)選擇4.3.1水泵型號的選擇根據(jù)計算的工作水泵排水能力，初選水泵。從水泵產(chǎn)目錄中選取D450-60X 11型號泵，流量550400 rrVh額定揚程594676.5m。則:432水泵級數(shù)的確定HbHi3855940.65取i=1級式中 i水泵的級數(shù)；Hi單級水泵的額定揚程，m4.3.3水泵臺數(shù)確定工作泵臺數(shù)Q B 786075941.32取 ni=2備用水泵臺數(shù)0.7n 1=0.7 X 2=1.4 和QnaJQe-ni= 1020/594-1=1.72取 n2=2檢修泵數(shù)m0.25 n 1=0.25 X 2=0.5，取 m=2因此，共選5臺泵。5管路的選擇 5.1管

6、路趟數(shù)及泵房內(nèi)管路布置形式根據(jù)泵的總臺數(shù)，選用典型五泵兩趟管路系統(tǒng)，一條管路工作一條管路備用。正常涌水時，兩臺泵向一趟管路供水；最大涌水時, 四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等于兩臺泵的流量。5.2管材的選擇由于井深遠大于200m，確定采用無縫鋼管。5.3排水內(nèi)徑d:4Q0.0188p3600 v p0.01885940.3090.374mV 1.52.2式中dp 排水管內(nèi)徑，m ;VpQ排水管中的流量,m3 /h ;排水管內(nèi)的流速，通常取經(jīng)濟流速vp =1 . 52 . 2(m/s )來計算。從表1

7、1預(yù)選351X8無縫鋼管，則排水內(nèi)徑dp二(351-2 X 8) mm =335mm表1-1熱軋無縫鋼管(Y B231-70)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 32.0

8、2036.0 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2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0壁厚7.5 8.0 8.59.0 9.5 10 11 12 1314 15尺寸16 17 1819 20 2225 28 30 32 36 40 50系列56 60 6370 750.5dp0.4p1.3p5.4壁厚驗算式中 dp 所選標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑，cm管材許用應(yīng)力。焊接鋼管z=60MPa無縫鋼管z=80MPap管內(nèi)水壓，考慮流動損失，作為估算

9、P 0.011 a ；C附加厚度。焊接鋼管C 0.2cm，無縫鋼管C 0.1 0.2cm0.535.580800.41.30.0110.0113712961 0.110.780.8cm所選標(biāo)準(zhǔn)壁厚應(yīng)等于或略大于按上式計算所得的值。吸水管壁厚不需要驗算。因此所選壁厚合適5.5吸水管徑據(jù)根選擇的排水管徑，吸水管選用377X 8無縫鋼管。6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)過三趟管路中任意一趟排水，排水管路系統(tǒng)圖如1-2所示。圖1-2泵房管路布置圖6.2估算管路長度Lp二排水管長度可估算為:HSy+ （4050） m=346+（40

10、50） m= （386396）m取Lp=390m，吸水管長度可估算為Lx=7m6.3管路阻力系數(shù)R的計算沿程阻力系數(shù)吸水管入x =0.0210.021dx0-30.3510.3_ = 0.0288排水管入p =0.021=0.021 =0.0292.0.3dp0.3350.3局部阻力系數(shù) 吸、排水管及其阻力系數(shù)分別列于表 1-3、表1-4中表1-3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10.1x 4.094表1-4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22 5.5 11.04逆止閥13.2轉(zhuǎn)彎三通11.590。彎頭44 0.294

11、 1.176異徑管10.5直流三通44 0.7 2.830。彎頭22 0.294 30/ 90 0.196p 20.412冷lxxdrlpP 5dp(187- 0.0288 59.810.3514.0940.351 40.029237550.33520.412 厶0.335 4=380.72式中R 管路阻力系數(shù)，s2/m5 ;lx> ip 吸、排水管的長度，mdx、dp吸、排水管的內(nèi)徑，mx、 p 吸、排水管的沿程阻力系數(shù)，對于流速 V1.2m/s，其值可按舍維列夫公式計算，即0.021p 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1-3、1-46.4管路特性方

12、程新管1syKRQ22661 3.871 105Q2舊管2sy KRQ22661.7 3.871 10 5Q2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, 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8個流量值求得相應(yīng)的損失，列入表1-5中。表1-5管路特性參數(shù)表Q/（m h-1）200250300350400450500550Hi/m267268269270272273275277.5.4.5.7.2.8.7.72682702712742762

13、79282285H7m.6.1.9.1.5.3.5.9利用表1-5中各點數(shù)據(jù)繪制出管路特性曲線如圖1-7所示，新、舊管路特性曲線與揚程特性曲線的交點分別為M和M,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 Q1=810m/h,H M=346m,n m=0.8,Hs M=5.1m,NM1=498KV；舊管的工況 點參數(shù)為 Q=795 m3/h , HM2=352m,n m2=0.81,Hs M2=5.3m,NM2=492KW/ 因n M1、n m2均大于0.7 ,允許吸上真空度H%=5.1m,符合規(guī)范 要求。嘰陽忖800700SFL«-T"訪號昭 疵4

14、4; 創(chuàng)f翊06.6校驗計算661排水時間的驗算管路掛污后，水泵的流量減小，因此應(yīng)按管路掛污后工況點流量校核。正常涌水時，工作水泵ni臺同時工作時每天的排水小時數(shù)TZ24qniQM224 6552 79510 26最大涌水期，工作水泵ni、n2臺同時工作時每天的排水小時數(shù)max24qmax(n1 n2)QM224 650(1 1) 51615.1h20h即實際工作時，只需4臺水泵同時工作即能完成在 20h內(nèi)排出 24h的最大涌水量662經(jīng)濟性校核工況點效率應(yīng)滿足 n mi=0.8 >0.85 n max > 0.85 x 0.81=0.69 , n M2=0.81 >0.69

15、。6.6.3穩(wěn)定性校核Hsy=346W 0.9iH 0=0.9 x 1 x 676=608m式中0單級零流量揚程，m。由D450 - 60 x 11型水泵特性曲線圖可知0=608m6.6.4經(jīng)濟流速校核排水管中流速vxQM 1900 d；9005320.3352m/ s1.68m/s吸水管中流速VpQm12900 dx53229000.351IS嘆吸、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1.52.2m/s 6.6.5吸水管高度校核XSMI8lx2x 5gdxxdxqMi874.094 1532 25.4720.0292543.149.810.3350.3353

16、6005.470.824.65m式中H sm = H smi- (10-ha) - (hn-0.24 )=5.1- (10-10.3 ) - (0.17-0.24 )=5.47m注：ha 不同海拔高度z時大氣壓值見表m;hn不同水溫t時的飽和蒸汽壓力值m;實際吸水高度Hx=4m< Hx，吸水高度滿足要求666電機功率計算NdKdQm 1 H1000 360010003 810 3461.1 -1000 3600 0.81070kw式中Kd電動機容量富余系數(shù)，一般當(dāng)水泵軸功率大于100KW寸，取Kd=1.1 ;當(dāng)水泵軸功率為10100KW寸，取 Kd=1.1 1.2。水泵配套電機功率為Nd = 1250KW/大于計算值，滿足要求。6.6.7電耗計算1）年排水電耗Qm 2H M 21000 3600 m 1 c d wnzTzJnmaxTmaxrmax両1 14.9 305 2 168 60kw ?h/a ；10003 795 3521000 3600 0.8 1 0.9=5.264106kw? h a式中 E年排水電耗,水