水泵設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書

1、水泵設(shè)計(jì)說明書摘 要認(rèn)真分析題目要求，根據(jù)礦井安全生產(chǎn)的政策，法規(guī)和規(guī)程的規(guī)定，借鑒以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，確定以嚴(yán)格遵守礦井安全規(guī)程和煤礦工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)所規(guī)定的有關(guān)條款為依據(jù)，以安全可靠為根本，以投入少、運(yùn)行費(fèi)用低為原則的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書所提供資料，擬估礦井條件，確定礦井對排水系統(tǒng)的具體要求：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(jì)算，初選幾套方案，然后確定初選方案的設(shè)備工況，做出水泵工況曲線，校驗(yàn)水泵的穩(wěn)定工作條件、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件，排除不合理方案。對所剩方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，以噸水百米費(fèi)用和初期基建投入為指標(biāo)篩選出最終方案。根據(jù)確定的方案選擇

2、系統(tǒng)配套附件，根據(jù)各設(shè)備外形尺寸與安裝要求，并考慮其運(yùn)行條件，最終確定泵房與管路的布置圖。最后對水泵的入水室，出水室形狀對水泵性能產(chǎn)生的影響進(jìn)行專題論述。關(guān) 鍵 詞：礦井涌水，工況點(diǎn)，設(shè)備布置，入水室，出水室72 / 77摘 要i第1章 緒 論11.1對排水系統(tǒng)的要求11.2礦水11.2.1 礦水來源11.2.2 涌水量11.3設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想21.4有關(guān)的方針政策2第2章 設(shè)計(jì)必備的原始資料和設(shè)計(jì)任務(wù)52.1設(shè)計(jì)的原始資料52.2 設(shè)計(jì)任務(wù)5第3章 初步考慮排水系統(tǒng)6第4章 設(shè)備選型84.1 定水泵參數(shù)、選擇水泵型號和臺數(shù)84.1.1 水泵必須的排水量84.1.2 估算水泵必須的揚(yáng)程94.1.

3、3 預(yù)選水泵94.1.4 穩(wěn)定性效驗(yàn)114.1.5 確定泵的臺數(shù)124.2 選擇水管134.3 繪制管道系統(tǒng)圖174.4 估算管道長度174.5 水泵裝置的工況184.5.1 求管路特性方程式并繪制管路特性曲線184.5.2 確定工況點(diǎn)254.6 篩選方案、校驗(yàn)計(jì)算254.6.1 驗(yàn)算吸水高度254.6.2 驗(yàn)算排水時(shí)間274.6.3經(jīng)濟(jì)流速的校核284.6.4 選擇電動(dòng)機(jī)294.6.5 計(jì)算水泵的裝置效率304.6.6 選擇配電設(shè)備30第5章 確定泵房、水倉和管子道尺寸并繪制泵房布置圖325.1估算泵房尺寸325.1.1泵房的長度335.1.2 泵房寬度335.1.3 泵房高度(Hb)345

4、.2 經(jīng)濟(jì)計(jì)算345.2.1 勞動(dòng)定質(zhì)與工資345.2.2 電費(fèi)計(jì)算365.2.3 折舊費(fèi)375.2.4 維修費(fèi)415.2.5 其他支出435.2.6排水費(fèi)用指標(biāo)435.3 確定泵房、水倉和管子道尺寸455.3.1 基礎(chǔ)尺寸465.3.2 泵房尺寸465.3.3 水倉、水溝和吸水井的尺寸485.3.4泵房水管敷設(shè)505.3.5 起重梁515.3.6 管子道和管子間525.3.7 水泵的充水裝置525.3.8水泵的排水量測量裝置（水堰法）52表5.16 排水設(shè)備技術(shù)特征表55第6章 水泵的入水室，出水室形狀對水泵性能產(chǎn)生的影響566.1 離心式水泵的主要結(jié)構(gòu)566.1.1 葉輪566.1.2 泵

5、軸566.1.3（吸入室）進(jìn)水室566.1.4 導(dǎo)葉566.1.5壓出室566.2 入水室和出水室的分析576.2.1 壓水室的類型和作用原理576.3 環(huán)形壓水室的設(shè)計(jì)606.4 吸水室的設(shè)計(jì)和計(jì)算606.4.1直錐形吸水室(圖6.4)616.4.2 環(huán)形吸水室(圖6.4)626.4.3 半螺旋形吸水室(圖6.5)626.5 提高泵效率的措施646.6 水泵性能測試原理656.6.1測定原理65總結(jié)68參考文獻(xiàn)69致70第1章 緒 論1.1對排水系統(tǒng)的要求在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中，隨時(shí)都有各種來源的水涌入礦井。只有極少數(shù)例外的礦井是干燥。將涌入礦井的水排出，只是和礦水斗爭的一方面，另一方面是采

6、取有效措施，減少涌入礦井的水量。特別是防止突然涌水的襲擊，對保證礦井安全生產(chǎn)有重要意義。礦井排水設(shè)備不僅要排除各時(shí)期涌入礦井的礦水，而且在遭到突然涌水的襲擊有可能淹沒礦井的情況下，還要搶險(xiǎn)排水。在恢復(fù)被淹沒的礦井時(shí)，首要的工作就是排水。排水設(shè)備始終伴隨著礦井建設(shè)和生產(chǎn)而工作，直至礦井壽命截止才完成它的使命。因此，排水設(shè)備是煤礦建設(shè)和生產(chǎn)中不可缺少的，它對保證礦井正常生產(chǎn)起著非常重要的作用。為了使排水設(shè)備能在安全、可靠和經(jīng)濟(jì)的狀況下工作，必須做好確定排水方案，選擇排水設(shè)備，進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，施工試運(yùn)轉(zhuǎn)，直到正常運(yùn)行各環(huán)節(jié)的工作。1.2礦水在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中，涌入礦井的水流稱為礦水。1.2.1 礦

7、水來源礦井水的來源分為地面水和地下水，地面水是江、河、湖、溪、池塘的存水與雨水、融雪和山洪等，如果有巨大裂縫與井下溝通時(shí)，就會造成水災(zāi)。地下水包括含水層水、斷層水和老空水。地下水在開采過程中不斷涌出。1.2.2 涌水量礦水可以用單位時(shí)間涌入礦井的體積來度量，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)與氣候等條件有關(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。為了對比不同礦井涌水量的大小，通常還采用同一時(shí)期，相對于單位煤炭產(chǎn)量（以噸計(jì)）的涌水量作為比較

8、參數(shù)，稱它為相對涌水量，或稱為含水系數(shù)。若以K表示相對涌水量，則： K=24q/T （m3/t）式中：q絕對涌水量，m3/h；T同期煤炭日產(chǎn)量，t。1.3設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想排水系統(tǒng)的選擇、設(shè)備的選型，以選出的整個(gè)系統(tǒng)在整個(gè)礦井服務(wù)期限均能按有關(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(yùn)行費(fèi)用低，自動(dòng)化程度高，維護(hù)方便。排水系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，排水泵屬煤礦大型固定設(shè)備，獨(dú)立性強(qiáng)，備用系數(shù)大。它的穩(wěn)定運(yùn)行與否將直接影響到礦井的安全。煤礦排水的電耗占原煤生產(chǎn)電耗的10%30%，涌水量大的礦井可達(dá)60%（改造指南）。全國國有重點(diǎn)煤礦噸煤排水電耗6.77.5kw.h。在世界能源日益緊

9、的今天，我國部分地區(qū)也出現(xiàn)了“電荒”、“油荒”的現(xiàn)象，節(jié)能省電在排水系統(tǒng)選型中變得尤為重要。為了改善煤礦生產(chǎn)條件，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)過程中還要注重科技發(fā)展新成果的合理應(yīng)用。1.4有關(guān)的方針政策在設(shè)計(jì)中必須遵守礦井安全規(guī)程（以下簡稱規(guī)程）和煤礦工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)（以下簡稱規(guī)）所規(guī)定的條款。規(guī)程對井下排水有如下的規(guī)定第242條 主要排水設(shè)備（包括水泵，水管和配電設(shè)備）應(yīng)符合下列要求：（一）水泵：必須有工作，備用和檢修的水泵。其中工作水泵的能力，應(yīng)能在20小時(shí)排出礦井24小時(shí)的正常涌水量（包括填充水和其他用水）。備用水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的70%；并且工作和備用水泵的總能力應(yīng)在20小

10、時(shí)排出礦井24小時(shí)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)雜或有突水危險(xiǎn)的礦井，可以根據(jù)具體情況，在主泵房預(yù)留安裝一定數(shù)量水泵的位置，或另外增加排水能力。（二）水管：必須有工作和備用的水管，其中工作水管的能力應(yīng)能配合工作水泵在20小時(shí)排出礦井24小時(shí)的正常涌水量。工作和備用水管的總能力，應(yīng)配合工作和備用水泵在20小時(shí)排出礦井24小時(shí)的最大涌水量。涌水量小于300m3/h的礦井，排水管也不得少于兩趟。（三）配電設(shè)備：應(yīng)與工作，備用和檢修水泵相適應(yīng)，并能夠同時(shí)開動(dòng)工作和備用的水泵。第243條 主要泵房至少設(shè)置兩個(gè)出口，一個(gè)出口通過斜巷于井筒相通，稱為安全出口，這個(gè)出

11、口應(yīng)當(dāng)高出泵房地面7米以上；另一個(gè)出口通到井底車場，為人員與設(shè)備出口，在這個(gè)出口的通道，應(yīng)設(shè)置容易關(guān)閉的既能放火又能防水的密閉門。泵房和水倉的連接通道，應(yīng)設(shè)置可靠的控制閘門，在閘門關(guān)閉時(shí)，泵房還必須留有形成獨(dú)立的通風(fēng)巷道。第244條 主要水倉必須有主倉和副倉，其中一個(gè)倉工作，另一個(gè)水倉清掃或備用。新建、改建的井或生產(chǎn)礦井的新水平，正常涌水量在1000 m3/h與其以下時(shí)，主要水倉（含副倉和主倉）的有效容量應(yīng)能容納8小時(shí)的正常涌水量。正常涌水量大于1000m3/h的礦井，主要水倉有效容量可按下式計(jì)算：V=2(qz+300) m3式中：V主要水倉的有效容量，m3；qz礦井正常涌水量，m3/h。但主

12、要水倉的有效容量不得小于4小時(shí)的礦井正常涌水量;采區(qū)水倉的有效容量應(yīng)能容納4小時(shí)的采區(qū)正常涌水量。礦井最大涌水量同正常涌水量相差特大的礦井對水倉容量應(yīng)編制專門設(shè)計(jì)，報(bào)礦務(wù)局總工程師批準(zhǔn)。水倉進(jìn)口處應(yīng)設(shè)置篦子。對水砂充填、水力采煤和其它涌水中帶有大量雜質(zhì)的礦井，還應(yīng)設(shè)置沉淀池。第245條 水泵、水管、閘閥和排水用的配電設(shè)備等必須經(jīng)常檢查和維護(hù)，在每年雨季以前，必須全面檢查一次所有零件都應(yīng)補(bǔ)充齊全，并對全部工作水泵和設(shè)備用水泵進(jìn)行一次同時(shí)運(yùn)行試驗(yàn)。水倉、沉淀池和水溝的淤泥應(yīng)由礦長組織力量每年至少清理兩次，在雨季前必須清理一次。規(guī)規(guī)定：第2136條 主排水泵的選擇，必須能使工作水泵總能力在20小時(shí)排

13、出礦井24小時(shí)的正常涌水量。備用水泵的臺數(shù)應(yīng)不小于工作水泵臺數(shù)的70%，并且工作水泵和備用水泵的總能力應(yīng)能在20小時(shí)排出礦井24小時(shí)的最大涌水量。檢修水泵的臺數(shù)按工作水泵臺數(shù)的25%設(shè)置（以上計(jì)算有尾數(shù)時(shí)，均取偏上整數(shù)）。對于正常涌水量為50m3/h與以下，且最大涌水量為100m3/h與以下的礦井可選用兩臺水泵，其中一臺工作，一臺備用。水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，可根據(jù)情況增設(shè)水泵或在主排水泵房預(yù)留安裝水泵的位置。第2138條 主排水管至少敷設(shè)兩條，其中一條出現(xiàn)故障時(shí)，其余管路能在20小時(shí)的正常涌水量，全部管路的總能力應(yīng)能在20小時(shí)排出礦井24小時(shí)的最大涌水量。正常涌水量在50與以下的斜井一般敷設(shè)

14、一條管路，其能力應(yīng)在20小時(shí)排出礦井礦井24小時(shí)的最大涌水量。第2139條 確定水泵揚(yáng)程時(shí)，應(yīng)考慮排水管淤積而增加的阻力，將計(jì)算的管路損失乘以1.7系數(shù)。第2140條 礦井水PH值小于5時(shí)，排水設(shè)備應(yīng)采取防酸措施。第2142條 每臺水泵排水量小于100，兩臺水泵的吸水管可共用一口吸水井，但其濾水器邊緣間的距離不得小于吸水管直徑的兩倍。100與以上則應(yīng)有獨(dú)立的吸水井。水泵的電動(dòng)機(jī)容量大于100kw.時(shí)，主排水泵房應(yīng)設(shè)起重梁，敷設(shè)軌道與車場相通，在進(jìn)口位置應(yīng)有轉(zhuǎn)車空間。第2章 設(shè)計(jì)必備的原始資料和設(shè)計(jì)任務(wù)2.1設(shè)計(jì)的原始資料豎井開拓，井口標(biāo)高 +58m，水平標(biāo)高 -353m； 正常涌水量 380

15、m3/h，最大涌水量480.00m3/h；正常涌水期按300天，最大涌水期65天；礦水中性，礦水密度 1020 kg/m3；服務(wù)年限 40 年；礦年產(chǎn)量 100 萬噸； 礦井電壓 6KV 。2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)確定合理的排水系統(tǒng)。選擇排水設(shè)備。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)概算。繪制水泵房布置圖。論述水泵入水室，出水室形狀對水泵性能產(chǎn)生的影響。第3章 初步考慮排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)原始資料：某礦井，年產(chǎn)量100萬噸，豎井開拓，井口標(biāo)高+58m，水平標(biāo)高-353m，正常涌水量380.00m3/h，最大涌水量480.00m3/h，礦水中性，礦水密度1020kg/m3，最大涌水期按65天計(jì)算，服務(wù)年限為40年。由設(shè)計(jì)原始資料可知，該礦

16、井的排水系統(tǒng)應(yīng)采用單水平開采的系統(tǒng)。單水平開采系統(tǒng)有以下幾種，如圖3.1所示：圖3.1 單一水平開采的排水系統(tǒng)a-直接排水 b-直接串聯(lián) c-間隔串聯(lián) d-分段排水 e-通過鉆孔直接排水圖3.1所示的（e）為斜井開拓的排水系統(tǒng)，由于設(shè)計(jì)是豎井開拓，故排除此方案。圖（a）、（b）、（c）、（d）的開拓方式均是豎井開拓。由此，可供選擇的排水系統(tǒng)有以四種：圖（a）采用直接排水方式在開采水平設(shè)水泵房，將礦井涌水集中到水倉排至地面，這種排水系統(tǒng)的水平和泵房數(shù)量少，系統(tǒng)簡單可靠，基建投資和運(yùn)行費(fèi)用少，維護(hù)工作量要減少一半以上，需用的人員也少。 圖（b）設(shè)置在同一水泵房的兩臺水泵直接串聯(lián)時(shí)，若其正常工作的轉(zhuǎn)

17、向是相反的，而且有功率足夠大的兩端出軸的電動(dòng)機(jī)同時(shí)拖動(dòng)兩臺串聯(lián)工作的水泵。否則，只能采用兩套獨(dú)立的水泵機(jī)組串聯(lián)工作。在后者情況下必須調(diào)整好兩臺水泵的工況。無論哪一種情況都必須增加在高壓下工作水泵的外殼強(qiáng)度和填函密封的能力。圖（c）設(shè)置中間水泵房，但不設(shè)置中間水倉，上下水泵間隔串聯(lián)工作，該方案操作程序復(fù)雜，而且處于下部的水泵仍有受到全部水柱壓力的可能，唯一的優(yōu)點(diǎn)就是不需要中間設(shè)倉。圖（d）采用分段排水，在井筒中部設(shè)置一套排水系統(tǒng)，可有效降低主排水設(shè)備的揚(yáng)程，從而降低主排水設(shè)備的規(guī)模。缺點(diǎn)是當(dāng)一套排水設(shè)備發(fā)生故障是，會影響整個(gè)礦井的排水，而且設(shè)備數(shù)量較多，井筒中的管路復(fù)雜，不利于安裝和維護(hù)。根據(jù)原

18、始資料并依據(jù)礦井安全規(guī)程和煤礦工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)，本著盡量減少水泵數(shù)量的原則,并且考慮基建、維護(hù)、運(yùn)行成本的簡易程度，選用圖（a）的方案作為本設(shè)計(jì)的排水方法.第4章 設(shè)備選型4.1 定水泵參數(shù)、選擇水泵型號和臺數(shù)選擇水泵的型式和臺數(shù)應(yīng)符合礦井安全規(guī)程和煤礦工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)的規(guī)定。若有兩種或兩種以上符合要求時(shí)，應(yīng)選其中尺寸小，效率高的水泵，而且水泵的臺數(shù)應(yīng)盡可能少。只有在不得已的情況下，才采用兩臺水泵并聯(lián)排水。4.1.1 水泵必須的排水量依據(jù)礦井安全規(guī)程，水泵必須的排水量應(yīng)為： (4-1)由于該礦井，所以該煤礦所選工作水泵組的工作能力應(yīng)為：工作水泵組和備用水泵組的總工作能力：備用水泵的工作能力：取二者較大值：

19、檢修泵組的工作能力：式中： 4.1.2 估算水泵必須的揚(yáng)程 （4-2） 式中：4.1.3 預(yù)選水泵根據(jù)以上參數(shù)，參照泵產(chǎn)品樣本可初步確定該礦井所需水泵的型號為： D280-65, D500-57其詳細(xì)資料如下：表4. 水泵參數(shù)表型 號流量Q(m3/h)揚(yáng)程H(m)單級揚(yáng)程H(m）單級零揚(yáng)程H(m)級數(shù)D280-6528045565727D500-5750045657708參照泵產(chǎn)品樣本可知D280-65×7,D500-57×8的參數(shù)如表4.2所示。表4.2 所選泵參數(shù)表型號流量Q(m3/h)揚(yáng)程H(m)轉(zhuǎn)速n(r/min)軸功率Pa(kW)配帶電動(dòng)機(jī)電機(jī)功率(kW)效率(%

20、)必需汽蝕余量(m)葉輪名義直徑(mm)泵重(kg)D280-65×72804551480475.3680733.74301734D500-57×8500456148076710508154303300以上兩種泵的性能曲線如圖4.1所示：4-1aD280-65型泵的性能曲線圖4-1b. D500-57 型水泵曲線圖4.1.4 穩(wěn)定性效驗(yàn) 為保證水泵穩(wěn)定工作：0.9H0HC，其中Ho=表4.3 水泵揚(yáng)程參數(shù)表型 號HCHo穩(wěn)定性D280-65×7417.5504453穩(wěn)定D500-57×8417.5560504穩(wěn)定4.1.5 確定泵的臺數(shù)由于該礦，所以需要

21、設(shè)置三組水泵，各水泵的排水量如表4.4所示：表4.4 水泵的排水量工作水泵備用水泵檢修水泵排水量456319.2114由表4.5可知，所需水泵的臺數(shù)為：表4.5 各種水泵的臺數(shù)D280-65×7D50057×821211153式中： 分別為工作、備用和檢修水泵的臺數(shù)。水泵的額定流量。式中對于D280-65×7型號水泵，其正常涌水期所需的水泵臺數(shù)為：；最大涌水期所需水泵臺數(shù)為；即最大涌水期所需備用水泵臺數(shù)為1臺，所以D280-65×7型號水泵工作泵2臺，備用1臺，檢修1臺，一共是4臺。4.2 選擇水管根據(jù)煤礦安全規(guī)程的要求和水泵臺數(shù)小于4臺，設(shè)置兩趟管道，

22、一趟工作，一趟備用，水泵臺數(shù)為4臺或4臺以上的設(shè)置三趟管路，正常涌水期開啟兩趟，一趟備用，最大涌水期三趟管路全部開啟！排水管選擇計(jì)算：（1）根據(jù)礦井安全規(guī)程相關(guān)規(guī)定，計(jì)算排水管管徑時(shí)，經(jīng)濟(jì)流速 ；則排水管管徑根據(jù)公式 計(jì)算可得：表4.6 排水管徑圍型 號D280-65×7D50057×8額定流量(m3/h)2805000.2570.2120.3530.283式中：排水管計(jì)算徑，m。（2） 管壁厚度的計(jì)算與驗(yàn)算根據(jù)表4.7取各水管徑（取標(biāo)準(zhǔn)管徑）如下表所示；每一種型號的水泵對應(yīng)取兩種管徑得到四套方案：表4.7 所選四種管徑型 號D280-65×7D50057

23、5;8徑（mm）250或225350或300排水管壁厚的驗(yàn)算:表4.8 熱軋無縫鋼管 （YB231-70）（mm）外徑323842455054576063.5687073壁厚2.5-82.5-82.5-102.5-102.5-103-113-133-143-143-163-163-19外徑76838995102108114121127133140146壁厚3-193.5-243.5-243.5-283.5-284-284-284-324-324-324-324.5-36外徑152159168180194203219245273299325351壁厚4.5-364.5-365-455-455-4

24、56-506-507-507-508-758-758-75外徑377402426459465480500530550560600630壁厚9-759-759-759-759-759-759-759-759-759-759-759-75壁厚系列2.53.03.54.04.55.05.5677.588.599.5101112131415161718192022242526282930343536384042454850566063657075自標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17395-1998查得徑為250mm的無縫鋼管管壁厚度中最小為8mm。對于D280-65×7型泵當(dāng)徑取250時(shí)，對應(yīng)的壁厚為： (

25、4-3)可以滿足達(dá)到最小壁厚的要求，排水管采用273×13，此為方案一。對于D280-65×7型泵當(dāng)徑取225時(shí)，對應(yīng)的壁厚為： （4-4）自標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17395-1998查得外徑為245mm的無縫鋼管管壁厚度最小為8mm。取壁厚10mm?？梢詽M足最小管壁要求，排水管采用245×10，此為方案二。對于D50057×8型泵 當(dāng)排水管徑取標(biāo)準(zhǔn)管徑300mm時(shí)，其對應(yīng)的管壁厚度為： （4-5）自標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17395-1998查得徑為300mm的無縫鋼管管壁厚度中有8、10、12、14、16、18mm等等。取壁厚12mm，可以滿足壁厚要求，此時(shí)（外徑），

26、排水管采用324×12，此為方案三。對于D50057×8型泵 當(dāng)排水管徑取標(biāo)準(zhǔn)管徑350mm時(shí)，其對應(yīng)的管壁厚度為： （4-6）自標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17395-1998查得徑為350mm的無縫鋼管管壁厚度中有8、10、12、14、16、18mm等等。取壁厚14mm，滿足要求，此時(shí)（外徑）?？梢詽M足壁厚的要求，排水管采用378×14，此為方案四。 式中：綜上可得，各水泵的排水管規(guī)格如表4.9所示：表4.9型 號D280-65×5D30065×5方案一方案二方案三方案四排水管規(guī)格外徑（mm）273×13245×10324×

27、12378×14吸水管直徑確定根據(jù)礦井安全規(guī)程第2138條,吸水管徑常按經(jīng)濟(jì)流速dx =+25（mm）計(jì)算，則根據(jù)排水管徑，對應(yīng)的四套方案計(jì)算可得：表4.10型 號D280-65×5D30065×5方案一方案二方案三方案四排水管規(guī)格外徑（mm）273×13245×10324×12378×14吸水管徑徑（mm）dx =+25250+25=275225+25=250300+25=325350+25=375 式中dx吸水管徑(計(jì)算),mm.4.3 繪制管道系統(tǒng)圖管道系統(tǒng)圖如圖4.2所示。圖4.2 1-底閥；2-水泵；3，6-閘閥；

28、4-逆止閥；7，10，11，12，13，14-彎頭；5，8，9-三通；15-排水管4.4 估算管道長度排水管道長度可估算為：，?。晃荛L度 ；其它管件的等效長為：=30m管路總水管長為L=482+30+5=517m4.5 水泵裝置的工況4.5.1 求管路特性方程式并繪制管路特性曲線由上文計(jì)算可知排水管和吸水管的長度，不計(jì)管徑差異，近似地按排水管徑計(jì)算其特性，則：總管長為517，其中前面取的其它等效管長=30是根據(jù)下面的管件局部阻力系數(shù)計(jì)算得出，排水管道管件局部阻力系數(shù)如表4.11所示表4.11 管件局部阻力系數(shù)名 稱簡 圖局 部 阻 力 系 數(shù) 閘板閥x/d1/8，1/4，3/8，1/2，5

29、/8，3/4，7/8，197.8，17，5.52，2.06，0.81， 0.26，0.07，0.01止回閥70，60，55，50，45，401.7，3.2，4.6，6.6，9.5，14底閥（帶濾網(wǎng)）mm75，100，150，200，250，300，350，4008.5，7.6，6，5.2，4.4，3.7，3.4，3.1漸縮管0.1擴(kuò)大管0.2 ， 0.5 ， 0.60.7 ， 0.80.9彎頭彎頭三通由于管道的沿程阻力系數(shù)值，由管徑和管壁粗糙度決定，其值見表4.12表4.12 管道沿程阻力系數(shù)值管子直徑200225250275300沿程阻力系數(shù)0.03040.02930.02840.02760

30、.0270管子直徑325350400450500沿程阻力系數(shù)0.02630.02580.0250.02410.0234根據(jù)管路系統(tǒng)圖，查表4.11得值如表4.13所示：表4.13名稱數(shù)量局部阻力系數(shù)方案一方案二方案三方案四吸水管件帶過濾網(wǎng)的底閥13.73.73.43.410.294 0.294 0.2940.294收縮管10.10.10.10.1排水管件閘板閥（）10.260.260.260.26逆止閥11.71.71.71.7轉(zhuǎn)彎流三通11.51.51.51.5閘板閥（）10.010.010.010.0140.294 0.294 0.2940.294直流三通20.70.70.70.730&#

31、186;度彎頭20.0980.0980.0980.098通過查表法進(jìn)行工況曲線的確定其管路曲線方程，故管路特性方程式: （4-7）是在百米長的管路中查其對應(yīng)的管路損失。根據(jù)下面圖4.3所示：圖 4.3 計(jì)算管路損失圖解方案一：對于D280-65水泵在選取管273×13做為排水管時(shí)有：表4.14 管路特性參數(shù) 010020025030035000.220.81.31.72417.5418.6421.6424.2426.3427.859.659.860.260.660.961.1圖4.4 方案一的工況曲線方案二：對于D280-65水泵在選取管245×13做為排水管時(shí)有：表4.1

32、5 管路特性參數(shù) 010020025030035000.341.41.82.73.4417.5419.3424.7426.8431.5435.159.659.960.76161.662.2圖4.5 方案二的工況曲線方案三：對于D500-57水泵在選取管324×12做為排水管時(shí)有：表4.16 管路特性參數(shù)020025030035040045050055000.280.420.60.750.951.41.61.8417.5418.9419.7420.6421.4422.4424.7425.8426.852.252.452.552.652.752.853.153.253.4圖4.6方案三的

33、工況曲線方案四：對于D300-65水泵在選取管378×14做為排水管時(shí)有：表4.17管路特性參數(shù) 020025030035040045050055000.160.220.30.40.450.60.680.9417.5418.3418.6419419.6419.8420.6421422.252.252.352.3352.452.552.552.652.6352.8圖4.7 方案四的工況曲線4.5.2 確定工況點(diǎn)由四個(gè)方案對應(yīng)的圖可知，四個(gè)方案都能滿足需要，四個(gè)方案各自工況點(diǎn)對應(yīng)的工況參數(shù)如表4.18所示。表4.18 泵的工況點(diǎn)型號揚(yáng)程（m）功率（KW）效率（%）（m）流量（）方案一42

34、7628.877.55.2380方案二434628.8785.4370方三436893.41795.1530方案四424904.86784.95454.6 篩選方案、校驗(yàn)計(jì)算4.6.1 驗(yàn)算吸水高度確定水泵的吸水高度，應(yīng)以管路沒有發(fā)生污垢時(shí)的工況為計(jì)算依據(jù)，即以新管為依據(jù)。Hx=-(10-）(-0.24) (+)Q2 （4-8）上式為吸水高度的計(jì)算公式。式中：沿程阻力系數(shù)：;等效阻力系數(shù)：；表4.19按海拔而定的大氣壓力海拔高度/m-6000100200300400500600700大氣壓力/m11.310.310.210.110.09.89.79.69.5注：1m1×表4.20按水

35、溫而定的飽和水蒸氣壓力水溫/051015203040飽和水蒸氣壓力/m0.060.090.120.170.240.430.7550607080901001.252.03.174.87.110.33注：1m1×根據(jù)上面兩個(gè)表格，由于井筒深度為411，所以大氣壓力，=10.5×；取溫度為20°，對應(yīng)的飽和水蒸汽壓力為=0.24；而礦水密度為1020，所以礦水的重度=1020×9.81。根據(jù)公式（7）可得各方案的吸水高度，如表4.21所示：表4.21 泵允許吸水的高度方案方案一方案二方案三方案四允許吸水的高度4.384.354.374.38由表4.21可知，上

36、面四個(gè)方案的吸水高度都大于經(jīng)驗(yàn)數(shù)值3.5m，不容易發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，因此泵工作可靠，都能滿足要求。4.6.2 驗(yàn)算排水時(shí)間正常涌水期和最大涌水期時(shí)的排水時(shí)間分別為： (4-9)則方案一的排水時(shí)間為：（1） 正常涌水時(shí)：（h）（2） 最大涌水時(shí)：（h）；方案二的排水時(shí)間為：（1） 正常涌水時(shí)：（h）（2） 最大涌水時(shí)：（h）；方案三的排水時(shí)間為：（1） 正常涌水時(shí)：（h）（2） 最大涌水時(shí)：（h）；方案四的排水時(shí)間為：（1） 正常涌水時(shí)：（h）（2） 最大涌水時(shí)：（h）；表4.22 排水時(shí)間方案排水時(shí)間（h）方案一1210.11方案二12.3210.38方案三17.210.87方案四16.73410

37、.57經(jīng)校驗(yàn)排水時(shí)間均小于20h，符合煤礦安全規(guī)程規(guī)定。4.6.3經(jīng)濟(jì)流速的校核對方案一：吸水管流速：（m/s）排水管流速：（m/s）;對方案二：吸水管流速：（m/s）排水管流速：（m/s）；對方案三：吸水管流速：（m/s）排水管流速：（m/s）；對方案四：吸水管流速：（m/s）排水管流速：（m/s）對以上四種方案中，吸，排水管的經(jīng)濟(jì)流速為1.22.2,很顯然方案二超出了這一圍，方案一，三，四都滿足要求！可以把方案一排除。綜合上面的幾個(gè)校核參數(shù)，綜合考慮流速，工況點(diǎn)效率，排水時(shí)間，允許吸水高度，選用電機(jī)功率等因素，篩選兩個(gè)方案為：方案二，方案四！4.6.4 選擇電動(dòng)機(jī)下圖時(shí)對應(yīng)的電機(jī)的圖4.8

38、：圖4.8 電動(dòng)機(jī)尺寸圖對于井下，由于要考慮到會有可燃?xì)怏w的出現(xiàn)，所以選用異步防爆電機(jī)，具體情況如下：對于方案二（即D280-65×7型泵方案）根據(jù)求得的所需功率=628.8Kw，水泵轉(zhuǎn)速為1480轉(zhuǎn)，選擇電機(jī)YB 560L-4：功率P=710Kw，效率，；安裝尺寸：A=900,B=1120,C=280,D=110,E=210,F=28,G=100,H=560,K=42;外形尺寸：L=2450,AB=1130,AD=980,HD=1120 ,質(zhì)量M=4200Kg。對于方案四（即D500-57×8型泵方案）根據(jù)求得的所需功率=904.86Kw，水泵轉(zhuǎn)速為1480轉(zhuǎn)，選擇電機(jī)Y

39、B 630-4：功率P=1000Kw，效率，；安裝尺寸：A=1000,B=1250,C=280,D=130,E=250,F=32,G=119,H=630,K=42;外形尺寸：L=2400,AB=1200,AD=1050,HD=1260 ,質(zhì)量M=5200Kg。4.6.5 計(jì)算水泵的裝置效率方案二：電機(jī)效率為，傳動(dòng)效率，工況效率為，管路效率為則裝置效率為：方案四：電機(jī)效率為，傳動(dòng)效率，工況效率為，管路效率為則裝置效率為：4.6.6 選擇配電設(shè)備配電設(shè)備包括控制設(shè)備和啟動(dòng)設(shè)備。由于一般情況下主要水泵房與井下中央變電所聯(lián)建在一起，水泵的直接起動(dòng)設(shè)備都放在變電所，故而應(yīng)與變電所的配電設(shè)備選擇同一系列。

40、起動(dòng)水泵時(shí)在變電所操作，泵房設(shè)停止按鈕。為了便于控制，可在泵房和變電所之間設(shè)聯(lián)絡(luò)信號。對于降壓起動(dòng)設(shè)備或饒線型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子控制的選擇根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)規(guī)定，通常電壓在600V以下，電機(jī)容量在150KW以下時(shí)，采用QC83防爆啟動(dòng)器QJs型自降壓起動(dòng)器，容量在150300KW時(shí)，可采用XTO系列自減壓起動(dòng)器或GTTX-61型系列綜合起動(dòng)器；若為6KW高壓鼠籠型電動(dòng)機(jī)，可采用GKF-H1起動(dòng)柜和QKSJ系列電抗器；或采用QZQ-6A型、KRG-6A型高壓綜合起動(dòng)器。饒線型電動(dòng)機(jī)可采用BP系列頻敏變阻器和BU1型油浸起動(dòng)變阻器。根據(jù)前文表述為：表4.23 方案二對應(yīng)的電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號功率P（KW）額定電壓

41、（KV）轉(zhuǎn)速n（r/min）質(zhì)量m（Kg）效率（/%）YB560L-471061480420094.5表4.24方案四對應(yīng)的電機(jī)參數(shù) 電機(jī)型號功率P（KW）額定電壓（KV）轉(zhuǎn)速n（r/min）質(zhì)量m（Kg）效率（/%）YB630-4100061480520095兩個(gè)方案的配電設(shè)備都選一樣的，即：FB-6型氣壓負(fù)荷開關(guān)，GKW-1型配電箱。第5章 確定泵房、水倉和管子道尺寸并繪制泵房布置圖5.1估算泵房尺寸計(jì)算泵房洞室的開拓費(fèi)用，必須預(yù)先估計(jì)泵房的尺寸。圖5.1 水泵安裝尺寸圖表5.1 D280-65×7型泵安裝尺寸D280-65×7(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(

42、mm)(mm)21589951210970830190627 (mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)158510301503806007905004-244-35表5.2 D500-57×8型泵安裝尺寸 D500-57×8 (mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)24051330142912591150139.5540(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)51105.51094.51604306608905304-354-35通常泵房都是采用一條軸線布置法。泵房的長、寬和高(結(jié)合泵和電機(jī)的尺寸)估算如下：5

43、.1.1泵房的長度按下式計(jì)算： (5-1)式中: n泵的臺數(shù)； L水泵機(jī)組（泵和電機(jī)）的總長度(m)； A水泵機(jī)組間的凈空距離，一般可選取1.52.5 (m)；5.1.2 泵房寬度按下式計(jì)算： (5-2)式中:bj水泵基礎(chǔ)寬，一般可按水泵底座外形尺寸在其長度和寬度方向上每邊增加0.10.2m；b1水泵基礎(chǔ)邊到有軌一側(cè)墻壁之間的距離，以通過最寬設(shè)備為原則，一般可選取1.52.0m；b2泵基礎(chǔ)邊到吸水井一側(cè)墻壁之間的距離，一般可選取0.81.0m。5.1.3 泵房高度(Hb)當(dāng)葉輪直徑D350mm時(shí)，取Hb=4.5 m；當(dāng)D<350 mm時(shí)，取Hb=3 m。泵房頂可采用三心拱或半圓拱。對方案

44、二：泵房長L=30.652（m）；泵房的寬度=5.01（m）；由于D280-65×7的葉輪直徑D=430mm350mm，所以取泵房高度=4.5m 。對方案四：泵房長L=24.286（m）；泵房的寬度=5.08（m）；由于D500-57×8的葉輪直徑D=430mm350mm，所以取泵房高度=4.5m 。5.2 經(jīng)濟(jì)計(jì)算礦井排水的經(jīng)濟(jì)核算，有各種指標(biāo)來衡量，這里用排1m3礦水所需要的總費(fèi)用(即)作為方案經(jīng)濟(jì)對比?？傎M(fèi)用包括基本投資與運(yùn)行費(fèi)用之和，具體項(xiàng)目有：設(shè)備購置,安裝工程,井巷工程；將以上各項(xiàng)費(fèi)用總和稱為基本投資，折合成每年應(yīng)攤的費(fèi)用，稱為設(shè)備與安裝工程折舊與井巷工程折舊費(fèi)

45、；運(yùn)行費(fèi)用(以年計(jì)算)包括電費(fèi)、工資、維修費(fèi)與其他費(fèi)用(系指不直接構(gòu)成建筑與工程成本，而應(yīng)由基本建設(shè)投資解決的費(fèi)用)。經(jīng)濟(jì)計(jì)算如下：5.2.1 勞動(dòng)定質(zhì)與工資（1） 司機(jī)定員：按水泵運(yùn)轉(zhuǎn)臺數(shù)，每天三班作業(yè)配備。在冊系數(shù)按井下工1.3，見下表： 表5.3 司機(jī)定員水泵臺數(shù)（臺）班/日每日出勤人數(shù)每日在冊人數(shù)技術(shù)等級3334553685736858391251139125根據(jù)上表和水泵臺數(shù)可確定司機(jī)定員為：每日3班，每日出勤人數(shù)，每日在冊人數(shù)，技術(shù)等級為5級。（2） 維修工人數(shù)：按下表確定，工資等級按井上。表5.4 維修工人數(shù)井深（H）單位正常涌水量Q30040045070010001500200

46、0500550300450600700100015002000水 泵 臺 數(shù)（）357811357578200300人11222400500人11223600800人112223根據(jù)上表與該礦的正常涌水量Q、井深H和水泵臺數(shù)可確定維修工人數(shù)。（3）工資:包括基本工資,輔助工資和附加工資基本工資：煤礦工人的基本工資按以下標(biāo)準(zhǔn)確定：表5.5 煤礦工人（五類地區(qū)）工資等級月工資344.3×20451.9×20560.7×20輔助工資：輔助工資包括津貼、獎(jiǎng)金、病傷假工資與其他，按照基本工資的百分?jǐn)?shù)計(jì)算，井下工人按70%，地面工人按42%計(jì)算。附加工資：井下和地面工人的附加

47、工資按占基本工資和輔助工資之和的13%計(jì)算。對于方案二：水泵臺數(shù)為4臺，每日三班，每日出勤人數(shù)4人，每日在冊人數(shù)6人，技術(shù)等級5級；維修人工數(shù)：按工人平均等級4.5級計(jì)算，井深為400500，正常涌水量300400，水泵臺數(shù)5臺，維修人工數(shù)為1人；工資：包括基本工資，輔助工資和附加工資：基本工資：J=6×60.7+56.7=420.9（元）；輔助工資：F=420.9×70%=294.63（元）；附加工資：=（420.9+294.63）×13%=93.02（元）；總工資：M=420.9+294.63+93.02=808.55（元）。根據(jù)時(shí)間價(jià)差乘以一個(gè)比率20則：M

48、=808.55×20=16171（元）對于方案四：水泵臺數(shù)為3臺，每日三班，每日出勤人數(shù)3人，每日在冊人數(shù)4人，技術(shù)等級5級；維修人工數(shù)：按工人平均等級4.5級計(jì)算，井深為400500，正常涌水量300400，水泵臺數(shù)5臺，維修人工數(shù)為1人；工資：包括基本工資，輔助工資和附加工資：基本工資：J=4×60.7+56.7=299.5（元）；輔助工資：F=299.5×70%=209.65（元）；附加工資：=（299.5+209.65）×13%=66.19（元）；總工資：M=299.5+209.65+66.19=575.34（元）。根據(jù)時(shí)間價(jià)差乘以一個(gè)比率20則

49、：M=575.34×20=11506.8（元）5.2.2 電費(fèi)計(jì)算由于正常涌水期和最大涌水期各泵的工況參數(shù)一樣則年電耗量為： （5-4）式中：和-分別為正常和最大涌水時(shí)期同時(shí)工作的水泵臺數(shù)，和-分別為正常和最大涌水時(shí)期的排水天數(shù)和每天開泵的小時(shí)數(shù)，-傳動(dòng)效率，取0.98，-電機(jī)效率，按電機(jī)樣本取，-電網(wǎng)效率，取0.95；ea當(dāng)?shù)毓I(yè)電費(fèi)單價(jià)元/度對于方案二（即D280-65×7型泵方案）：=2，=3，=300，=12，=65，=10.11；所以： =6550409.6（）經(jīng)查得，本地工業(yè)電價(jià)（）為=0.5624元每度，所以總電費(fèi)為：=6550409.60.5624=3683

50、950.36（元）對于方案四（即D500-57×8型泵方案）：=1，=23，=300，=16.734，=65，=10.57；所以： =6550409.6（）經(jīng)查得，本地工業(yè)電價(jià)（）為=0.5624元每度，所以總電費(fèi)為：=1292443.14×0.5624=3634350.11（元）5.2.3 折舊費(fèi)（1）.基本投資a. 根據(jù)煤炭部門相關(guān)概算指標(biāo)計(jì)算，時(shí)間價(jià)差調(diào)整；地面建筑工程乘以1.3；礦建工程乘以1.2。b. 機(jī)電設(shè)備價(jià)格根據(jù)現(xiàn)行出廠價(jià)格計(jì)算（設(shè)備運(yùn)雜費(fèi)6%，材料運(yùn)雜費(fèi)8%）。對方案二：機(jī)電設(shè)備包括四臺水泵，每臺6萬，電機(jī)每臺20萬，F(xiàn)B-6型氣壓負(fù)荷開關(guān)9萬，GKW-1型配電箱12萬，真空泵一臺5萬；一共的機(jī)電設(shè)備價(jià)格為M=（6+20）×4×（100%+6%+8%）+（9+12+5）×（100%+6%+8%）=147.5（萬）對方案四：機(jī)電設(shè)備包括三臺水泵，