礦山排水設(shè)備的選型設(shè)計(jì)及D型泵的結(jié)構(gòu)分析

1、華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）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)，應(yīng)用歷史設(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)范所規(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(shū)所提供資料，擬估礦井條件，確定礦井對(duì)排水系統(tǒng)的具體要求：通過(guò)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(duì)設(shè)備選型，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，確定設(shè)備工況；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(duì)所剩方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，以噸水百米費(fèi)用和初期投入為指標(biāo)篩選出最終方案。選擇系統(tǒng)配套附件，根據(jù)各設(shè)備外形尺寸及安裝要求，并考慮其運(yùn)行條

2、件，最終確定泵房及管路的布置圖。最后對(duì)D型泵的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)進(jìn)行專(zhuān)題論述。關(guān)鍵詞：礦井涌水、水泵、工況點(diǎn)、配套電機(jī)、配套電器控制設(shè)備、泵房、水倉(cāng)泵房?jī)?nèi)水管敷設(shè)、起重梁、管子道和管子間、D型泵結(jié)構(gòu)第 5 頁(yè) 共 70 頁(yè) 第1章 緒 論1.1對(duì)排水系統(tǒng)的要求在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，隨時(shí)都有各種來(lái)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(zhēng)的一方面，另一方面是采取有效措施，減少涌入礦井的水量。特別是防止突然涌水的襲擊，對(duì)保證礦井生產(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(méi)礦井的情況下，還要搶險(xiǎn)排水。在恢復(fù)被淹沒(méi)的礦井時(shí)

3、，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(duì)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(guò)程中，涌入礦井的水流稱(chēng)為礦水。1.2.1 礦水來(lái)源礦井水的來(lái)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，如果有巨大裂縫與井下溝通時(shí)，就會(huì)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(kāi)采過(guò)程中不斷涌出。1.2.2

4、涌水量礦水可以用單位時(shí)間涌入礦井內(nèi)的體積來(lái)度量，稱(chēng)為絕對(duì)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(chēng)最大涌水量，而后者稱(chēng)為正常涌水量。為了對(duì)比不同礦井涌水量的大小，通常還采用同一時(shí)期內(nèi)，相對(duì)于單位煤炭產(chǎn)量（以噸計(jì)）的涌水量作為比較參數(shù)，稱(chēng)它為相對(duì)涌水量，或稱(chēng)為含水系數(shù)。若以K表示相對(duì)涌水量，則 K=24q/T （m3/t）式中 q絕對(duì)涌水量m3/h；T同期內(nèi)煤炭日產(chǎn)量t1.2.3 礦水性質(zhì)礦井水中會(huì)有各種礦物質(zhì)，并且會(huì)有泥沙、煤屑等雜

5、質(zhì)，故礦井水的密度比清水大，15。C礦水的密度約為1015-1025kg/m3。按PH值礦水可分為堿性PH>7、中性PH=7、弱酸性PH=46和強(qiáng)酸性PH=03。酸性水對(duì)排水設(shè)備的非耐酸金屬零件產(chǎn)生腐蝕作用，減少排水設(shè)備正常使用年限。礦水中含有的懸浮狀固體顆粒進(jìn)入水泵后加速金屬表面的磨損。當(dāng)PH<5時(shí)，要求排水設(shè)備（包括泵、管路等）應(yīng)選用耐酸材料，或者對(duì)水質(zhì)進(jìn)行中性處理。對(duì)于礦水中的懸浮顆粒應(yīng)在水泵前加以沉淀，而后再經(jīng)泵排出礦井。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(yùn)

6、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(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦噸煤排水電耗6.77.5kw.h。在世界能源日益緊張的今天，我國(guó)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(guò)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(jiǎn)稱(chēng)規(guī)程）和煤礦工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)范）所規(guī)定的條款

7、。 規(guī)程對(duì)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)內(nèi)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小時(shí)內(nèi)排出礦井24小時(shí)內(nèi)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?jī)?nèi)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)內(nèi)排出礦井24小

8、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)內(nèi)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(kāi)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(guò)斜巷于井筒相通，稱(chēng)為安全出口，這個(gè)出口應(yīng)當(dāng)高出泵房地面7米以上；另一個(gè)出口通到井底車(chē)場(chǎng)，為人員及設(shè)備出口，在這個(gè)出口的通道內(nèi)，應(yīng)設(shè)置容易關(guān)閉的既能放火又能防水的密閉門(mén)。泵房和水倉(cāng)的連接通道，應(yīng)設(shè)置可靠的控制閘門(mén)，在閘門(mén)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(cāng)必須有主倉(cāng)和副倉(cāng)，其中一個(gè)倉(cāng)工作，

9、另一個(gè)水倉(cāng)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及其以下時(shí)，主要水倉(cāng)（含副倉(cāng)和主倉(cāng)）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(cāng)有效容量可按下式計(jì)算：V=2(qz+300) m3式中： V主要水倉(cāng)的有效容量，m3；qz礦井正常涌水量，m3/h。但主要水倉(cāng)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(cāng)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(duì)水倉(cāng)容量應(yīng)編制專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，報(bào)礦務(wù)局總工程師批準(zhǔn)。水倉(cāng)進(jìn)口處應(yīng)設(shè)置篦子。對(duì)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

10、。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(duì)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(cāng)、沉淀池和水溝的淤泥應(yīng)由礦長(zhǎng)組織力量每年至少清理兩次，在雨季前必須清理一次。規(guī)范規(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)內(nèi)排出礦井24小時(shí)的正常涌水量。備用水泵的臺(tái)數(shù)應(yīng)不小于工作水泵臺(tái)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)內(nèi)排出礦井24小時(shí)的最大涌水量。檢修水泵的臺(tái)數(shù)按工作水泵臺(tái)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(duì)于正常涌水量為50m3/h及以下，且最大涌水量

11、為100m3/h及以下的礦井可選用兩臺(tái)水泵，其中一臺(tái)工作，一臺(tái)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?jī)?nèi)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)內(nèi)排出礦井24小時(shí)的最大涌水量。正常涌水量在50及以下的斜井一般敷設(shè)一條管路，其能力應(yīng)在20小時(shí)內(nèi)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(tái)水泵排水量小于100，兩臺(tái)水泵的

12、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及以上則應(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(chē)場(chǎng)相通，在進(jìn)口位置應(yīng)有轉(zhuǎn)車(chē)空間。第2章 初選排水系統(tǒng)2.1設(shè)計(jì)的原始資料煤礦豎井開(kāi)拓，年產(chǎn)量105萬(wàn)噸，單水平開(kāi)采，井口標(biāo)高+58.00m , 水平標(biāo)高-260.00m , 正常涌水量，最大涌水量，礦水中性，礦水密度 ，正常涌水期按300天計(jì)算，服務(wù)年限30年。由此，可供選擇的排水系統(tǒng)有以下兩種：2.2排水系統(tǒng)分類(lèi)排水系統(tǒng)的選擇與礦井的井深，開(kāi)拓方式及各水平的用水量有關(guān)。目前，我國(guó)煤炭的排水系統(tǒng)，可分為直接排水系統(tǒng)和分段排

13、水系統(tǒng)兩種。直接排水系統(tǒng)、分段排水系統(tǒng)。2.2.1方案一 直接排水系統(tǒng)直接排水系統(tǒng)是指井下的涌水通過(guò)排水設(shè)備直接排到地面。如單水平開(kāi)采的礦井，在開(kāi)采第一水平時(shí)，就采用直接排水系統(tǒng)。圖（a）是豎井單水平開(kāi)采時(shí)的直接排水系統(tǒng)。圖（b）是豎井多水平開(kāi)采時(shí)，各水平的涌水分別由本水平的排水設(shè)備直排地面。圖（c）是豎井兩個(gè)水平同時(shí)開(kāi)采時(shí)，若上水平涌水量較小，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，可將上水平的涌水通過(guò)管路自流到下一水平的水倉(cāng)中，然后兩個(gè)水平的涌水由下水平排水設(shè)備直排地面。圖（d）是斜井單水平開(kāi)采時(shí)，若地質(zhì)條件比較穩(wěn)定、又無(wú)大的斷層，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，可采用鉆孔下排水管的方法將水直排地面。若地質(zhì)條件較復(fù)雜或井較深

14、，可采用沿斜井井筒敷設(shè)排水管路的方法，將水直排地面。這種排水系統(tǒng)的水平和泵房數(shù)量少，系統(tǒng)簡(jiǎn)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，便于管理，而且上、下水平的排水設(shè)備互不影響。（圖1.1）。圖2.12.2.2 方案二 分段排水系統(tǒng)分段排水系統(tǒng)，是指井下的涌水通過(guò)幾段排水設(shè)備轉(zhuǎn)排到地面。一般適用于礦井較深，又受排水設(shè)備能力所限制的礦井排水。另外，多水平同時(shí)開(kāi)采同時(shí)開(kāi)采時(shí)，為減少井筒內(nèi)管路敷設(shè)的趟數(shù)，也常采用分段排水系統(tǒng)。圖（a）是豎井單水平開(kāi)采時(shí)，由于井深已超過(guò)水泵可能產(chǎn)生的揚(yáng)程時(shí)，可在井筒中部開(kāi)拓泵房和水倉(cāng)（相當(dāng)于兩個(gè)水平分段排水系統(tǒng)）將水經(jīng)兩段排水設(shè)備排至地面。

15、此圖也可表示為豎井多水平開(kāi)采時(shí)的分段排水系統(tǒng)。圖（b）是斜井兩個(gè)水平同時(shí)開(kāi)采時(shí)的分段排水系統(tǒng)。采用中繼排水，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(huì)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)。（圖1.2）。 (a) (b)圖2.2根據(jù)上述的有關(guān)規(guī)定,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(jiǎn)易程度，選用方案一作為本設(shè)計(jì)的排水方法。（即直接排水法）第3章 排水設(shè)備的選型3.1初選水泵的型號(hào)和臺(tái)數(shù)選擇水泵的型式和臺(tái)數(shù)應(yīng)符合規(guī)程和規(guī)范的規(guī)定。若有兩種或兩種以上符合要求時(shí)，應(yīng)選其

16、中尺寸小，效率高的水泵，而且水泵的臺(tái)數(shù)應(yīng)盡可能少。只有在不得已的情況下，才采用兩臺(tái)水泵并聯(lián)排水。3.1.1 排水系統(tǒng)對(duì)水泵的要求1)水泵必需排水能力的計(jì)算 依據(jù)規(guī)程，在正常涌水期工作水泵的排水能力應(yīng)為： （31）由于該礦井，所以該煤礦所選工作水泵的工作能力應(yīng)為： 在最大涌水期，由于該礦井工作和備用水泵必需的總排水能力： （32） 2)水泵的揚(yáng)程： （33） 式中 排水高度 泵排水高度取井筒深度 吸水深度，取55.5m管子高出井筒的高度 管路效率，對(duì)于豎井3.1.2 初選水泵型號(hào)參照泵產(chǎn)品樣本,因?yàn)榈V水呈中性，所以選擇D型泵，根據(jù)計(jì)算的在水泵產(chǎn)品樣本中查出流量和揚(yáng)程接近該值的泵可選擇泵的型號(hào)為:

17、泵D280-65 的級(jí)數(shù)為：i=HB/Hi=5.255.53 取i=6 泵D450-60 的級(jí)數(shù)為：i=HB/Hi=5.686取i=6則水泵的型號(hào)為D280-65和D450-60其詳細(xì)資料如下：表3.1 D280-65離心泵參數(shù)：型號(hào)級(jí)數(shù)流量揚(yáng)程H(m)轉(zhuǎn)速n(r/min)功率P(KW)效率必需汽蝕余量(NPSH)r(m)葉輪直徑D2 (mm)泵重(kg)(m3/h)(L/s)軸功率Pa電機(jī)功率D280-65628077.93901480392500763.04502255圖3.1表3.2 D450-606型離心泵參數(shù)：型號(hào)級(jí)數(shù)流量揚(yáng)程H(m)轉(zhuǎn)速n(r/min)功率P(KW)效率必需汽蝕余量

18、(NPSH)r(m)葉輪直徑D2 (mm)泵重(kg)(m3/h)(L/s)軸功率Pa電機(jī)功率D450-6064501253601480551.6680803.74302750圖3.23.1.3 校驗(yàn)水泵穩(wěn)定性1)自特性查得Q=0時(shí) D280-65的揚(yáng)程H0 = 420m 該值大于HC =324m ，滿(mǎn)足穩(wěn)定條件0.9H0HC的要求。2)自特性查得Q=0時(shí) D450-60的揚(yáng)程H0 = 420m 該值大于HC =324m，滿(mǎn)足穩(wěn)定條件0.9H0HC的要求。3.1.4 所需水泵的臺(tái)數(shù)為：表3.3D280-656D450-606 2 1 3 2 21 1 1 總水泵臺(tái)數(shù)=53式中年n,n,n分別為

19、工作、備用檢修水泵的臺(tái)數(shù)。3.2選擇管路系統(tǒng)3.2.1管路趟數(shù)及布置方式的選擇1)管路趟數(shù)的選擇 根據(jù)規(guī)程有關(guān)規(guī)定，水管必須有工作和備用的，其中工作水管的能力應(yīng)能配合工作水泵在20小時(shí)內(nèi)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)能配合工作和備用水泵在20小時(shí)內(nèi)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。對(duì)于所選的三臺(tái)水泵，敷設(shè)兩趟管路，即三泵兩管工作方式，一臺(tái)水泵工作時(shí)，可通過(guò)其中任一趟管路排水，另一趟管路備用；兩臺(tái)水泵同時(shí)工作時(shí)，可分別通過(guò)一趟管路排水；同理五臺(tái)泵應(yīng)設(shè)三趟管路。2)其管路系統(tǒng)布置如圖3.3圖3.33)圖3.4是四臺(tái)泵三趟管

20、路的布置方式，正常涌水時(shí)期兩臺(tái)泵工作，可通過(guò)其中任意兩趟管路分別排水，另一趟管路備用，最大涌水時(shí)期三臺(tái)泵工作可各用一趟管路排水。 圖3.44)圖3.5五臺(tái)水泵三趟管路的布置方式，正常涌水時(shí)期兩臺(tái)泵工作，可通過(guò)其中任意兩趟管路分別排水，另一趟管備用；最大涌水期四臺(tái)泵工作，三趟管路排水，泵在并聯(lián)管路上工作。 圖3.5根據(jù)上述規(guī)定，對(duì)于此設(shè)計(jì)中的D450-606 ，3臺(tái)水泵，敷設(shè)2趟管路，其管路系統(tǒng)布置如上圖3.3所示；對(duì)于D280-656，5臺(tái)水泵，敷設(shè)3趟管路，管路系統(tǒng)布置圖如上圖3.5所示。3.2.2 排水管選擇計(jì)算1)計(jì)算根據(jù)規(guī)范第2138條,管徑常按經(jīng)濟(jì)流速Vp=1.52.2m/s計(jì)算:

21、(34)式中 d排水管內(nèi)徑(計(jì)算),m. 對(duì)于D280-656 水泵，額定流量為 280m3/h =212257m 對(duì)于D450-606 水泵，額定流量為450m3/h =269326m2）壁厚度的計(jì)算：壁厚可按如下公式計(jì)算： (35)式中： dp排水管內(nèi)徑,cmp管內(nèi)液體壓強(qiáng)，作為估算p=0.011Hp(MPa)； Hp(m)為排水高度；z許用應(yīng)力。鑄鐵管z=20Mpa,焊接鋼管z=60 Mpa,無(wú)縫鋼管z =80 Mpa;C附加厚度,對(duì)于鑄鐵管C=0.70.9cm;焊接管C=0.2cm; 無(wú)縫鋼管C=0.10.2cm3)水管材質(zhì):對(duì)于敷設(shè)在深度不超過(guò)200m豎井內(nèi)的排水管多采用焊接鋼管,深

22、度超過(guò)200m時(shí)多用無(wú)縫鋼管;對(duì)于敷設(shè)在斜井內(nèi)的排水管路,可按承壓的變化,由下向上分段采用無(wú)縫鋼管、焊接鋼管和鑄鐵管。對(duì)于D280-656水泵，對(duì)于D450-606水泵，表3.4 熱軋無(wú)縫鋼管 （YB231-70）（mm）外徑壁厚外徑壁厚外徑壁厚外徑壁厚323842455054576063.56870732.58.02.58.02.510.02.510.02.510.03.011.03.013.03.014.03.014.03.016.03.016.03.019.0768389951021081141211271331401463.019.03.524.03.524.03.524.03.528

23、.03.528.04.028.04.032.04.032.04.032.04.536.04.536.01521591681801942032192452732993253514.536.04.536.05.045.05.045.05.045.06.050.06.050.07.050.07.050.08.075.08.075.08.075.0377402426459(465)480500530(550)5606006309.075.09.075.09.075.09.075.09.075.09.075.09.075.09.025.09.025.09.025.09.025.09.025.0壁厚系列2

24、.53.03.54.04.55.05.5677.583.599.5101112131415161718192022242526282930343536384042454850566063657075對(duì)于D280-656水泵選取 管219×6或 管245×7對(duì)于D450-606 水泵選取 管299×8或 管325×83.2.3 吸水管直徑確定計(jì)算根據(jù)規(guī)范第2138條,管徑常按經(jīng)濟(jì)流速Vp=0.81.5m/s計(jì)算: (36)式中 d吸水管內(nèi)徑(計(jì)算),m. Qe額定流量，m3/h 對(duì)于D280-65水泵1）由上述可知，對(duì)應(yīng)管219×6水泵吸水管選為

25、：管245×72）由此對(duì)應(yīng)管245×7水泵吸水管選為：管273×7對(duì)于D450-60水泵選取3）對(duì)應(yīng)管299×8水泵吸水管選為：管325×84）對(duì)應(yīng)管325×8水泵吸水管選為：管351×83.2.4 繪制管道系統(tǒng)圖 圖3.6 三臺(tái)泵管道系統(tǒng)圖圖3.7 五臺(tái)泵管路系統(tǒng)圖估算管道長(zhǎng)度排水管道長(zhǎng)度可估算為： （37） 吸水管長(zhǎng)度一般取: （38）3.3 水泵裝置的工況3.3.1 求管路特性方程式并繪制管路特性曲線由上計(jì)算可知排水管和吸水管的長(zhǎng)度，不計(jì)管徑差異，近似地按排水管徑計(jì)算其特性，則： 1）計(jì)算排水管道的局部阻力系數(shù)：排水管

26、道管件局部阻力系數(shù)如表2.5所示表3.5 管件局部阻力系數(shù)名 稱(chēng)簡(jiǎn) 圖局 部 阻 力 系 數(shù) 閘板閥x/d1/82/83/84/85/86/87/8197.8175.522.060.810.260.070.01止回閥15º20º25º30º40º45º50º55º60º70º90624230149.56.64.63.21.7濾水器（帶底閥）mm40507510015020025030012108.57.66.05.24.43.7無(wú)底閥時(shí)=0.1漸縮管0.1擴(kuò)大管 以下0.20.50.60.70.

27、80.9彎頭0.40.50.60.81.0*1.21.41.61.82.00.1380.1450.1580.2060.2940.440.6610.9741.4081.978彎頭三通由排水系統(tǒng)管路簡(jiǎn)圖，選擇其中局部阻力最多的一條管路作為計(jì)算的對(duì)象，列出可產(chǎn)生局部阻力的元件如下表：對(duì)于D280-65型水泵吸水管件部分245×7和273×7表3.6吸水管件名稱(chēng) 數(shù)量 系數(shù)值 備注底閥 1 4.4 底閥濾水器 90彎頭 1 0.29 漸縮管 1 0.1排水管件部分219×6和245×7 排水管件名稱(chēng) 數(shù)量 系數(shù)值 備注 擴(kuò)大管 1 0.5 閘閥 2 0.26 逆

28、止閥 1 1.7 轉(zhuǎn)彎三通 1 1.5 分流 直三通 4 彎頭 4 彎頭 2 對(duì)于D450-60型水泵吸水管件部分325×8和351×8表3.7吸水管件名稱(chēng) 數(shù)量 系數(shù)值 備注底閥 1 3.7 底閥濾水器 90彎頭 1 0.29 漸縮管 1 0.1 排水管件部分299×8和325×8排水管件名稱(chēng) 數(shù)量 系數(shù)值 備注 擴(kuò)大管 1 0.5 閘閥 2 0.26 逆止閥 1 1.7 轉(zhuǎn)彎三通 1 1.5 分流 直三通 3 彎頭 4 彎頭 2 2)選取沿程阻力系數(shù):對(duì)于D280-65型水泵選用管219×6作為排水管時(shí)0.033吸水管245×7取

29、 0.032選用管245×7作為排水管時(shí)0.032吸水管273×7取0.031對(duì)于D450-60 水泵選用管299×8 作為排水管時(shí)0.03吸水管325×8取0.029選用管325×8作為排水管時(shí)0.03吸水管351×8取0.029式中 排水管路沿程阻力系數(shù) 吸水管路沿程阻力系數(shù)3)求管路特性方程式并繪制管路特性曲線管路特性方程式: 式中 R管路阻力損失常數(shù),用下式計(jì)算：對(duì)于D280-65水泵在選取管219×6作為排水管時(shí)有： (3-10)在選取管245×7作為排水管時(shí)有：對(duì)于D450-60水泵選取在選取管299&

30、#215;8作為排水管時(shí)有： 在選取管325×8作為排水管時(shí)有：故管路特性方程式:對(duì)于D280-65水泵在選取管219×6作為排水管時(shí)有： (3-11)掛垢后的管路特性方程為： (3-12)在選取管245×7作為排水管時(shí)有： (3-13)掛垢后的管路特性方程為： (3-14)對(duì)于D450-60水泵選取在選取管299×8作為排水管時(shí)有： (3-15)掛垢后的管路特性方程為： = （3-16）在選取管325×8作為排水管時(shí)有： （3-17）掛垢后的管路特性方程為： （3-18）3.3.2 確定工況點(diǎn)由以上方程就可以在水泵性能區(qū)線圖上繪出管路特性曲線

31、。參照水泵的流量范圍，選取幾個(gè)流量值，分別計(jì)算排水所需揚(yáng)程。(掛垢后)對(duì)于D280-65 水泵在選取管219×6做為排水管時(shí):表3.8Q，m3/h080120160200280320H1, m324 326.1328.7332.3337.04349.6357.4H,m54 54.3554.855.456.1758.359.6在選取管245×7做為排水管時(shí)有：表3.9Q，m3/h080120160200280320H2, m324 325.18 326.7328.7331.4338.5342.9H, m5454.254.4554.855.256.4257.17將管路特性分別繪

32、制在D280-65×6型水泵性能曲線上，由圖3.1可見(jiàn)，工況點(diǎn)M2趨進(jìn)工業(yè)區(qū)邊緣，為確保水泵正常工作，故舍去，最后確定工況點(diǎn)為M，工況參數(shù)分別為Q=350m3/h, H = 327m N=552KW, = 0.78 (NPSH) =5.5不掛垢的工況Q=380,(NPSH) =6.0對(duì)于D450-60 水泵選取在選取管299×8作為排水管時(shí)有：表3.10Q，m3/h0100200250300350400450H3, m324324.75327328.7330.75333.19336339.2H,m5454.1254.554.855.155.55656.5在選取管325

33、15;8作為排水管時(shí)有：表3.11Q，m3/h0100200250300350400450H4, m324324.4932596327.06328.41330331.84333.92H,m5454.0854.3354.5154.745555.3155.65將管路特性分別繪制在D450-60型水泵性能曲線上，由3.2圖可見(jiàn)，工況點(diǎn)M4趨進(jìn)工業(yè)區(qū)邊緣，為確保水泵正常工作，故舍去，最后確定工況點(diǎn)為M3 ，工況參數(shù)分別為Q=446m3/h, H =348m, N =540KW , =0.81, (NPSH)=4.1 不掛垢=510，(NPSH) =5.03.4校驗(yàn)排水時(shí)間對(duì)于D280-65水泵在選取管

34、219×6作為排水管時(shí)有：在正常涌水期每天所需排水時(shí)間為T(mén)z1= =13h （3-19） 在最大涌水期每天所需排水時(shí)間為T(mén)max1= = 13h (3-20)對(duì)于D450-60水泵在選取管299×8作為排水管時(shí)有：在正常涌水期每天所需排水時(shí)間為T(mén)= =19h (3-21)在最大涌水期每天所需排水時(shí)間為 T= =15h (3-22)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3.5確定水泵的吸水高度1.確定水泵的吸水高度，應(yīng)以管路沒(méi)有發(fā)生污垢時(shí)的工況為計(jì)算依據(jù)，對(duì)于D280-65初期工況Q=380 m3/h，(NPSH)=6.0 m，取p0/=10.2 m(因礦井為負(fù)壓通

35、風(fēng)，泵安裝地點(diǎn)的大氣壓力頭應(yīng)比地面大氣壓力頭稍低，在工程上可近似相等)。查表得 t=15ºC時(shí)，pv/=0.167 m,則吸水高度為Hx= (NPSH) (+)Q2 =2.7小于3.5 (3-23) 此時(shí)容易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，為提高水泵的吸水性能，確保正常工作，在不能實(shí)現(xiàn)正壓注水的情況下，可采用輔助泵作為前置泵。2.對(duì)于D450-60 水泵當(dāng)Q=510 m3/h，(NPSH)=5.0m，則吸水高度為 Hx= (NPSH) (+)Q2 =4.14大于3.5 (3-24)3.6確定水泵的型號(hào)、臺(tái)數(shù)和管路系統(tǒng)3.6.1計(jì)算水泵裝置效率1)若電機(jī)效率=0.92, 對(duì)于D280-65水泵工況效率=

36、0.78，管路效率 g=HC/H=324/372=0.87，則裝置效率為：=dgc =0.61 (3-25) 2)對(duì)于D450-60 水泵工況效率 =0.81，管路效率g3=HC/H=324/348=0.93,則裝置效率為：=dg3c =0.687 (3-26)為確保排水設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對(duì)豎井其裝置效率，；對(duì)斜井其裝置效率，。由此可選定D450-606 型水泵3 臺(tái)，排水管路選YB231299×8 管 2 趟，吸水管規(guī)格為YB231325×8 3.12 性能參數(shù)匯總水泵型號(hào)工況值幾何安裝高度管道效率，%裝置效率，%吸/排水管規(guī)格布置方式流量揚(yáng)程功率效率%D450-60

37、5;6446348540814.19368,7三臺(tái)兩趟3.7經(jīng)濟(jì)指標(biāo)概算3.7.1電動(dòng)機(jī)容量的驗(yàn)算=623.9kw (3-37) 式中 k富裕系數(shù)，取1.11.5；當(dāng)時(shí)，取1.15；當(dāng)時(shí)，取1.1；傳動(dòng)效率，電動(dòng)機(jī)與水泵直聯(lián)時(shí)，一般取0.950.98水泵配套電動(dòng)機(jī)功率680kW，大于計(jì)算容量，滿(mǎn)足要求。根據(jù)前文表可知，D45060泵的軸功率為551.6KW，電機(jī)功率為680KW，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1480 r/min，效率為80%與之配套的電機(jī)為JR14104，其參數(shù)如表3.13所示表3.13 電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)功率P（KW）額定電壓（KV）轉(zhuǎn)速n（r/min）質(zhì)量m（Kg）單價(jià)（元）JR1410468

38、0KW314803600260203.7.2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)備都放在變電所內(nèi)，故而應(yīng)與變電所的配電設(shè)備選擇同一系列。起動(dòng)水泵時(shí)在變電所操作，泵房?jī)?nèi)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(hào)。對(duì)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

39、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。3.8泵房尺寸估計(jì) 為了進(jìn)行方案的經(jīng)濟(jì)比較，必須預(yù)先估算泵房尺寸，以便計(jì)算泵房和硐室的開(kāi)拓費(fèi)用。1）通常泵房采用一條軸線布置法。泵房的長(zhǎng)、寬、高估算如下：泵房長(zhǎng)度L按下式計(jì)算： (3-38) L=23.416m取23.4m 式中 水泵臺(tái)數(shù)；n=3 水泵機(jī)組（包括電機(jī)）的總長(zhǎng)度，m；查得=4472mm=4.472m 水泵機(jī)組間的凈空距離，一般可選取1.52.5m。取A=2.5m 泵房寬度B按下式計(jì)算： (3-39) B=4.5m 式中 水泵基礎(chǔ)寬，一般可按水泵底

40、座（或電機(jī)底座，取二者中較大者）外形尺寸且在其長(zhǎng)度和寬度方向上每邊增加0.10.2 m, b=0.94+2(0.10.5)m=1.141.94mb=1.5m 水泵基礎(chǔ)邊到有軌一側(cè)墻壁之間的距離，一般可選取0.82.0 m b=2.0m 水泵基礎(chǔ)邊到吸水井一側(cè)墻壁之間的距離，一般可選取0.81.0 mb=1.0m泵房高度H 是指起重梁下弦至泵房地面的高度，它應(yīng)按水泵及排水管件高度起重設(shè)備所需的伸縮高度而定。一般，當(dāng)葉輪直徑D350mm時(shí)，取H=4.5 m；當(dāng)D<350 mm時(shí)，取H=3 m。泵房頂可采用三心拱或半圓拱。(由于D=430mm,所以H=4.5m)2）將泵房估算尺寸列于下表：表3

41、.14 泵房尺寸估算結(jié)果泵房尺寸L/mB/mH/m23.44.54.53.9經(jīng)濟(jì)指標(biāo)概算礦井排水的經(jīng)濟(jì)核算，有各種指標(biāo)來(lái)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(duì)比?？傎M(fèi)用包括基本投資及運(yùn)行費(fèi)用之和，具體項(xiàng)目有：設(shè)備購(gòu)置、安裝工程、井巷工程；將以上各項(xiàng)費(fèi)用總和稱(chēng)為基本投資，折合成每年應(yīng)攤的費(fèi)用，稱(chēng)為設(shè)備及安裝工程折舊費(fèi)及井巷工程折舊費(fèi)；運(yùn)行費(fèi)用(以年計(jì)算)包括電費(fèi)、工資、維修費(fèi)及其他費(fèi)用(系指不直接構(gòu)成建筑及工程成本，而應(yīng)由基本建設(shè)投資解決的費(fèi)用)。3.9.1勞動(dòng)定質(zhì)及工資1)司機(jī)定員：按水泵運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)，每天三班作業(yè)配備。在冊(cè)系數(shù)按井下工人1.3，見(jiàn)下表：表3.15 司機(jī)定員水泵

42、臺(tái)數(shù)（臺(tái)）班/日每日出勤人數(shù)每日在冊(cè)人數(shù)技術(shù)等級(jí)3334553685736858391251139125根據(jù)上表和水泵臺(tái)數(shù)可確定司機(jī)定員為：每日3班，每日出勤人數(shù)為3人，每日在冊(cè)人數(shù)為4人，技術(shù)等級(jí)為5級(jí)。則司機(jī)定員的每年的基本工資=4=384002)維修工人數(shù)：按下表確定，工資等級(jí)按井上。(工人平均4.5級(jí))表3.16 維修工人數(shù)井深（H）單位正常涌水量Q300400450700100015002000500550300450600700100015002000水 泵 臺(tái) 數(shù)（）357811357578200300人11222400500人11223600800人112223根據(jù)上表及該礦的

43、正常涌水量Q、井深H和水泵臺(tái)數(shù)可確定維修工人數(shù)為：人維修工人的年基本工資=775=93003)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3.17 煤礦工人（五類(lèi)地區(qū)）工資等級(jí)月工資370047505800輔助工資：輔助工資包括津貼、獎(jiǎng)金、病傷假工資及其他，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。由可知，輔助工資如下表所示：表3.18 輔助工資（五類(lèi)地區(qū)）工資等級(jí)輔助工資井下地面349029445253155560336附加工資：井下和地面工人的附加工資按占基本工資和輔助工資之和的13%計(jì)算。則按以上標(biāo)準(zhǔn)可知，附加工資如下表所示

44、：表3.19 附加工資（五類(lèi)地區(qū)）工資等級(jí)附加工資3154.74138.455147.68根據(jù)以上規(guī)則，確定工資為下表：年基本工資（元）47700年輔助工資（元）33390年附加工資（元）10541年工資總額（元）916313.9.2電費(fèi)1）年電耗由于正常涌水期和最大涌水期各泵的工況參數(shù)相同，則年電耗為E=×（nzrzTznmaxrmaxTmax）= 5.25×10 (3-40) 式中 1.05輔助用電系數(shù)； 礦水重度，N/m3 ； Q工況流量，m3/h； H工況揚(yáng)程，m； 水泵工況效率； C傳動(dòng)效率； d電機(jī)效率； W電網(wǎng)效率，一般可選取W=0.95-0.97；nz ,n

45、max 正常和最大涌水期水泵工作臺(tái)數(shù)；rz ,rmax 正常和最大涌水期水泵工作天數(shù) ,d；Tz ,Tmax 正常和最大涌水期水泵工作時(shí)間 ,h；2）年電費(fèi)： (3-41) 式中 ea當(dāng)?shù)毓I(yè)電費(fèi)單價(jià)元/度查表得，河北省北部電網(wǎng)峰各分時(shí)：（大工業(yè)用電）峰時(shí)高峰低谷平常電價(jià)（元/度）0.69340.29330.4862平均電價(jià)0.50764=5.250764=2.673.9.3年折舊費(fèi)1）基本投資根據(jù)煤炭部門(mén)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因?yàn)樗鶇⒖嫉母潘阒笜?biāo)為07年指標(biāo)，時(shí)間價(jià)差調(diào)整系數(shù)為1.0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%）設(shè)備出廠價(jià)格一覽表 項(xiàng)目類(lèi)別設(shè)備費(fèi)分計(jì)總額（萬(wàn)元）名稱(chēng)單價(jià)（元）數(shù)量機(jī)電設(shè)備水泵2.08314.66電動(dòng)機(jī)JR141042.63三閥、真空泵2.083配電設(shè)備KRG-6A 型高壓綜合起動(dòng)器13.1113.1排水管路無(wú)縫鋼管60.5/m370×24.87鋼管管件（組）0.2/組2總額(萬(wàn)元)（考慮運(yùn)雜費(fèi)）37.164安裝工程價(jià)格：按照設(shè)備總值的百分率計(jì)算，不同類(lèi)型的設(shè)備，其百分率有所不同。作為概