第1章 礦井排水設備課件

第一章礦井排水設備第一節(jié)概述在礦井建設和生產過程中，隨時都有礦井水涌入礦井。將涌入礦井的水及時排出和防止突然涌水的襲擊，對保證礦井生產有重要意義。而完成排水任務必須有礦井排水設備，它始終伴隨礦井建設和生產工作，直至礦井壽命截止才完成它的使命。為了使排水設備能在安全、可靠和經濟的狀況下工作，必須確定排水方案，選擇排水設備，進行布置設計，施工試運轉，直到正常運行各環(huán)節(jié)的工作為止。一、礦井水1．礦井水來源

礦井水的來源可分為地面水和地下水。地下水包括巖層水、煤層水和采空區(qū)的水。礦山排水設備的任務就是將礦井水及時排送至地面。

2．涌水量（1）絕對涌水量：指單位時間內涌入礦井水的體積。（2）相對涌水量：是比較各礦涌水量的大小，常用同時期內相對于單位煤炭產量的涌水量作為比較參數，稱為含水系數，用Ks表示：式中q－絕對涌水量，m3/h；T－同期內煤炭日產量，t。一、礦井水3．礦井水性質礦井水中含有各種礦物質，并且含有泥沙、煤屑等雜質，故礦井水的密度比清水大，一般為1015～1020kg/m3。礦井水中含有的懸浮狀固體顆粒進入水泵后會加速金屬表面的磨損，所以礦井水中的懸浮顆粒應在進入水泵前加以沉淀，而后再經水泵排出礦井。有的礦井水有酸性，會腐蝕水泵、管路等設備，縮短排水設備的正常使用年限。因此對酸性礦井水，特別是pH<3的強酸性礦井水必須采取措施，一種辦法是在排水前用石灰等堿性物質將水進行中和，減弱其酸度后再排出地面；另一種辦法是采用耐酸泵排水，對管路進行耐酸防護處理。二、礦井排水設備的組成礦井排水設備分為:

主排水設備

固定式(根據其服務范圍又分為)

區(qū)域排水設備

輔助排水設備

移動式二、礦井排水設備的組成礦井排水設備組成，如圖12-l所示。

圖12-l礦井排水設備示意圖l-離心式水泵；2-電動機；3-起動設備；4-吸水管；5-濾水器；6-底閥；7-排水管；8-調節(jié)閘閥；9-逆止閥；10-旁通管；11-漏斗；12-放水管；13-放水閘閥；l4-真空表；15-壓力表；16-放氣栓三、礦井排水系統礦井排水系統由礦井深度、開拓系統以及各水平涌水量的大小等因素來確定。常見排水系統有集中排水系統和分段排水系統兩種。1．集中排水系統（豎井單、多水平開采時

）如圖12－2a、b所示。圖12-2集中排水系統圖12-3鉆孔下排水管排水系統三、礦井排水系統2．分段排水系統深井單水平開采時，若水泵的揚程不足以直接把水排至地面，可在井筒中部開拓泵房和水倉，把水先排至中間水倉，再排至地面，如圖12-4a所示。對于多水平開采的礦井，當各水平涌水量較大時，則可分別設置排水設備，將各水平涌水分別排至地面，如圖12-4b所示。當下水平的涌水較小時，可將下水平涌水用輔助水泵排至上水平水倉中，然后由上水平主排水泵將水一起排至地面，如圖12-4c所示。圖12-4分段排水系統第二節(jié)離心式水泵的結構（Page6）一、離心式水泵的類型礦井主要排水設備常用D型、DA型和TSW型多級離心式水泵；而井底水窩和采區(qū)局部排水則常用B型、BA型和BZ型單級離心式水泵。1．D型離心式水泵D型泵是單吸、多級、分段式離心泵，其構造如圖12-10所示。D型泵的流量和揚程范圍很大，目前這種類型泵最高揚程可達近1000m，流量達450m3/h，能夠滿足礦井排水的需要；效率曲線平坦，工業(yè)利用區(qū)較大。一、離心式水泵的類型1．D型離心式水泵(即臥式單吸多級分段式離心泵

)圖12-10D型泵構造簡圖1-前段；2-中段；3-葉輪；4導水圈；5-軸；6-螺栓；7-后段；8-平衡板；9-平衡盤；12-尾蓋；13-軸承架；1-2大口環(huán)；13-小口環(huán)；14-軸套；15-軸承；16-彈性聯軸節(jié)；17-填料壓蓋；18-填料一、離心式水泵的類型2．B型離心式水泵

(其構造如圖12-11所示

)B型泵是單吸、單級、懸臂式離心泵。

圖12-11B型泵構造簡圖1-進水口；2-葉輪；3-鍵；4-軸；5-放氣閥孔；6-填料二、離心泵主要部件離心泵的主要部件大致可分為四類：流通部件、密封裝置、軸向推力平衡裝置以及傳動裝置。1．流通部件

有吸入室、葉輪、導水圈和壓出室等。（1）吸入室吸入室位于第一級前邊，其作用是將吸水管中的水均勻地引向葉輪。在分段式多級泵中一般采用圓環(huán)形吸入室（見圖12-10）；在懸臂式單吸單級泵中多采用錐形管結構（見圖12-11）；在單級雙吸泵中多采用半螺旋式吸入室，如圖所示。半螺旋式吸入室二、離心泵主要部件1．流通部件

（2）葉輪圖12-12閉式及半開式葉輪（a）閉式；（b）半開式1-前蓋板；2-后蓋板；3-葉片葉輪是使水增加能量的惟一部件。葉輪一般由前、后蓋板及夾在其間的許多后彎葉片組成。葉片把兩蓋板間的空間分成許多彎曲的流道，前蓋板在軸的周圍開有環(huán)形吸水口，葉輪外緣為帶形出水口。葉輪按結構可分為閉式及半開式（沒有前蓋板）兩種（如圖12-12）。一般在排含有顆粒的混水、泥漿的泵中，為防止堵塞葉輪流道，采用半開式葉輪。二、離心泵主要部件1．流通部件

（3）導水圈導水圈是與泵殼固定在一起且?guī)в腥~片的靜止圓環(huán)，如圖12-13所示。它的入口一面有與葉輪葉片數目不等的導葉片，使流道斷面逐漸擴大；另一面有對應數量的反導葉片。導葉片的作用是把由葉輪流出的高速水流收集起來，并將一部分動能轉化為壓力能，再通過反導葉片把水均勻地引向下一級葉輪。圖12-13導水圈1-導葉片；2-反導葉片二、離心泵主要部件1．流通部件

（4）壓出室壓出室位于最后一級葉輪的后面，其作用是將最后一級葉輪流出的高速水流收集起來引向泵的排出口，同時在擴散管中將水的一部分動能轉化為壓力能。絕大部分單級泵、水平中開螺殼式多級泵及新改進的分段式多級泵的壓出室均采用螺旋形壓出室，如圖12-14a所示，水在整個流道內的運動速度是均勻的，從而減少沖擊損失。分段式多級泵及雜質泵的壓出室，因結構上采用螺旋形壓出室有一定困難，一般采用環(huán)形壓出室，如圖12-14b所示。環(huán)形壓出室各斷面面積相等，所以各處流速不等，有沖擊損失，因此效率比前者低。二、離心泵主要部件1．流通部件

（4）壓出室圖12-14螺旋形及環(huán)形壓出室二、離心泵主要部件2．密封裝置水泵的轉動部分與泵殼之間必須有一定的間隙，為了減少水經過這些間隙產生循環(huán)流或防止水漏出泵外，在水泵上均裝有密封環(huán)和填料函。如圖12-15，在葉輪入口處的泵殼上（有的還在葉輪上）裝有密封環(huán)2，又稱大口環(huán)，其作用是保持葉輪與泵殼問有一極小的間隙，以減少水從葉輪反流至入口。在多級泵的級間泵殼上還裝有級間密封環(huán)3，又稱小口環(huán)，其作用是防止級間漏損。如果密封環(huán)損壞，將產生大量循環(huán)流，使水泵排水量及效率顯著下降，并引起不平衡軸向力。軸端密封采用填料函。圖12-16為吸入端的填料函，它可防止因空氣吸入泵內破壞真空而影響正常工作。填料多用油浸棉線編成，中間還有金屬水封環(huán)3，用泵排出口引來的高壓水進行水封，以防止空氣吸入泵內，同時對填料起潤滑和冷卻作用。排水端填料函主要阻止高壓水漏出泵外，所以沒有水封環(huán)。水泵正常工作時，填料函應有少量水滴出。二、離心泵主要部件2．密封裝置圖12-15密封環(huán)1-葉輪；2-大口環(huán)；3-小口環(huán)；4-泵殼圖12-16填料函1-壓蓋；2-填料；3-水封環(huán)；4-尾蓋二、離心泵主要部件3．軸向推力及其平衡裝置作用力不平衡，對葉輪產生向吸水側的推力，稱為軸向推力，如圖12-17所示。大型多級離心泵，其軸向推力往往很大，如不加以平衡，將使離心泵無法正常工作。圖12-17軸向推力的產生二、離心泵主要部件3．平衡裝置（1）開平衡孔對小型的單級泵，多采用在后盤上開平衡孔的方法平衡軸向推力，如圖12-18所示。圖12-18開平衡孔平衡軸向推力A-平衡孔；K-密封環(huán)；E-平衡室二、離心泵主要部件3．平衡裝置（2）采用平衡葉片

如圖12-19所示，在葉輪后蓋板的背面對稱安置幾條徑向加強筋片（即平衡葉片），如同葉輪葉片一樣使背面的液體加快旋轉，離心力增大，背面的壓力顯著下降，從而使葉輪兩側的壓力趨于平衡。其平衡程度取決于平衡葉片的尺寸和葉輪與泵體的間隙。這種平衡方法使泵的效率有所降低，在雜質泵中有時采用。圖12-19用平衡葉片平衡軸向推力1-葉輪；2-螺殼；3-平衡葉片二、離心泵主要部件3．平衡裝置（3）采用雙吸葉輪如圖12-20所示，由于葉輪結構對稱，因此葉輪兩邊壓力作用面積相等，同時作用于葉輪上的力也對稱，從而使軸向推力達到平衡。這種結構多用在流量較大的單級雙吸離心泵上。12-20雙吸葉輪平衡軸向推力1-葉輪；2-密封環(huán)；3-軸套二、離心泵主要部件3．平衡裝置（4）對稱布置葉輪將葉輪成對對稱安裝在同一根軸上，如圖12-21所示。圖12-21多級葉輪對稱布置二、離心泵主要部件3．平衡裝置（5）平衡鼓如圖12-22所示，它是裝在末級葉輪后面與葉輪同軸的圓柱體，其外圓表面與泵體上的平衡鼓套之間有一很小的徑向問隙δ。

圖12-22平衡鼓平衡軸向推力1-葉輪；2-平衡鼓二、離心泵主要部件3．平衡裝置（6）平衡盤平衡盤是多級離心泵采用最普遍的一種軸向推力平衡方法，如圖12-23所示。平衡盤1固定在泵軸上，與葉輪、泵軸三者成為一體，平衡盤1與裝在泵殼上的平衡襯環(huán)2一起，形成盤室A。最后一級葉輪排水側的高壓水經軸向間隙l1流進盤室2，然后又經過徑向間隙l2流入平衡盤背面空腔。此空腔或者與吸水管連通，或者直接與大氣相通，故此空腔內的壓力為低壓。由于平衡盤室A內的壓力高于盤室背面空腔內的壓力，因此，對平衡盤來說，產生了向后的軸向平衡力，以平衡對葉輪向前的軸向推力。當平衡力小于軸向推力時，轉子向吸水側移動，盤隙l2減小，，平衡盤室內壓力升高，平衡力增大，直到平衡為止。反之，當平衡力大于軸向推力時，轉子向出水側移動，盤隙l2增大，，平衡盤室內壓力降低，平衡力減小，直到平衡為止。由此可見，平衡盤的工作狀態(tài)是動態(tài)的。二、離心泵主要部件3．平衡裝置（6）平衡盤4．傳動裝置傳動裝置有泵軸、軸承、聯軸器等部件。圖12-23水力平衡盤結構圖1-平衡盤；2-平衡盤襯環(huán)；A-平衡盤室一、離心式水泵的工作原理（Page6）圖12-5為單級離心式水泵的簡圖。水泵的主要工作部件有葉輪1，其上有一定數目的葉片2，葉輪固定在軸3上，由軸帶動旋轉。水泵的外殼4為一螺旋形擴散室，水泵的吸水口與吸管水管5相連接，排水口與排水7連接。第三節(jié)離心式水泵工作理論圖12-5離心式水泵簡圖1-葉輪；2-葉片；3-軸；4-外殼；5-吸水管；6-濾水器底閥；7-排水管；8-漏斗；9-閘閥二、離心式水泵的工作參數

1．流量Q：指單位時間內水泵排出液體的體積，又稱排量。用符號Q表示，單位為m3/s。2．揚程H：指單位重量液體自水泵獲得的能量，又稱為壓頭，用符號H表示，單位為m。3．功率：水泵功率是指水泵在單位時間內所做功的大小，可分為軸功率N和有效功率Ne。（1）軸功率N：電動機（原動機）傳給泵軸上的功率（即輸入功率），叫做軸功率。用符號N表示，單位為kW。（2）有效功率Ne：水泵實際傳遞給水的功率（即輸出功率），叫做有效功率。常用符號Ne表示，單位為kW。且有：Ne＝ρgQH/1000(kW)二、離心式水泵的工作參數

4．效率：指水泵有效功率Ne與軸功率N的比值。用符號η表示：η＝Ne/N＝ρgQH/（1000N）。5．轉速n：指水泵轉子每分種轉數。用符號n表示，單位為r/min。6．允許吸上真空度：指水泵在不發(fā)生汽蝕時，允許吸上真空度的最大限值。常用符號Hs表示，單位為m。三、離心式水泵的基本方程式

1．水在葉輪內的運動分析如圖12-6所示，在葉輪內任何一個位置，都可以畫出這三個速度（相對速度ω、圓周速度μ和絕對速度c）的大小和方向，它們構成一個三角形，稱為速度三角形。圖12-6離心式水泵葉輪中流體流動速度三、離心式水泵的基本方程式

1．水在葉輪內的運動分析在速度三角形中，相對速度ω與圓周速度μ的反向間的夾角稱為葉片安裝角β，β1、β2分別為葉片進、出口的安裝角。絕對速度c與圓周速度μ間的夾角稱為葉片的工作角α，α1、α2分別為葉片進、出口的工作角。另一方面，絕對速度c可分解為切向速度cu和徑向速度cr的矢量和，即：c＝cu

+cr

。且有：cu＝c

cosα

cr=c

sinα。三、離心式水泵的基本方程式

2．基本方程式一個理想葉輪模型，其假設條件是：（1）葉輪葉片數目無限多，厚度無限薄。即水流的相對運動方向恰好與葉片相切，且葉片厚度不影響葉輪的流量；（2）水泵工作時沒有任何能量損失，即電動機傳給它的能量全部由工作介質吸收；（3）葉輪內工作介質的流動是穩(wěn)定流動；（4）工作介質是不可壓縮的。在理想葉輪模型條件下求出的揚程，叫做離心式水泵的理論揚程。三、離心式水泵的基本方程式

2．基本方程式離心式水泵所產生的揚程HT：上式表示在理想條件下離心式水泵對單位重量液體所傳遞的能量，稱為離心式水泵的理論揚程。此公式是離心式水泵的基本方程式，又稱為歐拉方程式。為提高水泵的理論揚程，一般離心式水泵在結構設計上，均使水沿徑向流入葉輪，即α1＝90o，則c1u＝0，上式變?yōu)椋核?、離心式水泵的特性曲線

1．理論揚程特性曲線設葉輪出口面積為S2，則離心式水泵理論揚程HT為：（1）上式即為離心式水泵理論揚程HT與理論流量QT的關系式。（2）上式表示在QT—HT坐標圖上是一斜率為B的曲線，如圖12-7所示：圖12-7理論揚程與理論流量關系曲線四、離心式水泵的特性曲線

1．理論揚程特性曲線(1)理論揚程特性曲線斜率B取決于葉片出口安裝角β2。當β2<90o時，稱為后彎葉片，此時cotβ2>0，HT隨QT的增加而下降；當β2=90o時，稱為徑向葉片，cotβ2=0，HT與QT無關，是一常數；當β2>90o時，稱為前彎葉片，此時，cotβ2<0，HT隨QT的增加而增加。(2)在理論流量相同的情況下，前彎葉片產生的理論揚程最大，徑向葉片次之，后彎葉片最小。若產生相同的理論揚程，采用前彎葉片時，葉輪直徑可小一些；采用后彎葉片時，需要的直徑最大；徑向葉片居中。四、離心式水泵的特性曲線

1．理論揚程特性曲線(3)但從圖12-8可以看出，在相同條件下，前彎葉片的出口絕對速度c2最大，后彎葉片的絕對速度c2最小。絕對速度越大，水在泵內流動時的能量損失也越大，效率就越低。所以，前彎葉片葉輪的效率較低，后彎葉片葉輪的效率較高，徑向葉片葉輪的效率居中。因此，在實踐中通常使用后彎葉片的葉輪以提高效率。圖12-8葉輪葉片的三種型式（a）后彎葉片；（b）徑向葉片；（c）前彎葉片四、離心式水泵的特性曲線

2．實際特性曲線圖12-9為典型的離心式水泵的實際特性曲線圖。它包括揚程曲線H、軸功率N曲線、效率η曲線和允許吸上真空度Hs曲線。這些曲線反映了水泵揚程H、軸功率N、效率η和允許吸上真空度Hs隨流量Q變化的規(guī)律。圖12-9離心式水泵的實際性能曲線五、比例定律及比轉數

(1)比例定律比例定律就是反映水泵性能參數隨轉速改變的規(guī)律。即對于同一臺水泵，當轉速改變時，在相應工況下，其流量之比等于轉速之比，揚程之比等于轉速之比的平方，功率之比等于轉速之比的三次方。這三個公式稱為比例定律。利用比例定律，可以方便地由水泵在某一轉速下的特性，推算出在另一轉速下的特性，從而擴大水泵的使用范圍。比例定律也適用于通風機，只需將公式中的揚程H換為風壓p即可。五、比例定律及比轉數

(1)比轉數

ns在水泵的選擇和設計中，為了比較不同系列水泵的性能參數，往往需要一個不依賴于水泵的幾何尺寸，而反映其流量和揚程關系的綜合參數，這個參數稱為比轉數，用符號ns表示，定義為：式中：n－轉速，r/min；Q－水泵最高效率點單吸葉輪的流量，m3/s；H－最高效率點單級葉輪的揚程，m。對于通風機而言，其比轉速ns計算只需要將揚程H換成全壓p，去掉前面的3.65即可。第四節(jié)離心式水泵在管路上工作

一、排水管路特性每一臺水泵都是和一定的管路連接在一起進行工作的。水泵使水獲得的揚程，不僅用于提高水的位置，還要用于克服管路中的各種阻力，因此，水泵的工作狀況不僅與水泵本身性能有關，同時也與管路的配置情況有關。水泵在管路上工作時，排水所需的實際揚程與流量之間的關系稱為管路特性。圖12-24為一臺工作水泵配置一條管路的排水簡圖。

圖12-24排水設備示意圖圖12-24排水設備示意圖一、排水管路特性RT—管路阻力系數上式為排水管路特性方程，該方程表達了通過管路的流量與需要的揚程之間的關系。分析該式可以看出，所需壓頭取決于測地高度Hc、管路阻力系數RT和流量Q。對于具體礦井來講，其Hc是定值，因而當流量Q一定時，所需壓頭將取決于RT，它與管長、管內壁狀況以及管件的種類和數量有關。一、排水管路特性RT—管路阻力系數管路效率：ηg＝Hc/H。Q與H的關系曲線稱為管路特性曲線。如圖12－25。圖12-25管路特性曲線二、水泵工況點的確定水泵是和管路連接而工作的，水泵的流量就是從管路中流過的水量，水泵的揚程就是水流經管路時的總揚程消耗，所以，如果把水泵特性曲線和管路特性曲線按同一比例畫在同一坐標圖上，所得的交點就是水泵的工況點，即圖12-26中的M點，由M點作一條垂線，即可得到工況流量QM，同時在縱坐標上，能讀出水泵的工況揚程HM，工況功率NM，工況效率ηM和工況允許吸上真空度HsM。12-26離心式水泵的工況點1-水泵功率特性曲線；2-水泵揚程特性曲線；3-管路特性曲線；4-水泵效率特性曲線；5-水泵允許吸上真空度曲線三、水泵汽蝕與吸水高度1．水泵汽蝕圖12-27為吸水系統示意圖，取水泵入口處為1—1截面，吸水池水面為0—0截面，并以0—0截面為基準，兩截面的伯努利方程為：12-27汽蝕和吸水高度三、水泵汽蝕與吸水高度1．水泵汽蝕為p0液面大氣壓。如水泵在某一流量下運轉，則上式中的v2x和ΔHx兩項基本為定值，于是隨著安裝高度Hx的增加，水泵進水口處的絕對壓力p1將減少。如果p1減小到低于當時溫度下水的飽和蒸汽壓pv時，水汽化而產生汽泡，同時溶解于水中的氣體也會析出，從而形成許多小汽泡。這些小汽泡隨水流流入葉輪內壓力超過飽和蒸汽壓的區(qū)域時將突然破裂，其周圍的水便以極高的速度沖過來，產生很強的水力沖擊。三、水泵汽蝕與吸水高度1．水泵汽蝕由于汽泡不斷地形成和破裂，巨大的水力沖擊以很高的頻率反復作用在葉輪上，時間一長，就會使金屬表面逐漸因疲勞而剝落。另外，由于汽泡中還有一些氣體（如氧氣）借助汽泡破裂時釋放出的熱量，對金屬起化學腐蝕作用。機械剝落和化學腐蝕的共同作用，使金屬表面很快出現蜂窩狀的麻點，并逐漸形成空洞，這種現象稱為汽蝕。當發(fā)生汽蝕時，水泵會產生振動和噪聲，同時，因水流中有大量汽泡，破壞了水流的連續(xù)性，堵塞流道，水泵的性能下降，嚴重時吸不上水而導致不能排水，因此，不允許水泵在汽蝕狀態(tài)下工作。三、水泵汽蝕與吸水高度1．水泵汽蝕水泵入口處的真空度為

式中：RX－吸水管路的阻力損失系數上式稱為吸水管路特性方程，按此方程在Q一H坐標圖上畫出的曲線H’s，稱為吸水管路特性曲線，如圖12-28所示。該曲線反映了在確定的吸水管路下，不同流量時水泵入口處的真空度大小。圖12-28不發(fā)生汽蝕的條件三、水泵汽蝕與吸水高度1．水泵汽蝕吸水管路特性曲線H’s與水泵的允許吸上真空度曲線Hs的交點C，稱為臨界汽蝕點。該點把水泵特性曲線分為兩部分：在C點的左邊，水泵允許的吸上真空度Hs大于水泵入口處的真空度H’s，說明水泵在這種條件下工作時，其入口處的壓力大于水泵不發(fā)生汽蝕所允許的最低壓力，故不發(fā)生汽蝕，所以稱C點左邊區(qū)域為水泵的安全區(qū)；反之，C點右邊區(qū)域稱為水泵的非安全區(qū)。顯然，為避免水泵在汽蝕條件下工作，應使工況點位于臨界汽蝕點的左側，即水泵不發(fā)生汽蝕的條件為:

Hs＞H’s

三、水泵汽蝕與吸水高度2．吸水高度HX保證水泵不發(fā)生汽蝕的合理吸水高度為：由水泵的允許吸上真空度曲線知：Hs值是隨著流量的增加而減少的。為保證不發(fā)生汽蝕，應將水泵運轉期間可能出現的最大流量（常為運行初期）所對應的Hs值代入上式進行計算，而不能用水泵銘牌上所標定的Hs值。因為銘牌上所標注的是額定工況時的允許吸上真空度。四、水泵的工業(yè)利用區(qū)工業(yè)利用區(qū)指水泵特性曲線上允許使用的區(qū)段。在這個區(qū)段內，水泵工況點必須同時滿足穩(wěn)定工作條件，經濟工作條件和不發(fā)生汽蝕的條件。1．穩(wěn)定工作條件如圖12-29所示，當水泵在正常轉速n下運轉時，其揚程特性曲線為H0－n，它對管路特性曲線為Hc=f(Q)的管路工作時，工況點為1點，且只有唯一的一點，因而水泵的工作是穩(wěn)定的。但由于礦井供電電壓的變化，帶來電動機和泵轉速的改變，泵的特性曲線也隨之變化，就會出現兩種情況：12-29泵的穩(wěn)定工作條件四、水泵的工業(yè)利用區(qū)1．穩(wěn)定工作條件（1）同時出現兩個工況點如揚程特性曲線H’0-n’，與管道特性曲線有兩個交點，即工況點2和3。此時，由于供電電壓不穩(wěn)定，揚程曲線上下波動，水量忽大忽小，呈現不穩(wěn)定工作情況。（2）無工況點如揚程特性曲線H’’’0-n’’，不再與管道特性曲線有交點，即無工況點。從有工況點到無工況點的過程中，管中水的勢能高于泵揚程，水倒灌入水泵，待管中水位降到其勢能低于泵揚程時，泵又將水排入管路，周而復始地產生震蕩，直到能量平衡為止，有如處于死水中工作。而且，往往由于各種條件的變化，很難維持平衡，泵處于不穩(wěn)定工作狀態(tài)。12-29泵的穩(wěn)定工作條件四、水泵的工業(yè)利用區(qū)1．穩(wěn)定工作條件上述兩種情況都是發(fā)生在水泵零流量時的揚程H0小于管路測地高度Hc時。因此，為了保證水泵穩(wěn)定工作，必須保持H0

>Hc

?？紤]到水泵轉速可能下降2％～5％，致使揚程下降5％～10％的情況，規(guī)定泵的穩(wěn)定工作條件是：12-29泵的穩(wěn)定工作條件四、水泵的工業(yè)利用區(qū)2．經濟工作條件一般情況下排水所用電耗占全礦相當大的比例，因此，保證水泵高效是完全必要的。通常限制正常運行效率不得低于最高效率（額定效率）的85％～90％，并依此劃定一個區(qū)域，稱為工業(yè)利用區(qū)，見圖12-30。圖12-30泵經濟工作條件及工業(yè)利用區(qū)五、水泵的聯合工作當一臺水泵工作不能滿足排水要求時，可以將多臺水泵聯合工作。聯合工作的基本方式有串聯和并聯。在進行串、并聯運轉時，最好用同類型同規(guī)格的水泵。1．串聯工作多臺水泵的吸水口和排水口彼此首尾相接于一條管路工作，稱為串聯。

QM＝Q1＝Q2；HM＝H1+H2。圖12-31兩臺同型號水泵串聯工作五、水泵的聯合工作1．串聯工作當多臺泵同時向一條管路輸水時稱為并聯，其主要目的是增加管道中的排水量。

QM＝Q1+Q2；HM＝H1＝H2。圖12-32兩臺同型號泵并聯工作六、水泵工況點的調節(jié)當排水設備在運行中由于某種原因使工況點離開了工業(yè)利用區(qū)或流量、揚程不能滿足要求時，則需要對水泵進行調節(jié)。調節(jié)就是改變泵的運轉工況點，使工況參數發(fā)生變化。調節(jié)方法有多種，但實質有兩種：一種是改變泵的揚程曲線，一種是改變管路特性曲線。

1．改變泵的揚程曲線（1）切削葉輪直徑在保持轉速不變的情況下，切割葉輪外徑可以減少水泵的流量、揚程、功率圖12-33切削葉輪直徑調節(jié)六、水泵工況點的調節(jié)1．改變泵的揚程曲線（2）減少葉輪數目根據所需揚程可以決定所需葉輪數目，即：i＝H總/H單求得所需葉輪數目后，可自水泵中拆除多余的葉輪。一般從排水側拆掉多余的葉輪對水泵性能影響較??；若從吸水側拆，將增加吸水阻力，使水泵過早發(fā)生汽蝕。分段式多級水泵為不更換軸和拉緊螺栓，可以只拆掉葉輪，而保留中段，但這樣會使流動阻力損失有所增加。六、水泵工況點的調節(jié)1．改變泵的揚程曲線（3）改變葉輪轉速泵的主軸轉速n變化時，其工作參數H、Q、N將按比例定律變化，因而改變泵的轉速就可改變其工作點。2．改變管道特性曲線（1）節(jié)流調節(jié)通過改變水泵出口處的調節(jié)閘閥開啟程度來改變排水管路的阻力，從而改變管道特性曲線，達到調節(jié)工況點的目的。如圖12-34中的M’點為閘閥全開時的工況點，關小閘閥時，阻力增加，從而使管道特性曲線變陡，工況點向左移動到M點，流量由Q’減小為Q，從而達到調節(jié)流量的目的。六、水泵工況點的調節(jié)2．改變管道特性曲線（1）節(jié)流調節(jié)優(yōu)點是工作簡便，缺點是調節(jié)時額外消耗的功率較大。礦山排水原則上應不采用這種調節(jié)方法。但在某些特殊情況下，如工況點超出工業(yè)利用區(qū)最大流量以外而使電動機過載時，為了在更換電動機前既能繼續(xù)排水，又能減小負載，可使用該法作為臨時調節(jié)措施。圖12-34節(jié)流調節(jié)法六、水泵工況點的調節(jié)2．改變管道特性曲線（2）管路并聯調節(jié)即一臺水泵同時經兩條或多條管路排水（圖12-35）。采用管路并聯工作時，必須注意兩個問題：一是防止電動機過負荷；二是防止產生汽蝕。并聯管路排水可增加排水量，是當前水泵調節(jié)的主要措施之一。圖12-35雙管并聯排水第五節(jié)排水設備選型設計

一、任務和步驟1．具體任務選型設計的任務包括：確定排水系統；選定排水設備；提出經濟核算結果；繪制泵房、管道和管間的布置圖。2．原始資料（1）礦井的開拓方式和服務年限；（2）各開采水平和井口標高；（3）同時開采水平數及個水平正常涌水量和最大涌水量及其發(fā)生時間；（4）礦水物理性質；（5）準備敷設管路的井筒布置及泵房附近車場的布置圖；（6）礦井供電電壓及井下運輸軌距等輔助資料；（7）沼氣等級及礦井年生產量。一、任務和步驟3．選型計算步驟（1）初步選擇水泵；（2）擬定泵房水泵及管路組合方案；（3）選擇管路；（4）計算管路特性；（5）確定排水裝置的排水工況；（6）驗算排水時間；（7）計算允許吸水高度；（8）計算必須的電機容量及耗電量；（9）經濟核算；（10）篩選并確定方案；（11）繪制泵房、管道、管間的布置圖。二、選擇排水系統

如前所述，有兩種可供選擇的排水系統：集中排水系統，分段排水系統。在相同條件下，前者的水平和泵房數量少，系統簡單可靠，基建投資和運行費用少，維護工作量少，需要人員少。對于條件比較復雜的多水平開采礦井，應根據各水平的深度、涌水量、現有水泵的性能等因素，從基本投資少、易施工、操作簡單和維修方便等方面綜合考慮，經過技術和經濟比較后，確定采用哪種排水系統。三、預選水泵的型式和臺數1．工作水泵必須的排水能力根據有關規(guī)定，要求投入的水泵的排水能力要在20h內排完24h的正常涌水量；又有工作水泵與備用水泵的總能力，能在20h內排完24h的最大涌水量。

2．水泵必須的揚程作為估算可認為水泵必須產生的揚程：HB＝Hc/ηg。式中：ηg是管路效率。對于豎直敷設的管路ηg

=0.9~0.89；對于傾斜敷設的管路，當傾角α>30o時取ηg

=0.83~0.8，α在20o~30o時ηg

=0.8~0.77，α<20o時取ηg

=0.77~0.74。三、預選水泵的型式和臺數3．預選水泵型式在水泵產品樣本中，挑選能滿足QB和HB的水泵，最好式一臺泵就能達到所要求的排水能力。在滿足要求的各型水泵中，有限選擇工作可靠、性能良好、體積小、重量輕而且價格便宜的產品。當礦水的pH值小于5時，應采用防酸水泵。4．確定水泵臺數根據《規(guī)范》的有關規(guī)定選擇臺數。當正常涌水量qz＞50m3/h時，若工作水泵臺數為n1，備用水泵臺數為n2=0.7n1，偏上取整，檢修水泵臺數為n3==0.25n1，偏上取整。則總水泵臺數為：n=n1+n2+n3。四、確定管路趟數和泵房管路布置（Page31，34）1．確定管路趟數根據《煤礦安全規(guī)程》的有關規(guī)定，主要排水設備必須有工作和備用水管，其中工作水管的能力能配合工作水泵在20h內排出礦井24h的正常涌水量。工作和備用水管的總能力，應能配合工作和備用水泵在20h內，排出礦井24h的最大涌水量。2．泵房內管路布置按泵臺數和管路趟數可以組合成多種布置方式。(1)圖a為兩臺泵一趟管路的布置方式，適用于正常涌水量小于50m3/h而且最大涌水量小于100m3/h的斜井排水設備。四、確定管路趟數和泵房管路布置2．泵房內管路布置(2)圖b為兩臺兩趟管路的布置，正常涌水期一臺泵工作。可用其中任一趟管路排水，另一趟為備用；最大涌水期兩臺泵同時工作，可以共用其中一趟或分別用一趟管路排水。(3)圖c為三臺泵兩趟管路的布置，一臺泵工作是可用任一趟管路排水，兩臺泵同時工作時，可共用一趟或分別用一趟管路排水。三臺泵中有一趟輪換作為檢修。(4)圖d為四臺泵三趟管路的布置，若正常涌水期兩臺泵同時工作，它們可以各用一趟管路排水，另一趟備用；最大涌水期內三臺泵同時工作，可各用一趟管路排水。四、確定管路趟數和泵房管路布置2．泵房內管路布置圖12-36管路布置方案(a)兩臺泵一趟管；(b)兩臺泵兩趟管；(c)三臺泵兩趟管；(d)四臺泵三趟管五、計算管徑利用流量表達式可以推出管內徑與流量，流速的關系式。對于排水管，其內徑dp為：式中：dp－排水管內徑，m

；Q－通過管子的流量，m3/h；vp－通過管子的流速，m/s。對于吸水管內徑，通常比排水管內徑大25mm，以降低流速，減少損失，取得較大的吸水高度。根據計算所得的吸水和排水管徑，可以預選標準管。六、計算管路特性利用課本式（12-16）和（12-17）對所選系統計算管路特性。將管路特性曲線繪制在泵特性曲線上，它與泵揚程特性曲線的交點就是工況點。點上所標各參數值即為泵預計的工況參數值。七、驗算排水時間在正常涌水時期，n1臺工作水泵分別在各自排水管同時排水；在最大涌水時期，n1臺工作水泵和n2臺備用水泵同時投入并分別在各自排水管同時排水，則它們每晝夜的排水時間分別為：七、驗算排水時間式中，qz為正常涌水量；qmax為最大涌水量。Tz

不應超過20h，否則必須加大管徑dp或增加泵級數i以增加排水量，必要時得另選水泵。Tmax超過20h，則在最大涌水時期增加投入工作的水泵臺數。

趙固二礦排水設備建井期間臨時主排水泵：（8臺湖北揚子江泵業(yè)）水泵型號MD160—84×9流量160m3/h揚程756m效率63％