畢業(yè)設(shè)計(jì)礦井水泵房設(shè)計(jì)

目錄第一章礦井排水系統(tǒng)確實(shí)定第二章水泵的選型及臺(tái)數(shù)計(jì)算第三章排水管道選型計(jì)算及管道的布置第四章吸水管道選型計(jì)算及管道的布置第五章管道特性曲線的繪制及工況點(diǎn)確實(shí)定第六章水泵任務(wù)合理性校驗(yàn)第七章水泵電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算第八章主排水經(jīng)濟(jì)目的的計(jì)算第九章水泵房、水倉(cāng)的布置尺寸確定第一章礦井排水系統(tǒng)確實(shí)定1.1分析本礦井特點(diǎn)： 本礦年產(chǎn)量90萬(wàn)噸，采用豎井開(kāi)辟，井口標(biāo)高+50.00m，程度標(biāo)高-265.00，正常涌水量4.5m3/min，最大涌水量7.2m3/min，礦水中性，礦水密度1020kg/m3，最大涌水期按60天計(jì)算，效力年限30年。由此，可供選擇的排水系統(tǒng)有以下兩種：1.1.1方案一直接排水系統(tǒng)直接排水系統(tǒng)是指井下的涌水經(jīng)過(guò)排水設(shè)備直接排到地面。如單程度開(kāi)采的礦井，在開(kāi)采第一程度時(shí)，就采用直接排水系統(tǒng)。圖〔a〕是豎井單程度開(kāi)采時(shí)的直接排水系統(tǒng)。圖〔b〕是豎井多程度開(kāi)采時(shí)，各程度的涌水分別由本程度的排水設(shè)備直排地面。圖〔c〕是豎井兩個(gè)程度同時(shí)開(kāi)采時(shí)，假設(shè)上程度涌水量較小，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，可將上程度的涌水經(jīng)過(guò)管路自流到下一程度的水倉(cāng)中，然后兩個(gè)程度的涌水由下程度排水設(shè)備直排地面。圖〔d〕是斜井單程度開(kāi)采時(shí)，假設(shè)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。假設(shè)地質(zhì)條件較復(fù)雜或井較深，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)的程度和泵房數(shù)量少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，基建投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用少，維護(hù)任務(wù)量要減少一半以上，需用的人員也少，便于管理，而且上、下程度的排水設(shè)備互不影響?！矆D1.1〕。圖1.11.1.2方案二分段排水系統(tǒng)分段排水系統(tǒng)，是指井下的涌水經(jīng)過(guò)幾段排水設(shè)備轉(zhuǎn)排到地面。普通適用于礦井較深，又受排水設(shè)備才干所限制的礦井排水。另外，多程度同時(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〕是豎井單程度開(kāi)采時(shí)，由于井深已超越水泵能夠產(chǎn)生的揚(yáng)程時(shí)，可在井筒中部開(kāi)辟泵房和水倉(cāng)〔相當(dāng)于兩個(gè)程度分段排水系統(tǒng)〕將水經(jīng)兩段排水設(shè)備排至地面。此圖也可表示為豎井多程度開(kāi)采時(shí)的分段排水系統(tǒng)。圖〔b〕是斜井兩個(gè)程度同時(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。缺陷是當(dāng)一套排水設(shè)備發(fā)生缺點(diǎn)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)?！矆D1.2〕。圖1.2 根據(jù)上述的有關(guān)規(guī)定,本著盡量減少水泵數(shù)量的原那么,并且思索基建、維護(hù)、運(yùn)轉(zhuǎn)本錢的簡(jiǎn)易程度，選用方案一作為本設(shè)計(jì)的排水方法.第二章水泵的選型及臺(tái)數(shù)計(jì)算2.1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。假設(shè)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(tái)數(shù)應(yīng)盡能夠少。只需在不得已的情況下，才采用兩臺(tái)水泵并聯(lián)排水。2.1.1.排水系統(tǒng)對(duì)水泵的要求：a)水泵必需排水才干的計(jì)算根據(jù)<規(guī)程>，在正常涌水期任務(wù)水泵的排水才干應(yīng)為：由于該礦井所以該煤礦所選任務(wù)水泵的任務(wù)才干應(yīng)為：在最大涌水期，任務(wù)和備用水泵必需的總排水才干：備用水泵的任務(wù)才干：取二者較大值：檢修泵組的任務(wù)才干：公式中：1.2—<煤礦平安規(guī)程>規(guī)定的排水設(shè)備才干系數(shù)。b)估算水泵必需的揚(yáng)程：式中Hc—排水高度，Hc=473.3m;α—干管傾斜敷設(shè)時(shí)的傾角。2.1.2.初選水泵型號(hào) 參照<泵產(chǎn)品樣本>,由于礦水呈中性，所以選擇D型泵，依計(jì)算的任務(wù)水泵才干Qe可選擇泵的型號(hào)為: 泵D450-60的級(jí)數(shù)為： i=HB/Hi=5.6～5.9取i=6 泵D500-53的級(jí)數(shù)為： i=HB/Hi=5.9～6.2 取i=6那么水泵的型號(hào)為：D450-60和D500-53其詳細(xì)資料如下：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)泵重(kg)(m3/h)(L/s)軸功率Pa電動(dòng)機(jī)功率D450-6064501253601480558.5680794.97390表2.1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)泵重(kg)(m3/h)(L/s)軸功率Pa電動(dòng)機(jī)功率D500-5765001393991480671850815Y5003-4（IP23/6kv）表2.2D450-608型離心泵參數(shù)：2.1.3.所需水泵的臺(tái)數(shù)為：D450-60

8D500-53

811111133式中分別為任務(wù)、備用檢修水泵的臺(tái)數(shù)。計(jì)算水泵安裝效率排水設(shè)備主要由水泵、電機(jī)、管路、電控設(shè)備等組成。排水時(shí)的安裝效率定義為：輸出地有益能量與安裝輸入的能量之比，其比值用表示，且那么安裝效率為式中—水泵工況點(diǎn)效率，81%；—管道效率，98%；—電機(jī)效率，92%；—傳動(dòng)效率，98%。其他符號(hào)意義同前所述。為確保排水設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)豎井其安裝效率，對(duì)斜井其安裝效率，根據(jù)式(3-17)，在合理工況中，分別計(jì)算出安裝效率，選出安裝效率較高的泵和管路系統(tǒng)作為優(yōu)選排水設(shè)備，從而確定水泵型號(hào)、臺(tái)數(shù)、管路系統(tǒng)及其布置方式。2.6.1假設(shè)電機(jī)效率ηd=0.92,工況效率ηm1=0.78，管路效率ηg1=HC/Hm1=320/330=0.97，那么安裝效率為：ηz1=ηm1ηdηg1ηc=0.78×0.92×0.97×0.98=0.68(ηz≥0.6)2.6.2假設(shè)工況效率ηm3=0.76，管路效率ηg3=HC/Hm3=320/328=0.98,那么安裝效率為：ηz3=ηm3ηdηg3ηc

由此可選定D500-57型水泵3臺(tái)，排水管路選YB-231-70-φ299×8管兩趟，吸水管規(guī)格為YB-231-70-φ325×8=0.8×0.92×0.98×0.98=0.7(ηz≥0.6)第三章排水管道選型計(jì)算及管道的布置

3.1排水管選擇計(jì)算a〕.計(jì)算根據(jù)<規(guī)范>第2－條,管徑常按經(jīng)濟(jì)流速Vp=1.5～2.2m/s計(jì)算: 式中dp————排水管內(nèi)徑(計(jì)算),m. 對(duì)于D450-60水泵，額定流量為450m3/h對(duì)于D500-57水泵，額定流量為5003m3/hb〕.壁厚度的計(jì)算：壁厚可按如下公式計(jì)算：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=60Mpa,無(wú)縫鋼管z=80Mpa;C－附加厚度,對(duì)于鑄鐵管C=0.7～0.9cm;焊接納C=0.2cm;無(wú)縫鋼管C=0.1～0.2cmc)水管材質(zhì):對(duì)于敷設(shè)在深度不超越200m豎井內(nèi)的排水管多采用焊接鋼管,深度超越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D450-60水泵，對(duì)于D500-57水泵，表2.4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323842455054576063.56870732.5～8.02.5～8.02.5～10.02.5～10.02.5～10.03.0～11.03.0～13.03.0～14.03.0～14.03.0～16.03.0～16.03.0～19.0768389951021081141211271331401463.0～19.03.5～24.03.5～24.03.5～24.03.5～28.03.5～28.04.0～28.04.0～32.04.0～32.04.0～32.04.5～36.04.5～36.01521591681801942032192452732993253514.5～36.04.5～36.05.0～45.05.0～45.05.0～45.06.0～50.06.0～50.07.0～50.07.0～50.08.0～75.08.0～75.08.0～75.0377402426459(465)480500530(550)5606006309.0～75.09.0～75.09.0～75.09.0～75.09.0～75.09.0～75.09.0～75.09.0～25.09.0～25.09.0～25.09.0～25.09.0～25.0壁厚系列2.53.03.54.04.55.05.5677.583.599.5101112131415161718192022242526282930343536384042454850566063657075自表2.4中查得的無(wú)縫鋼管如下：對(duì)于D450-60水泵選取管φ299×8或管φ325×8對(duì)于D500-57水泵選取管φ299×8或管φ325×83.2〕管路趟數(shù)及布置方式的選擇a)管路趟數(shù)的選擇根據(jù)<規(guī)程>有關(guān)規(guī)定，水管必需有任務(wù)和備用的，其中任務(wù)水管的才干應(yīng)能配合任務(wù)水泵在20小時(shí)內(nèi)排出礦井24小時(shí)的正常涌水量。任務(wù)和備用水管的總才干，應(yīng)能配合任務(wù)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，即三泵兩管任務(wù)方式，一臺(tái)水泵任務(wù)時(shí)，可經(jīng)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)任務(wù)時(shí)，可分別經(jīng)過(guò)一趟管路排水。b)其管路系統(tǒng)布置如圖圖3-4〔a〕1〕圖3-4〔a〕是三臺(tái)泵兩趟管路的布置方式。一臺(tái)水泵任務(wù)時(shí)，可經(jīng)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)任務(wù)時(shí)，可分別經(jīng)過(guò)一趟管路排水。圖3-4四臺(tái)水泵管路布置方式〔b〕2〕圖3-4(b)是四臺(tái)泵三趟管路的布置方式，正常涌水時(shí)期兩臺(tái)泵任務(wù)，可經(jīng)過(guò)其中恣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)泵任務(wù)可各用一趟管路排水。圖3-4五臺(tái)水泵管路布置方式〔c〕3)圖3-4〔c〕五臺(tái)水泵三趟管路的布置方式，正常涌水時(shí)期兩臺(tái)泵任務(wù)，可經(jīng)過(guò)其中恣意兩趟管路分別排水，另一趟管備用；最大涌水期四臺(tái)泵任務(wù)，三趟管路排水，泵在并聯(lián)管路上任務(wù)。根據(jù)上述規(guī)定，對(duì)于此設(shè)計(jì)中的D450-6063臺(tái)水泵，敷設(shè)2趟管路，其管路系統(tǒng)布置如上圖3-4a所示；對(duì)于D500-5763臺(tái)水泵，敷設(shè)2趟管路，管路系統(tǒng)布置圖如上圖3-4a所示。第四章吸水管道選型計(jì)算及管道的布置4.1吸水管道選型計(jì)算計(jì)算根據(jù)<規(guī)范>第2－條,管徑常按經(jīng)濟(jì)流速Vp=0.8～1.5m/s計(jì)算:式中dx—吸水管內(nèi)徑(計(jì)算),m.Qe—額定流量，m3/h。對(duì)于D450-60水泵a〕由上述可知，對(duì)應(yīng)管φ299×8水泵吸水管選為：管φ325×8b〕由此對(duì)應(yīng)管φ325×10水泵吸水管選為：管φ351×8對(duì)于D500-57水泵選取c〕對(duì)應(yīng)管φ299×8水泵吸水管選為： 管φ325×8d〕對(duì)應(yīng)管φ325×8水泵吸水管選為：管φ351×94.2繪制管道系統(tǒng)圖估算管道長(zhǎng)度排水管道長(zhǎng)度可估算為：取吸水管長(zhǎng)度—水流經(jīng)泵房?jī)?nèi)排水管的長(zhǎng)度，普通取=20~30m；—管子道中的管子長(zhǎng)度，普通取=20~30m；—井口出水管長(zhǎng)度，普通取=15~20m。第五章管道特性曲線的繪制及工況點(diǎn)確實(shí)定5.1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)管徑差別，近似地按排水管徑計(jì)算其特性，那么：名稱數(shù)量局部阻力系數(shù)管φ299×8管φ325×8管φ325×8管φ351×8直角彎頭40.2940.2940.2940.29430o度彎頭20.1960.1960.1960.196轉(zhuǎn)彎流三通11.51.51.51.5直流三通20.70.70.70.7閘閥20.260.260.260.26逆止閥11.71.71.71.7名稱數(shù)量管φ299×8管φ325×8管φ325×8管φ351×9直角彎頭10.2940.2940.2940.294漸縮管異徑管10.10.10.10.1底閥13.73.73.73.7合計(jì)4.0944.0947.6927.6924.0944.0947.6927.692b).選取沿程阻力系數(shù):對(duì)于D450-60水泵選取選用管φ299×8作為排水管時(shí)0.0237吸水管φ325×8取0.0307選用管φ325×8作為排水管時(shí)0.0292吸水管φ351×8取0.0237管路特性方程式:對(duì)于D450-60水泵在選取管φ325×8做為排水管時(shí)有：H’=Hsy+RQ2=掛垢后的管路特性方程為：H’=Hsy+1.7RQ2

=5.2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。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。對(duì)于D450-60水泵在選取管φ325×8做為排水管時(shí),表2.7Q，m3/h0100200250300350H1,m320320.54322.16323.16324.85326.74H1/6m53.353.4253.6953.8954.1454.46在選取管351×8做為排水管時(shí)有：表2.8Q，m3/h0100200250300350H2,m320320.4321.6322.5323.6325H2/6m53.353.453.653.7553.9354.17將管路特性分別繪制在D450-60×8型水泵性能曲線上，由圖2.5可見(jiàn)，工況點(diǎn)M2趨進(jìn)工業(yè)區(qū)邊緣，為確保水泵正常任務(wù)，故舍去，最后確定工況點(diǎn)為M1，工況參數(shù)分別為Qm1=500m3/h,Hm1=330m,Nm1=100KW,ηm1=78%(NPSH)γm1=5對(duì)于D500-57水泵選取在選取管φ325×8做為排水管時(shí)有：表2.9 Q，m3/h0250350450500550H4,m320321.97323.86326.38327.88329.53H4/6m53.3353.6653.9854.454.6554.92在選取管φ351×8做為排水管時(shí)有：表2.10 Q，m3/h0250350450500550H4,m320321.28322.5324.13325.1326.17H4/6m53.3353.5653.7554.0254.254.36將管路特性分別繪制在D500-57型水泵性能曲線上，由以下圖可見(jiàn)，工況點(diǎn)M4趨進(jìn)工業(yè)區(qū)邊緣，為確保水泵正常任務(wù)，故舍去，最后確定工況點(diǎn)為M3，工況參數(shù)分別為Qm3=530m3/h,Hm3=328m,Nm3=105KW,ηm3=80%,(NPSH)γm3=5.6m第六章水泵任務(wù)合理性校驗(yàn)6.1校驗(yàn)水泵穩(wěn)定性1〕自特性查得Q=0時(shí)6級(jí)泵的揚(yáng)程H0=69該值大于HC=63，滿足穩(wěn)定條件0.9H0≥HC的要求。2〕自特性查得Q=0時(shí)6級(jí)泵的揚(yáng)程H0=71該值大于HC=53，滿足穩(wěn)定條件0.9H0≥HC的要求。6.2.1D450-60水泵對(duì)于D280-65水泵在選取管φ325×8做為排水管時(shí)有：在正常涌水期每天所需排水時(shí)間為Tz1=24qz/n1Qm1=24×4.5×60/1×500=12.96h

在最大涌水期每天所需排水時(shí)間為Tmax1=24qmax/(n1+n2)Qm1=24×7.2×60/2×500=10.4h

6.2校驗(yàn)排水時(shí)間6.2.2D500-57水泵對(duì)于D450-60水泵在選取管φ299×10做為排水管時(shí)有：在正常涌水期每天所需排水時(shí)間為Tz3=24qz/n1Qm3=24×4.5×60/530=12.23h在最大涌水期每天所需排水時(shí)間為Tmax3=24qmax/(n1+n2)Qm3=24×7.2×60/2×530=9.78h經(jīng)校驗(yàn)排水時(shí)間均小于20h，符合<煤礦平安規(guī)程>規(guī)定第七章水泵電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算 所選水泵任務(wù)在工業(yè)利用區(qū)，可直接選用水泵廠家提供的配套電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為：JSQ-1512-6型高壓三相高速鼠籠異步電動(dòng)機(jī)其參數(shù)如下表：額定功率KW額定電壓V額定電流A效率η總電阻?轉(zhuǎn)速r/min78060009095.71.841480第八章主排水經(jīng)濟(jì)目的的計(jì)算8.1電費(fèi)a〕年電耗由于正常涌水期和最大涌水期各泵的工況參數(shù)一樣，那么年電耗為E=×〔nzrzTz＋nmaxrmaxTmax〕=3.55×kw式中1.05—輔助用電系數(shù)；γ—礦水重度，N/m3；Q—工況流量m3/