畢業(yè)設計礦井水泵房設計

目錄第一章礦井排水系統(tǒng)確實定第二章水泵的選型及臺數計算第三章排水管道選型計算及管道的布置第四章吸水管道選型計算及管道的布置第五章管道特性曲線的繪制及工況點確實定第六章水泵任務合理性校驗第七章水泵電動機的選型計算第八章主排水經濟目的的計算第九章水泵房、水倉的布置尺寸確定第一章礦井排水系統(tǒng)確實定1.1分析本礦井特點： 本礦年產量90萬噸，采用豎井開辟，井口標高+50.00m，程度標高-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)是指井下的涌水經過排水設備直接排到地面。如單程度開采的礦井，在開采第一程度時，就采用直接排水系統(tǒng)。圖〔a〕是豎井單程度開采時的直接排水系統(tǒng)。圖〔b〕是豎井多程度開采時，各程度的涌水分別由本程度的排水設備直排地面。圖〔c〕是豎井兩個程度同時開采時，假設上程度涌水量較小，經技術經濟比較后，可將上程度的涌水經過管路自流到下一程度的水倉中，然后兩個程度的涌水由下程度排水設備直排地面。圖〔d〕是斜井單程度開采時，假設地質條件比較穩(wěn)定、又無大的斷層，經技術經濟比較后，可采用鉆孔下排水管的方法將水直排地面。假設地質條件較復雜或井較深，可采用沿斜井井筒敷設排水管路的方法，將水直排地面。這種排水系統(tǒng)的程度和泵房數量少，系統(tǒng)簡單可靠，基建投資和運轉費用少，維護任務量要減少一半以上，需用的人員也少，便于管理，而且上、下程度的排水設備互不影響。〔圖1.1〕。圖1.11.1.2方案二分段排水系統(tǒng)分段排水系統(tǒng)，是指井下的涌水經過幾段排水設備轉排到地面。普通適用于礦井較深，又受排水設備才干所限制的礦井排水。另外，多程度同時開采同時開采時，為減少井筒內管路敷設的趟數，也常采用分段排水系統(tǒng)。圖〔a〕是豎井單程度開采時，由于井深已超越水泵能夠產生的揚程時，可在井筒中部開辟泵房和水倉〔相當于兩個程度分段排水系統(tǒng)〕將水經兩段排水設備排至地面。此圖也可表示為豎井多程度開采時的分段排水系統(tǒng)。圖〔b〕是斜井兩個程度同時開采時的分段排水系統(tǒng)。采用中繼排水，在井筒中部設置一套排水系統(tǒng)，可有效降低主排水設備的揚程，從而降低主排水設備的規(guī)模。缺陷是當一套排水設備發(fā)生缺點是，會影響整個礦井的排水，而且設備數量較多井筒中的管路復雜，不利于安裝和維護?！矆D1.2〕。圖1.2 根據上述的有關規(guī)定,本著盡量減少水泵數量的原那么,并且思索基建、維護、運轉本錢的簡易程度，選用方案一作為本設計的排水方法.第二章水泵的選型及臺數計算2.1初選水泵的型號和臺數 選擇水泵的型式和臺數應符合<規(guī)程>和<規(guī)范>的規(guī)定。假設有兩種或兩種以上符合要求時，應選其中尺寸小，效率高的水泵，而且水泵的臺數應盡能夠少。只需在不得已的情況下，才采用兩臺水泵并聯排水。2.1.1.排水系統(tǒng)對水泵的要求：a)水泵必需排水才干的計算根據<規(guī)程>，在正常涌水期任務水泵的排水才干應為：由于該礦井所以該煤礦所選任務水泵的任務才干應為：在最大涌水期，任務和備用水泵必需的總排水才干：備用水泵的任務才干：取二者較大值：檢修泵組的任務才干：公式中：1.2—<煤礦平安規(guī)程>規(guī)定的排水設備才干系數。b)估算水泵必需的揚程：式中Hc—排水高度，Hc=473.3m;α—干管傾斜敷設時的傾角。2.1.2.初選水泵型號 參照<泵產品樣本>,由于礦水呈中性，所以選擇D型泵，依計算的任務水泵才干Qe可選擇泵的型號為: 泵D450-60的級數為： i=HB/Hi=5.6～5.9取i=6 泵D500-53的級數為： i=HB/Hi=5.9～6.2 取i=6那么水泵的型號為：D450-60和D500-53其詳細資料如下：型號級數流量揚程H(m)轉速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電動機功率D450-6064501253601480558.5680794.97390表2.1離心泵參數：型號級數流量揚程H(m)轉速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電動機功率D500-5765001393991480671850815Y5003-4（IP23/6kv）表2.2D450-608型離心泵參數：2.1.3.所需水泵的臺數為：D450-60

8D500-53

811111133式中分別為任務、備用檢修水泵的臺數。計算水泵安裝效率排水設備主要由水泵、電機、管路、電控設備等組成。排水時的安裝效率定義為：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—水泵工況點效率，81%；—管道效率，98%；—電機效率，92%；—傳動效率，98%。其他符號意義同前所述。為確保排水設備經濟運轉，對豎井其安裝效率，對斜井其安裝效率，根據式(3-17)，在合理工況中，分別計算出安裝效率，選出安裝效率較高的泵和管路系統(tǒng)作為優(yōu)選排水設備，從而確定水泵型號、臺數、管路系統(tǒng)及其布置方式。2.6.1假設電機效率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，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算及管道的布置

3.1排水管選擇計算a〕.計算根據<規(guī)范>第2－條,管徑常按經濟流速Vp=1.5～2.2m/s計算: 式中dp————排水管內徑(計算),m. 對于D450-60水泵，額定流量為450m3/h對于D500-57水泵，額定流量為5003m3/hb〕.壁厚度的計算：壁厚可按如下公式計算：式中：dp－排水管內徑,cmp－管內液體壓強，作為估算p=0.011Hp(MPa)；Hp(m)為排水高度；z－許用應力。鑄鐵管z=20Mpa,焊接鋼管z=60Mpa,無縫鋼管z=80Mpa;C－附加厚度,對于鑄鐵管C=0.7～0.9cm;焊接納C=0.2cm;無縫鋼管C=0.1～0.2cmc)水管材質:對于敷設在深度不超越200m豎井內的排水管多采用焊接鋼管,深度超越200m時多用無縫鋼管;對于敷設在斜井內的排水管路,可按承壓的變化,由下向上分段采用無縫鋼管、焊接鋼管和鑄鐵管。對于D450-60水泵，對于D500-57水泵，表2.4熱軋無縫鋼管〔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中查得的無縫鋼管如下：對于D450-60水泵選取管φ299×8或管φ325×8對于D500-57水泵選取管φ299×8或管φ325×83.2〕管路趟數及布置方式的選擇a)管路趟數的選擇根據<規(guī)程>有關規(guī)定，水管必需有任務和備用的，其中任務水管的才干應能配合任務水泵在20小時內排出礦井24小時的正常涌水量。任務和備用水管的總才干，應能配合任務和備用水泵在20小時內排出礦井24小時的最大涌水量。涌水量小于300m3/h的礦井，排水管也不得少于兩趟。對于所選的三臺水泵，敷設兩趟管路，即三泵兩管任務方式，一臺水泵任務時，可經過其中任一趟管路排水，另一趟管路備用；兩臺水泵同時任務時，可分別經過一趟管路排水。b)其管路系統(tǒng)布置如圖圖3-4〔a〕1〕圖3-4〔a〕是三臺泵兩趟管路的布置方式。一臺水泵任務時，可經過其中任一趟管路排水，另一趟管路備用；兩臺水泵同時任務時，可分別經過一趟管路排水。圖3-4四臺水泵管路布置方式〔b〕2〕圖3-4(b)是四臺泵三趟管路的布置方式，正常涌水時期兩臺泵任務，可經過其中恣意兩趟管路分別排水，另一趟管路備用，最大涌水時期三臺泵任務可各用一趟管路排水。圖3-4五臺水泵管路布置方式〔c〕3)圖3-4〔c〕五臺水泵三趟管路的布置方式，正常涌水時期兩臺泵任務，可經過其中恣意兩趟管路分別排水，另一趟管備用；最大涌水期四臺泵任務，三趟管路排水，泵在并聯管路上任務。根據上述規(guī)定，對于此設計中的D450-6063臺水泵，敷設2趟管路，其管路系統(tǒng)布置如上圖3-4a所示；對于D500-5763臺水泵，敷設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算及管道的布置4.1吸水管道選型計算計算根據<規(guī)范>第2－條,管徑常按經濟流速Vp=0.8～1.5m/s計算:式中dx—吸水管內徑(計算),m.Qe—額定流量，m3/h。對于D450-60水泵a〕由上述可知，對應管φ299×8水泵吸水管選為：管φ325×8b〕由此對應管φ325×10水泵吸水管選為：管φ351×8對于D500-57水泵選取c〕對應管φ299×8水泵吸水管選為： 管φ325×8d〕對應管φ325×8水泵吸水管選為：管φ351×94.2繪制管道系統(tǒng)圖估算管道長度排水管道長度可估算為：取吸水管長度—水流經泵房內排水管的長度，普通取=20~30m；—管子道中的管子長度，普通取=20~30m；—井口出水管長度，普通取=15~20m。第五章管道特性曲線的繪制及工況點確實定5.1求管路特性方程式并繪制管路特性曲線由上計算可知排水管和吸水管的長度，不計管徑差別，近似地按排水管徑計算其特性，那么：名稱數量局部阻力系數管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4.0944.0947.6927.6924.0944.0947.6927.692b).選取沿程阻力系數:對于D450-60水泵選取選用管φ299×8作為排水管時0.0237吸水管φ325×8取0.0307選用管φ325×8作為排水管時0.0292吸水管φ351×8取0.0237管路特性方程式:對于D450-60水泵在選取管φ325×8做為排水管時有：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，選取幾個流量值，分別計算排水所需揚程。對于D450-60水泵在選取管φ325×8做為排水管時,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，工況點M2趨進工業(yè)區(qū)邊緣，為確保水泵正常任務，故舍去，最后確定工況點為M1，工況參數分別為Qm1=500m3/h,Hm1=330m,Nm1=100KW,ηm1=78%(NPSH)γm1=5對于D500-57水泵選取在選取管φ325×8做為排水管時有：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，工況點M4趨進工業(yè)區(qū)邊緣，為確保水泵正常任務，故舍去，最后確定工況點為M3，工況參數分別為Qm3=530m3/h,Hm3=328m,Nm3=105KW,ηm3=80%,(NPSH)γm3=5.6m第六章水泵任務合理性校驗6.1校驗水泵穩(wěn)定性1〕自特性查得Q=0時6級泵的揚程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6級泵的揚程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水泵對于D280-65水泵在選取管φ325×8做為排水管時有：在正常涌水期每天所需排水時間為Tz1=24qz/n1Qm1=24×4.5×60/1×500=12.96h

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

6.2校驗排水時間6.2.2D500-57水泵對于D450-60水泵在選取管φ299×10做為排水管時有：在正常涌水期每天所需排水時間為Tz3=24qz/n1Qm3=24×4.5×60/530=12.23h在最大涌水期每天所需排水時間為Tmax3=24qmax/(n1+n2)Qm3=24×7.2×60/2×530=9.78h經校驗排水時間均小于20h，符合<煤礦平安規(guī)程>規(guī)定第七章水泵電動機的選型計算 所選水泵任務在工業(yè)利用區(qū)，可直接選用水泵廠家提供的配套電動機，型號為：JSQ-1512-6型高壓三相高速鼠籠異步電動機其參數如下表：額定功率KW額定電壓V額定電流A效率η總電阻?轉速r/min78060009095.71.841480第八章主排水經濟目的的計算8.1電費a〕年電耗由于正常涌水期和最大涌水期各泵的工況參數一樣，那么年電耗為E=×〔nzrzTz＋nmaxrmaxTmax〕=3.55×kw式中1.05—輔助用電系數；γ—礦水重度，N/m3；Q—工況流量m3/