第二篇 礦井排水設(shè)備

第二篇礦井排水設(shè)備

第五章離心式水泵的工作理論本章學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解礦水、礦山排水系統(tǒng)、水倉(cāng)、水泵房和管子道的基本知識(shí)掌握礦山排水設(shè)備的組成和離心式水泵的分類掌握；離心式水泵的工作原理和工作參數(shù)掌握離心式水泵的基本理論掌握比例定律和比轉(zhuǎn)數(shù)掌握離心式水泵在管路中的工作第一節(jié)礦山排水設(shè)備概述礦井排水過(guò)程：

水—水溝—水倉(cāng)—吸水井—水泵—管子道管路—副井管路—地面水溝一、礦山涌水及性質(zhì)

1、礦水來(lái)源涌入礦井的水統(tǒng)稱為礦水。礦水主要來(lái)源于地面水和地下水、開(kāi)采工程涌水。地面水有江河湖泊水、大氣降水、融雪等；地下水有含水層、斷水層、老空水等。開(kāi)采工程涌水有水力采煤、水砂充填等工藝產(chǎn)生的廢水。2、涌水量絕對(duì)涌水量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)涌入礦井的水的體積量（q），單位是m3/h；最大涌水量：某一時(shí)期涌水高峰時(shí)的涌水量正常涌水量：其它時(shí)期大致相同的涌水量相對(duì)涌水量：同時(shí)期內(nèi)相對(duì)于單位煤炭產(chǎn)量的涌水量，也稱含水系數(shù)。以“Ks”表示。

T—同時(shí)期內(nèi)煤炭日產(chǎn)量（t）3、礦水性質(zhì)1）溫度隨井深增高。2）密度比清水大。ρ=1015～

1025kg/m33）化學(xué)性質(zhì)礦水略帶酸性，當(dāng)PH<5時(shí)，應(yīng)采取措施。二、礦井排水的任務(wù)和特點(diǎn)1、任務(wù)將礦水及時(shí)地排送至地面，為井下創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，確保安全生產(chǎn)。2、特點(diǎn)1）可靠性要求高2）排水設(shè)備要求有較高的耐磨性和耐腐蝕性3）排水硐室小，設(shè)備多4）耗電量大1、礦井排水方式分為固定式和移動(dòng)式、自流式。1）固定式排水方式：水泵位置長(zhǎng)期固定的排水方式。

固定式排水方式的排水設(shè)備根據(jù)其服務(wù)范圍又分為主排水設(shè)備、區(qū)域排水設(shè)備和輔助排水設(shè)備。

排水過(guò)程：吸水井中的水經(jīng)底閥、吸水管進(jìn)入水泵，獲得壓力后沿排水管排至地面水池或水溝中。

*

集中式排水系統(tǒng)和分段式排水系統(tǒng)集中式排水：?jiǎn)嗡街苯优胖恋孛婊蚨嗨綍r(shí)上水平水放至下水平后再統(tǒng)一排至地面。分段式排水：將下水平的水分段排至上水平的主水倉(cāng)后再排至地面，或各水平直接排至地面。三、礦井排水方式2）移動(dòng)式排水方式水泵隨工作面的移動(dòng)或水位的變化而移動(dòng)的排水方式。為礦井的局部服務(wù)，如掘進(jìn)工作面、局部淹井等。2、壓入式、吸入式、壓吸式排水方式壓入式排水方式：水倉(cāng)高度高于水泵吸水口高度。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)方便、無(wú)氣蝕現(xiàn)象，效率高缺點(diǎn)：存在淹泵房事故隱患注意：此方式要慎用吸入式排水方式：水倉(cāng)高度低于水泵吸水口高度。優(yōu)點(diǎn)：安全性好缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)前必須灌水、有氣蝕現(xiàn)象，效率低壓吸并存式：設(shè)上下兩個(gè)水倉(cāng)，上部水倉(cāng)水位高于泵入口，采用壓入式；下部水倉(cāng)水位低于泵入口，采用吸入式。優(yōu)點(diǎn)：效率高，使用方便靈活，安全缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，初期建設(shè)成本高四、水倉(cāng)1、水倉(cāng)的作用（1）存儲(chǔ)礦水，利于水泵排水（2）沉淀礦水2、水倉(cāng)的要求水流速<0.005m/s,流動(dòng)速度>6h,水倉(cāng)巷道>100m3、水倉(cāng)組成分主、副水倉(cāng)

4、水倉(cāng)設(shè)計(jì)煤礦安全規(guī)程規(guī)定：水倉(cāng)的總?cè)萘縑不小于8h正常涌水量，采區(qū)水倉(cāng)容量不小于4h的正常涌水量水倉(cāng)長(zhǎng)度

Lmin=3600vt

式中v=0.003~0.005m/s,t=6h水倉(cāng)斷面積S=V/L

或水倉(cāng)高度H和寬度B各取2~3m驗(yàn)算流速v=(QM-QH)/3600S=0.003~0.005m/s五、水泵房1、位置：副井井底車場(chǎng)附近2、水泵房設(shè)計(jì)要求（1）水泵房地面標(biāo)高比井底車場(chǎng)高0.5m，且向吸水側(cè)有1%的坡度（2）水泵沿長(zhǎng)度方向排列3、水泵房設(shè)計(jì)長(zhǎng)度L=nL0+l1(n+1)寬度B=b0+b1+b2高度H=3--4.5m4、水泵基礎(chǔ)要求基礎(chǔ)長(zhǎng)寬應(yīng)大于泵底座200--300mm，基礎(chǔ)高應(yīng)高出泵房地板200mm。六、管子道管子道：傾斜25o--30o

長(zhǎng)2m平臺(tái)（連接管子道和井筒）

鋪管道（管墩、管卡固定）有人行臺(tái)階和運(yùn)輸軌道1、組成水泵、電機(jī)及電控設(shè)備、管路及附件、監(jiān)測(cè)儀表、水倉(cāng)、管子道等。七、礦井排水設(shè)備的組成及要求

2、固定式排水設(shè)備的要求1）設(shè)置有工作水泵、備用水泵、檢修水泵2）工作水泵的排水能力應(yīng)在20h內(nèi)排出24h的正常用水量；備用水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的70%，并且工作水泵和備用水泵的總排水能力應(yīng)在20h內(nèi)排出24h的最大用水量；檢修水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵的25%。3）必須有相適應(yīng)的工作和備用水管4）主排水泵房的供電線路不得少于兩條回路，每一回路都應(yīng)能擔(dān)負(fù)全部負(fù)荷的供電。5）工作的水泵機(jī)組必須工作可靠。6）主排水設(shè)備應(yīng)有預(yù)防用水突然增加致使設(shè)備被淹的措施。7）水泵工況應(yīng)在高效工作區(qū)，否則應(yīng)進(jìn)行更換。8）需要采取防爆措施的水泵機(jī)組，其電氣設(shè)備應(yīng)是防爆的。3移動(dòng)式排水設(shè)備的要求1）水泵應(yīng)適應(yīng)流量變化不大而揚(yáng)程變化較大的需要，有較好的吸水性能，以保證把水排干。2）在垂直泵軸平面上的外形尺寸應(yīng)較小，以適應(yīng)在橫斷面較小的巷道中工作。3）應(yīng)能移動(dòng)方便、迅速，能適應(yīng)軸線傾斜情況下工作。八、礦用水泵的分類1、按原理分：葉片式、容積式、其他葉片式分：離心式、軸流式、混流式容積式分：往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式其他有：噴射泵、水錘泵等2、按用途分：清水泵、雜質(zhì)泵、耐酸泵3、按葉輪數(shù)目分：?jiǎn)渭?jí)泵、多級(jí)泵4、按泵軸位置分：立式泵（含吊泵、深井泵、潛水泵）、臥式泵5、按泵的吸入方式分：?jiǎn)挝?、雙吸式6

、按泵的壓出方式分：蝸殼式、導(dǎo)流式（透平泵）7、按揚(yáng)程分：低壓泵、高壓泵、中壓泵8、按泵殼結(jié)合縫形式分：中開(kāi)式、分段式第二節(jié)離心式水泵的工作原理和工作參數(shù)

一、離心泵組成離心泵的主要部件有吸水室、葉輪和壓水室。吸水室位于葉輪的進(jìn)水口前面，起到把液體引向葉輪的作用；壓水室主要有螺旋形壓水室（蝸殼式）、導(dǎo)葉和空間導(dǎo)葉三種形式；葉輪是泵的最重要的工作元件，是離心泵的心臟，葉輪由蓋板和中間的葉片組成。

1、離心泵組件主要由電動(dòng)機(jī)、離心泵、吸水管、排水管、各類閥、儀表等組成。2、各部分作用⑴離心泵——將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液體的動(dòng)能和壓力能⑵底閥——裝于吸水管底部，由單向閥和過(guò)濾器組成，單向閥防止吸水管水倒流漏出，過(guò)濾器防止雜質(zhì)被吸入泵中。⑶逆止閥——防止水倒灌入泵內(nèi)，造成沖擊。⑷真空表——測(cè)定吸水管入口壓力⑸壓力表——測(cè)定排水管出口壓力⑹漏斗——水泵啟動(dòng)前灌滿水二、離心泵組件的組成及各部分作用

⑺調(diào)節(jié)閥——位于逆止閥下面，排水管路上，作用是調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程和起動(dòng)時(shí)關(guān)閉以降低起動(dòng)電流。⑻放水閥——檢修時(shí)放掉排水管中的水⑼旁通管——在水泵二次起動(dòng)時(shí)將排水管中的水引入泵內(nèi)，其次可以防止停止運(yùn)轉(zhuǎn)后排水管中的壓力水沖向泵內(nèi)，起緩沖作用。⑽放氣栓——位于泵體上方，以排出泵內(nèi)空氣。三、離心泵工作原理在泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體；啟動(dòng)后，葉輪由軸帶動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開(kāi)葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場(chǎng)所。液體由葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢?jiàn)，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)不斷地被吸入和排出。

四、真空泵和射流泵啟動(dòng)的工作原理1）真空泵啟動(dòng)原理水泵啟動(dòng)前，開(kāi)動(dòng)真空泵抽出水泵內(nèi)的空氣，由于泵體上下口均已被水封住，致使泵內(nèi)空氣越來(lái)越稀薄，形成負(fù)壓，吸水池的水在大氣壓作用下進(jìn)入吸水管和泵體內(nèi)，直至灌滿泵體，此時(shí)關(guān)閉真空泵，開(kāi)動(dòng)水泵即可正常工作。2）射流泵啟動(dòng)原理射流泵由吸水管、噴嘴、混合室組成。當(dāng)排水管引來(lái)的高壓水由噴嘴高速射出時(shí)，不斷噴流的水帶走了吸水室的空氣及與吸水室相連通的泵體內(nèi)的空氣，泵體內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，吸水池的水在大氣壓作用下進(jìn)入吸水管和泵體內(nèi)，直至灌滿泵體，此時(shí)關(guān)閉射流泵，開(kāi)動(dòng)水泵即可正常工作。五、離心式水泵的工作理論1、工作參數(shù)1)流量（Q或q）——單位時(shí)間內(nèi)水泵所排出的水的體積。單位：m3/s、m3/h、L/s2)揚(yáng)程（H）——單位質(zhì)量的水通過(guò)水泵后所獲得的能量，單位：m。又稱水頭，分吸水揚(yáng)程、排水揚(yáng)程、損失揚(yáng)程、實(shí)際揚(yáng)程。吸水揚(yáng)程HX——從水泵軸線到水面的距離排水揚(yáng)程HP——從水泵軸線到排水管路中心的距離實(shí)際揚(yáng)程HSY=HX+HP總揚(yáng)程H=HX+HP+hW+Hd

=HSY+HW+Hd3)功率（P）水泵在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的大小。單位：kw。（1）軸功率（P）——電動(dòng)機(jī)傳給水泵軸的功率（即水泵的輸入功率）。（2）有效功率（Px）——單位時(shí)間內(nèi)水通過(guò)水泵所獲得的能量（即水泵的輸出功率）。（3）配套功率（Pgr）——配用電動(dòng)機(jī)的功率。

Pgr=（1.1-1.25）Pa4）效率（η）——水泵的有效功率與軸功率的比值。一般取0.6~0.85）轉(zhuǎn)速（n）——水泵葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。單位：r/min。常用：2900r/min、1450r/min、

970r/min、730r/min6）比轉(zhuǎn)速（ns）——在水泵的選擇和設(shè)計(jì)中，為了比較不同系列水泵的性能參數(shù)，往往需要一個(gè)不依賴于泵的幾何尺寸，而反映其流量和揚(yáng)程關(guān)系的綜合參數(shù)，這個(gè)參數(shù)稱為比轉(zhuǎn)數(shù)。2、離心泵的吸入性能參數(shù)允許吸上真空度（Hs）：在保證水泵不發(fā)生汽蝕的情況下，水泵吸水口所允許的真空度。與泵的安裝高度有關(guān)。單位：m。（1）最大吸上真空高度Hsmax——由泵實(shí)驗(yàn)求出。

Hsmax=（Pa-P1)/r<10.33m水柱（2）允許吸上真空高度Hs——保證不產(chǎn)生汽蝕所允許的最大吸上真空高度。規(guī)定：Has=Hsmax-0.3（3）Hs的應(yīng)用：泵銘牌或說(shuō)明書(shū)上的Hs指在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、20°C的清水下實(shí)驗(yàn)所得。一、離心式水泵的流動(dòng)分析水在水泵的葉輪中的流動(dòng)情況相當(dāng)復(fù)雜，利用數(shù)學(xué)方法準(zhǔn)確求出壓頭特性（泵轉(zhuǎn)速一定時(shí)，流量與壓頭之間的關(guān)系）是很困難的。只能采用近似方法，使其結(jié)果能基本反映實(shí)際情況，這就是建立一個(gè)理想葉輪模型，其條件為：1、葉輪葉片數(shù)目無(wú)限多，葉片厚度無(wú)限??；2、介質(zhì)（水）為理想流體，水泵工作時(shí)沒(méi)有任何損失；3、水的流動(dòng)是穩(wěn)定流動(dòng)；4、水不可壓縮（即ρ=常數(shù)）第三節(jié)離心式水泵的基本理論（一）水的質(zhì)點(diǎn)在葉輪內(nèi)的流動(dòng)1、表征葉輪的形狀的幾何參數(shù)

D1、D2—葉輪葉片內(nèi)緣、外緣直徑；

r1、r2—葉輪葉片內(nèi)緣、外緣半徑；

b1、b2—葉輪葉片內(nèi)緣、外緣處的寬度；

β1、β2—葉輪葉片內(nèi)緣、外緣處的葉片安裝角。2、水在葉輪中的運(yùn)動(dòng)（是一復(fù)合運(yùn)動(dòng)）可分解為圓周運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩者的合成稱為絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。圓周運(yùn)動(dòng)與葉輪圓周速度相同的牽連運(yùn)動(dòng)。任意半徑處圓周速度u=rω；相對(duì)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)（水）相對(duì)于葉片的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)水為理想流體時(shí)，葉片無(wú)限多，無(wú)限薄的情況下，葉片間流道中的流體成為微小流束。流體的每一質(zhì)點(diǎn)只能沿著流道運(yùn)動(dòng)，其軌跡與葉片型線一致。當(dāng)然，在流道入、出口處的流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向也與該處的葉片切線方向一致。在同一半徑上的各質(zhì)點(diǎn)流速是相同的，用相對(duì)速度w表示。絕對(duì)運(yùn)動(dòng)：絕對(duì)速度C3、速度三角形（速度向量圖）速度三角形（以下綴1和2區(qū)分入口和出口處的各項(xiàng)參數(shù)）參數(shù)解釋：徑向速度絕對(duì)速度在徑向方向上的分量。（用Cr表示）旋繞速度絕對(duì)速度在圓周方向上的分量。（用Cu表示）α角（葉片工作角）：C與u的夾角。β角（葉片安裝角）：w與u反方向的夾角。4、各參數(shù)之間的關(guān)系二、基本方程式（離心式水泵的理論壓頭方程式—?dú)W拉方程）理論壓頭是指理想葉輪轉(zhuǎn)換給流體的壓頭。一般用HT表示。理想葉輪工作時(shí)無(wú)損失，它的軸功率P等于有益功率，即又軸功率可以用加于葉輪的外力矩M和葉輪角速度ω的乘積表示為（找出外加力矩M與葉輪參數(shù)之間關(guān)系后，利用此關(guān)系代入上式，即可求出壓頭HL與葉輪參數(shù)之間的關(guān)系。為此可利用動(dòng)量定理。從該定理可知：作用于葉輪上的外力矩應(yīng)等于每秒鐘流經(jīng)葉輪的流體的動(dòng)量矩增量。）∴

如圖所示，表示理想葉輪中某流體質(zhì)點(diǎn)由入口處1運(yùn)動(dòng)到出口處2的情況，其中虛線表示其絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡。若QT為為葉輪流量，則每秒鐘流經(jīng)葉輪的流體質(zhì)量為ρQT。該流體在葉輪中的動(dòng)量矩增量可用它的出口處動(dòng)量矩ρQTc2l2與入口處動(dòng)量矩ρQTc1l1之差表示。由此式中

m

從基本方程式可以看出：1、水從葉輪中獲得的能量，僅與水在葉輪進(jìn)口及出口的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，與水在流道的流動(dòng)過(guò)程無(wú)關(guān)。對(duì)于水泵，在設(shè)計(jì)葉輪時(shí)，通常都是按無(wú)預(yù)旋設(shè)計(jì)，即α1=90o、c1u=0。因此，m

2、壓頭與葉輪外緣圓周速度u2成正比，u2=ЛD2n/60。所以，當(dāng)其它條件相同時(shí)，葉輪外徑越大，轉(zhuǎn)速越高，壓頭也越高。3、流體所獲得的理論壓頭（揚(yáng)程）HL與流體種類無(wú)關(guān)。對(duì)于不同流體，只要葉輪進(jìn)、出口處流體的速度三角形相同，都可以得到相同的HT

。

三、離心式水泵的特性曲線（一）理論揚(yáng)程特性曲線1、理論流量，m3/ss2—葉輪出口面積，㎡D2—葉輪外徑，mb2—葉輪出口寬度，mc2r—葉輪出口處的徑向速度2、理論壓頭特征理論壓頭HL與理論流量QL之間存在著內(nèi)在聯(lián)系。這種聯(lián)系可以由其出口速度三角形中速度C2r和C2u之間的關(guān)系找到。很明顯

代入

得離心式水泵的理論壓頭特征方程式：

式中

3、離心式水泵的理論揚(yáng)程曲線（1）β2>90o，B<0，故HT=A+BQL即HL隨著QL的增加，是一條上升的直線；（2）β2=90o，B=0，故HL=A，即HL不隨QL的 變化而變化，是一條與橫標(biāo)平行的直線。（3）β2<90o，B>0，故HL=A-BQL即HL隨著QL的增加而減小，是一條下降的直線。4、葉片的型式通常以葉輪轉(zhuǎn)向作為參量，將出口角不同的葉輪分為三種。即β2<90o時(shí)，后向（后傾或后彎）葉片葉輪；β2=90o時(shí)，徑向葉片葉輪；β2>90o時(shí)，前向葉片葉輪。

由圖可以看出，前向葉片的出口絕對(duì)速度c2最大，后向葉片的絕對(duì)速度c2最小。絕對(duì)速度越大，水在泵內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量損失也越大，效率就越低。所以，前向葉片葉輪的效率較低，后向葉片葉輪的效率較高。因此，在實(shí)踐中使用后向葉片的葉輪，β2一般取20°~25°，葉片數(shù)目取5~7個(gè)。（二）實(shí)際特性曲線1、實(shí)際揚(yáng)程特性曲線的定性分析（1）有限葉片的影響（葉片數(shù)目有限時(shí)對(duì)揚(yáng)程的影響）1）葉片有限時(shí)的環(huán)流和相對(duì)速度的分布相對(duì)速度分布：受環(huán)流（環(huán)流的形成—來(lái)自流體質(zhì)點(diǎn)的慣性。）的影響，葉片迎面上的流體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)速度減小，背面處的流體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)速度加大，形成不均勻的相對(duì)速度。（

圖7-6）形成原因：理想葉輪相對(duì)速度的均勻分布與環(huán)流合成的結(jié)果。2）環(huán)流對(duì)壓頭的影響葉片數(shù)目有限與無(wú)限情況下速度的比較：，絕對(duì)速度向葉輪旋轉(zhuǎn)的相反方向偏移，減小程度用k表示，稱為環(huán)流系數(shù)。對(duì)于水泵（z—葉片數(shù)目），一般k=0.6～0.9。環(huán)流對(duì)壓頭的影響：（2）能量損失（水力損失）的影響葉輪是水泵中唯一傳遞能量的部件。其它諸如水泵的吸水室、導(dǎo)水圈和返水圈以及壓水室等通流部件都是組成水泵必不可少的部分。這些部件或起導(dǎo)流作用或起能量形式的轉(zhuǎn)化作用，不但不會(huì)給流體增加能量，反而因存在著各種阻力而消耗能量。流體在葉輪和其它通流部件中流動(dòng)時(shí)的水力損失可歸納為摩擦擴(kuò)散損失和沖擊損失。1）摩擦和擴(kuò)散損失（

圖7-7）摩擦損失指流體在葉輪和其它通流部件中的沿程損失。擴(kuò)散損失指流體在導(dǎo)向器和泵殼擴(kuò)散時(shí)（將動(dòng)壓轉(zhuǎn)換為靜壓過(guò)程中）的能量損失。2）沖擊損失（圖7-7）指流體在水泵全部流動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)彎、擴(kuò)大和收縮等造成的損失。就葉輪來(lái)講是指流體對(duì)葉片入口處的沖擊和流量變化時(shí)葉輪內(nèi)的渦流損失。在Q=Qe時(shí)，hq=0；當(dāng)時(shí)這種損失出現(xiàn)并與額定流量相差越多損失越大，隨流量之差的平方增加。即Kq—沖擊損失系數(shù)。沖擊損失分布的原因：由于Q〈Qe時(shí)，流體以大于葉片安裝角的角度沖向葉片，把流體擠壓到葉片工作面上并在背面上形成渦流區(qū)；當(dāng)Q〉Qe時(shí)，流體與葉片相遇時(shí)的角度小于葉片安裝角，流體被壓向葉片迎面，在工作面上形成了封閉的渦流區(qū)之故。2、實(shí)際特性曲線（1）實(shí)際揚(yáng)程特性曲線解析圖圖7-8（2）實(shí)際特性曲線當(dāng)泵以一定轉(zhuǎn)速工作時(shí)，以流量為橫坐標(biāo)，以揚(yáng)程、功率、效率、允許吸上真空度為縱坐標(biāo)，用實(shí)驗(yàn)方法繪出的反映這些性能之間變化規(guī)律的關(guān)系曲線。意義：正確選擇和合理使用泵對(duì)特性曲線的分析說(shuō)明1、q-H曲線（1）駝峰特性曲線——比轉(zhuǎn)速小于80的泵最高工況點(diǎn)左邊會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定工況（2）平坦特性曲線——比轉(zhuǎn)速在80-150之間的泵適用流量調(diào)節(jié)大、壓頭變化小的系統(tǒng)（3）陡降特性曲線——比轉(zhuǎn)速大于150的泵適用流量調(diào)節(jié)小、壓頭變化大的系統(tǒng)2、q-Pa曲線流量增大，功率增大，流量為零，功率不為零。啟動(dòng)時(shí)關(guān)閘，減小消耗的功率。3、q-η曲線最高效率所對(duì)應(yīng)的工況為最佳工況，其參數(shù)為額定參數(shù)，標(biāo)于泵出廠銘牌上。實(shí)際很難達(dá)到。四、離心式水泵的效率（一）機(jī)械損失ΔPm和機(jī)械效率ηm式中：P—軸功率

QT、HT—理論壓頭和理論流量

σ—收縮系數(shù)（二）容積損失ΔQ和容積效率ηV(三)水力損失ΔHh和水力效率ηh(四)水泵的總效率η

一、相似條件相似理論（研究相似流體的理論——根據(jù)相似理論，若兩個(gè)流動(dòng)之間，相互對(duì)應(yīng)的流動(dòng)參量（即與流動(dòng)有關(guān)的各物理量，如：密度、粘度、速度、壓力等）有著一定的比例關(guān)系，并且按照同樣的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，則稱這兩個(gè)流動(dòng)是互為相似的流動(dòng)。確定兩者之間存在著相似關(guān)系的原理稱為相似原理。相似原理告訴我們：兩個(gè)流動(dòng)相似，一定要滿足力學(xué)相似條件，即滿足幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似。同時(shí)滿足，彼此之間幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似的水泵稱相似水泵。第四節(jié)相似理論1）幾何相似（邊界相似）指流動(dòng)幾何相似和邊界性質(zhì)相同。彼此相似的水泵的葉輪和主要通流部件中的流體流動(dòng)幾何相似，彼此相應(yīng)的幾何尺寸成相同比例，對(duì)應(yīng)的同名角相等。表征邊界性質(zhì)的葉輪和主要通流部件的固體壁面水力性質(zhì)相同，幾何形狀相似。即對(duì)應(yīng)尺寸的比值為一常數(shù)，對(duì)應(yīng)的同名角相等。即：2）運(yùn)動(dòng)相似指流動(dòng)的各相應(yīng)點(diǎn)的速度方向相同，大小成比例。彼此相似水泵上各對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的速度三角形相似。即3）動(dòng)力相似指流動(dòng)的各相應(yīng)點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)所受諸同名力成比例。對(duì)于彼此相似的水泵主要是要求其雷諾準(zhǔn)則，即雷諾數(shù)Re=uD/?（式中u—葉輪外緣速度，D—葉輪外緣直徑，?—運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)）相等或不大于5倍。實(shí)際上要做到Re相等，有時(shí)有實(shí)際困難，考慮到管流時(shí)粘滯力不再與Re有關(guān)，而且自動(dòng)保持動(dòng)力相似，所以不嚴(yán)格要求Re相等。但也應(yīng)盡量做到阻力系數(shù)接近，相差不宜過(guò)大。即注意：相似條件中以幾何相似為必要條件，運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似為充分條件。二、相似定律1）相似水泵相應(yīng)工況下的參數(shù)關(guān)系流量關(guān)系設(shè)對(duì)應(yīng)工況的流量值分別由于兩水泵幾何相似，所以揚(yáng)程關(guān)系設(shè)對(duì)應(yīng)工況的壓頭值分別為由于兩水泵相似，所以

功率關(guān)系

2）相似定律的應(yīng)用

#改變轉(zhuǎn)速——比例定律對(duì)于同一臺(tái)或兩臺(tái)對(duì)應(yīng)尺寸相等的相似水泵，若排送的液體重度相等，可得比例定律。即

應(yīng)用注意：轉(zhuǎn)速提高不超過(guò)10%，轉(zhuǎn)速降低不超過(guò)20%。車削葉輪外徑——車削定律（1）中高比轉(zhuǎn)速ns=80—300（2）低比轉(zhuǎn)速ns=35—80三、比轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)是水泵相似的一項(xiàng)派生準(zhǔn)則。因?yàn)楸壤芍环从沉艘幌盗邢嗤蛳嗨扑眯阅軈?shù)之間的關(guān)系。并未涉及非相似水泵性能參數(shù)之間的關(guān)系。在水泵的選擇和設(shè)計(jì)中，為了比較不同系列水泵的性能參數(shù)，往往需要一個(gè)不依賴于泵的幾何尺寸，而反映其流量和揚(yáng)程關(guān)系的綜合參數(shù)，這個(gè)參數(shù)稱為比轉(zhuǎn)數(shù)。

設(shè)兩臺(tái)彼此相似水泵的尺寸，轉(zhuǎn)速和額定工況參數(shù)分別為D2、n、H、Q和D2′、n′、H′、Q′。

以上兩式中消去比值

得：

將上式兩端同乘以3.65有

此時(shí)，ns表示在相似條件下，額定工況或效率最高時(shí)產(chǎn)生1單位流量和1單位壓頭的標(biāo)準(zhǔn)水泵的轉(zhuǎn)速，稱為比轉(zhuǎn)數(shù)。很明顯，彼此相似的水泵的標(biāo)準(zhǔn)水泵的轉(zhuǎn)速—比轉(zhuǎn)數(shù)相等。不相似的水泵比轉(zhuǎn)數(shù)不等。

用途：1、比轉(zhuǎn)數(shù)可以反映水泵的性能及葉輪形狀；在相同轉(zhuǎn)速下，比轉(zhuǎn)數(shù)大，流量大而壓頭小，流量大，導(dǎo)致葉輪出口流道寬度大；壓頭小，則葉輪出口直徑小，葉輪流道短。故比轉(zhuǎn)數(shù)大的葉輪流道寬而短，而且性能曲線比較陡。相反，比轉(zhuǎn)數(shù)小的葉輪流道窄而長(zhǎng)，性能曲線比較平坦。2、比轉(zhuǎn)數(shù)可以對(duì)水泵進(jìn)行分類；3、比轉(zhuǎn)數(shù)可以選擇水泵的葉輪型式；4、應(yīng)用于設(shè)計(jì)計(jì)算中。無(wú)因次比轉(zhuǎn)速國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)標(biāo)現(xiàn)行規(guī)定用型式數(shù)K代替比轉(zhuǎn)速ns一、排水管路特性水泵在管路上工作時(shí)，排水所需的實(shí)際壓頭（揚(yáng)程）與通過(guò)管路的流量的關(guān)系稱為管路特性。1、管路特性方程式水從水泵所獲得的總能量不僅用于提高水的位置，還要用于克服管路的阻力，故水泵的工作狀況不僅與水泵本身性能有關(guān)，也與管路配置情況有關(guān)。水在管路中流動(dòng)所需要的總能量，可由伯努利方程式導(dǎo)出。第五節(jié)離心式水泵在管路中的工作列吸水面1-1和排水管路出口截面2-2的伯努利方程式。取面1-1為基準(zhǔn)面，則分析上式可知，所需壓頭（揚(yáng)程）取決于測(cè)地高度HC，管路阻力系數(shù)R和流量Q。對(duì)于具體的礦井來(lái)講，其HC(即HSY）是確定的，因而當(dāng)流量一定時(shí)，所需壓頭（揚(yáng)程）將取決于R。（R的大小與管長(zhǎng)、管徑、管內(nèi)壁狀況以及管路附件的種類和數(shù)量有關(guān)）

2、管路特性曲線管路特性曲線是一條上揚(yáng)的不通過(guò)原點(diǎn)的曲線，管路阻力越大，曲線越陡。管路特性中的H表示對(duì)應(yīng)流量的管道阻力大小。注意：上述管路特性方程適合于新管，對(duì)于管徑因掛垢而縮小的舊管則為：二、水泵的工況點(diǎn)1、工況點(diǎn)——水泵q-H性能曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)。2、工況參數(shù)揚(yáng)程、流量、功率、效率、允許吸上真空度等。三、吸水高度和汽蝕1、影響吸水高度的幾個(gè)問(wèn)題吸水高度Hx（幾何安裝高度）：水泵軸線到吸水井水面之間的垂直高度。Hx<10m的原因：

1）沿程壓力損失2）吸水口速度損失3）飽和蒸汽壓4）溫度5）大氣壓2、允許吸上真空度與安裝高度（1）最大吸上真空高度Hsmax——由泵實(shí)驗(yàn)求出。

Hsmax=（Pa-P汽蝕)/r<10.33m水柱（2）允許吸上真空高度Hs——保證不產(chǎn)生汽蝕所允許的最大吸上真空高度。規(guī)定：Hs=Hsmax-0.3（3）泵允許安裝高度HanHan≤Hs—vs2/2g—hw≤6m

式中vs2/2g——泵吸入口的速度水頭

hw——吸入管路的損失水頭注意：水泵樣本提供的Hs是在一定條件下測(cè)定的，若實(shí)際條件與試驗(yàn)條件不符，則應(yīng)按如下公式修訂。（4）例子某臺(tái)離心泵從樣本上查得允許吸上真空高度為6米，水泵的工作地點(diǎn)在海平面高度處，水溫20°C，吸水管路阻力損失為1米，吸入速度水頭為0.2米。問(wèn)（1）該泵的幾何安裝高度為4米能否正常工作？（2）若將該泵安裝在+700米的山上，夏天水溫為40°C，其他條件相同，求水泵的允許安裝高度是否變化？如何變化？

3、汽蝕現(xiàn)象原因、危害、解決辦法飽和蒸汽壓——在一定溫度下，水開(kāi)始汽化的臨界壓力。水面壓力越大，飽和蒸汽壓越大，水越不易汽化。汽蝕——液體汽化對(duì)過(guò)流零部件的破壞現(xiàn)象。汽蝕的危害：（1）產(chǎn)生沖擊力，破壞泵內(nèi)表面及葉輪和葉片；（2）產(chǎn)生化學(xué)腐蝕（3）產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲（4）堵塞流道，降低效率，減少揚(yáng)程和流量。解決辦法：減少吸入管道的壓力損失降低吸水管內(nèi)水的流速，合理確定安裝高度四、離心式水泵正常工作條件工業(yè)利用區(qū)工業(yè)利用區(qū)是水泵特性曲線上允許使用的區(qū)段。在這個(gè)區(qū)段內(nèi)工作，水泵滿足穩(wěn)定工作和經(jīng)濟(jì)工作的條件。（1）穩(wěn)定工作

HSY<0.9H0

水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中工況點(diǎn)是單值的，不能出現(xiàn)無(wú)交點(diǎn)或多交點(diǎn)。（2）經(jīng)濟(jì)工作條件（3）工業(yè)利用區(qū)的劃定水泵正常工作條件：穩(wěn)定工作條件、經(jīng)濟(jì)工作條件、不發(fā)生汽蝕條件。五、水泵工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)

1、調(diào)節(jié)目的：（1）使水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，其工況點(diǎn)始終滿足正常工作條件；（2）使水泵的流量和揚(yáng)程滿足實(shí)際工作的需要。2、調(diào)節(jié)途徑：（1）改變管路特性曲線；

①閘門(mén)節(jié)流調(diào)節(jié)法：調(diào)節(jié)管路上閘閥的開(kāi)度來(lái)增加局部阻力，即加大R值，從而改變工況點(diǎn)。注意：這種方法不能作為長(zhǎng)期調(diào)節(jié)用，只能在特殊情況下作為臨時(shí)措施。例如，配置的電動(dòng)機(jī)功率過(guò)緊，為防止電機(jī)過(guò)載，在更換電機(jī)前繼續(xù)排水，可暫時(shí)關(guān)小閘閥減小排量，使電機(jī)在允許負(fù)荷下運(yùn)行。②管路并聯(lián)（節(jié)能）?調(diào)節(jié)方法：將工作管路和備用管路并聯(lián)使用，改變管路特性曲線的R值，增大流量，改變工況點(diǎn)。?注意：防止電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷和防止產(chǎn)生汽蝕。（2）改變水泵特性曲線調(diào)節(jié)法

①改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法由比例定律可知，改變轉(zhuǎn)速，其性能參數(shù)也將發(fā)生相應(yīng)的變化。特點(diǎn)：這種方法沒(méi)有額外的能量消耗，經(jīng)濟(jì)上合理。但改變轉(zhuǎn)速的方法比較復(fù)雜，需要增加附加設(shè)備，費(fèi)用較高，因此應(yīng)用不很廣泛。②切削葉輪直徑調(diào)節(jié)法?切割定律?切割量切割拋物線方程式：

切割后的葉片外徑：切削量：注意：1）切削時(shí)應(yīng)只切葉片，前后盤(pán)應(yīng)保留；2）切削量不能太大。③減少葉輪數(shù)目調(diào)節(jié)法注意：減少葉輪應(yīng)從排水側(cè)減起。如條件允許最好把相應(yīng)的中段也去掉，把泵軸縮短。（因?yàn)檫@樣才不會(huì)使效率下降太多。）減少葉輪數(shù)目前后的性能比較：減少葉輪數(shù)目后（1）節(jié)約揚(yáng)程，使管路效率大大提高；（2）允許吸上真空度增大，提高了運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。六、離心式水泵的聯(lián)合工作（一）水泵的串聯(lián)工作

1、串聯(lián)的任務(wù)及目的：增加揚(yáng)程

2、串聯(lián)運(yùn)行條件1）Q1≈Q22）在同一地點(diǎn)安裝時(shí)，后一臺(tái)泵的強(qiáng)度應(yīng)能承受兩臺(tái)水泵的壓力總和；3）在不同標(biāo)高處安裝時(shí)，第一臺(tái)泵的揚(yáng)程必須滿足第二臺(tái)泵的需要，第二臺(tái)泵的揚(yáng)程滿足排水揚(yáng)程需要。3、串聯(lián)工況點(diǎn)的大致法確定：1）構(gòu)造等效水泵2）求等效水泵的特性曲線按照“等流量線下，揚(yáng)程相加”的原則3）求等效水泵的工況點(diǎn)M等4）求串聯(lián)工況點(diǎn)：M1、M2（二）水泵的并聯(lián)工作1、并聯(lián)的任務(wù)及目的：增加流量2、并聯(lián)運(yùn)行的條件：H1≈H23、并聯(lián)工況點(diǎn)1）構(gòu)造等效水泵2）求等效水泵的特性曲線按照“等揚(yáng)程線下，流量相加”的原則3）求等效水泵的工況點(diǎn)M等4）求并聯(lián)工況點(diǎn)：M1、M24、并聯(lián)效果1）并聯(lián)后的排水量大于任一臺(tái)單獨(dú)工作時(shí)的排水量；2）并聯(lián)后每臺(tái)水泵的排水量小于單獨(dú)工作時(shí)的排水量；3）并聯(lián)后的總排水量小于各泵單獨(dú)工作時(shí)的的排水量的總和；4）并聯(lián)效益q=（并聯(lián)后的總排水量）

（各泵單獨(dú)工作時(shí)的的排水量的總和）

目前，礦山主要排水設(shè)備常用D型、DA型和TSW型多級(jí)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(jí)離心式水泵。第六章離心式水泵的構(gòu)造本章學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握離心式水泵的結(jié)構(gòu)和主要部件了解礦山常用的離心式水泵及型號(hào)含義掌握離心式水泵軸向推力產(chǎn)生的原因及平衡方法第一節(jié)D型離心式水泵機(jī)構(gòu)和主要部件主要由轉(zhuǎn)動(dòng)部分、固定部分、軸承部分和密封部分組成。1、轉(zhuǎn)動(dòng)部分（1）葉輪

1）作用：將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液體的動(dòng)能和壓力能。

2）結(jié)構(gòu)原理形狀取決于比轉(zhuǎn)數(shù)，由前盤(pán)面、后盤(pán)面、葉片、輪轂組成。

a、葉型：后彎式，直徑不超過(guò)800mm,寬度大q大

b、葉片數(shù)目6-8片（2）泵軸：裝有軸套、隔離套（3）平衡盤(pán)：平衡軸向不平衡力

2、固定部分（1）進(jìn)水段直錐形、環(huán)形、彎管形、半螺旋形吸水室（2）中段

1）導(dǎo)水圈：將壓力水導(dǎo)入下一級(jí)，并將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋?/p>

2）返水圈：將水順利引入下一級(jí)葉輪入口注意：導(dǎo)水圈葉片與葉輪葉片數(shù)應(yīng)互為質(zhì)數(shù)，一般比葉片數(shù)多1或少1。（3）出水段：螺殼型出水段、環(huán)形型出水段

3、軸承部分：小型泵用單列向心滾柱軸承，O型耐油橡膠密封圈和擋水圈；大型泵用滑動(dòng)軸承4、水泵的密封（1）固定件之間密封：紙墊密封（2）轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定之間的密封

1）密封環(huán)：大口環(huán)作用是減少水返回到入口處小口環(huán)作用是防止水級(jí)間竄動(dòng)

2）填料裝置：吸入側(cè)填料箱：壓蓋、填料、水封環(huán)組成，引高壓水入水封環(huán)，防止吸入側(cè)吸入空氣，對(duì)泵軸進(jìn)行水封。排水側(cè)填料箱：無(wú)水封環(huán)填料即盤(pán)根：油浸石棉注意：填料壓蓋不可擰得太緊，標(biāo)準(zhǔn)是水泵運(yùn)行中盤(pán)根處的滴水不成線。一、泵的型號(hào)表示法（介紹用的較多的三種標(biāo)注法）1、第一種表示法100S-90A

葉輪直徑經(jīng)第一次車削揚(yáng)程90m

單級(jí)雙吸水泵（B、BA：?jiǎn)渭?jí)單吸懸臂式水泵；IS：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)離心泵；S、Sh：?jiǎn)渭?jí)雙吸水泵；D、DA：多級(jí)單吸分段式水泵；DF：?jiǎn)挝嗉?jí)l耐酸泵；J、JQ：深井泵；DG：多級(jí)鍋爐給水泵；PS：砂泵；PW：污水泵；PN：泥漿泵）吸水口直徑100mm第二節(jié)礦山常用的離心式水泵4BA-12

比轉(zhuǎn)速120

單級(jí)單吸懸臂式水泵泵吸水口直徑4in200D43Χ7

級(jí)數(shù)單級(jí)揚(yáng)程43m

單吸多級(jí)泵吸水口直徑200mm2、第二種表示法D155–30Χ9

九級(jí)單級(jí)揚(yáng)程30m

流量155m3/h

單吸多級(jí)泵3、第三種標(biāo)注法IS65–50–160A

葉輪直徑經(jīng)第一次車削

葉輪名義直徑160

泵出口直徑50

泵入口直徑65

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)離心泵二、礦山常用的水泵1、D型泵——單吸多級(jí)分段式離心泵，礦山主排水泵，結(jié)構(gòu)如前所述。2、B型泵——單吸單級(jí)懸臂式離心泵，礦山輔助排水泵，機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單，體積小，出水口可旋轉(zhuǎn)90o、180o、270o。3、IS泵——單吸單級(jí)懸臂式清水泵，工礦企業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市給排水，機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單，體積小，后開(kāi)門(mén)式結(jié)構(gòu)。第三節(jié)離心式水泵的軸向推力及其平衡葉輪為單吸式的水泵，在工作時(shí)受到軸向推力作用，迫使葉輪和轉(zhuǎn)子一起朝入口方向移動(dòng)。單級(jí)泵的軸向推力有幾百公斤；多級(jí)分段式水泵的可達(dá)幾噸。軸向推力必須予以平衡才能保證泵的正常工作。（一）產(chǎn)生軸向推力的原因作用在葉輪前、后底盤(pán)外表面上的總壓力不相等，和作用在葉輪內(nèi)表面上水的動(dòng)壓的軸向分力所致。（二）危害使整個(gè)轉(zhuǎn)子向吸水側(cè)竄動(dòng)。1、使葉輪造成破壞性磨損；2、軸承發(fā)熱、電動(dòng)機(jī)負(fù)載增加；3、使葉輪出水口與導(dǎo)水圈的導(dǎo)葉進(jìn)口發(fā)生偏移，引起沖擊和渦流，降低泵的效率。（三）軸向推力的平衡方法1、平衡孔法——用于小型單級(jí)泵構(gòu)成一個(gè)平衡室，降低平衡室內(nèi)的壓強(qiáng)。其方法如下：（1）在葉輪后輪盤(pán)上鉆孔，把平衡室和葉輪入口連接起來(lái)，使兩側(cè)壓強(qiáng)相等；（2）用專門(mén)的通路將平衡室與低壓區(qū)溝通，達(dá)到降壓目的。2、平衡葉片法——用于輸送雜質(zhì)的泵在后輪盤(pán)背面安裝4-6片平衡葉片，使背面的液體旋轉(zhuǎn)，增大離心力，降低壓強(qiáng)。3、雙吸式葉輪法——用于流量較大的單級(jí)雙吸離心泵4、止推軸承法——用于小型單級(jí)水泵在受軸向推力的一端安裝有一套向心推力球軸承來(lái)承受軸向推力。5、對(duì)稱布置葉輪——用于多級(jí)泵當(dāng)葉輪數(shù)為偶數(shù)時(shí)，葉輪背靠背對(duì)稱布置；當(dāng)葉輪數(shù)為奇數(shù)時(shí)，第一級(jí)葉輪為雙吸式，其余用對(duì)稱布置。6、平衡裝置法——用于多級(jí)泵（1）平衡盤(pán)結(jié)構(gòu)原理：平衡鼓特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)的自動(dòng)平衡效果好，但起動(dòng)過(guò)程易與平衡座接觸造成磨損。注意：平衡盤(pán)與平衡座之間間隙在0.5～1㎜之間；泵軸的竄量不小于1㎜，不大于4㎜。（2）平衡鼓結(jié)構(gòu)原理：特點(diǎn)：不能完全平衡，不能限制泵軸的軸向竄動(dòng)，泄漏量大，但起停過(guò)程不會(huì)與泵體接觸造成磨損。注意：將平衡鼓與平衡盤(pán)聯(lián)合使用。第七章離心式水泵的運(yùn)行、檢修和性能測(cè)定掌握離心式水泵啟動(dòng)、運(yùn)行及停泵的注意事項(xiàng)掌握離心式水泵常見(jiàn)故障的分析及處理方法了解離心式水泵的完好標(biāo)準(zhǔn)掌握排水設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的評(píng)價(jià)及提高措施掌握離心式水泵的性能測(cè)定原理及性能參數(shù)的測(cè)定第一節(jié)離心式水泵的啟動(dòng)、運(yùn)行及停泵一、啟動(dòng)前的