第二篇 礦井排水設備

第二篇礦井排水設備

第五章離心式水泵的工作理論本章學習目標：了解礦水、礦山排水系統(tǒng)、水倉、水泵房和管子道的基本知識掌握礦山排水設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)礦山排水設備概述礦井排水過程：

水—水溝—水倉—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

1、礦水來源涌入礦井的水統(tǒng)稱為礦水。礦水主要來源于地面水和地下水、開采工程涌水。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、涌水量絕對涌水量：單位時間內(nèi)涌入礦井的水的體積量（q），單位是m3/h；最大涌水量：某一時期涌水高峰時的涌水量正常涌水量：其它時期大致相同的涌水量相對涌水量：同時期內(nèi)相對于單位煤炭產(chǎn)量的涌水量，也稱含水系數(shù)。以“Ks”表示。

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

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

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

排水過程：吸水井中的水經(jīng)底閥、吸水管進入水泵，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：單水平直接排至地面或多水平時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）移動式排水方式水泵隨工作面的移動或水位的變化而移動的排水方式。為礦井的局部服務，如掘進工作面、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：水倉高度高于水泵吸水口高度。優(yōu)點：啟動方便、無氣蝕現(xiàn)象，效率高缺點：存在淹泵房事故隱患注意：此方式要慎用吸入式排水方式：水倉高度低于水泵吸水口高度。優(yōu)點：安全性好缺點：啟動前必須灌水、有氣蝕現(xiàn)象，效率低壓吸并存式：設上下兩個水倉，上部水倉水位高于泵入口，采用壓入式；下部水倉水位低于泵入口，采用吸入式。優(yōu)點：效率高，使用方便靈活，安全缺點：設備復雜，初期建設成本高四、水倉1、水倉的作用（1）存儲礦水，利于水泵排水（2）沉淀礦水2、水倉的要求水流速<0.005m/s,流動速度>6h,水倉巷道>100m3、水倉組成分主、副水倉

4、水倉設計煤礦安全規(guī)程規(guī)定：水倉的總容量V不小于8h正常涌水量，采區(qū)水倉容量不小于4h的正常涌水量水倉長度

Lmin=3600vt

式中v=0.003~0.005m/s,t=6h水倉斷面積S=V/L

或水倉高度H和寬度B各取2~3m驗算流速v=(QM-QH)/3600S=0.003~0.005m/s五、水泵房1、位置：副井井底車場附近2、水泵房設計要求（1）水泵房地面標高比井底車場高0.5m，且向吸水側有1%的坡度（2）水泵沿長度方向排列3、水泵房設計長度L=nL0+l1(n+1)寬度B=b0+b1+b2高度H=3--4.5m4、水泵基礎要求基礎長寬應大于泵底座200--300mm，基礎高應高出泵房地板200mm。六、管子道管子道：傾斜25o--30o

長2m平臺（連接管子道和井筒）

鋪管道（管墩、管卡固定）有人行臺階和運輸軌道1、組成水泵、電機及電控設備、管路及附件、監(jiān)測儀表、水倉、管子道等。七、礦井排水設備的組成及要求

2、固定式排水設備的要求1）設置有工作水泵、備用水泵、檢修水泵2）工作水泵的排水能力應在20h內(nèi)排出24h的正常用水量；備用水泵的能力應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在20h內(nèi)排出24h的最大用水量；檢修水泵的能力應不小于工作水泵的25%。3）必須有相適應的工作和備用水管4）主排水泵房的供電線路不得少于兩條回路，每一回路都應能擔負全部負荷的供電。5）工作的水泵機組必須工作可靠。6）主排水設備應有預防用水突然增加致使設備被淹的措施。7）水泵工況應在高效工作區(qū)，否則應進行更換。8）需要采取防爆措施的水泵機組，其電氣設備應是防爆的。3移動式排水設備的要求1）水泵應適應流量變化不大而揚程變化較大的需要，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較小，以適應在橫斷面較小的巷道中工作。3）應能移動方便、迅速，能適應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：往復式、回轉式其他有：噴射泵、水錘泵等2、按用途分：清水泵、雜質泵、耐酸泵3、按葉輪數(shù)目分：單級泵、多級泵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：單吸式、雙吸式6

、按泵的壓出方式分：蝸殼式、導流式（透平泵）7、按揚程分：低壓泵、高壓泵、中壓泵8、按泵殼結合縫形式分：中開式、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）、導葉和空間導葉三種形式；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機、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——將機械能轉變成液體的動能和壓力能⑵底閥——裝于吸水管底部，由單向閥和過濾器組成，單向閥防止吸水管水倒流漏出，過濾器防止雜質被吸入泵中。⑶逆止閥——防止水倒灌入泵內(nèi)，造成沖擊。⑷真空表——測定吸水管入口壓力⑸壓力表——測定排水管出口壓力⑹漏斗——水泵啟動前灌滿水二、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)水泵的流量和揚程和起動時關閉以降低起動電流。⑻放水閥——檢修時放掉排水管中的水⑼旁通管——在水泵二次起動時將排水管中的水引入泵內(nèi)，其次可以防止停止運轉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前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體；啟動后，葉輪由軸帶動高速轉動，葉片間的液體也必須隨著轉動。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，以高速離開葉輪外緣進入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動能轉變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，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?，只要葉輪不斷地轉動，液體便會不斷地被吸入和排出。

四、真空泵和射流泵啟動的工作原理1）真空泵啟動原理水泵啟動前，開動真空泵抽出水泵內(nèi)的空氣，由于泵體上下口均已被水封住，致使泵內(nèi)空氣越來越稀薄，形成負壓，吸水池的水在大氣壓作用下進入吸水管和泵體內(nèi)，直至灌滿泵體，此時關閉真空泵，開動水泵即可正常工作。2）射流泵啟動原理射流泵由吸水管、噴嘴、混合室組成。當排水管引來的高壓水由噴嘴高速射出時，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)生負壓，吸水池的水在大氣壓作用下進入吸水管和泵體內(nèi)，直至灌滿泵體，此時關閉射流泵，開動水泵即可正常工作。五、離心式水泵的工作理論1、工作參數(shù)1)流量（Q或q）——單位時間內(nèi)水泵所排出的水的體積。單位：m3/s、m3/h、L/s2)揚程（H）——單位質量的水通過水泵后所獲得的能量，單位：m。又稱水頭，分吸水揚程、排水揚程、損失揚程、實際揚程。吸水揚程HX——從水泵軸線到水面的距離排水揚程HP——從水泵軸線到排水管路中心的距離實際揚程HSY=HX+HP總揚程H=HX+HP+hW+Hd

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

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）轉速（n）——水泵葉輪每分鐘的轉數(shù)。單位：r/min。常用：2900r/min、1450r/min、

970r/min、730r/min6）比轉速（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(shù)，往往需要一個不依賴于泵的幾何尺寸，而反映其流量和揚程關系的綜合參數(shù)，這個參數(shù)稱為比轉數(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。單位：m。（1）最大吸上真空高度Hsmax——由泵實驗求出。

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的應用：泵銘牌或說明書上的Hs指在1個標準大氣壓、20°C的清水下實驗所得。一、離心式水泵的流動分析水在水泵的葉輪中的流動情況相當復雜，利用數(shù)學方法準確求出壓頭特性（泵轉速一定時，流量與壓頭之間的關系）是很困難的。只能采用近似方法，使其結果能基本反映實際情況，這就是建立一個理想葉輪模型，其條件為：1、葉輪葉片數(shù)目無限多，葉片厚度無限??；2、介質（水）為理想流體，水泵工作時沒有任何損失；3、水的流動是穩(wěn)定流動；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）水的質點在葉輪內(nèi)的流動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、水在葉輪中的運動（是一復合運動）可分解為圓周運動和相對運動，兩者的合成稱為絕對運動。圓周運動與葉輪圓周速度相同的牽連運動。任意半徑處圓周速度u=rω；相對運動介質（水）相對于葉片的運動。當水為理想流體時，葉片無限多，無限薄的情況下，葉片間流道中的流體成為微小流束。流體的每一質點只能沿著流道運動，其軌跡與葉片型線一致。當然，在流道入、出口處的流體質點運動方向也與該處的葉片切線方向一致。在同一半徑上的各質點流速是相同的，用相對速度w表示。絕對運動：絕對速度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參數(shù)）參數(shù)解釋：徑向速度絕對速度在徑向方向上的分量。（用Cr表示）旋繞速度絕對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)之間的關系二、基本方程式（離心式水泵的理論壓頭方程式—歐拉方程）理論壓頭是指理想葉輪轉換給流體的壓頭。一般用HT表示。理想葉輪工作時無損失，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)之間關系后，利用此關系代入上式，即可求出壓頭HL與葉輪參數(shù)之間的關系。為此可利用動量定理。從該定理可知：作用于葉輪上的外力矩應等于每秒鐘流經(jīng)葉輪的流體的動量矩增量。）∴

如圖所示，表示理想葉輪中某流體質點由入口處1運動到出口處2的情況，其中虛線表示其絕對運動的軌跡。若QT為為葉輪流量，則每秒鐘流經(jīng)葉輪的流體質量為ρQT。該流體在葉輪中的動量矩增量可用它的出口處動量矩ρQTc2l2與入口處動量矩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，僅與水在葉輪進口及出口的運動速度有關，與水在流道的流動過程無關。對于水泵，在設計葉輪時，通常都是按無預旋設計，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，當其它條件相同時，葉輪外徑越大，轉速越高，壓頭也越高。3、流體所獲得的理論壓頭（揚程）HL與流體種類無關。對于不同流體，只要葉輪進、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向作為參量，將出口角不同的葉輪分為三種。即β2<90o時，后向（后傾或后彎）葉片葉輪；β2=90o時，徑向葉片葉輪；β2>90o時，前向葉片葉輪。

由圖可以看出，前向葉片的出口絕對速度c2最大，后向葉片的絕對速度c2最小。絕對速度越大，水在泵內(nèi)流動時的能量損失也越大，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。（二）實際特性曲線1、實際揚程特性曲線的定性分析（1）有限葉片的影響（葉片數(shù)目有限時對揚程的影響）1）葉片有限時的環(huán)流和相對速度的分布相對速度分布：受環(huán)流（環(huán)流的形成—來自流體質點的慣性。）的影響，葉片迎面上的流體質點相對速度減小，背面處的流體質點相對速度加大，形成不均勻的相對速度。（

圖7-6）形成原因：理想葉輪相對速度的均勻分布與環(huán)流合成的結果。2）環(huán)流對壓頭的影響葉片數(shù)目有限與無限情況下速度的比較：，絕對速度向葉輪旋轉的相反方向偏移，減小程度用k表示，稱為環(huán)流系數(shù)。對于水泵（z—葉片數(shù)目），一般k=0.6～0.9。環(huán)流對壓頭的影響：（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。這些部件或起導流作用或起能量形式的轉化作用，不但不會給流體增加能量，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時的水力損失可歸納為摩擦擴散損失和沖擊損失。1）摩擦和擴散損失（

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。擴散損失指流體在導向器和泵殼擴散時（將動壓轉換為靜壓過程中）的能量損失。2）沖擊損失（圖7-7）指流體在水泵全部流動過程中的轉彎、擴大和收縮等造成的損失。就葉輪來講是指流體對葉片入口處的沖擊和流量變化時葉輪內(nèi)的渦流損失。在Q=Qe時，hq=0；當時這種損失出現(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，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Q〉Qe時，流體與葉片相遇時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、實際特性曲線（1）實際揚程特性曲線解析圖圖7-8（2）實際特性曲線當泵以一定轉速工作時，以流量為橫坐標，以揚程、功率、效率、允許吸上真空度為縱坐標，用實驗方法繪出的反映這些性能之間變化規(guī)律的關系曲線。意義：正確選擇和合理使用泵對特性曲線的分析說明1、q-H曲線（1）駝峰特性曲線——比轉速小于80的泵最高工況點左邊會出現(xiàn)不穩(wěn)定工況（2）平坦特性曲線——比轉速在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。啟動時關閘，減小消耗的功率。3、q-η曲線最高效率所對應的工況為最佳工況，其參數(shù)為額定參數(shù)，標于泵出廠銘牌上。實際很難達到。四、離心式水泵的效率（一）機械損失ΔPm和機械效率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，若兩個流動之間，相互對應的流動參量（即與流動有關的各物理量，如：密度、粘度、速度、壓力等）有著一定的比例關系，并且按照同樣的規(guī)律運動，則稱這兩個流動是互為相似的流動。確定兩者之間存在著相似關系的原理稱為相似原理。相似原理告訴我們：兩個流動相似，一定要滿足力學相似條件，即滿足幾何相似、運動相似和動力相似。同時滿足，彼此之間幾何相似、運動相似和動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）指流動幾何相似和邊界性質相同。彼此相似的水泵的葉輪和主要通流部件中的流體流動幾何相似，彼此相應的幾何尺寸成相同比例，對應的同名角相等。表征邊界性質的葉輪和主要通流部件的固體壁面水力性質相同，幾何形狀相似。即對應尺寸的比值為一常數(shù)，對應的同名角相等。即：2）運動相似指流動的各相應點的速度方向相同，大小成比例。彼此相似水泵上各對應點處的速度三角形相似。即3）動力相似指流動的各相應點處質點所受諸同名力成比例。對于彼此相似的水泵主要是要求其雷諾準則，即雷諾數(shù)Re=uD/?（式中u—葉輪外緣速度，D—葉輪外緣直徑，?—運動粘度系數(shù)）相等或不大于5倍。實際上要做到Re相等，有時有實際困難，考慮到管流時粘滯力不再與Re有關，而且自動保持動力相似，所以不嚴格要求Re相等。但也應盡量做到阻力系數(shù)接近，相差不宜過大。即注意：相似條件中以幾何相似為必要條件，運動相似和動力相似為充分條件。二、相似定律1）相似水泵相應工況下的參數(shù)關系流量關系設對應工況的流量值分別由于兩水泵幾何相似，所以揚程關系設對應工況的壓頭值分別為由于兩水泵相似，所以

功率關系

2）相似定律的應用

#改變轉速——比例定律對于同一臺或兩臺對應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

應用注意：轉速提高不超過10%，轉速降低不超過20%。車削葉輪外徑——車削定律（1）中高比轉速ns=80—300（2）低比轉速ns=35—80三、比轉數(shù)比轉數(shù)是水泵相似的一項派生準則。因為比例定律只反映了一系列相同或相似水泵性能參數(shù)之間的關系。并未涉及非相似水泵性能參數(shù)之間的關系。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(shù)，往往需要一個不依賴于泵的幾何尺寸，而反映其流量和揚程關系的綜合參數(shù)，這個參數(shù)稱為比轉數(shù)。

設兩臺彼此相似水泵的尺寸，轉速和額定工況參數(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，ns表示在相似條件下，額定工況或效率最高時產(chǎn)生1單位流量和1單位壓頭的標準水泵的轉速，稱為比轉數(shù)。很明顯，彼此相似的水泵的標準水泵的轉速—比轉數(shù)相等。不相似的水泵比轉數(shù)不等。

用途：1、比轉數(shù)可以反映水泵的性能及葉輪形狀；在相同轉速下，比轉數(shù)大，流量大而壓頭小，流量大，導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。故比轉數(shù)大的葉輪流道寬而短，而且性能曲線比較陡。相反，比轉數(shù)小的葉輪流道窄而長，性能曲線比較平坦。2、比轉數(shù)可以對水泵進行分類；3、比轉數(shù)可以選擇水泵的葉輪型式；4、應用于設計計算中。無因次比轉速國際標準及國標現(xiàn)行規(guī)定用型式數(shù)K代替比轉速ns一、排水管路特性水泵在管路上工作時，排水所需的實際壓頭（揚程）與通過管路的流量的關系稱為管路特性。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，也與管路配置情況有關。水在管路中流動所需要的總能量，可由伯努利方程式導出。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為基準面，則分析上式可知，所需壓頭（揚程）取決于測地高度HC，管路阻力系數(shù)R和流量Q。對于具體的礦井來講，其HC(即HSY）是確定的，因而當流量一定時，所需壓頭（揚程）將取決于R。（R的大小與管長、管徑、管內(nèi)壁狀況以及管路附件的種類和數(shù)量有關）

2、管路特性曲線管路特性曲線是一條上揚的不通過原點的曲線，管路阻力越大，曲線越陡。管路特性中的H表示對應流量的管道阻力大小。注意：上述管路特性方程適合于新管，對于管徑因掛垢而縮小的舊管則為：二、水泵的工況點1、工況點——水泵q-H性能曲線與管路特性曲線的交點。2、工況參數(shù)揚程、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問題吸水高度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——由泵實驗求出。

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是在一定條件下測定的，若實際條件與試驗條件不符，則應按如下公式修訂。（4）例子某臺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（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——液體汽化對過流零部件的破壞現(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)生化學腐蝕（3）產(chǎn)生振動和噪聲（4）堵塞流道，降低效率，減少揚程和流量。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。在這個區(qū)段內(nèi)工作，水泵滿足穩(wěn)定工作和經(jīng)濟工作的條件。（1）穩(wěn)定工作

HSY<0.9H0

水泵在運轉中工況點是單值的，不能出現(xiàn)無交點或多交點。（2）經(jīng)濟工作條件（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)濟工作條件、不發(fā)生汽蝕條件。五、水泵工況點的調(diào)節(jié)

1、調(diào)節(jié)目的：（1）使水泵在運轉過程中，其工況點始終滿足正常工作條件；（2）使水泵的流量和揚程滿足實際工作的需要。2、調(diào)節(jié)途徑：（1）改變管路特性曲線；

①閘門節(jié)流調(diào)節(jié)法：調(diào)節(jié)管路上閘閥的開度來增加局部阻力，即加大R值，從而改變工況點。注意：這種方法不能作為長期調(diào)節(jié)用，只能在特殊情況下作為臨時措施。例如，配置的電動機功率過緊，為防止電機過載，在更換電機前繼續(xù)排水，可暫時關小閘閥減小排量，使電機在允許負荷下運行。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。?注意：防止電動機過負荷和防止產(chǎn)生汽蝕。（2）改變水泵特性曲線調(diào)節(jié)法

①改變轉速調(diào)節(jié)法由比例定律可知，改變轉速，其性能參數(shù)也將發(fā)生相應的變化。特點：這種方法沒有額外的能量消耗，經(jīng)濟上合理。但改變轉速的方法比較復雜，需要增加附加設備，費用較高，因此應用不很廣泛。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）切削時應只切葉片，前后盤應保留；2）切削量不能太大。③減少葉輪數(shù)目調(diào)節(jié)法注意：減少葉輪應從排水側減起。如條件允許最好把相應的中段也去掉，把泵軸縮短。（因為這樣才不會使效率下降太多。）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)約揚程，使管路效率大大提高；（2）允許吸上真空度增大，提高了運行的安全性和經(jīng)濟性。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)的任務及目的：增加揚程

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

（各泵單獨工作時的的排水量的總和）

目前，礦山主要排水設備常用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。第六章離心式水泵的構造本章學習目標：掌握離心式水泵的結構和主要部件了解礦山常用的離心式水泵及型號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型離心式水泵機構和主要部件主要由轉動部分、固定部分、軸承部分和密封部分組成。1、轉動部分（1）葉輪

1）作用：將電動機的機械能轉變成液體的動能和壓力能。

2）結構原理形狀取決于比轉數(shù)，由前盤面、后盤面、葉片、輪轂組成。

a、葉型：后彎式，直徑不超過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：平衡軸向不平衡力

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

1）導水圈：將壓力水導入下一級，并將動能轉變?yōu)閴毫δ堋?/p>

2）返水圈：將水順利引入下一級葉輪入口注意：導水圈葉片與葉輪葉片數(shù)應互為質數(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；大型泵用滑動軸承4、水泵的密封（1）固定件之間密封：紙墊密封（2）轉動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)作用是防止水級間竄動

2）填料裝置：吸入側填料箱：壓蓋、填料、水封環(huán)組成，引高壓水入水封環(huán)，防止吸入側吸入空氣，對泵軸進行水封。排水側填料箱：無水封環(huán)填料即盤根：油浸石棉注意：填料壓蓋不可擰得太緊，標準是水泵運行中盤根處的滴水不成線。一、泵的型號表示法（介紹用的較多的三種標注法）1、第一種表示法100S-90A

葉輪直徑經(jīng)第一次車削揚程90m

單級雙吸水泵（B、BA：單級單吸懸臂式水泵；IS：國際標準離心泵；S、Sh：單級雙吸水泵；D、DA：多級單吸分段式水泵；DF：單吸多級l耐酸泵；J、JQ：深井泵；DG：多級鍋爐給水泵；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

比轉速120

單級單吸懸臂式水泵泵吸水口直徑4in200D43Χ7

級數(shù)單級揚程43m

單吸多級泵吸水口直徑200mm2、第二種表示法D155–30Χ9

九級單級揚程30m

流量155m3/h

單吸多級泵3、第三種標注法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

國際標準離心泵二、礦山常用的水泵1、D型泵——單吸多級分段式離心泵，礦山主排水泵，結構如前所述。2、B型泵——單吸單級懸臂式離心泵，礦山輔助排水泵，機構較簡單，體積小，出水口可旋轉90o、180o、270o。3、IS泵——單吸單級懸臂式清水泵，工礦企業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市給排水，機構較簡單，體積小，后開門式結構。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，在工作時受到軸向推力作用，迫使葉輪和轉子一起朝入口方向移動。單級泵的軸向推力有幾百公斤；多級分段式水泵的可達幾噸。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)表面上水的動壓的軸向分力所致。（二）危害使整個轉子向吸水側竄動。1、使葉輪造成破壞性磨損；2、軸承發(fā)熱、電動機負載增加；3、使葉輪出水口與導水圈的導葉進口發(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——用于小型單級泵構成一個平衡室，降低平衡室內(nèi)的壓強。其方法如下：（1）在葉輪后輪盤上鉆孔，把平衡室和葉輪入口連接起來，使兩側壓強相等；（2）用專門的通路將平衡室與低壓區(qū)溝通，達到降壓目的。2、平衡葉片法——用于輸送雜質的泵在后輪盤背面安裝4-6片平衡葉片，使背面的液體旋轉，增大離心力，降低壓強。3、雙吸式葉輪法——用于流量較大的單級雙吸離心泵4、止推軸承法——用于小型單級水泵在受軸向推力的一端安裝有一套向心推力球軸承來承受軸向推力。5、對稱布置葉輪——用于多級泵當葉輪數(shù)為偶數(shù)時，葉輪背靠背對稱布置；當葉輪數(shù)為奇數(shù)時，第一級葉輪為雙吸式，其余用對稱布置。6、平衡裝置法——用于多級泵（1）平衡盤結構原理：平衡鼓特點：動態(tài)的自動平衡效果好，但起動過程易與平衡座接觸造成磨損。注意：平衡盤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）平衡鼓結構原理：特點：不能完全平衡，不能限制泵軸的軸向竄動，泄漏量大，但起停過程不會與泵體接觸造成磨損。注意：將平衡鼓與平衡盤聯(lián)合使用。第七章離心式水泵的運行、檢修和性能測定掌握離心式水泵啟動、運行及停泵的注意事項掌握離心式水泵常見故障的分析及處理方法了解離心式水泵的完好標準掌握排水設備經(jīng)濟運行的評價及提高措施掌握離心式水泵的性能測定原理及性能參數(shù)的測定第一節(jié)離心式水泵的啟動、運行及停泵一、啟動前的