毕业设计 矿井水泵房设计 幻灯片

第一章 矿井排水系统的确定
1.1分析本矿井特点： 本矿年产量 90万吨，采用竖井开拓，井口标高 +50.00m，水平标高-265.00，正常涌水量4.5m3/min，最大 涌水量7.2m3/min，矿水中性，矿水密度1020kg/ m3，最大 涌水期按60天计算，服务年限30年。 由此，可供选择的排水系统有以下两种：
对于D500-57水泵，
z 0 .4 p 0 .5 d p 1 C 1 .3 p z
表2.4 热轧无缝钢管 （YB231-70）（mm）
外径 32 壁厚 2.5～8.0 外径 76 壁厚 3.0～19.0 外径 152 壁厚 4.5～36.0 外径 377 壁厚 9.0～75.0
目录
第一章 矿井排水系统的确定 第二章 水泵的选型及台数计算 第三章 排水管道选型计算及管道的布置 第四章 吸水管道选型计算及管道的布置
第五章 管道特性曲线的绘制及工况点的确定
第六章 水泵工作合理性校验 第七章 水泵电动机的选型计算
第八章 主排水经济指标的计算
第九章 水泵房、水仓的布置尺寸确定
8.0～75.0
8.0～75.0 8.0～75.0
560
600 630
9.0～25.0
9.0～25.0 9.0～25.0
壁 厚 系 列
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6
7
7.5
8
3.5
9
9.5
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
22
24
25
26
28
29
30
34
35
36
38
40
42
Q B max 1 . 2 q max
备用水泵的工作能力：
Q B 0 .7 q Z
'
Q Q B max Q B
' B
取二者较大值：
Q m /h
' B 3
检修泵组的工作能力：
Q 0.25 Q B
" B
公式中：
q z — 正常涌水量， q max — 最大涌水量，
' B "
式中：
c)水管材质:对于敷设在深度不超过200m竖井内的排水 管多采用焊接钢管,深度超过200m时多用无缝钢管;对于敷 设在斜井内的排水管路,可按承压的变化,由下向上分段采 用无缝钢管、焊接钢管和铸铁管。 对于D450-60 水泵，
z 0 .4 p 0 .5 d p 1 C 1 .3 p z
38
42 45 50
2.5～8.0
2.5～10.0 2.5～10.0 2.5～10.0
83
89 95 102
3.5～24.0
3.5～24.0 3.5～24.0 3.5～28.0
源自文库
159
168 180 194
4.5～36.0
5.0～45.0 5.0～45.0 5.0～45.0
402
426 459 (465)
2.1.3.所需水泵的台数为：
D450-60 8 D500-53 8
n
n
QB Qm
QB Qm
QB
1
1
1
1
1
1
n
Qm
水泵的总台数 n n n
3
3
式中 n、 n 和 n 分别为工作、备用检修水泵的台数。 计算水泵装置效率 排水设备主要由水泵、电机、管路、电控设备等 组成。排水时的装置效率定义为： 输出地有益能量
表2.1
型号 级
数 (m3/h) (L/ s)
离心泵参数：
转速 功率P(KW)
n (r/m in) 轴功率 Pa 电 动 机 功 率
流量
扬 程
H (m)
效 率
％
泵 必需 重 汽蚀 (kg) 余量 (NPS H)r
(m)
D450- 6 60
450
125
360
1480
558.5
680
79
4.9
739 0
6.0～50.0 7.0～50.0 7.0～50.0
480
500 530 (550)
9.0～75.0
9.0～75.0 9.0～25.0 9.0～25.0
68
70 73
3.0～16.0
3.0～16.0 3.0～19.0
133
140 146
4.0～32.0
4.5～36.0 4.5～36.0
299
325 351
280 (1 . 5 ~ 2 . 2 )
0 . 212 ~ 0 . 257 m
对于D500-57水泵，额定流量为5003 m3/h
450 (1 . 5 ~ 2 . 2 )
d p 0 . 0188
b）.壁厚度的计算： 壁厚可按如下公式计算：
z 0 .4 p 0 .5 d p 1 C 1 .3 p z
2.1.1.排水系统对水泵的要求： a)水泵必需排水能力的计算 作水泵的排水能力应为： 依据《规程》，在正常涌水期工
Q B 1 .2 q z
由于该矿井
m /h
q z 240 m /h
3
3
所以该煤矿所选工作水泵的工作能力应为：
Q B 1 .2 q z
在最大涌水期，工作和备用水泵必需的总排水能力：
)
式中
Hc—排水高度，Hc=473.3 m; α —干管倾斜敷设时的倾角。
2.1.2.初选水泵型号
参照《泵产品样本》,因为矿水呈中性，所以选择D型泵， 依计算的工作水泵能力Qe可选择泵的型号为: 泵 D450-60 的级数为： i=HB/Hi=5.6～5.9 取i=6 泵 D500-53 的级数为： i=HB/Hi=5.9～6.2 取i=6 则水泵的型号为：D450-60和D500-53 其详细资料如下：
E1 QH c 10
g
3
与装置输入的能量
3
E 2 QH /
d c 10
之比， 其比值用 z 表示，且 g

Hc H
则装置效率为
z g d c
式中 —水泵工况点效率，81%； g —管道效率，98%； d —电机效率，92%； c —传动效率，98%。 其他符号意义同前所述。
dp－排水管内径,cm p－管内液体压强，作为估算p=0.011Hp(MPa)； Hp(m)为排水高度； z－许用应力。 铸铁管 z=20 Mpa, 焊接钢管 z =60 Mpa, 无缝钢管 z =80 Mpa; C－附加厚度,对于铸铁管C=0.7～0.9cm;焊接管C=0.2cm; 无缝钢管C=0.1～0.2cm
45
48
50
56
60
63
65
70
75
自表2.4中查得的无缝钢管如下： 对于D450-60水泵选取 管φ 299×8或 管φ 325×8 对于D500-57水泵选取 管φ 299×8或 管φ 325×8
3.2）管路趟数及布置方式的选择
a)管路趟数的选择 根据《规程》有关规定，水管必须 有工作和备用的，其中工作水管的能力应能配合工作 水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作 和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20 小时内排出矿井24小时的最大涌水量。涌水量小于 300m3/h的矿井，排水管也不得少于两趟。对于所选 的三台水泵，敷设两趟管路，即三泵两管工作方式， 一台水泵工作时，可通过其中任一趟管路排水，另一 趟管路备用；两台水泵同时工作时，可分别通过一趟 管路排水。
b)其管路系统布置如图
图3-4（a）
1）图3-4（a）是 三台泵两趟管路的 布置方式。一台水 泵工作时，可通过 其中任一趟管路排 水，另一趟管路备 用；两台水泵同时 工作时，可分别通 过一趟管路排水。
1.1.1方案一 直接排水系统 直接排水系统是指井下的涌水通过排水设备直接排到地面。如单 水平开采的矿井，在开采第一水平时，就采用直接排水系统。 图（a）是竖井单水平开采时的直接排水系统。图（b）是竖井多 水平开采时，各水平的涌水分别由本水平的排水设备直排地面。 图（c）是竖井两个水平同时开采时，若上水平涌水量较小，经 技术经济比较后，可将上水平的涌水通过管路自流到下一水平的 水仓中，然后两个水平的涌水由下水平排水设备直排地面。图 （d）是斜井单水平开采时，若地质条件比较稳定、又无大的断 层，经技术经济比较后，可采用钻孔下排水管的方法将水直排地 面。若地质条件较复杂或井较深，可采用沿斜井井筒敷设排水管 路的方法，将水直排地面。 这种排水系统的水平和泵房数量少，系统简单可靠，基建投资和 运行费用少，维护工作量要减少一半以上，需用的人员也少，便 于管理，而且上、下水平的排水设备互不影响。（图1.1）。
图1.2
根据上述的有关规定,本着尽量减少水 泵数量的原则,幵且考虑基建、维护、运行 成本的简易程度，选用方案一作为本设计 的排水方法.
第二章 水泵的选型及台数计算
2.1初选水泵的型号和台数 选择水泵的型式和台数应符合《规程》和《规范》的 规定。若有两种或两种以上符合要求时，应选其中尺寸小， 效率高的水泵，而且水泵的台数应尽可能少。只有在丌得已 的情况下，才采用两台水泵幵联排水。
m /h m /h
3
3
； ； m /h
3
Q B — 工作水泵的排水能力， Q — 工作水泵和备用水泵的 Q B — 检修水泵的排水能力，
； m /h
3
排水能力， m /h
3
1.2—《煤矿安全规程》规定的排水设备能力系数。
b)估算水泵必须的扬程：
H B H c (1
0 . 1 ~ 0 . 12 sin
为确保排水设备经济运行，对竖井其装置效率， z 0 . 6
对斜井其装置效率， z 0 . 5
根据式(3-17)，在合理工况中，分别计算出装置效率， 选出装置效率较高的泵和管路系统作为优选排水设备，从 而确定水泵型号、台数、管路系统及其布置方式。
2.6.1若电机效率η d=0.92, 工况效率η m1=0.78，管路 效率 η g1=HC/Hm1=320/330=0.97， 则装置效率为： η z1=η m1η dη g1η c =0.78×0.92×0.97×0.98 =0.68(η z≥0.6)
图1.1
1.1.2 方案二 分段排水系统 分段排水系统，是指井下的涌水通过几段排水设备转排到地面。 一般适用于矿井较深，又受排水设备能力所限制的矿井排水。另 外，多水平同时开采同时开采时，为减少井筒内管路敷设的趟数， 也常采用分段排水系统。 图（a）是竖井单水平开采时，由于井深已超过水泵可能产生的扬 程时，可在井筒中部开拓泵房和水仓（相当于两个水平分段排水 系统）将水经两段排水设备排至地面。此图也可表示为竖井多水 平开采时的分段排水系统。图（b）是斜井两个水平同时开采时 的分段排水系统。 采用中继排水，在井筒中部设置一套排水系统，可有效降低主排 水设备的扬程，从而降低主排水设备的规模。缺点是当一套排水 设备发生故障是，会影响整个矿井的排水，而且设备数量较多井 筒中的管路复杂，不利于安装和维护。（图1.2）。
9.0～75.0
9.0～75.0 9.0～75.0 9.0～75.0
54
57 60 63.5
3.0～11.0
3.0～13.0 3.0～14.0 3.0～14.0
108
114 121 127
3.5～28.0
4.0～28.0 4.0～32.0 4.0～32.0
203
219 245 273
6.0～50.0
第三章 排水管道选型计算及管道的布置
3.1排水管选择计算
a）.计算根据《规范》第2－138条,管径常按经济流速Vp=1.5～2.2m/s计算:
d p 0 . 0188
Qe Vp
m
式中 dp————排水管内径(计算),m. 对于D450-60水泵，额定流量为 450m3/h
d p 0 . 0188
表2.2 D450-60 8型离心泵参数：
型号 级 数 流量 (m3/h) (L/ s) 扬 程 H (m) (r/m in) 转速 n 功率P(KW) 轴功率 Pa 电 动 机 功 率 效 率 ％ 必需 汽蚀 余量 (NPS H)r (m) D50057 6 500 139 399 1480 671 850 81 5 Y500 3-4 （IP 23/6 kv） 泵重 (kg)
2.6.2若工况效率η m3 =0.76，管路效率 η g3=HC/Hm3=320/328=0.98, 则装置效率为： η z3=η m3η dη g3η c
由此可选定 D500-57型水泵3台，排水管路选 YB-231-70-φ299×8 管 两趟，吸 水管规格为 YB-231-70-φ325×8 =0.8×0.92×0.98×0.98 =0.7(ηz≥0.6)