流体机械,水泵的选型设计说明

流体机械课程设计

题目：矿井排水设备选型设计

1概述

2设计的原始资料

开拓方式为立井，排水高度为342m，正常涌水量为655m3/h；

最大涌水量为850m3/h；持续时间60d。矿水PH值为中性，重度为10003N/m3，水温为15℃。该矿井属于高沼气矿井，年产量为5万吨。

3排水方案的确定

在我国煤矿中，目前通常采用集中排水法。集中排水开拓量小，管路敷设简单，管理费用低，但由于上水平需要流到下水平后再排出，则增加了电耗。当矿井较深时可采用分段排水。

涌水量大和水文地质条件复杂的矿井，若发生突然涌水有可能淹没矿井。因此，当主水泵房设在最终水平时，应设防水门。

在煤矿生产中，单水平开采通常采用集中排水；两个水平同时开采时，应根据矿井的具体情况进行具体分析，综合基建投资、施工、操作和维护管理等因素，经过技术和经济比较后。确定最合理的排水系统。

从给定的条件可知，该矿井只有一个开采水平，故可选用单水平开采方案的直接排水系统，只需要在2343车场附近设立中央泵房，就可将井底所有矿水集中排至地面。

4水泵的选型与计算

根据《煤矿安全规程》的要求，主要排水设备必须有工作水泵、备用水泵和检修水泵。工作水泵的能力应能在20h 内排除矿井24h 的正常涌水量（包括充填水和其他用水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%，并且工作水泵和备用水泵的总能力，应能在20h 内排出矿井24h 的最大泳水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。水文地质条件复杂的矿井，可根据具体情况在主水泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另增设水泵。

排水管路必须有工作和备用水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h 内排完24h 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20h 内排出矿井24h 的最大涌水量。 4.1水泵必须排水能力计算

正常涌水期

h m q q Q z z B /7866552.12.12024

3=⨯===

最大涌水期

h m q q Q /10208502.12.12024

3max max max =⨯===

式中 B Q ——工作水泵具备的总排水能力，3/m h ；

max Q ——工作和备用水泵具备的总排水能力，3/m h ；

z q ——矿井正常涌水量，3/m h ； max q ———— 矿井最大涌水量，3/m h 。

4.2水泵所需扬程估算

由于水泵和管路均未确定，无法确切知道所需的扬程，所以需进行估算，即

385m 0.94

342H H g

sy

B =+=

=

η

式中 B H ——估算水泵所需扬程，m ；

sy H ——侧地高度，即吸水井最低水位至排水管出口间的高

度差，一般可取sy H =井底与地面标高差+4（井底车场与吸水井最低水位距离），m ；

g η——管路效率。当管路在立井中铺设时，g η=0.9～0.89；

当管路在斜井中铺设，且倾角α>30o 时,

g η=0.83～0.8；α＝30o ～20o 时，g η＝0.8～

0.77；α＜20o 时，g η＝0.77～0.74。

4.3水泵的型号及台数选择

4.3.1水泵型号的选择

根据计算的工作水泵排水能力，初选水泵。从水泵产目录中选取D450-60×11型号泵，流量550～400 m 3/h 额定扬程594～676.5m 。则：

4.3.2水泵级数的确定

0.65594385

H H i i B ===

取i =1级

式中 i ——水泵的级数；

i H ——单级水泵的额定扬程，m 。 4.3.3水泵台数确定

工作泵台数

1.32594

786

Q Q n e B 1=≥=

取n 1=2

备用水泵台数

n 2≥0.7n 1=0.7×2=1.4和n 2≥Q max /Q e -n 1=1020/594-1=1.72 取n 2=2 检修泵数

n 3≥0.25 n 1=0.25×2=0.5，取n 3=2 因此，共选5台泵。

5管路的选择

5.1管路趟数及泵房内管路布置形式

根据泵的总台数，选用典型五泵两趟管路系统，一条管路工作

一条管路备用。正常涌水时，两台泵向一趟管路供水；最大涌水时，四台泵同时工作就能达到20h 内排出24h 的最大涌水量，故从减少能耗的角可采用两台泵向两趟管路供水，从而可知每趟管路内流量Q e 等于两台泵的流量。

5.2管材的选择

由于井深远大于200m ，确定采用无缝钢管。

5.3排水内径

0.374m

～0.3092.2

～1.5594

0.0188

v Q 0.0188

v 36004Q d p

p

p

====

π式中 p d ——排水管内径，m ； Q ——排水管中的流量，3/m h ；

p v ——排水管内的流速，通常取经济流速p v ＝１.５～２.２

（ｍ／s ）来计算。

从表1－１预选Φ351×８无缝钢管，则排水内径p d =（351-2×8）mm = 335mm

表1-1热轧无缝钢管 （YB231-70）

5.4壁厚验算

p 0.5d 1C δ⎛⎫

≥+ ⎪ ⎪⎝⎭

式中 p d ——所选标准内径，cm ；

z σ——管材许用应力。焊接钢管z σ=60MPa ，无缝钢管z σ=80MPa ；

p ——管内水压，考虑流动损失，作为估算0.011p a B =H MP ；

C ——附加厚度。焊接钢管0.2C cm =，无缝钢管0.1~0.2C cm =。

0.8cm

0.780.11

1-2960.0111.3-803710.0110.48035.50.5≤=+⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯+⨯= 所选标准壁厚应等于或略大于按上式计算所得的值。吸水管壁

厚不需要验算。因此所选壁厚合适。

5.5吸水管径

据根选择的排水管径，吸水管选用Φ377×８无缝钢管。

6工况点的确定及校验 6.1管路系统

管路布置参照图1-2所示的方案。这种管路布置方式任何一

台水泵都可以经过三趟管路中任意一趟排水，排水管路系统图如1-2所示。