水泵选型毕业设计指导书

矿井排水毕业设计指导书李凡编重庆工程职业技术学院二○○八年三月一、 设计任务选型设计的任务是根据矿山具体条件，在现有产品中对水泵机组及管路进行合理的选择，以保证安全、经济、可靠地运转。

具体内容包括： （1）确定排水系统； （2）选定排水设备； （3）提出经济核算结果； （4）绘制泵房及管路布置图。

二、原始资料(1) 矿井同时开采水平数，井口及各水平标高；(2) 各开采水平的正常涌水量和最大涌水量，以及出现的时间； (3) 水的物理化学性质； (4) 矿井年产量； (5)井底车场布置图。

三、计算步骤和方法在选型计算中，必须遵守《煤矿安全规程》（简称“规程”）和《煤炭工业设计规范》（简称“规范”） 的有关规定。

具体步骤和方法如下。

1. 水泵的选型计算规程对主排水设备的水泵要求是：必须有工作、备用和检修的水泵，其中工作水泵的能力，应能在20h 内排出矿井24h 的正常涌水量（包括填充水和其它用水）。

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 的最大涌水量。

检修水泵的能力，应不小于工作水泵能力的25％。

水文地质条件复杂或有突水危险的矿井，可根据具体情况，在主要泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另外增设水泵。

1）水泵必须的排水能力 正常涌水量时：q qQ B 2.12024==m 3／h 最大涌水量时max maxmax 2.12024q q Q B ==m 3／h 式中 q 、m ax q —— 分别为矿井的正常涌水量和最大涌水量，m 3/h 。

2）水泵必须的扬程gxp B H H H η+=，m式中： H p — 排水高度，取水泵房地板到井口垂高，m ；H x — 吸水高度，一般取H X =4～5m ；g η —管路效率。

对竖井，g η = 0.9～0.87；对斜井，当倾角α>300时，g η = 0.83～0.8；当α= 200～300时，g η = 0.8～0.77；当α＜200时，g η = 0.77～0.74。

3）预选水泵的型式根据Q B 、H B 及矿水的pH 值，从泵类产品样本中选取水泵，最好是一台水泵就能达到所要求的排水能力。

在满足要求的各型水泵中，优先选择工作可靠、性能良好，体积小，质量小而且价格便宜的产品。

当矿水的pH 值小于5时，应选用耐酸泵。

若采用多级水泵，其级数为B H i =／i H式中 i H — 所选水泵的单级额定扬程，m 。

若求出的级数i 介于两整数之间，取偏上的整数当然满足要求，但取偏小整数有时也能达到要求。

这时究竟偏上还是偏下，应经过技术经济比较后才能确定。

4）校验水泵稳定性为保证水泵工作的稳定性，应满足:H c ≤0.9 H 0 H c =H x +h p通过稳定性校验，可以淘汰不能满足稳定性要求的水泵，从而减少可比的方案数。

5）确定水泵台数 （1）正常涌水时工作水泵的台数eBQ Q n =1 式中B Q — 水泵的额定流量，m 3/h 。

(2) 备用水泵的台数2n ≥0.71n eB Q Q n n max21=+ 取两者中的大者。

（3）检修水泵的台数3n ≥0.251n在上面公式中，均取偏上的整数。

对水文地质复杂的矿井，按《规程》要求，应增设水泵或在泵房内预留安装水泵的基础。

2．管路的选择计算1）确定管路的趟数《规程》对管路作了规定：主要排水设备必须有工作和备用管路，其中工作管路应能配合工作水泵在20h 内排出矿井24h 的正常涌水量。

工作管和备用管的总能力，应能配合工作水泵和备用水泵，在20h 内排出矿井24h 的最大涌水量。

2）泵房内管路的布置泵房内管路的布置排水管路布置如图所示，a 为两台水泵一趟管路；b 为两台水泵两趟管路；c 为3台水泵两趟管路；d 为4台水泵三趟管路布置方式。

其共同特点是任意1台水泵可以向任意一趟管路排水。

3）管材的选择沿竖井敷设的水管，选用焊接钢管或无缝钢管；沿斜井敷设的排水管，在一般情况下，当压力小于1×106 N ／m 2时，可选用铸铁管，反之选用焊接钢管或无缝钢管。

吸水管一般选用无缝钢管。

当pH 值小于5时，要采用防酸措施。

4）管径的计算对于排送一定流量的管路来说，当采用的管径越大，其扬程损失越小，电耗越低，但所需的基建投资越大；而采用的管径越小，扬程损失就越大，电耗越高，基建投资越小。

因此，在确定管径时，必须综合考虑投资和运营两方面的问题。

现有不少文献给出了不同的最佳管径计算公式，但目前应用最多也最为方便的是按经济流速的方法来确定管径。

（1）排水管内径'='pe p v Q d π900 m（2）吸水管内径'='xe x v Q d π900 m上两式中 'p v —排水管的经济流速，一般取'p v =1.5～2.2m ／s ； 'x v —吸水管的经济流速，一般取'x v =0.8～1.5m ／s 。

吸水管内径也可按下式计算25.0+'='p x d d m根据计算的'x d 和'p d ，查手册选取标准管径。

当矿井排水垂直高度小于400m 时，可选用管壁较薄的管子。

当井深超过400m 时，可选用管壁较厚的管子。

5）管壁厚度的验算管子选定后，其壁厚也确定了。

但此厚度能否满足承压要求，需按下式进行验算⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⨯--⨯-+=c p R pdpR p)105.6(3.2)105.6(3.221166δ 式中：δ— 管壁厚度，m ；d —所选管子的外径，m ；p —水管内部工作压力。

作为估算可取p H p 4101.1⨯= N ／m 2H p —排水扬程，m ；R —管材许用应力。

铸铁管R = 20×106N ／m 2； 焊接钢管R = 60×106N／m 2； 无缝钢管R = 80×106N ／m 2；c — 附加厚度。

铸铁管c=0.007～0.009m ；焊接钢管c=0.002m ；无缝钢管c=0.001～0.002m所选标准管的壁厚应等于或略大于按上式计算所得的δ值。

吸水管壁厚不需验算。

3. 管路特性的计算 管路特性方程式为：2ARQ Hc H +=式中 A — 管内径变化而引起阻力损失变化的系数。

对于新管A=1；对于管内挂垢使管径缩小10%的旧管，A=1.7。

⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++++=∑∑545421)1(18p p p p p x x x x x d l d d l d g R λξλξπ 式中： λx 、λp — 吸排水管的沿程阻力损失系数，查资料；x d 、p d — 选定的吸、排水管内径，m ； p l — 排水管实际长度。

对于竖井：321)5.7(l l l H l p p +++-= m ；对于斜井：将Hp 按角度换算成斜长，其值为Hp/sin α。

1l — 水流经泵房内排水管的长度，一般取1l =20～30m ；2l — 管子道中的管子长度，一般取2l = 20～30m ；3l — 井口出水管长度一般取3l = 15～20m ； x l — 吸水管的总长度一般取x l = 8～10m ；x ξ∑、p ξ∑—吸、排水管路上的局部阻力损失系数之和。

管路附件品种及数量按照排水系统图中最远的一台水泵图8-6 管路附件流经的管件统计，局部阻力损失系数值查附表。

4．水泵工况点的确定在求得管路特性曲线方程后，可取不同的Q 1，计算出相应的1i H 和2i H ，剧此在Q-H 坐标图上画出管路的初期特性曲线1和挂垢后的特性曲线2，从而得到工况点M 1和M 2，如图8-7所示。

其工况参数分别为流量Q M1、Q M2，扬程H M1、H M2，效率ηM1ηM2轴功率P M1、P M2和允许吸上真空度H SM1、H SM2，或者NPHSR M1、NPHSR M2。

注意：厂方给出的水泵曲线是单级曲线，只要把扬程、功率乘以级数就变成多级曲线了。

5.吸水高度的计算在计算吸水高度时,可按允许吸上真空高度计算（老资料），也可以按允许汽蚀余量计算（新资料）。

（1）按允许吸上真空高度计算，此时应按水泵运转期间可能出现的最大流量所对应的H s 值进行计算：x H ＜x x SM h gvH --221在高原地区，气压较低或吸水井中水温高于200C 时,对1SM H 应按下式加以修正，然后将修正后的值[]1SM H 代入上式计算出H x 。

[H SM1]=H S -(10-31081.9⨯a p )+(0.24-31081.9⨯np ) m式中：[H SM1]—对应工况点M1修正后的允许吸上真空高度， m;H S —对应工况点M1的允许吸上真空高度， m; a p —安装地点的大气压，N/m 2;0.24—20oC 温度时水的汽化压力，m;p n —工作水温下水的饱和蒸汽压力，N/m 2（附表7）; （2）按允许汽蚀余量计算汽蚀余量△h 是另一个表示泵汽蚀性能的参数，也可用NPSH 表示。

汽蚀余量又分为有效汽蚀余量△h a 和必需汽蚀△h r 。

按照吸入装置条件所确定的汽蚀余量称为有效的汽蚀余量或称装置汽蚀余量，用△h a 表示。

由泵本身的汽蚀性能所确定的汽蚀余量称为必需汽蚀余量或泵的汽蚀余量，用△h r 表示。

1） 有效汽蚀余量△h a有效汽蚀余量△h a 是指泵在吸入口处单位质量液体所具有的超过汽化压力的富余能量，即液体所具有的避免泵发生汽化的能量。

有效汽蚀余量△h a ，由吸水管路系统确定，与泵本身无关。

有效汽蚀余量就是吸水井水面上的压力水头γaP 在克服吸水管的流动损失h x 、动能损失gv x22，并把水提高到H x 的高度后，剩余的超过汽化压力的能量。

根据有效汽蚀余量的定义，得△ h a =gv h H p P xx x na 22----γγ △ a p —安装地点的大气压，N/m 2;p n —工作水温下水的饱和蒸汽压力，N/m 22） 必需汽蚀余量△h r必需汽蚀余量△h r 与吸入系统的装置情况无关，是由泵本身的汽蚀性能所确定的。

必需汽蚀余量△h r 指的是：液体从泵吸入口至泵内压力最低点的压力降。

必需汽蚀余量△h r 的表达式为γγks r pph-=∆式中： p s—泵吸入口的压力；P k —泵内压力最低点。

3）有效汽蚀余量△h a和必需汽蚀余量△h r的关系△h a是吸入系统所提供的在泵吸入口大于饱和蒸汽压力的富余能量。

△h a越大，表示泵抗汽蚀性能好；而必需汽蚀余量是液体从泵吸入口至最低点的压力降，△h r越小，则表示泵抗汽蚀性能好，可以降低对吸入系统提供的有效汽蚀余量△h a的要求。

由前述已知，有效汽蚀余量△h a随流量的加是一条下降的曲线。