煤矿固定机械设备--排水设备

悬臂式水泵
a、悬架式悬臂水泵
型号
IS 80 — 65 — 160
叶轮名义直径，mm 泵压出口直径，mm 泵吸入口直径，mm 符合ISO标准的单级单吸悬臂式清水离心泵
悬臂式水泵
b、托架式悬臂水泵
结构
b、托架式悬臂水泵
型号
4 BJ 35
A
叶轮经过第一次切割 扬程，m 配机械密封的单吸悬臂式离心泵 吸水口直径被20除后的值
1、D型泵的构造
转动部分 （2）泵轴
材料
45号钢锻造加工
作用 传递扭矩和支承套装在它上面的其它转动部件。
轴套 防止泵轴锈蚀
一、D型泵的构造
转动部分 （3）平衡盘
平衡水泵的轴向推力。
产生轴向推力的原因： (1)由于作用在叶轮前，后轮盘上的 压力不平衡； (2)由于叶轮内水流动量发生变化； (3)由于大小口环磨损严重，泄漏量 增加，使叶轮前后轮盘上的压力分布 规律发生变化
一、D型泵的构造
转动部分 （3）平衡盘
危害
由于轴向推力的存在会使高速旋转的 叶轮与泵壳接触，造成破坏性的磨损； 过量的轴向窜动，会使轴承发热，增 大电动机的负荷；会使互相对正的叶 轮出水口与导水圈的导叶进口发生偏 移，产生冲击和涡流，降低水泵的效 率，严重时会使水泵无法工作
一、D型泵的构造
转动部分 （3）平衡盘
断层破碎带常大量积水，特别是断层与含水层 或地表水沟通时，补给丰富，威胁更大。
采空区水
旧巷或采空区积水，往往静水压力大，来势猛， 且常含有害气体，易造成人身事故。
水力采煤和水砂充填后的废水
煤矿常见的水源
一、矿山排水系统
（2）矿井排水设备的任务 将矿水及时地排到地面，为井下生产创造良好的工作环境，保证
第三篇 矿山排水设备
第十一章 概述
在矿井建设和生产中，从 各种渠道来的水源源源不断地 涌入矿井，如不及时排除，必 将影响煤矿的安全生产，因此 必须设置水泵，把涌入矿井的 水及时排至地面。参考图11-1
第十一章 概述 1 2 3
矿山排水系统 离心式水泵的结构 离心式水泵的原理
4 离心式水泵的性能参数
离心式水泵的结构
单级水泵
2、 单级水泵
只有一个叶轮的泵为单级泵。
单级泵
悬臂式 两端支承式
悬臂式水泵
a、悬架式悬臂水泵
结构
平衡孔
悬臂式水泵
a、悬架式悬臂水泵
用途 广泛用于工矿企业、城市给水、农田排灌， 输送清水或物理、化学性质类似于清水的 其他液体介质。
性能范围
Q=6.3m3/h~400m3/h H=5m~125m 工作介质温度不大于80℃。
并有清水泵、耐磨泵和耐酸泵； (2)效率高，是我国设计制造的多级离心式水泵中，效
率最高的一种水泵； (3)采用单列向心滚柱轴承，减少了水泵的静阻力矩，
提高了机械效率；同时，此轴承还可以满足运转时泵轴的 轴向窜动；
(4)通向吸水侧填料箱的水封管在进水段内部，不裸露 在外边；
(5)扬程特性曲线较平缓，没有上凸部分，且初始扬程 较高，有利于水泵的稳定运行；零流量时功率低，有利于 电动机起动；效率曲线平坦，因而扩大了它的工业利用区。
轴承部分
单列向心滚柱轴承
为了防止水进入轴承，泵轴两侧 采用“Ｏ”型耐油橡胶密封圈和 挡水圈。
1、D型泵的构造
水泵的密封
水泵各段之间的静止结合面采用纸垫密封。 转动部分与固定部分之间的间隙是靠密封环及填料来密封的。
1）密封环
1、D型泵的构造
水泵的密封 2）填料装置
泵轴穿进水段 泵轴穿出水段
防止空气进入 防止高压水流出
一、D型泵的构造
水泵的密封 2）填料装置
填料
油浸石棉绳 （石棉盘根）
1、D型泵的构造
水泵的密封 2）填料装置
水封环 进水侧填料箱中部 水泵中段引来压力水
1、D型泵的构造
水泵的密封 2）填料装置
填料压盖 压紧填料
2、水泵的型号意义
表6-1 部分离心泵型号中某些汉语拼音字母通常所代表的意义
排水管可沿井筒 敷设或敷设在专 用钻孔中，
(一) 单水平开采的排水系统
分段排水系统
（b）井筒中部开拓泵房和水仓 （c）只开中间泵房，不开水仓
优点是上、下设备互不影响， 可靠性高，但开拓工程量大；
优先采用
不开拓中间水仓，但因要求 上、下任意两台水泵都能串 联工作，而使管路布置十分 复杂，并且下部的排水设备 可能受到全井深的水头压力。
矿山排水系统
一、矿山排水系统
1、排水设备的任务和分类
（1）矿水
大气降水
大气降水可能从地表低洼地通过塌陷区裂隙或 井口灌入井巷，造成灾害。
矿水
涌入矿 井的水
地表水 含水层水 断层水
地表水指河、湖、塘、沟及水库的积水。
含水层水如砂砾层含水、石灰岩溶洞水，两者 可能通过裂隙、断层、旧巷等通道进入井巷。
2）排水扬程（排水高度） 泵轴线到排水管出口处之间的垂直高度，称为排水扬程。 3）实际扬程（测地高度） 从吸水井水面到排水管出口中心线间的垂直高度，称为实际扬程。 4) 总扬程 总扬程H为实际扬程、损失扬程和在水在管路中以速度v流动时所需的（速
度水头）扬程之和，称为水泵的总扬程
3、功率
水泵在单位时间内所做的功的大小叫做水泵的功率。 1） 水泵的轴功率
(二) 多水平同时开采的排水系统
1、独立排水系统 当各水平涌水量都较大时，在各水平
分别设置水仓、泵房和排水设备，以 便将各自水平的水直接排至地面。
✓ 优点是上、下水平互不干扰； ➢ 缺点是设备多，管路多。
(二) 多水平同时开采的排水系统
2.集中排水系统 当上水平的涌水量较小，没有必要单
独设置排水设备时，可将上水平的水 下放到下水平，而后由下水平的水泵 排至地面。
人员的安全工作和机械、电气设备的良好运转。 （3）涌水量
矿井涌水量：
在单位时间内涌入矿井的总水量称为矿井涌量用q表示，其单位是m3/h。
最大涌水量：
雨季和溶雪期涌水多，称这时的涌水量为最大涌水量，用qmax表示，所 对应的涌水时间为最大涌水时间，用tmax表示。
正常涌水量：
其它时间涌水量大致均匀，称这时的涌水量为正常涌水量，用qz表示，所 对应的涌水时间为正常涌水时间，用tz表示。
字母 D DG DL DS
F JC
意义
字母
分段式多级泵
KD
分段式多级锅炉给水泵
QJ
立轴多级泵
S
首级用双吸叶轮的分段式 M 多级泵
耐腐蚀泵
WB
长轴深井泵
WG
意义
中开式多级泵 井用潜水泵 单级双吸式离心泵
耐磨泵 微型离心泵 高扬程横轴污水泵
3、 D型水泵的特点及性能 (1)D型水泵的流量和扬程范围较大，适合于矿山排水，
电动机传给水泵轴的功率，即水泵的轴功率（输入功率）
2） 水泵的有效功率
水泵实际传递给水的功率，即水泵的有效功率（输出功率）用符
号 PX 表示。
px
QH
1000
六、离心式水泵的工作参数
4、效率：
水泵的有效功率与轴功率之比，叫做水泵的效率，用符号
表示。
QH PX
1000PZ PZ
5、转速 水泵轴每分钟的转速，叫做水泵的转速。
导叶
一、密封D部型分泵的构造
联轴器
泵体
叶轮 泵轴
平衡盘
轴套
转动部分
轴承部分
固定部分
1、D型泵的构造
1、D型泵的构造
转动部分 （1）叶轮
作用 形状
将电动机输入的机械能传递给水，使水的
压力能和动能得到提高。 比转数小反映机器的流量小，全压(或扬程、水头)高；
反之,比转数大则机器的流量大,全压（或扬程、水头）
水仓
作用：一是储存集中矿水，二是沉淀矿水 水仓至少有一个主一个副水仓，以便清理
时轮换使用。
水泵房
➢ 水泵房是专门为安装水泵、电机等排水设备而设置的硐室。 ➢ 泵房一般都设置在副井井底车场的附近。 原因如下： 1.运输巷道的坡度都向井底车场倾斜，便于流向水仓 2.运输方便 3.节约材料，参加了排水工作可靠性 4.改善工作环境 5.减少电耗。
六、离心式水泵的工作参数
6、允许吸上真空度或汽蚀余量 在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵吸水口处所允许的真空
度，叫做水泵的允许吸上真空度。用符号Hs表示。 水泵吸水口处单位重量的水超出水的汽化压力的富余能量，叫
做水泵的汽蚀余量。
水泵气蚀现象和汽蚀余量
水泵气蚀现象
泵在运转中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）因为某 种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开 始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡，当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时， 气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时，液体质 点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打 击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时 会将壁厚击穿。 在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵 中的汽蚀过程。水泵产生汽蚀后除了对过流部件会产生破坏作用以外，还会产生噪声 和振动，并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不能正常工作。
低。前者适合离心式,后者适合轴流式,混流式（斜流式）
取决于比转速
介于两者之间，所以可用比转数大小划分机器类型。 在设计机器时先按给定的参数计算比转数，再根据比
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转数大小决定机器类型。
1、D型泵的构造
转动部分 （1）叶轮
铸成一个整体
1、D型泵的构造
转动部分 （1）叶轮
叶片
➢ 后弯叶片 ➢ 出口安装角15°~40°常选用20°~30° ➢ 叶片数目一般5~12 • 低比转数6~8片 • 中比转数6片 • 高比转数5~6片
轴向力的平衡方法
1、利用叶轮对称平衡轴向力 2、改变叶轮形状平衡轴向力 3、利用止推轴承平衡轴向力 4、采用平衡装置平衡轴向力
一、D型泵的构造
转动部分 （3）平衡盘
轴向力的平衡方法
开平衡孔
一、D型泵的构造
转动部分 （3）平衡盘
轴向力的平衡方法
采用平衡叶轮
一、D型泵的构造
转动部分 （3）平衡盘
轴向力的平衡方法
(一) 单水平开采的排水系统 （二）多水平同时开采的排水系统
(一) 单水平开采的排水系统
单水平开采的排水系统
直接排水系统 分段排水系统
(一) 单水平开采的排水系统
直接排水系统
（a）竖井单水平开采
（d）斜井单水平开采
➢ 系统简单 ➢ 开拓量小 ➢ 基建费用低 ➢ 管理方便
全部矿水聚集于水 仓中，并用排水设 备直接排至地面。
悬臂式水泵
2、托架式悬臂水泵
型号
B 100 — 15
扬程，m 流量，m3/h 配填料密封的单吸悬臂式离心泵
悬臂式水泵
c、连体泵
悬臂式水泵
c、连体泵 屏蔽泵
潜水泵
悬臂式水泵
c、连体泵
支承泵
双支承结构：支承转子的轴承位于叶轮两侧。
S型泵
离心式水泵工作原理
离心式水泵工作原理
水泵启动前，先用 水注满泵腔和吸水管。 电机启动后，通过轴 带动叶轮旋转，位于 叶轮中的水在离心力 的作用下被甩向叶轮 周围压向泵壳，通过 排水管排至地面。
含水系数： ks=24q/Ar
矿井涌水量等级
一、煤矿排水系统
1、排水系统 涌入矿井中的水根据巷道标高不同有两种排水方式。
巷道高于地面的矿井
矿井涌水可沿巷道(平硐)一侧水沟自行流出矿外
巷道低于地面的矿井
可用排水设备将水排到地面。
目前，根据矿井深度、开拓方式、涌水时间以及各水平 涌水量的大小，可采用不同的排水系统。
水泵房
➢ 水泵房位置图
离心式水泵的结构
D 型泵
1、Ｄ型水泵
D型泵的构造
Ｄ型泵是单吸、多级、分段式离心泵。
它可输送水温低于８0℃ 的清水或物理性能类似 于水的液体。
其流量范围和扬程范 围大。
目前矿井主排水泵多 采用D型泵。D型水泵 经多年的发展已形成 系列，其结构形式基 本相同，只是尺寸大 小不同。
✓ 优点是只需一套排水设备； ➢ 缺点是上水平的水下放后再上
排，损失了水的位能，增加了 电耗。
(二) 多水平同时开采的排水系统
3.分段排水系统 将下水平的水用辅助排水设备排至上
水平的水仓中，然后集中排至地面。
➢ 缺点一旦上水平的排水设备发 生故障，两水平都有被淹没的 危险。
常用于具有下山的缓倾斜煤层矿井、且涌水量较小的情况
离心式水泵的工作参数
离心式水泵的工作参数
1、 流量 水泵在单位时间内所排出水的体积，称为水泵的流量，用符号Q表示，
单位m3/s , m3/h。
2、扬程 单位重量的水通过水泵后所获得的能量，称为水泵的扬程，用符号H表示，
单位为m。
2、扬程
1）. 吸水扬程(吸水高度) 泵轴线到吸水井水面之间的垂直高度，称为吸水扬程，用符号HX 表示，单位为m。
采用双叶轮
一、D型泵的构造
转动部分 （3）平衡盘
轴向力的平衡方法
布置对称叶轮
一、D型泵的构造
转动部分 （3）平衡盘
轴向力的平衡方法
平衡鼓 平衡盘
1、D型泵的构造
固定部分 进水段 出水段 中间段
吸水口，水平
出水口，垂直向上
1、D型泵的构造
固定部分
中间段
1、D型泵的构造
固定部分
出水段
1、D型泵的构造