矿山流体机械—1. 排水设备-4节

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10.1 概述
一、矿井水的来源及性质
1. 矿井水的来源：地表水、地下水
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2. 用涌水量反映矿井水的大小
绝对涌水量 & 相对涌水量 最大涌水量（期） & 正常涌水量（期）
3. 含水系数K
用同时期内相对于煤炭产量的涌水量作为比较各矿井涌水量大小的参数。
K 24q , m3 t T
10.5 排水设备选型设计
一、选型设计必备的资料和具体任务 二、选择水泵的型式和台数 三、计算管径、选择管材 四、设计计算管路特性 五、确定工况点、工况参数 六、验算、吸水高度计算 七、耗电量、排水费用计算 八、选择最佳设计方案
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10 排水设备
10.1 概述
一、矿井水的来源及性质 二、矿井排水设备组成 三、对排水设备的要求 四、矿井排水设备的分类、工作原理及主要组成部分 五、矿井排水系统 六、水仓、水泵房和管子井
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离心泵结构组成
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D型泵构造简图
1—前段；2—中段；3—叶轮；4—导水圈；5—轴；6—螺栓；7—后段；8—平衡板；9—平衡盘；10—尾盖；11—轴承架；12—大口环； 13—小口环；14—轴套；15—轴承；16—弹性联轴节；17—填料压盖；18—填料
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旋转叶轮与相邻固定部件之间有环形缝隙，高压区的水通过缝隙向低压区泄漏： （1）通过叶轮入口密封环间隙泄漏的水被重新吸入叶轮，形成绕流叶轮前盘的循环流 动； （2）在单级泵中，叶轮后盘外侧空腔中的压力水通过缝隙向泵外泄漏； （3）在多级分段式泵中，由于密封间隙两侧水压不等而发生从下游级往上游级方向的 串水。 循环水、外泄水和级间串水都会消耗能量。间隙越大，容积损失也越大。但间隙过小 会影响叶轮的正常转动。因此，通常采用可更换的密封环（也称口环），既保证有适当 的间隙，又便于磨损后修复。安装在叶轮进口的前端盖与叶轮前盘之间的口环直径大， 称为大口环；安装在叶轮后盘侧的泵壳与叶轮轮毂之间的口环直径小，称为小口环。 有的泵体和叶轮的材料耐冲刷，或者泵送流体的有特殊性，不易造成泵体和叶轮之间 间隙的磨损。因此不需要设置密封口环。
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10 排水设备
10.3 离心泵在管路上工作
一、排水管路压头特性 二、运转工况点的确定 三、水泵汽蚀与吸水高度 四、水泵启动与停止 五、水泵正常工作条件 六、离心泵联合工作 七、矿用离心泵的调节
10.4 水泵性能测定原理
一、水泵性能测定的目的 二、测定原理方法
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1. 常用的矿用水泵
（1）单级、单吸水泵 （2）卧式、单吸、多级分段式水泵 （3）卧式、多级螺壳水泵 （4）深井泵 （5）吊泵 矿井排水设备多采用离心式。
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2. 离心式水泵的分类
（1）叶轮压头：低压、中压、高压。 （2）叶轮数目：单级、多级。 （3）吸入方式：单吸、双吸。 （4）叶轮结构：开式、半开式、闭式。 （5）泵壳结构：整体外壳式、分段外壳式和螺壳式水泵。 （6）按照泵轴的位置：立式和卧式水泵。
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2. 对移动式排水设备的要求
其特点是随着掘进工作面的推进或水位下降而移动。 （1）水泵应适合流量变化不大而扬程有较大变化的需要，有较好的吸水性能，保证把局 部（水窝）的水排干。 （2）垂直泵轴平面上的外形尺寸较小，适于在横截面小的巷道中工作； （3）移动方便迅速。
四、矿井排水设备的分类、工作原理及主要组成部分
矿井排水设备分为固定式（根据其服务范围又分为：主排水设备、区域排水设备、辅助 排水设备）和移动式。
1. 对固定排水设备的要求（煤矿安全规程）
装在井下专门峒室内的固定式排水设备，即使在短时间内遇到破坏，也可能淹没坑道。 （1）井下主排水设备应有工作水泵（n1台，20h内排出矿井24h的正常涌水量）、备用水泵（ n2≥70%n1 ， 工 作 和 备 用 水 泵 的 总 能 力 应 在 20h 内 排 出 矿 井 24h 的 最 大 涌 水 量 ） 和 检 修 水 泵 （ n3≥25%n1）。可据水文地质条件情况在主泵房内预留一定数量水泵的安装位置。 （2）必须有工作和备用水管（排水能力） （3）配电设备应同工作、备用和检修水泵相适应，并能够同时开动工作和备用水泵；主泵房的 供电线路不得少于两条回路，每一条回路应能担负全部负荷的供电。 （4）工作的水泵机组必须工作可靠。 （5）主排水设备应有预防涌水突然增加致使设备被淹没的措施。 （6）较高的运行效率。 （7）尽量采用体型小的泵，以减小泵房尺寸，结构上应适于在井下安装、拆卸、运输和维修。 （8）电气设备应是防爆型的（KB，Ex）。
1—叶轮； 2—泵壳； 3—主轴； 4—压出室； 5—吸入室
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单级、单吸离心泵
1—吸水管；2、4—叶轮；3、5—导叶；6—压出室
单吸、多级离心泵
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3. 离心泵的基本结构
离心泵的主要部件有叶轮、吸水室(进 水段)、螺壳(出水段)以及多级分段式 水泵中的导水和返水圈，这些部件统 称作通流部件。除此之外，还有密封 环、填料箱和平衡盘等重要的辅助部 件。
其中：q—绝对涌水量，m3/h；T—同期内煤炭产量，t。
4. 矿井水的性质
密度比清水大，一般为1015～1020kg/m3； 强酸性矿井水对机械设备具有强烈腐蚀作用，可采取的措施：水中加石灰等碱性物质 中和；采用耐酸泵、管路防腐处理。
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二、矿井排水设备组成
矿井排水设备由水泵、电 动机、启动设备、管路及管 路附件、仪表等组成。
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1-离心式水泵；2-电动机；3-启动设备 ；4-吸水管；5-滤水器；6-底阀；7-排 水管；8-调节闸阀；9-逆止阀；10-旁 通管；11-引水漏斗；12-放水管；13防 水 闸 阀 ； 14- 真 空 表 ； 15- 压 力 表 ； 16-放气栓
矿井排水设备示意图
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三、对排水设备的要求
山东科技大学
矿山流体机械
机械电子工程学院
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教材及参考书
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10 排水设备
10.1 概述
一、矿井水的来源及性质 二、矿井排水设备组成 三、对排水设备的要求 四、矿井排水设备的分类、工作原理及主要组成部分 五、矿井排水系统 六、水仓、水泵房和管子井
10.2 离心泵工作理论
一、离心式水泵的工作参数 二、离心式水泵工作理论 三、涡轮机（泵与风机）的相似理论