水环真空泵选型设计中泵入口绝对压力的计算

第29卷第1期山西煤炭

-26Vol

张国庆

(阳煤集团机电动力部,山西阳泉045000)

摘要:通过水环真空泵的选型计算过程,

力的问题进行了分析和工程实例的对比,提出了水环真空泵入口绝对压力的计算方法。

关键词:水环真空泵;入口绝对压力;计算

中图分类号: TD63+7; TD712+. 6文献标识码: A文章编号: 167225050 ( 2009) 012

水环真空泵与其它类型的瓦斯抽放设备相比,

具有运行噪音小、拆装、维护方便、适用范围广等优

特别是当抽出瓦斯浓度达到爆炸界限时,也没有

爆炸危险,具有较高的安全性。因此,在瓦斯浓度经

常变化的矿井已逐步取代罗茨真空泵,使用日益广

泛。在水环真空泵选型计算中,泵入口绝对压力如

,将直接影响到泵流量的确定,采用不同的计

,结果会相差很多,一些问题值得探讨。

水环真空泵选型设计中有关参数的确定

我们知道,矿井瓦斯抽放量、瓦斯泵压力、泵入口

绝对压力是水环真空泵选型设计中重要的3个参数。

矿井瓦斯抽放量

Q K=ΣQ c

X・η・K。(1)

Q K———矿井瓦斯抽放量, m3/m in;

∑Q c———矿井抽出的纯瓦斯量之和,m3/min;

X———瓦斯泵入口处瓦斯浓度,X≥0. 3;

η———瓦斯泵效率, 0. 8;

K———抽放备用系数,K= 1. 2。

瓦斯泵压力

瓦斯泵压力是从井下钻孔开始,经过瓦斯抽放h z—h o—h c——用户在瓦斯管出口所需正压K———备用系数,K=1. 2。1.3泵入口绝对压力当前,水环真空泵入口绝对压力P r在地大气压力P1P r=P-H B=P- [ (h+h z) + (h+h c式中:P r———泵入口绝对压力, Pa;P1———当地大气压, Pa;其它符号意义同式( 2)。目前,压力P0= 101 325 Pa、进气温度T0态下,将按照公式( 1)抽放量换算成工况状态下流量,即:Q B=Q k・P0・T1P r・T0。式中:Q B——泵入口吸气量, m3/m in;Q k———矿井瓦斯抽放量, m3/m in;29No. 1M ar.2009水环真空泵选型设计中泵入口绝对压力的计算对是否将泵排气口正压管路阻力计入泵入口绝对压0027203SHANX I COAL

2009年3月——井下抽放钻场或钻孔口所需负压, Pa;

点, ———地面正压管路系统全部阻力损失, Pa; ,

Pa;

-10640何计算通常是取泵所与瓦斯泵压力的差值。即:

算方法) ]・K。( 3)

我国水环真空泵性能曲线都是按照工况

11状态的流量绘制的。水环真空泵性能曲线是在出口

= 273 + 20 K状

不同直径的叶轮在不同转速时泵吸入口吸气

式中:量与吸入口处绝对压力间的关系曲线。所以,需要

计算得到的标准状态下的矿井瓦斯

( 4)

12—

管路至瓦斯泵,再从瓦斯泵送到用户所消耗的全部P0———标准大气压,P0= 101 325 Pa;

阻力损失之和,即:

H B= [ ( h i+ h z) + ( h o+ h c) ] ・K。(2)

式中: H B———瓦斯泵压力, Pa;

h i———井下负压管路系统全部阻力损失, Pa;

收稿日期: 2008207208 T0———瓦斯抽放行业标准规定的标准状态的

绝对温度, T0= 273 + 20 , K;

P r———泵入口绝对压力, Pa;

T1———泵入口抽放气体的绝对温度, 273 + t , K;

作者简介:张国庆( 1970—) ,男,山西平定人,本科,工程师,从事大型固定设备的运行及检修。

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2009年3月

t———泵入口抽放气体的温度, ℃。山西煤炭

更加合理。

第29卷

经分析计算,当T1- T0≤15 ℃时,温度变化对泵吸气量的影响小于 5 % ,所以在选型过程中一般

可假设T1= T0,忽略温度的影响。因而,泵入口绝

对压力P r就决定着水环泵入口吸气量的大小。

P r P1- ( h i+ h z) ・K。

符号意义同式( 3) 。

3工程实例

( 7)

根据公式( 3 ) 和( 4 ) , 当泵所在地大气压力越低,则泵吸入口绝对压力就越小。为满足矿井瓦斯

抽放量的要求,泵的吸气量应是矿井瓦斯抽放量的

P0/P r倍。

2泵入口绝对压力的分析推导

从水环真空泵工作原理可知,泵在工作过程中

叶轮轮毂和水环之间是一个月牙形空间。当叶轮相临两叶片间所包容的容腔逐渐增大时完成吸气过

程。当容腔逐渐减小时,气体将被排出。理论上,泵吸入多少气体就应排出多少气体。由于吸气口和排气口的压力、温度不同,其气态参数将发生变化,但

某矿井瓦斯抽放站改造工程,井下负压管路系统总阻力h i= 16 809 Pa,钻孔抽放口负压h z= 1 962 Pa,地面正压管路系统总阻力h0= 10 293 Pa, 矿井

瓦斯抽放量619 m3/m in,瓦斯浓度38. 9 % ,当地大

气压力P1= 92 822 Pa。

现用公式(5 ) 和( 6 )分别计算水环真空泵吸入口绝对压力、总吸气量和泵台数。

3. 1公式(3)算法

P=P- H B=P- [ (h+h z) + (h0+h c) ] ・K =

92 822 - [ (16 809 + 1 962) + 10 293 ] ×

1. 2 = 57 945 Pa。

其变化应符合气体状态方程:

P

0T1

Q B=Q k・= 101 325

×

619 = 1

082

m3/m

in。

P1・V1/ T1= P2・V2/ T2。(5) P r・T057 945

P1、V1、T1和P2、V2、T2分别为吸气腔和排气腔的气态参数。由式( 5 )可知,温度、压力、流量是本

压力腔的气态参数,每个腔的某一参数改变只能影响本腔另两个参数的改变,而不会改变另一个腔的气态参数。下面我们应用伯努利方程推导泵入口绝

对压力:

根据计算结果, 选淄博水环真空泵厂2B EC72 泵。转速为240 r/m in;电机功率为630 kW ; 在绝压58 000 Pa下,泵的工况流量为460 m3/m in。需水环

真空泵3台,备用2台。

3. 2公式(7)算法

P r= P1- ( h i+ h z) ・K = 92 822 - ( 16 809 +

1 962) ×1.

2 = 70 297 Pa。

P0・T0×

619

Q B=Q k・= 101 325 3 /m in。

P r・T070 297 = 892 m

图1水环真空泵在瓦斯抽放系统中工作

水环真空泵在瓦斯抽放系统中工作如图 1 所示。将系统分为两段,对来流段以吸风方式工作,对

出流段以压风方式工作。如图1,取两个截面: Ⅰ—

Ⅰ截面为系统入口前未受到水环真空泵工作干扰的某一截面,因未受干扰,故V1= 0, P1= P a; Ⅱ—Ⅱ截面为真空泵入口截面,此处全压为H2。就Ⅰ—Ⅰ和

Ⅱ—Ⅱ截面应用伯努利方程,得:

根据计算结果, 选淄博水环真空泵厂2B EC72 泵。转速为240 r/m in;电机功率为630 kW ; 在绝压70 300 Pa下,泵的工况流量为455 m3/m in。需水环

真空泵2台,备用1台。

可以看到, P r计算的合理与否,对总吸气量、瓦斯泵台数影响很大。目前采用的泵吸入口绝对压力计算公式( 3 )由于计入排气段正压管路阻力,从而

使吸气口绝对压力计算值更小, P0/ P r增加,泵的吸

气量增加。尤其当排气口正压阻力较大时, 按照

P1= H2+ △H1 - 2。

即: H2= P a- △H1 - 2

式中: △H1 - 2 ———系统中吸风段风压损失, Pa。(6) (4)式计算得到的泵的吸气量将增加更多。由于吸

气量计算的不合理,造成泵的工作台数、备用台数增

多、泵站面积增大,基建投资大幅增加,在实际运行