流体机械,水泵的选型设计

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>30时,

g η=0.83～0.8；α＝30～20时，g η＝0.8～

0.77；α＜20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

～1.55940.0188

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）

外径/mm

壁厚/mm 外径/mm 壁厚/mm 外径/mm 壁厚/mm

89 3.5～24.0 146 4.5～36.0 273 7.0～50.0 95

3.5～2

4.0

152 4.5～36.0 299 8.0～75.0 102 3.5～28.0 159 4.5～36.0 325 8.0～75.0 108 3.5～28.0 168 5.0～45.0 351 8.0～75.0 114 4.0～28.0 180 5.0～45.0 377 9.0～75.0 121 4.0～32.0 194 5.0～45.0 402 9.0～75.0 127 4.0～32.0 203 6.0～50.0 426 9.0～75.0 133 4.0～32.0 219 6.0～50.0 459 9.0～75.0 140 4.5～36.0 245

7.0～50.0

480

9.0～75.0

常用壁厚尺寸系列

2.5

3.0 3.5

4.0 4.5

5.0 5.5

6.0 6.5

7.0 7.5

8.0 8.5

9.0 9.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 25 28 30 32 36 40 50 56 60 63 70 75

5.4壁厚验算

p 0.40.5d 11.3p C p σδσZ Z ⎛⎫

+≥-+ ⎪ ⎪-⎝⎭

式中 p d ——所选标准内径，cm ；