矿井排水设备选型方法朱晓军.docx
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矿井排水设备选型方法朱晓军
摘要:
本课题的主要内容是矿山排水设备的选型及压水室形状对水泵性能的影响。
在此课题的过程中,主要运用分析、比较等方法,根据矿井安全生产的政策,法规,应用历史经验,结合煤炭行业发展现状,以安全可靠为根本,以投入少、运行费用低为原则的指导思想来进行综合的。
本课题来源与工程实际,因此在的过程中,通过多种渠道掌握给排水行业最新信息,初步选择排水方案并对设备选型,进行相关计算,确定设备工况,然后通过校验水泵的吸水高度、排水时间,以及对各方案水泵装置效率的比较,排除不合理的方案,最后再对方案进行经济核算以确定方案的合理性。
有关压水室的专题方面的讨论,进一步优化了水泵的整体结构。
关键词:
排水系统;水泵;工况点
目录
1绪论1
1.1矿水来源及涌水量1
1.2离心式水泵的分类1
1.3的指导思想2
2必备的原始资料和任务2
2.1的原始资料2
2.2任务2
3排水设备选型计算2
3.1依据原始资料2
3.2排水设备方案3
4确定泵房、水仓和管子道尺寸并绘制泵房布置图5
4.1估算泵房尺寸5
4.2基础尺寸6
4.3泵房尺寸6
4.4水仓、水房及吸水井的尺寸8
5离心泵结构和特点9
5.1概述10
5.2离心泵的工作原理、分类、型号及结构10
5.3离心泵的气蚀10
5.4离心泵型号及结构11
5.5离心泵的主要零部件11
参考文献13
浅谈矿山排水设备
1绪论
1.1矿水来源及涌水量
在矿井建设和生产过程中,涌入矿井的水流称为矿水。
矿井水的来源分为地面水和地下水,地面水是江、河、湖、溪、池塘的存水及雨水、融雪和山洪等。
矿水可以用单位时间涌入矿井内的体积来度量,称为绝对涌水量。
一般用“q”表示,其单位为m3/h。
涌水量的大小与该矿区的地理位置、地形、水文地质及气候等条件有关;同一矿井在一年四季中涌水量也是不同的,如春季融雪或雨季里涌水量大些,其他季节则变化不大,因此前者称最大涌水量,而后者称为正常涌水量。
为了对比不同矿井涌水量的大小,通常还采用同一时期内,相对于单位煤炭产量(以吨计)的涌水量作为比较参数,称它为相对涌水量,或称为含水系数。
若以K表示相对涌水量,则
(1-1)
式中q——绝对涌水量;
T——同期内煤炭日产量。
排水设备主要包括:
水泵、配套电机、管路、泵房、管子道、水仓及电控设备等。
1.2离心式水泵的分类
1.按叶轮数目分
(1)单级水泵 泵轴上有仅装有一个叶
(2)多级水泵 泵国上装有几个叶轮
2.按水泵吸水方式
(1)单吸水泵
(2)双吸水泵
3.按泵壳的结构分
(1)螺壳式水泵
(2)分段式水泵(3)中开式水泵
4.按泵轴的位置分
(1)卧式水泵
(2)立式水泵
1.3的指导思想
排水设备的选择要以选出的排水设备在整个矿井服务期限中都可以按有关规定的要求排除矿井涌水为原则。
排水系统的选择、设备的选型,以选出的整个系统在整个矿井服务期限内均能按有关规定的要求排除矿井涌水为原则,尽可能做到安全可靠,投资少,运行费用低,自动化程度高,维护方便。
为了改善煤矿生产条件,提高设备运行的安全性、稳定性,过程中还要注重科技发展新成果的合理应用。
2必备的原始资料和任务
2.1的原始资料
(1)竖井开拓,井口标高+58.00m,水平标高-260.00m;
(2)正常涌水量6.20m3/min,最大涌水量9.27m3/min;
(3)正常涌水期按300天,最大涌水期按65天;
(4)矿水中性,矿水密度1020kg/m3;
(5)服务年限30年;
(6)矿年产量105万吨。
2.2任务
(1)确定合理的排水系统;
(2)选择排水设备;
(3)绘制水泵房布置图;(4)说明书;
(5)论述专题:
泵的结构及特点。
3排水设备选型计算
3.1依据原始资料:
某矿井,年产量105万吨,竖井开拓,井口标高+58.00m,水平标高-260.00m,正常涌水量6.20m3/min,最大涌水量9.27m3/min,矿水中性,矿水密度1020kg/m3,正常涌水期按300天,最大涌水期按65天计算,服务年限为30年。
3.2排水设备方案
3.2.1泵应具有的排水能力
依据《矿井安全规程》,水泵应具备以下排水能力:
正常涌水量:
最大涌水量:
3.2.2工作,备用,检修水泵工作能力
备用水泵的工作能力:
(3-1)
取二者较大值:
检修泵组的工作能力:
式中
——正常用水量,m3/h;
——最大用水量,m3/h;
——工作水泵的排水能力,m3/h;
——工作水泵组合备用水泵组的总工作能力,m3/h;
——工作水泵和备用水泵的排水能力,m3/h;
——检修水泵的排水能力,m3/h;
3.2.3估算水泵必须的扬程
(3-2)
式中
——排水高度,
m;
——泵排水高度暂取井筒高度m;
——吸水高度,取
m;
——管子高出精通的深度,取
m;
——管路效率,对于竖井取
;对于斜井,当倾角
时,取
;当
时,取
;当
时,取
(一般取较大者为宜)。
3.2.4排水设备初选
根据以上参数,参照《泵产品样本》可初步确定该矿井所需水泵的型号为:
表3-1
型号
流量Q(m3/h)
扬程H
(m)
单级扬程
(m)
单级零扬程
(m)
级数
D280-65
280
397.5
65
71
6
D300-65
300
390
65
74
6
参照《泵产品样本》可知D280-65×5,D300-65×5的参数如表3-2所示。
表3-2D280-65×5、D300-65×5的参数
型号
流量
扬程
转速
轴功率
配带电动机
效率
必需汽蚀余量
轮名义直径
泵重
Q
H
n
Pa
功率
型号
η
m3/H
m
r/min
kW
kW
%
m
m
D280-65×5
280
397.5
1480
430
450
Y400L-4
70.4
3.35
30
552
D300-65×5
300
390
1480
419
440
Y355L-4
76
4
35
2000
以上两种泵的性能曲线如图4-1所示:
4确定泵房、水仓和管子道尺寸并绘制泵房布置图
4.1估算泵房尺寸
水泵房的主要尺寸,必须遵守《矿井安全规程》243条的规定。
通常泵房的设备都是采用一条轴线布置法,下图所示为主要排水泵房布置总图,该图上的各部分尺寸可以逐项计算如下:
图4-1三台水泵两趟管路泵房布置图
计算泵房洞室的开拓费用,必须预先估计泵房的尺寸。
通常泵房都是采用一条轴线布置法。
泵房的长、宽和高估算如下:
4.2基础尺寸
基础尺寸决定于机组底座大小和重量。
机组底座尺寸应从产品样本中查出。
1.横向尺寸B(m):
一般比泵底座最宽尺寸大,每侧大出0.1~0.2m;或者由基础螺钉孔中心向外放出0.15~0.2m;
2.纵向尺寸L(m):
由底座外边缘向外放出0.1~0.15m;根据需要,在此处纵向尺寸为L=0.15m。
3.高度尺寸H(m):
基础的上表面要比泵房地坪高出0.2m以上,基础位于岩石中的深度为0.8~1.0m,基础的重量约等于机组(包括底座)总重量的五倍。
4.基础预留螺钉空的尺寸:
可参考下表决定。
表4-1预留孔尺寸
预留孔尺寸
螺钉直径d(mm)
20
24
30
35
42
48
56
孔宽A(mm)
100
100
130
130
160
160
180
孔深h(mm)
200
200
300
300
400
400
500
根据上文及泵的尺寸,螺钉直径为:
,则,孔宽A=160mm;孔深h=400mm。
4.3泵房尺寸
泵房尺寸依具体情况不同而异,详细计算必须查出泵、电动机及管道等外型尺寸,以及运输用的平板车规格。
4.3.1泵房宽度
(4-1)
式中b——水泵基础宽,一般可按水泵底座外形尺寸在其长度和宽度方向上每边增加0.1~0.2m;
b1——水泵基础边到有轨一侧墙壁之间的距离,以通过最宽设备为原则,一般可选取1.5~2.0m;
b2———泵基础边到吸水井一侧墙壁之间的距离,一般可选取0.8~1.0m。
由附录相关资料可知:
求得
4.2m
4.3.2泵房长度
指泵房两端之间的距离.
(4-2)
式中n——泵组台数,包括预留泵组台数;
L——泵基础长度;
g——泵基础之间的间距,取1.8~2.0m,以能把设备拆下放在其间检修为准,且不得小于抽出电机转子所需的长度;
A——人行道的宽度;
E——管子道的宽度;通常取A=2.0~3.5m。
由上文计算及泵的尺寸可知,泵房的长度为:
求得,泵房长度为25.75m。
4.3.3泵房高度
指泵房地坪至起重梁低面的距离.
(4-3)
式中H4——泵基础上表面至泵房底板的高度;
H5——泵轴线至底座下平面间的高度;可自样本查出;
H6——泵出口端法兰上表面至泵轴线的距离;可自样本查出;
L4——泵出口的短管长度,一般取0.2m;
L2——闸阀直管边长度;
L5——止回阀长度;
L1——三通均边长度;
H7——起重梁底面至横管轴线的距离,其值与掉挂葫芦的形式有关.应以保证吊起设备放置平板车上为准。
由上文计算及参考文献可知:
求得泵房高度为:
5m
泵房断面:
尽可能选用标准巷道的断面,一般为三心拱端面。
泵房内壁采用防火材料。
此处泵房断面采用三心拱端面,泵房内壁采用防火材料。
泵房标高:
泵房底板比井底车场轨面高出0.5m,以备水患时来得及封闭防水门。
泵房底板向水井方向有1%的倾斜坡度。
泵房内轨道面与底板平,轨间布置电缆沟。
4.4水仓、水房及吸水井的尺寸
水仓是容纳矿水的巷道。
其作用是储水,同时还有一定的沉淀矿水中固体颗粒的作用。
水仓应有主仓和副仓,其中一个仓工作,另一个仓清扫或备用。
对新建、改扩建或生产矿井的新水平,正常涌水量在1000m3/h及其以下时,主要水仓(含副仓和主仓)的有效容量应能容纳8小时的正常涌水量。
正常涌水量大于1000m3/h的矿井,主要水仓的的有效容量可按V=2(qZ+3000),m3计算(qZ为正常涌水量,m3/h),但主要水仓的总有效容量不得小于4小时的矿井正常涌水量。
采区水仓的有效容量应能容纳4小时的采区正常涌水量。
为使矿水在仓中充分沉淀,仓中水的流速应小于0.005m/s,停留时间应大于6小时,因此仓长L大于110m,若仓的总容积V=8qZ,则每条仓断面积S=V/2L,m2。
再考虑清仓方法及设备所要求的尺寸,最后选成标准运输巷的断面。
根据井底车场的布置方式、开拓方式及采煤方法的不同,水仓可以布置在水泵房的两翼或一翼。
由运输大巷一侧水沟来的水,经水仓斜巷、沉淀池流入水仓。
这样的布置方式适用于水采及水砂充填矿井。
对水质较好的矿井,可不
设沉淀池。
水仓、沉淀池和水沟中的淤泥,每年至少清扫两次,在雨季以前必须清理一次。
目前清仓方法较多,有人工清仓法、机械清仓法,如铲斗装岩机清仓、射流泵和泥浆泵联合清仓、压气罐清仓以及水力清仓等方法。
4.4.1水仓尺寸
通常由主仓和副仓组成,水仓的容量应遵守《矿井安全规程》第244条的规定,水仓断面尽量选用单轨标准巷道。
4.5水仓
水仓的容量必须遵守《矿井安全规程》第244条的规定。
水仓的断面可采用单轨标准巷道。
时应考虑清理水仓的需要,除了在水仓底板铺轨外,在水仓入口处要有设置清理水仓绞车的峒室,峒室的尺寸必须满足安装绞车及操纵的方便为原则,一般绞车峒室的有效体积不少于30m3。
所以水仓的断面采用单轨标准巷道;为了清理水仓的需要,在水仓底板铺设轨道,并且在水仓入口处设置清理水仓绞车的峒室,绞车峒室的有效体积等于30m3。
4.6起重梁
起重梁通常选用工字梁,它的起重能力应按最重件计算,按极去应力选择,安全系数取4。
此处,起重梁的起重能力应为8590
。
4.7管子道和管子间
管子道是泵房与井筒相通的一条倾斜巷道,倾角一般为25~30º,排水管、电缆线等由此通道敷入井筒。
在与井筒相接处,设有平台,排水管的弯头支座就固定于平台的钢梁上,平台要高出泵房底版7m以上。
排水管架设在管子道侧壁的管墩上或预先埋好的悬臂梁上,并用管卡固定。
管子道中间一般敷设轨道,两轨之间设有人行台阶。
管子道的长度一般为15~20m,宽度一般为2m左右,其高度一般为1.8~2.0m。
5离心泵结构和特点
5.1概述
1、泵是输送液体并提高液体压力的机器。
2、泵分为化工用泵、水泵。
3、主要差异:
特殊材料和,防止腐蚀和适应化工工艺,包括结构、轴封、材料及检修难度。
4、化工用泵的要求
(1)适应化工工艺要求运行可靠。
(2)耐腐蚀,耐磨损。
(3)满足无泄漏要求。
(4)耐高温或耐低温并能有效连续工作。
5.2离心泵的工作原理、分类、型号及结构
5.2.1离心泵的装置及工作原理
为了使离心泵能正常工作,离心泵必须配备一定的管路和管件,这种配备有一定管路系统的离心泵称为离心泵装置。
离心泵的一般装置示意图,主要有底阀、吸入管路、出口阀、出口管线等。
5.2.2离心泵的工作原理
离心泵在工作时,依靠高速旋转的叶轮,液体在惯性离心力作用下获得了能量以提高了压强。
离心泵在工作前,泵体和进口管线必须罐满液体介质,防止气蚀现象发生。
当叶轮快速转动时,叶片促使介质很快旋转,旋转着的介质在离心力的作用下从叶轮中飞出,泵内的水被抛出后,叶轮的中心部分形成真空区域。
一面不断地吸入液体,一面又不断地给予吸入的液体一定的能量,将液体排出。
离心泵便如此连续不断地工作。
5.3离心泵的气蚀
1、所谓的气蚀是指:
离心泵启动时,若泵内存在空气,由于空气的密度很低,旋转后产生的离心力很小,因而叶轮中心区所形成的低压不足以将液位低于泵进口的液体吸入泵内,不能输送流体的现象。
2、离心泵启动前一定要向泵壳内充满液体以后,方可启动,否则将造成
泵体发热,震动,出液量减少,对水泵造成损坏(简称“气蚀”)造成设备事故!
5.4离心泵型号及结构
5.4.1离心泵的型号
离心泵基本类型代号
型号
泵的名称
型号
泵的名称
IS
B或BA
D或DA
DL
Y
YG
F
P
单级单吸离心水泵
单级单吸悬臂式离心清水泵
多级分段式离心泵
多级立式管形离心泵
离心式油泵
离心式管道油泵
耐腐蚀泵
屏蔽式离心泵
S或sh
DS
KD
KDS
Z
FY
W
WX
单级双吸式离心水泵
多级分段式首级为双吸叶轮
多级中开式离心泵
多级中开式首级为双吸叶轮
自吸式离心泵
耐腐蚀液下式离心泵
一般旋涡泵
旋涡离心泵
5.4.2单级单吸离心泵的特点
B型泵此泵用于输送温度不超过80℃的清水及与水相近的清洁液体,扬程范围为8—125m,流量范围为4.5—362m3/h。
B型泵结构简单,工作可靠,易于加工制和维护保养,是在IS型泵之前应用最广泛的一种离心泵。
B型泵有前开门式和后开门式两种。
前开门式为叶轮前面为泵盖,后面为泵壳;而后开门式与前开门式相反,叶轮前面为泵壳,后面为泵盖。
B型泵的前开门式结构,泵的进口在泵盖上,出口在泵壳上,泵壳是螺旋形蜗壳,泵轴的一端支承在泵体内的轴承上,另一端伸出称为悬臂端,叶轮装在悬臂端。
叶轮上开有平衡孔,用来平衡部分轴向力,未平衡的轴向力由轴承承受。
轴承用润滑脂润滑,多为球轴承。
轴封装置采用填料密封,泵内的压力水可直接由开在泵壳上的孔送到水封环,起水封作用。
5.5离心泵的主要零部件
5.5.1叶轮
叶轮是离心泵的做功零件,依靠它高速旋转对液体做功而实现液体的输送,是离心泵重要零件一。
叶轮一般由轮毅、叶片和盖板三部分组成。
叶轮的盖板有前盖板和后盖板之分,叶轮口侧的盖板称为前盖板,另一侧的盖板称为后盖板。
按结构形式,叶轮可分为以下三种。
(1)闭式叶轮叶轮的两侧均有盖板,盖板间有4—6个叶片,闭式叶轮效率较高,应用最广,适用于输送不含固体颗粒及纤维的清洁液体。
闭式叶轮有单吸和双吸两种类型。
,适用于大流量泵,其抗汽蚀性能较好。
这种叶轮结构简单,制造容易,但效率低,适用输送含较多固体悬浮物或带纤维体。
(2)半开式叶轮这种叶轮只有后盖板,。
它适用于输送易于沉淀或含固体悬浮物的液体,其效率介于开式和闭式叶轮之间。
(3)离心泵叶轮的叶片有圆柱形叶片和组曲叶片两种。
圆柱形叶片是指整个叶片沿宽度方向均与叶轮轴线平行,叶轮叶片均为圆柱形叶片。
叶轮的材料,主要是根据所输送液体的化学性质、杂质及在离心力作用下的强度来确定。
清水离心泵叶轮用铸铁或铸钢制造,输送具有较强腐蚀性的液体时,可用青铜、不锈钢、陶瓷、耐酸硅铁及塑料等制造。
叶轮的制造方法有翻砂铸造、精密铸造、焊接、模压等,其尺寸、形状和制造精度对泵的性能影响很大。
5.5.2泵轴
离心泵的泵轴的主要作用是传递动力,支承叶轮保持在工作位置正常运转。
它一端通过联轴器与电动机轴相连,另一端支承着叶轮作旋转运动,轴上装有轴承、轴向密封等零部件。
泵轴属阶梯轴类零件,一般情况下为一整体。
但在防腐泵中,由于不锈钢的价格较高,有时采用组合件。
接触介质的部分用不锈钢,安装轴承及联轴器的部分用优质碳素结构钢,不锈钢与碳钢之间可以采用承插连接或过盈配合连接。
由于泵轴用于传递动力,且高速旋转,在输送清水等无腐蚀性介质的泵中,一般用45#钢制造,并且进行调质处理。
在输送盐溶液等弱腐蚀性介质的泵中,
泵轴材料用40Cr,且调质处理。
在防腐蚀泵中,即输送酸、碱等强腐蚀性介质的泵中,泵轴材质一般为1Crl8Ni9或1Crl8Ni9Ti等不锈钢。
5.5.3轴套
轴套的作用是保护泵轴,使填料与泵轴的摩擦转变为填料与轴套的摩擦。
所以轴套是离心泵的易磨损件。
轴套表面一般也可以进行渗碳、渗氮、镀铬、喷涂等处理方法,表面粗糙造度要求一般要达到Ra3.2μm—Ra0.8μm。
可以降低摩擦系数,提高使用寿命。
5.5.4轴承
轴承起支承转子重量和承受力的作用。
离心泵上多使用滚动轴承,其外圈与轴承座孔采用基轴制,内圈与转轴采用基孔制,配合类别国家标准有推荐值,可按具体情况选用。
轴承一般用润滑脂和润滑油润滑。
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