毕业设计矿井水泵房设计幻灯片.ppt

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1、目录n第一章第一章 矿井排水系统的确定矿井排水系统的确定n第二章第二章 水泵的选型及台数计算水泵的选型及台数计算n第三章第三章 排水管道选型计算及管道的布置排水管道选型计算及管道的布置n第四章第四章 吸水管道选型计算及管道的布置吸水管道选型计算及管道的布置n第五章第五章 管道特性曲线的绘制及工况点的确定管道特性曲线的绘制及工况点的确定n第六章第六章 水泵工作合理性校验水泵工作合理性校验n第七章第七章 水泵电动机的选型计算水泵电动机的选型计算n第八章第八章 主排水经济指标的计算主排水经济指标的计算n第九章第九章 水泵房、水仓的布置尺寸确定水泵房、水仓的布置尺寸确定 第一章 矿井排水系统的确定1.

2、1分析本矿井特点：本矿年产量 90万吨，采用竖井开拓，井口标高+50.00m，水平标高-265.00，正常涌水量4.5m3/min，最大涌水量7.2m3/min，矿水中性，矿水密度1020kg/m3，最大涌水期按60天计算，服务年限30年。由此，可供选择的排水系统有以下两种：1.1.11.1.1方案一方案一 直接排水系统直接排水系统直接排水系统是指井下的涌水通过排水设备直接排到地面。如单直接排水系统是指井下的涌水通过排水设备直接排到地面。如单水平开采的矿井，在开采第一水平时，就采用直接排水系统。水平开采的矿井，在开采第一水平时，就采用直接排水系统。图（图（a）是竖井单水平开采时的直接排水系统。

3、图（）是竖井单水平开采时的直接排水系统。图（b）是竖井多）是竖井多水平开采时，各水平的涌水分别由本水平的排水设备直排地面。水平开采时，各水平的涌水分别由本水平的排水设备直排地面。图（图（c）是竖井两个水平同时开采时，若上水平涌水量较小，经技）是竖井两个水平同时开采时，若上水平涌水量较小，经技术经济比较后，可将上水平的涌水通过管路自流到下一水平的水术经济比较后，可将上水平的涌水通过管路自流到下一水平的水仓中，然后两个水平的涌水由下水平排水设备直排地面。图仓中，然后两个水平的涌水由下水平排水设备直排地面。图（d）是斜井单水平开采时，若地质条件比较稳定、又无大的断）是斜井单水平开采时，若地质条件比较

4、稳定、又无大的断层，经技术经济比较后，可采用钻孔下排水管的方法将水直排地层，经技术经济比较后，可采用钻孔下排水管的方法将水直排地面。若地质条件较复杂或井较深，可采用沿斜井井筒敷设排水管面。若地质条件较复杂或井较深，可采用沿斜井井筒敷设排水管路的方法，将水直排地面。路的方法，将水直排地面。这种排水系统的水平和泵房数量少，系统简单可靠，基建投资和这种排水系统的水平和泵房数量少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量要减少一半以上，需用的人员也少，便运行费用少，维护工作量要减少一半以上，需用的人员也少，便于管理，而且上、下水平的排水设备互不影响。（图于管理，而且上、下水平的排水设备互不影响。

5、（图1.1）。）。图1.11.1.2 1.1.2 方案二方案二 分段排水系统分段排水系统分段排水系统，是指井下的涌水通过几段排水设备转排到地面。分段排水系统，是指井下的涌水通过几段排水设备转排到地面。一般适用于矿井较深，又受排水设备能力所限制的矿井排水。另一般适用于矿井较深，又受排水设备能力所限制的矿井排水。另外，多水平同时开采同时开采时，为减少井筒内管路敷设的趟数，外，多水平同时开采同时开采时，为减少井筒内管路敷设的趟数，也常采用分段排水系统。也常采用分段排水系统。图（图（a）是竖井单水平开采时，由于井深已超过水泵可能产生的扬）是竖井单水平开采时，由于井深已超过水泵可能产生的扬程时，可在井筒

6、中部开拓泵房和水仓（相当于两个水平分段排水程时，可在井筒中部开拓泵房和水仓（相当于两个水平分段排水系统）将水经两段排水设备排至地面。此图也可表示为竖井多水系统）将水经两段排水设备排至地面。此图也可表示为竖井多水平开采时的分段排水系统。图（平开采时的分段排水系统。图（b）是斜井两个水平同时开采时的）是斜井两个水平同时开采时的分段排水系统。分段排水系统。采用中继排水，在井筒中部设置一套排水系统，可有效降低主排采用中继排水，在井筒中部设置一套排水系统，可有效降低主排水设备的扬程，从而降低主排水设备的规模。缺点是当一套排水水设备的扬程，从而降低主排水设备的规模。缺点是当一套排水设备发生故障是，会影响整

7、个矿井的排水，而且设备数量较多井设备发生故障是，会影响整个矿井的排水，而且设备数量较多井筒中的管路复杂，不利于安装和维护。（图筒中的管路复杂，不利于安装和维护。（图1.2）。）。图1.2根据上述的有关规定,本着尽量减少水泵数量的原则,并且考虑基建、维护、运行成本的简易程度，选用方案一作为本设计的排水方法.第二章 水泵的选型及台数计算2.1初选水泵的型号和台数选择水泵的型式和台数应符合规程和规范的规定。若有两种或两种以上符合要求时，应选其中尺寸小，效率高的水泵，而且水泵的台数应尽可能少。只有在不得已的情况下，才采用两台水泵并联排水。2.1.1.2.1.1.排水系统对水泵的要求：排水系统对水泵的要

8、求：a)a)水泵必需排水能力的计算水泵必需排水能力的计算 依据规程，在正常涌水期工依据规程，在正常涌水期工作水泵的排水能力应为：作水泵的排水能力应为：由于该矿井由于该矿井所以该煤矿所选工作水泵的工作能力应为：所以该煤矿所选工作水泵的工作能力应为：在最大涌水期，工作和备用水泵必需的总排水能力：在最大涌水期，工作和备用水泵必需的总排水能力：备用水泵的工作能力：备用水泵的工作能力：取二者较大值：取二者较大值：检修泵组的工作能力：检修泵组的工作能力：公式中：1.21.2煤矿安全规程规定的排水设备能力系数。煤矿安全规程规定的排水设备能力系数。b)b)估算水泵必须的扬程：估算水泵必须的扬程：式中式中 H

9、Hc c排水高度，排水高度，H Hc c=473.3 m;=473.3 m;干管倾斜敷设时的倾角。干管倾斜敷设时的倾角。2.1.2.初选水泵型号参照泵产品样本,因为矿水呈中性，所以选择D型泵，依计算的工作水泵能力Qe可选择泵的型号为:泵 D450-60 的级数为：i=HB/Hi=5.65.9 取i=6泵 D500-53 的级数为：i=HB/Hi=5.96.2取i=6则水泵的型号为：D450-60和D500-53 其详细资料如下：型号级数流量扬程H(m)转速n(r/min)功率P(KW)效率必需汽蚀余量(NPSH)r(m)泵重(kg)(m3/h)(L/s)轴功率Pa电动机功率D450-60645

10、01253601480558.5680794.97390表表2.1 2.1 离心泵参数：离心泵参数：型号级数流量扬程H(m)转速n(r/min)功率P(KW)效率必需汽蚀余量(NPSH)r(m)泵重(kg)(m3/h)(L/s)轴功率Pa电动机功率D500-5765001393991480671850815Y5003-4（IP23/6kv）表表2.2 D450-602.2 D450-60 8 8型离心泵参数：型离心泵参数：2.1.3.2.1.3.所需水泵的台数为：所需水泵的台数为：D450-60 8D500-53 811111133式中式中分别为工作、备用检修水泵的台数分别为工作、备用检修水泵

11、的台数。计算水泵装置效率计算水泵装置效率 排水设备主要由水泵、电机、管路、电控设备等排水设备主要由水泵、电机、管路、电控设备等组成。排水时的装置效率定义为：组成。排水时的装置效率定义为：输出地有益能量输出地有益能量与装置输入的能量与装置输入的能量之比，之比，其比值用其比值用表示，且表示，且则装置效率为则装置效率为式中式中 水泵工况点效率，水泵工况点效率，81%81%；管道效率，管道效率，98%98%；电机效率，电机效率，92%92%；传动效率，传动效率，98%98%。其他符号意义同前所述。其他符号意义同前所述。为确保排水设备经济运行，对竖井其装置效率，为确保排水设备经济运行，对竖井其装置效率，

12、对斜井其装置效率，对斜井其装置效率，根据式根据式(3-17)(3-17)，在合理工况中，分别计算出装置效率，在合理工况中，分别计算出装置效率，选出装置效率较高的泵和管路系统作为优选排水设备，从选出装置效率较高的泵和管路系统作为优选排水设备，从而确定水泵型号、台数、管路系统及其布置方式。而确定水泵型号、台数、管路系统及其布置方式。2.6.12.6.1若电机效率若电机效率d=0.92,d=0.92,工况效率工况效率m1=0.78m1=0.78，管路，管路效率效率 g1=HC/Hm1=320/330=0.97g1=HC/Hm1=320/330=0.97，则装置效率为：则装置效率为：z1=m1dg1c

13、z1=m1dg1c =0.780.920.970.98=0.780.920.970.98 =0.68(z0.6)=0.68(z0.6)2.6.22.6.2若工况效率若工况效率m3=0.76m3=0.76，管路效率，管路效率g3=HC/Hm3=320/328=0.98,g3=HC/Hm3=320/328=0.98,则装置效率为：则装置效率为：z3=m3dg3cz3=m3dg3c 由此可选定由此可选定 D500-57型水泵型水泵3台，排水管路选台，排水管路选 YB-231-70-2998 管管 两趟，吸两趟，吸水管规格为水管规格为 YB-231-70-3258 =0.80.920.980.98 =

14、0.7(z0.6)第三章 排水管道选型计算及管道的布置3.1排水管选择计算a）.计算根据规范第2138条,管径常按经济流速Vp=1.52.2m/s计算:式中 dp排水管内径(计算),m.对于D450-60水泵，额定流量为 450m3/h对于对于D500-57D500-57水泵，额定流量为水泵，额定流量为5005003 3 m m3 3/h/h b b）.壁厚度的计算：壁厚度的计算：壁厚可按如下公式计算：壁厚可按如下公式计算：式中：式中：d dp p排水管内径排水管内径,cm,cm p p管内液体压强，作为估算管内液体压强，作为估算p=0.011Hp=0.011Hp p(MPa)(MPa)；H

15、Hp p(m)(m)为排水高度；为排水高度；z z许用应力。许用应力。铸铁管铸铁管 z z=20 Mpa,=20 Mpa,焊接钢管焊接钢管 z z=60 Mpa,=60 Mpa,无缝钢管无缝钢管 z z=80 Mpa;=80 Mpa;C C附加厚度附加厚度,对于铸铁管对于铸铁管C=0.7C=0.70.9cm;0.9cm;焊接管焊接管C=0.2cm;C=0.2cm;无缝钢管无缝钢管C=0.1C=0.10.2cm0.2cmc)c)水管材质水管材质:对于敷设在深度不超过对于敷设在深度不超过200m200m竖井内的排水管竖井内的排水管多采用焊接钢管多采用焊接钢管,深度超过深度超过200m200m时多用

16、无缝钢管时多用无缝钢管;对于敷设对于敷设在斜井内的排水管路在斜井内的排水管路,可按承压的变化可按承压的变化,由下向上分段采用由下向上分段采用无缝钢管、焊接钢管和铸铁管。无缝钢管、焊接钢管和铸铁管。对于对于D450-60 D450-60 水泵，水泵，对于对于D500-57D500-57水泵，水泵，表表2.4 2.4 热轧无缝钢管热轧无缝钢管 （YB231-70YB231-70）（）（mmmm）外径壁厚外径壁厚外径壁厚外径壁厚323842455054576063.56870732.58.02.58.02.510.02.510.02.510.03.011.03.013.03.014.03.014.0

17、3.016.03.016.03.019.0768389951021081141211271331401463.019.03.524.03.524.03.524.03.528.03.528.04.028.04.032.04.032.04.032.04.536.04.536.01521591681801942032192452732993253514.536.04.536.05.045.05.045.05.045.06.050.06.050.07.050.07.050.08.075.08.075.08.075.0377402426459(465)480500530(550)5606006309.0

18、75.09.075.09.075.09.075.09.075.09.075.09.075.09.025.09.025.09.025.09.025.09.025.0壁厚系列2.53.03.54.04.55.05.5677.583.599.5101112131415161718192022242526282930343536384042454850566063657075自表自表2.42.4中查得的无缝钢管如下：中查得的无缝钢管如下：对于对于D450-60D450-60水泵选取水泵选取 管管29982998或或 管管32583258对于对于D500-57D500-57水泵选取水泵选取 管管2998

19、2998或或 管管325832583.2）管路趟数及布置方式的选择a)管路趟数的选择 根据规程有关规定，水管必须有工作和备用的，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。涌水量小于300m3/h的矿井，排水管也不得少于两趟。对于所选的三台水泵，敷设两趟管路，即三泵两管工作方式，一台水泵工作时，可通过其中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时工作时，可分别通过一趟管路排水。b)其管路系统布置如图图3-4（a）1）图3-4（a）是三台泵两趟管路的布置方式。一台水泵工作时，

20、可通过其中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时工作时，可分别通过一趟管路排水。图图3-4 3-4 四台水泵管路布置方式（四台水泵管路布置方式（b）2）图3-4(b)是四台泵三趟管路的布置方式，正常涌水时期两台泵工作，可通过其中任意两趟管路分别排水，另一趟管路备用，最大涌水时期三台泵工作可各用一趟管路排水。图图3-4 五台水泵管路布置方式（五台水泵管路布置方式（c）3)3)图图3-4（c）五台水）五台水泵三趟管路的布置方泵三趟管路的布置方式，正常涌水时期两式，正常涌水时期两台泵工作，可通过其台泵工作，可通过其中任意两趟管路分别中任意两趟管路分别排水，另一趟管备用；排水，另一趟管备用；最大

21、涌水期四台泵工最大涌水期四台泵工作，三趟管路排水，作，三趟管路排水，泵在并联管路上工作。泵在并联管路上工作。根据上述规定，对于此设计中的根据上述规定，对于此设计中的D450-60D450-606 6 3 3台水泵，敷设台水泵，敷设2趟管路，其管路系统布置如上图趟管路，其管路系统布置如上图3-4a所示；所示；对于对于D500-576 6 3 3台水泵，敷设台水泵，敷设2趟管路，管路系统布置图如上图趟管路，管路系统布置图如上图3-4a所示。所示。第四章 吸水管道选型计算及管道的布置4.1吸水管道选型计算计算根据规范第2138条,管径常按经济流速Vp=0.81.5m/s计算:式中式中 dx dx吸水

22、管内径吸水管内径(计算计算),m.),m.Q Qe e额定流量，额定流量，m m3 3/h/h。对于对于D450-60D450-60水泵水泵a a）由上述可知，对应管）由上述可知，对应管29982998水泵吸水水泵吸水管选为：管选为：管管32583258b b）由此对应管）由此对应管3251032510水泵吸水管选为：水泵吸水管选为：管管35183518对于对于D500-57D500-57水泵选取水泵选取c c）对应管）对应管29982998水泵吸水管选为：水泵吸水管选为：管管32583258d d）对应管）对应管32583258水泵吸水管选为：水泵吸水管选为：管管351935194 4.2.

23、2绘制管道系统图绘制管道系统图估算管道长度排水管道长度可估算为：估算管道长度排水管道长度可估算为：取取吸水管长度吸水管长度 水流经泵房内排水管的长度，一般取水流经泵房内排水管的长度，一般取=2030m=2030m；管子道中的管子长度，一般取管子道中的管子长度，一般取=2030m=2030m；井口出水管长度，一般取井口出水管长度，一般取=1520m=1520m。第五章 管道特性曲线的绘制及工况点的确定5.1 求管路特性方程式并绘制管路特性曲线由上计算可知排水管和吸水管的长度，不计管径差异，由上计算可知排水管和吸水管的长度，不计管径差异，近似地按排水管径计算其特性，则：近似地按排水管径计算其特性，

24、则：名称数量局部阻力系数管2998管3258管3258管3518直角弯头40.2940.2940.2940.29430度弯头20.1960.1960.1960.196转弯流三通11.51.51.51.5直流三通20.70.70.70.7闸阀20.260.260.260.26逆止阀11.71.71.71.7名称数量管2998管3258管3258管3519直角弯头10.294 0.294 0.2940.294渐缩管异径管10.10.10.10.1底阀13.73.73.73.7合计4.0944.0947.6927.6924.0944.0947.6927.692b).b).选取沿程阻力系数选取沿程阻力

25、系数:对于对于D450-60D450-60水泵选取水泵选取 选用管选用管29982998作为排水管时作为排水管时0.02370.0237吸水管吸水管32583258取取 0.03070.0307选用管选用管32583258作为排水管时作为排水管时0.02920.0292吸水管吸水管3518取取0.02370.0237管路特性方程式管路特性方程式:对于对于D450-60D450-60水泵在选取管水泵在选取管32583258做为排水管时有：做为排水管时有：H H=H=Hsysy+RQ+RQ2 2=挂垢后的管路特性方程为：挂垢后的管路特性方程为：H H=H=Hsysy+1.7RQ+1.7RQ2 2

26、=5.25.2确定工况点确定工况点由以上方程就可以在水泵性能区线图上绘出管路特性曲线。参由以上方程就可以在水泵性能区线图上绘出管路特性曲线。参照水泵的流量范围，选取几个流量值，分别计算排水所需扬程。照水泵的流量范围，选取几个流量值，分别计算排水所需扬程。对于对于D450-60D450-60水泵在选取管水泵在选取管32583258做为排水管时做为排水管时,表表2.72.7Q，m3/h0100200250300350H1,m320 320.54322.16323.16324.85326.74H1/6 m53.3 53.4253.6953.8954.1454.46 在选取管在选取管35183518做

27、为排水管时有：做为排水管时有：表表2.82.8Q，m3/h0100200250300350H2,m320 320.4 321.6322.5323.6325H2/6 m53.353.453.653.7553.9354.17将管路特性分别绘制在将管路特性分别绘制在D450-608D450-608型水泵性能曲线上，由图型水泵性能曲线上，由图2.52.5可见，工况点可见，工况点M M2 2趋进工业区边缘，为确保水泵正常工作，故趋进工业区边缘，为确保水泵正常工作，故舍去，最后确定工况点为舍去，最后确定工况点为M M1 1，工况参数分别为，工况参数分别为Q Qm1m1=500m=500m3 3/h,/h,

28、H Hm1 m1=330m,N=330m,Nm1 m1=100KW,=100KW,m1 m1=78%(NPSH)=78%(NPSH)m1m1=5=5对于对于D500-57 D500-57 水泵选取在选取管水泵选取在选取管32583258做为排水管时有：做为排水管时有：表表2.92.9Q，m3/h0250350450500550H4,m320321.97323.86326.38327.88329.53H4/6m53.3353.6653.9854.454.6554.92在选取管在选取管35183518做为排水管时有：做为排水管时有：表表2.102.10Q，m3/h0250350450500550H

29、4,m320321.28322.5324.13325.1326.17H4/6m53.3353.5653.7554.0254.254.36将管路特性分别绘制在将管路特性分别绘制在D500-57D500-57型水泵性能曲线上，由下图可型水泵性能曲线上，由下图可见，工况点见，工况点M M4 4趋进工业区边缘，为确保水泵正常工作，故舍趋进工业区边缘，为确保水泵正常工作，故舍去，最后确定工况点为去，最后确定工况点为M M3 3，工况参数分别为，工况参数分别为Q Qm3m3=530m=530m3 3/h,H/h,Hm3 m3=328m,N=328m,Nm3 m3=105KW,=105KW,m3 m3=80

30、%,(NPSH)=80%,(NPSH)m3m3=5.6m=5.6m第六章 水泵工作合理性校验6.1校验水泵稳定性1 1）自特性查得）自特性查得Q=0Q=0时时6 6级泵的扬程级泵的扬程H0 0=69=69 该值大于该值大于HC C=63=63，满足稳定条件，满足稳定条件0.9H0 0HC C的要求。的要求。2 2）自特性查得）自特性查得Q=0Q=0时时6 6级泵的扬程级泵的扬程H0 0=71=71 该值大于该值大于HC C=53=53，满足稳定条件，满足稳定条件0.9H0 0HC C的要求。的要求。6.2.1 D450-606.2.1 D450-60水泵水泵对于对于D280-65D280-65

31、水泵在选取管水泵在选取管32583258做为排水管时有：做为排水管时有：在正常涌水期每天所需排水时间为在正常涌水期每天所需排水时间为T Tz1z1=24q24qz z/n/n1 1Q Qm1m1=244.560/1500=244.560/1500=12.96h=12.96h 在最大涌水期每天所需排水时间为在最大涌水期每天所需排水时间为T Tmax1max1=24q=24qmaxmax/(n/(n1 1+n+n2 2)Q)Qm1m1=247.260/2500=247.260/2500=10.4h=10.4h 6.2校验排水时间6.2.2 D500-57水泵对于对于D450-60D450-60水泵

32、在选取管水泵在选取管2991029910做为排水管时做为排水管时有：有：在正常涌水期每天所需排水时间为在正常涌水期每天所需排水时间为T Tz3z3=24q24qz z/n/n1 1Q Qm3m3=244.560/530=244.560/530=12.23h =12.23h 在最大涌水期每天所需排水时间为在最大涌水期每天所需排水时间为T Tmax3max3=24q24qmaxmax/(n/(n1 1+n+n2 2)Q)Qm3m3=247.260/2530=247.260/2530=9.78h=9.78h 经校验排水时间均小于经校验排水时间均小于20h20h，符合煤矿安全规程，符合煤矿安全规程规定

33、规定第七章 水泵电动机的选型计算所选水泵工作在工业利用区，可直接选用水泵厂家提供的配套电动机，型号为：JSQ-1512-6型高压三相高速鼠笼异步电动机 其参数如下表：其参数如下表：额定功率KW额定电压V额定电流A效率总电阻转速r/min78060009095.71.841480第八章 主排水经济指标的计算8.18.1电费电费a a）年电耗）年电耗由于正常涌水期和最大涌水期各泵的工况参数相同，则年电由于正常涌水期和最大涌水期各泵的工况参数相同，则年电耗为耗为E=E=（nz zr rz zT Tz znmaxmaxr rmaxmaxT Tmaxmax）=3.55=3.55kwkw式中式中 1.05

34、辅助用电系数；辅助用电系数；矿水重度，矿水重度，N/mN/m3 3；QQ工况流量工况流量m m3 3/h/h；HH工况扬程，工况扬程，m m；水泵工况效率；水泵工况效率；C C传动效率；传动效率；d d电机效率；电机效率；b)b)年电费年电费年电费等于当地工业电价年电费等于当地工业电价C Cd d（元（元/度）与年电耗度）与年电耗量之积，即量之积，即 S S1 1=C=Cd dE E =35.5 =35.5万元万元 W电网效率，一般可选取电网效率，一般可选取W=0.95-0.97；nz,nmax 正常和最大涌水期水泵工作台数；正常和最大涌水期水泵工作台数；rz,rmax 正常和最大涌水期水泵工

35、作天数正常和最大涌水期水泵工作天数,d；Tz,Tmax 正常和最大涌水期水泵工作时间正常和最大涌水期水泵工作时间,h；8.2设备购置费 项目类别设备费分计总额（万元）名称单价（元）数量机电设备水泵5.68336电动机JSQ-1512-64.683三阀、真空泵配电设备KRG-6A 型高压综合起动器13.1113.1排水管路无缝钢管65.2/m445310.5钢管管件0.2/组3总额(万元)（考虑运杂费）66.38.3安装工程费 项目类别设备安装费（万元）外加工资调整（万元）施工管理费（万元）总额（万元）机电设备24.360.5123.3528.22配电设备1.470.15312.623排水管路4.817.913.7辅助车间服务费19.8总额64.3438.4井巷工程费工程名称技术特征单位数量单价（万元）总分（万元）经济指标（万元）基价地区系数地区单价直接定额费辅助费施工管理费合计泵房硐室63.61.093.923.42414.261.610.3管子道m13.51.093.83.83.92.31010水仓绞车房13.51.093.83.83.92.31010水仓253.51.093.89597.457.5249.910