排水设备选型计算.docx
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排水设备选型计算
目录5
摘要7
第一章绪论及设计原始资料与任务8
第二章离心泵结构和特点9
2.1概述9
2.2离心泵的工作原理、分类、型号及结构9
2.3离心泵的气蚀10
2.4离心泵的分类10
第三章排水设备选型计算12
3.1确定排水系统12
3.1.1预选的泵的型号和台数12
3.1.2确定水泵的台数和级数13
3.2管路及管路布置14
3.2.1管路系统14
3.2.2计算管路特性16
3.2.3校验计算20
第四章确定水仓、水泵房尺寸及其附属设备23
4.1确定水仓尺寸23
4.2泵房分配井闸直径的确定24
4.3水泵基础尺寸的确定24
4.4计算主泵房主要尺寸25
第五章其余方案的选型计算及方案比较27
5.1确定水泵台数27
5.2管路及管路布置28
5.3计算耗电量34
致谢36
参考文献37
摘要
本设计主要内容是矿山排水设备的选型设计及压水室形状对水泵性能的影响。
在此课题的设计过程中，主要运用分析、比较等方法，根据矿井安全生产的政策、法规，应用历史设计经验，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设计指导思想来进行综合设计的。
本课题来源与工程实际，因此在设计的过程中，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。
关键词∶排水系统水泵选型工况点
第一章绪论及设计原始资料与任务
1．绪论
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。
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。
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，设计过程中还要注重科技发展新成果的合理应用。
2．设计的原始资料
（1）井口标高为+141米，水平标高为-80米
（2）正常涌水量，最大涌水量
（3）正常涌水期按305天，最大涌水期60天；
（4）矿水中性，矿水密度1020kg/m3；
（5）服务年限30年；
（6）矿年产量600万吨。
3．设计任务
确定合理的排水系统并选择排水设备。
第二章离心泵结构和特点
2.1概述
泵是输送液体并提高液体压力的机器，泵分为化工用泵、水泵。
其主要差异是水泵特殊材料和适用对象不同而设计不同，防止腐蚀和适应化工工艺，包括结构、轴封、材料及检修难度等。
工业用泵的要求：
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。
2.2离心泵的工作原理、分类、型号及结构
1、离心泵的装置
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。
图2-1离心泵装置示意图
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。
2.3离心泵的气蚀
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。
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，对水泵造成损坏造成设备事故（简称“气蚀”）！
2.4离心泵的分类
离心泵的种类很多，分类方法常见的有以下几种方式：
1．单级双吸离心泵
扬程范围为10—140m，流量范围是90—28600m3／h。
按轴的安装位置不同，分卧式和立式两种结构。
卧式S型单级双吸离心泵相当于两个B型泵叶轮组合而成，液体从叶轮左、右两侧进入叶轮，流量大。
转子为两端支承，泵壳为水平副分的蜗壳形。
两个呈半螺旋形的吸液室与泵壳一起为中开式结构，共用一根吸液管，吸、排液管均布在下半个泵壳的两侧，检查泵时，不必拆动与泵相连接的管路。
由于泵壳和吸液室均为蜗壳形，为了在灌泵时能将泵内气体排出，在泵壳和吸液室的最高点处分别开有螺孔，灌泵完毕用螺栓封住。
泵的轴封装置多采用填料密封，填料函中设置水封圈，用细管将压液室内的液体引入其中以冷却并润滑填料。
轴向力自身平衡，不必设置轴向力平衡装置。
在相同流量下双吸泵比单吸泵的抗汽蚀性能要好。
2．按叶轮数目分
单级离心泵泵中只有一个叶轮，单级离心泵是一种应用广泛的泵。
由于液体在泵内只有一次增能，所以扬程较低。
如图1—2所示为单级单吸离心泵。
多级离心泵具有两个或两个以上叶轮的离心泵称为多级离心泵。
级数越多压力越高。
3．按离心泵扬程分
低压泵：
扬程≤20m；
中压泵：
扬程≥20-100m；
高压泵：
扬程≥100m。
4．按泵的用途和输送液体性质分
清水泵；泥浆泵；酸泵；碱泵；油泵；低温泵；高温泵；屏蔽泵等。
第三章排水设备选型计算
3.1确定排水系统
在井底车场设置水泵房，管路通过副井敷设。
有两种可供选择的排水系统，一种是直接排水一种是分段排水，在相同的条件下，直接排水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，需要的人员也少，因此确定采用直接排水系统。
3.1.1预选的泵的型号和台数
1、工作水泵必须的排水能力
根据《煤矿安全规程》规定：
工作水泵的能力应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。
即：
又：
工作水泵和备用水泵的排水能力，能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。
即：
式中
2、水泵必须的扬程
式中
3、根据杨程涌水量选择水泵型号
根据计算的.从水泵技术规格表中选取水泵型号。
查表可知D450—60和DS450-100型水泵可满足要求
D450—60、DS450-100型水泵其技术参数如下表3-1:
表3-1D450-60、DS450-100型水泵技术参数
D450-60
DS450-100
经比较，D450-60的效率比DS450-100的效率高，故优选D450-60性泵。
3.1.2确定水泵的台数和级数
1、水泵的台数
正常涌水时所需台数：
备用台数:
验算<4
所以，
除此之外尚需一台检修，共计五台水泵，二台工作，二台备用,一台检修。
2、水泵的级数
取4级
即预选泵五台，配电机JSQ-1410（500Kw）
3、验算泵的稳定性
查表当Q=0时，则总扬程为70×4=280（m）
又
故满足稳定性条件0.9的要求。
式中水泵工作时，正常转速下零流量扬程（m）
3.2管路及管路布置
3.2.1管路系统
1、确定管路趟数
根据各涌水期投入工作的水泵台数可选用三条管路，正常涌水期两台水泵各用一条管路排水，最大涌水期四台泵工作，可启用备用管路，每两台水泵对一趟管路并联排水。
2、计算管径及选择管材
经济流速
则排水管径
式中
查表可知的无缝钢管可满足要求取壁厚δ=8mm.
试算=325-8×2=309（mm）所需壁厚：
与所取δ=8（mm）正好吻合，验算合适。
式中许用应力。
去管材抗拉强度％，即。
当钢号不明时，可取：
铸铁管，焊接钢管无缝钢管；
标准内径（cm）；
排水高度（cm）;
0.15-无缝钢管附加高度（cm）；
由于矿井不深，采用（YB231-70）Ф352×8的无缝钢管，吸水管选用Ф351×8的无缝钢管。
3、管路系统
图3-1D450-60×4管路系统图
排水管路系统图如3-1所示：
工作时的水泵台数可选用三条管路，正常涌水期两台水泵各用一条管路排水，最大涌水期四台泵工作，可启用备用管路，每两台水泵对一管路并联排水。
4、估算管路长度
排水管长度
3.2.2计算管路特性
1、计算沿程阻力系数
2、局部阻力系数表3-2。
表3-2局部阻力系数
排水管名称
数量
系数
90o弯头
5
0.294×5=1.47
30o弯头
2
0.10×2=0.20
三通
7
0.7×6+105=5.7
闸阀
2
0.26×2=0.52
止回阀
1
1.7
扩大管
1
0.5
εξp
10.0
局部阻力系数附表3-3
附表3-3局部阻力系数
吸水管名称
数量
系数
滤水网
1
2
90o弯头
1
0.294
收缩管
1
0.1
2.394
3、计算管路阻力系数
4、管路特性方程式
（1）根据（煤矿设计规范）规定：
确定水泵扬程时，应考虑排水管淤积而增加的阻力，将计算的管路损失乘以1.7系数。
参照水泵的流量范围，选取八个流量值分别算出排水所需的扬程和利用得到的数据表3-4，
表3-4排水扬程和流量值
40
60
90
100
110
130
140
150
H（m）
226.99
227.22
229.99
231.17
232.46
235.42
237.08
238.87
56.75
56.81
57.50
57.79
58.11
58.86
59.27
59.72
确定工况点
在泵单机特性坐标图上绘出管路特性曲线，如图3-2所示。
正常涌水期工况点为单台泵与一条管路特性的交点，图3-2中K点即为所求，该点工况参数为：
图3-2工况图
（2）最大涌水时期，三条管路并联的管路损失系数：
由于管路并联压力不变，排水管、吸水管管径不变，所以管路损失系数相同
即
相应的管路特性方程式为：
取四台泵并联的流量范围为单台泵的4倍，取八个流量，分别带入此式求出所扬程列入表3-5：
表3-5排水扬程和流量值
160
240
360
400
440
520
560
600
H（m）
226.75
228.95
233.88
235.96
238.36
243.52
246.48
249.66
（m）
56.69
57.24
58.47
58.97
59.57
60.88
61.62
62.42
（3）在最大涌水期工况点为四台泵与一条管路特性的交点（如图3-3所示）。
四台水泵并联的流量与一台水泵流量相等，所以得到四台泵的并联工作特性，
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