煤矿离心水泵选型.doc

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第三节排水设备

该矿为斜井开拓，采用一级排水，在副斜井底部+842m标高布置主副水仓并建立水泵房集中排水，在二采区各上山，各运输巷，各回风巷边缘布置排水沟，二采区涌水沿各排水沟自流至一采区主，副水仓。

井下所有涌水从+842主，副水仓沿管子道，副斜井直接排至设在地面的井下水处理站。

一、设计依据

1．根据贵州省核工业地质局提供的《贵州省遵义县习水镇富星煤矿矿区水文地质调查报告》的资料，两个采区涌水量相加得正常涌水量：

Q正＝32.9m3/h，最大涌水量：

Q大＝82.12m3/h。

考虑到井下消防洒水等因素，设备选型按正常涌水量Q正＝37.9m3/h，最大涌水量：

Q大＝87.12m3/h。

2．排水高度为182m，从+842m排到+1024m。

二、选型计算

1．正常和最大涌水量时，工作水泵的最小排水能力

①正常涌水时期所需水泵最小排水能力QB

QB＝24Qr/20＝1.2Q＝1.2×37.9＝45.48（m3/h）

式中：

Qr—矿井正常涌水量，37.9m3/h。

②最大涌水时期所需水泵最小排水能力QBm

QBm＝24Qrm/20＝1.2Qrm＝1.2×87.12＝104.54（m3/h）

式中：

Qrm—矿井最大涌水量，87.12m3/h。

2．计算水泵所需扬程

HB＝Hp+H吸+1.7hw＋1＝182+5+1.7×23.9＋1

＝228.6（m）

式中：

Hp——排水高度，182m

H吸——吸水高度，5m；

hw——吸、排水管管路损失扬程，经计算hw=23.9m；

1.7——管路於积系数；

1---排水口富裕高度，取1m。

利用矿上现有的水泵型号为D85-45×6型水泵3台，流量85m3/h，扬程270m，电压0.66kV。

正常涌水时1台工作，1台备用，1台检修。

最大涌水时2台工作，1台备用，配套YB2-315M-2型电动机，功率为110kw。

3．排水管的选型及趟数

（1）管径计算

==0.123（m）

式中：

Q额—所选水泵的额定流量，m3/h；

V排—假定管径的流速，取V排=2m/s。

（2）排水管路趟数的确定

根据设计规范及省安监局要求，排水管选择φ159×4.5mm无缝钢管一趟作为工作管路，另外敷设一趟φ159×4.5的无缝钢管一趟作为备用管路，壁厚为4.5mm。

（3）吸水管直径计算

D吸=D排+25=123+25=148mm，查表取标准管φ159×4.5mm的无缝钢管作为吸水管。

（4）排水管管壁厚度的校验

=0.38cm<4.5mm

式中：

P—管子内部水的压力kgf/cm2，19.2kgf/cm2；

Φ—管子内径cm，15.0cm；

Rk—许用应力，kgf/cm2，对无缝钢管为800kgf/cm2；

a—考虑管路受腐蚀及管路制造误差时的附加厚度，cm，对于钢管取0.1-0.2cm；本次取0.2cm；选择φ159×4.5mm无缝钢管能满足排水要求。

4．管路流速计算

（1）排水管流速计算

=1.34m3/s,流速过小，不经济，应运用关小闸阀，使排水管流速在经济流速范围内，取1.85m3/s。

式中：

D排—排水管内径，0.15m。

（2）吸水管流速计算

=1.34m3/s

式中：

D吸—吸水管内径，0.15m。

5．管路扬程损失计算

=23.9m

式中：

λ---水与管壁摩擦阻力系数，查表λ=0.0352；

d排---排水管直径，d排=0.15m；

v排---排水管流速，v排=1.85m3/s；

g---重力加速度，g=9.8m/s2；

Lj---管路计算长度，等于实际长度加底阀、逆止阀、闸阀、弯头、异形管、三通等附件的等值长度，为585m；管路计算长度见表4-3-1。

表4-4-1管路计算长度表

6．确定水泵行动参数

1）建立管网阻力特性方程式

根据排水系统运行理论，管网阻力特性方程式如下：

式中：

H---排水泵所需扬程，m；

Hs----水泵吸水管吸水面与排水管出水口高差，m；HS＝182＋5＝187m；

R----排水系统管道阻力系数；

Q----水泵额定流量，m3/h，Q=85m3/h；

（1）管路淤积时

排水系统管道阻力系数按下式计算；

=0.0073

式中：

符号意义同前。

管网阻力特性方程式为：

（2）管路不淤积时

排水系统管道阻力系数：

管网阻力特性方程式为：

2）作管网阻力特性曲线

根据及方程式，在D85-45×6型水泵的性能曲线上按同一比例画作Q－H图得管网阻力特性曲线，见图4-3-1。

管路淤积时其工况点参数见表4-3-2。

管路不淤积时其工况点参数见表4-3-3。

图4-3-1管网特性曲线图

表4-3-2D85-45×6型多级水泵管路淤积时工况点运行参数

型号

流量

（m3/h）

总扬程（m）

转速（r/min）

电机功率

（kW）

电机电压

（kV）

效率

%

必须汽蚀余量（m）

D85-45×6

80.7

274.8

2950

84.6

0.66

71.7

4.3

表4-3-3D85-45×6型多级水泵管路不淤积时工况点运行参数

型号

流量

（m3/h）

总扬程（m）

转速（r/min）

电机功率

（kW）

电机电压

（KV）

效率

%

必须汽蚀余量（m）

D85-45×6

88.4

259.2

2950

88.2

0.66

71.6

4.5

7．水泵工况点运行参数校核

（1）经济性校验：

水泵的工作点位于工业利用区内，符合经济要求。

（2）稳定性校验：

由特性曲线可知水泵在零流量时的压头值H0＝270m，排水系统测地高度HS＝187m，Hs＜0.9H0，而0.9H0＝0.9×270＝243m＞HS＝187m稳定工作。

（3）吸上真空度校核

由厂家提供的资料D85-45×6型水泵必须汽蚀余量为4.9，泵工况点汽蚀余量为4.5上真空度符合要求。

（4）排水时间验算

①正常涌水时实际排水时间

=11.3h＜20h，符合要求

式中：

Q---设计矿井正常涌水量，37.9m3/h；

Qe---水泵的工况点流量，80.7m3/h。

②最大涌水时实际排水时间

=13.0h＜20h，符合要求

式中：

Q---设计矿井最大涌水量，87.12m3/h；

Qe---水泵工况点流量，80.7m3/h；

n---最大涌水量时水泵运行台数，n=2。

8．电动机容量的验算

（1）管路淤积时

=96.4kW＜110kW

电机功率符合要求。

式中：

γ---矿井水的比重，kg/m3，取1020kg/m3；

Qm---水泵工况点的流量，80.7m3/h；

Hm---水泵工况点扬程，m，274.8m

ηm---水泵工况点的效率，71.7%

ηc---传动效率，联轴节传动取ηc=0.98；

K---电机备用系数，取K=1.1。

（2）管路不淤积时：

=99.8kW＜110kW

电机功率符合要求。

式中：

γ---矿井水的比重，kg/m3，取1020kg/m3；

Qm---水泵工况点的流量，88.4m3/h；

Hm---水泵工况点扬程，m，259.2m；

ηm---水泵工况点的效率，71.6%；

ηc---传动效率，联轴节传动取ηc=0.98；

K---电机备用系数，取K=1.1。

根据校核采用厂家配套防爆电动机，其额定功率110kW，满足要求。

3）吨水百米电耗

（1）年电耗

=574076kwh

式中：

Q工---水泵运行工况点流量，Q工=80.7m3/h；

H工---水泵运行工况点扬程，H工=274.8m；

γ0---矿井水的比重，kg/m3，取1020kg/m3；

t---水泵平均每天运行小时数，t=16h；

ç工---水泵运行工况点效率，ç工=0.717

çx---电网效率，取çx=0.95；

çd---电动机效率，对于大型电机取0.9-0.94；取çd=0.92；

2）吨煤电耗

=3.83kwh/t

3）吨水百米电耗

=0.30kW/100m.t满足节能要求。

矿井已经在副斜井底部＋842m布置主，副水仓并设置了水泵房，已经安装了三台D85-45×6型离心式水泵，其中一台工作，一台备用，一台检修。

水泵配套电动机功率为110kW（0.66kV），水泵额定流量为85m3/h，额定扬程为270m。

并已经敷设了一趟φ159×4.5mm无缝钢管作为工作管路，同时敷设了一趟φ159×4.5mm无缝钢管作为备用管路，壁厚为4mm。

排水管从水泵房经管子道沿副斜井铺设至地面。

水泵起动采用QJR型防爆软启动器起动。

根据以上计算，该矿井在一采区已经安装的泵房，完全能够满足二采区生产时排水系统的要求。

9．水仓

主水仓长：

70m，断面：

3.97m2，容量为：

277.9m3；副水仓长：

60m，断面：

3.97m2容量为：

238.2m3；水仓总容量为：

516.1m3。

水仓总容量按8小时正常涌水量验算：

516.1m3≥8×37.9=303.2m3，满足要求。

10．潜水泵选择

由于该矿水文地质条件为复杂，应配备潜水泵，矿井在水泵房已安装一台BQ100-26×9-110/S型潜水泵，流量100m3/h，扬程234m，满足排水要求，控制开关设在地面，在矿井发生渗水事故，水泵房被淹没的情况下，启动潜水泵排水，由于潜水泵只是在发生渗水事故时紧急使用，所以不在电力负荷考虑的范围内，不作矿井电力负荷统计。