矿井自动主排水系统设备的选型设计精.docx

矿井自动主排水系统设备的选型设计精.docx

《矿井自动主排水系统设备的选型设计精.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿井自动主排水系统设备的选型设计精.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

矿井自动主排水系统设备的选型设计精

矿井自动主排水系统设备的选型设计

矿井自动排水系统结构比较复杂,设备类型众多,本章将对水泵、引水设备、自动阀门等主要设备进行选型设计。

由于水泵电机的供电电源取自高压开关柜,在设计完成后,将对高压开关柜作简要叙述。

4.1初始数据

某矿井原始资料:

1单水平开采,竖井,井深450m

2正常涌水量550m3/h

3最大涌水量1000m3/h

4矿水污染较严重,密度1020kg/m3

4.2选型设计

1.选择排水系统

由于是单水平开采,故采用直接排水系统。

2.预选水泵:

主泵房的排水设备,必须有工作、备用和检修水泵。

其中任一台水泵的排水能力应能在20h排出24h的正常涌水量,两台水泵同时工作的总能力,应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量,检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。

正常涌水期,水泵必须的排水能力:

311.21.2550660（/VZQqmh≥=⨯=

（式2-1

最大涌水期,水泵必须的排水能力:

31maxmax1.21.210001200（/VVQqmh≥=⨯=（式2-2

式中:

qz—正常涌水量（m3/h

qvmax—最大涌水量（m3/h

Qv1—工作水泵必须的排水能力（m3/h

Qv1max—工作与备用水泵必须的排水总能力（m3/h

作为估算可认为水泵必须产生的扬程H1（m

1（5.51.1（4505.5501.1（hHkHm=+=⨯+=（式2-3

式中:

Hh-井筒深度（m;

k-扬程损失系数,竖井,k=1.1;斜井,k=1.20~1.35

由于矿水污染严重,应考虑选择MD型耐磨泵,综合上述几点,可选用MD500-57型号泵,其单级扬程Hi=57。

水泵级数1501.18.857HiHi===,故选级数i=9。

MD型泵是目前国内较为理想的煤矿用排水泵。

其各型号见表2-1,型号含义

如图2-3所示:

图水泵型号含义

比较Qv1,Qv1max和Qe可知,在正常涌水时期需要水泵台数

116601.322500

veQnQ===≈在最大涌水时期需要投入工作的水泵台数

1max1200122.43500

veQnnQ+===≈除此之外,尚需一台检修水泵。

故工作水泵n1=2,备用水泵n2=1,检修水泵n3=1,共四台水泵。

3、管路趟数的选择

根据各涌水期投入工作的水泵台数,可选用三趟管路,正常涌水期两台水泵同时工作,各用一趟管路排水,另一趟备用;最大涌水期三台泵同时工作,启用备用管路,三趟管路并联排水。

4.3引水设备

离心式水泵只有在泵壳内充满水的情况下允许启动,通常采用的方法是打开逆止阀旁通道上的截止阀（或注水电磁阀让排水管道中的压力水注入泵体,泵体内的空气从放气旋塞排出。

这种方法要求水泵必须装设底阀。

在排水过程中,底阀产生一定的水力损失使水泵的电耗增加、效率降低。

为了取消底阀、增加吸水高度、便于自动控制,还可采用以下充水装置。

一、用真空泵抽真空吸水

在多台大泵集中排水的情况下,可设置两台真空泵专为大泵抽真空吸水。

一般采用SZ型、SZB型、SZH型水环式真空泵。

在本系统中采用的是SZ水环式真空泵。

其大致的工作原理为:

在泵体中装有适量的水作为工作液。

当叶轮顺时针方

向旋转时,水被叶轮抛向四周,由于离心力的作用,水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。

水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切,水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度。

此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。

如果以叶轮的下部0°为起点,那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大,且与端面上的吸气口相通,此时气体被吸入,当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝;当叶轮继续旋转时,小腔由大变小,使气体被压缩;当小腔与排气口相通时,气体便被排出泵外。

水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的,因此它属于变容式真空泵。

SZ水环式真空泵的性能参数如表所示。

在正常情况下,为了加快充水过程两台真空泵同时对一台水泵抽气。

当一台真空泵发生故障时,另一台仍能担负抽气的任务。

抽气管经过电磁阀与每台水泵进水端的放气孔相接,管路接头处要保证严密。

由于真空泵在工作时会发热,及一部分工作液（水环随气体一起排走,所以应不断地向真空泵补充清水。

在图2-4中,启动真空泵时,由清水水箱经管路6给真空泵补充清水。

当真空表的读数达到要求时即可启动大水泵。

表SZ水环式真空泵的性能参数

1抽气管

接进水管放气孔

1-抽气管;2-电磁阀;3-真空表;4-水环式真空泵;5-补水水管;6-排气软管

图2-4真空泵的安装示意图

二、利用射流喷管抽真空吸水

目前,我国煤矿主要排水设备通常由离心式水泵、电动机、起动设备、仪表、管路、滤水器、底阀、闸阀、逆止阀、充水装置等组成。

离心式水泵通常只有在泵体内充满水的情况下才允许起动,才能上水。

经常采用的方法是打开逆止阀旁通管上的截止阀,让主排水管路中的压力水注入泵体,泵体内的空气从放气孔排出,这样的方法要求水泵必须装设底阀。

但在排水过程中,底阀产生一定的水力损失,使水泵的电耗增加,效率降低,而且底阀易出现不闭合、胶垫烂等现象而造成漏水,无形中增加了维修量,降低了水泵排水的可靠性,于是,根据现场实际（来水管处地方窄小,利用射流管抽真空技术制作了充水装置,投用后效果良好。

射流管的尺寸、整体安装位置如图2-5:

A即为射流管充水装置。

l,2为截止阀,分别控制主管路给水和泵体内排空气;3为真空表,用来监视泵体及管路内真空度,真空度达到上水要求,即可开泵;4为主闸阀:

5为逆止阀,开泵时,先开启截止阀2再开启截止阀l,主管路高压水经截止阀l射向射流管A,观察真空表,一般真空度达到0.05MPa以往前运动,并在喷嘴口处形成一定的真空度,这样泵体和吸水管内的空气被吸进混合室,两股合成气水混合物,经过喷管的颈口及扩散管排出,再流入水仓。

要注意射流管所造成的真空度的高低不仅与喷管本身的合理尺寸有关,而且

也与水泵排水管内存水的压力有关。

排水管内存水压力越大,水泵充水的时间就越短,压力越小充水的时间就越长,甚至吸不上水来。

l,2.截止阀3.真空表4.主闸阀5.逆止阀6.滤网（去底阀7.混合室8.颈口

图2-5射流喷管的尺寸及安装位置

三、真空泵与射流管的比较

使用射流管抽真空吸水与使用真空泵一样,也能省去底阀提高水泵的效率及吸水高度,而且它具有结构简单,不占用泵房空间,维修量小等优点。

它的主要缺点就是不能解决第一次启动前的充水,因为第一次启动之前,排水管中无存水,喷管无水源,除非向排水管注入足够的水否则必须保留一台水泵带有底阀。

4.4自动阀门

本设计中主要用到了电动闸阀,电动球阀两种阀门。

下面就这两种阀门进行简单的介绍。

电动闸阀

电动闸阀是安装在水泵的出水口处主排水管上的,用于控制排水管开关的阀门。

闸阀是指关闭件（闸板沿通路中心线的垂直方向移动的阀门。

闸阀在管路中主要作切断用。

闸阀是使用很广的一种阀门,一般口径DN≥50mm的切断装置都选用它,口径很小的切断装置也可选用闸阀,闸阀有以下优点:

①流体阻力小;

②开闭所需外力较小;

广州工程仿真科技有限公司工程仿真网③介质的流向不受限制；④全开时，密封面受工作介质的冲蚀比截止阀小；⑤体形比较简单，铸造工艺性较好。

闸阀也有不足之处：

①外形尺寸和开启高度都较大，安装所需空间较大；②开闭过程中，密封面间有相对摩擦，容易引起擦伤现象；③闸阀一般都有两个密封面，给加工、研磨和维修增加一些困难。

表2-3Z2410/ZTX系列电动闸阀主要技术参数公称直径25～800DN（mm公称压力PN1.6（MPa）连接标准法兰连接按JB/T79.1JB/T79.2标准ZG0Cr18Ni12M0阀体材料代号ZG230-450ZG1Cr18Ni9Ti2Ti密封面材料代号HY醋酸类腐蚀性介质≤2002.54.06.4水、蒸汽、油品硝酸类腐蚀性适用介质等适用温度（℃）≤425介质≤550设计中使用了Z2410/ZTX系列电动闸阀，它是由多回转电动执行器与Z41/42闸阀组合在一起。

闸板及填料外密封可靠、开关平稳。

流道通畅、流阻小。

广泛用于化工、石油、冶金、能源等行业。

用来实现远控操作。

主要技术参数及性能如表2-3所示。

电动球阀电动球阀在系统中应用较多,在图2-2水泵排水系统中可以看出,真空泵抽真CAE有限元工程仿真有限元软件工程分析

广州工程仿真科技有限公司工程仿真网空,射流管方式抽真空都用到了电动球阀。

电动球阀结构比较简单,价格也较低,应用方便灵活,不过其口径都较小,不能替代电动闸阀的位置,一般只应用于控制管径较小的管路的开断。

本设计中使用了Q5100/TZX系列电动O型调节球阀。

Q5100/TZX系统电动O型调节球阀是一种转角为90°的旋转类调节阀，密封性能优良，流通能力大，流阻系数小，结构简单、维修方便、使用寿命长，配用DKJ-Ⅱ、Ⅲ执行器引配日本工装，西德欧姆龙等高性能执行机构。

产品通常用于密封要求严格的场合，除控制气体、液体、蒸汽介质外，还适宜控制污水和含有纤维性杂质的介质，广泛用于石油、化工、冶金、轻工、造纸、电站、制冷等工业领域。

主要技术参数及性能如表所示。

表2-4Q5100/TZX系列电动O型调节球阀主要技术参数公称直1223径5052DN（mm公称压力PN1.66.440506580050000010121520253035400（MPa）连接标法兰连接准球芯转90℃角阀体材ZG230～450料适用温-40～180（常温）度（℃）-40～450（高温）ZG1Cr18Ni9TiZG0Cr18Ni12M02Ti按JB/T79.2JB/T79.2标准CAE有限元工程仿真有限元软件工程分析

广州工程仿真科技有限公司工程仿真网执行机构输入信DKJ-Ⅱ、Ⅲ型PSAUTOMATIONCMBHLNAR-KOSOUnic-Z电动执行机构0～10mA号4.5高压开关柜4～20mA1～5VDC矿用高压开关柜因为不是防爆型电气设备，只能用于无瓦斯和煤尘突出、通风良好无爆炸危险的煤矿井下井底车场、大巷、中央变电所等场所。

矿用高压开关柜工作条件为：

（1）煤矿井下环境温度不能超过35℃；

（2）相对湿度不超过95％±3％；（3）无导电尘埃及腐蚀金属和破坏绝缘的气体；（4）无剧烈振动及垂直倾斜度不超过5º的场所。

本设计中选用GKW—1型矿用高压开关柜，额定电压为3kV，6kV；额定电流为5～400A。

GKW—1型高压开关柜用等边角钢制成骨架，用2mm厚的钢板焊成封闭式，具有防滴防水的作用。

前门上装有二次仪表和信号灯，打开前门是操作室，装有脚踏按钮，操作屏上装有操作手柄、操作机构、辅助开关和端子板。

后门上装有观察窗，以便观察油断路器的油面情况。

母线均涂颜色：

A相涂黄色；B相涂绿色；C相涂红色。

后门和隔离开关之间有机械闭锁装置，只有隔离开关断开时才能打开后门，反之，只有关上后门才能合上隔离开关。

隔离开关的操作机构与油开关的操作机构之间也有机械闭锁装置，当隔离开关断开时油开关就不能合上，油开关合上时隔离开关就不能打开。

保护板下面的小门打开就可以检查电压互感器和高压熔断器。

小门与隔离开关之间也有机械闭锁装置，只有隔离开关断开才能打开小门，小门打开隔离开关就不能闭合，以防发生触电事故。

控制水泵房的高压开关柜主要是为水泵电机提供电源，由于水泵电机属于高压大容量电机，不能直接启动，需采用串联电抗器或采用Y-D转换降压启动的方法来启动电机。

而这个任务要由高压开关柜来完成。

由于采用电抗器降压，在启动的开始阶段，由于功率因数低，在电抗器上的压降大，随着转速的增高，启动电流逐渐减小，且功率因数逐渐增高，其结果是使电抗器上的压降减小，电机上的端电压逐渐增高。

这样在启动终了短接电抗器时，冲击电流会小些。

电抗器降压启动的接线如图2-6所示。

这样，当PLC发出一个水泵电机启动的命令给高压开关柜后，高压开关柜就会自动完成水泵电机的平稳启动了。

CAE有限元工程仿真有限元软件工程分析

广州工程仿真科技有限公司工程仿真网高压柜进线端高压柜内部接线M图电抗器降压启动接线图CAE有限元工程仿真有限元软件工程分析