礦山排水設備選擇設計PPT課件

1、選擇設計的任務在于自現(xiàn)有產(chǎn)品中選擇能夠在特定礦井條件下選擇設計的任務在于自現(xiàn)有產(chǎn)品中選擇能夠在特定礦井條件下安全、可靠又安全、可靠又經(jīng)濟經(jīng)濟工作的排水設備，并便于操作和維修。工作的排水設備，并便于操作和維修。設計時必須遵守設計時必須遵守煤礦安全規(guī)程煤礦安全規(guī)程（以下簡稱（以下簡稱“規(guī)程規(guī)程” ）和）和煤礦工業(yè)設煤礦工業(yè)設計規(guī)范計規(guī)范（以下簡稱（以下簡稱“規(guī)范規(guī)范” ）的有關規(guī)定。）的有關規(guī)定。第1頁/共78頁1 1 任務和步驟任務和步驟一、具體任務一、具體任務選型設計的任務包括選型設計的任務包括1) 1) 確定排水系統(tǒng)；確定排水系統(tǒng)；2) 2) 選定排水設備；選定排水設備；3) 3) 提出經(jīng)濟

2、核算結(jié)果；提出經(jīng)濟核算結(jié)果；4) 4) 繪制泵房、管子道和管子間的布置圖。繪制泵房、管子道和管子間的布置圖。第2頁/共78頁二、必備的資料二、必備的資料設計時必須具備的主要原始資料有：設計時必須具備的主要原始資料有：1) 1) 礦井開拓方式（水平數(shù)）、及服務年限；礦井開拓方式（水平數(shù)）、及服務年限；2) 2) 各開采水平和井口的標高；各開采水平和井口的標高；3) 3) 同時開采水平數(shù)及各水平正常涌水量和最大涌水量，及其發(fā)生的期間；同時開采水平數(shù)及各水平正常涌水量和最大涌水量，及其發(fā)生的期間；4) 4) 礦水容重及其物理化學性質(zhì)（如礦水容重及其物理化學性質(zhì)（如pHpH值等）；值等）；5) 5)

3、準備敷設管路的井筒布置及泵房附近車場的布置圖；準備敷設管路的井筒布置及泵房附近車場的布置圖；6) 6) 礦井供電電壓及井下運輸軌距等輔助資料；礦井供電電壓及井下運輸軌距等輔助資料；7) 7) 沼氣等級及礦井年產(chǎn)量。沼氣等級及礦井年產(chǎn)量。第3頁/共78頁三、選型計算步驟三、選型計算步驟1) 1) 擬定排水系統(tǒng)；擬定排水系統(tǒng)；2) 2) 初步選擇水泵；初步選擇水泵；3) 3) 擬定泵房水泵及管路組合方案；擬定泵房水泵及管路組合方案；4) 4) 選擇管路；選擇管路；5) 5) 計算管路特性；計算管路特性；6) 6) 確定排水裝置的排水工況；確定排水裝置的排水工況；7) 7) 驗算排水時間；驗算排水時

4、間；8) 8) 計算允許的吸水高度；計算允許的吸水高度；9) 9) 計算必須的電動機容量及電能耗量；計算必須的電動機容量及電能耗量；10) 10) 經(jīng)濟核算；經(jīng)濟核算；11) 11) 篩選并確定方案，篩選并確定方案，12) 12) 繪制泵房、管子道及管子間的布置圖。繪制泵房、管子道及管子間的布置圖。第4頁/共78頁2 2 選擇排水系統(tǒng)選擇排水系統(tǒng)有兩種可供選擇的排水系統(tǒng)，一種是直接排水，一種是分段排水。有兩種可供選擇的排水系統(tǒng)，一種是直接排水，一種是分段排水。 在相同條件下，前者的水平和泵房數(shù)量少，系統(tǒng)簡單可靠，基建投資和運行費用少，維護工作量要減少一在相同條件下，前者的水平和泵房數(shù)量少，系統(tǒng)

5、簡單可靠，基建投資和運行費用少，維護工作量要減少一半以上，需用的人員也少。半以上，需用的人員也少。對于條件比較復雜的多水平開采礦井，應根據(jù)各水平深度，涌水量以及現(xiàn)有水泵的性能等因素，從基本投對于條件比較復雜的多水平開采礦井，應根據(jù)各水平深度，涌水量以及現(xiàn)有水泵的性能等因素，從基本投資要少、易于施工、操作簡單和維修方便等方面加以綜合考慮，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟比較后，確定采用直接排資要少、易于施工、操作簡單和維修方便等方面加以綜合考慮，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟比較后，確定采用直接排水還是分段排水。水還是分段排水。第5頁/共78頁3 3 預選泵的型式和臺數(shù)預選泵的型式和臺數(shù)規(guī)程規(guī)程第第242242條對主排水設備的水

6、泵的要求：條對主排水設備的水泵的要求： 必須有工作、備用和檢修的水泵，其中：必須有工作、備用和檢修的水泵，其中： 工作水泵工作水泵的能力，應能在的能力，應能在2020小時內(nèi)排出礦井小時內(nèi)排出礦井2424小時的正常涌水量（包括填充小時的正常涌水量（包括填充水和其它用水）。水和其它用水）。 備用水泵備用水泵的能力，應不小于工作水泵能力的的能力，應不小于工作水泵能力的7070，并且工作和備用水泵的總，并且工作和備用水泵的總能力，應能在能力，應能在2020小時內(nèi)排出礦井小時內(nèi)排出礦井2424小時的最大涌水量。小時的最大涌水量。 檢修水泵檢修水泵的能力，應不小于工作水泵能力的的能力，應不小于工作水泵能力

7、的25%25%。 水文地質(zhì)條件復雜的礦井，可根據(jù)具體情況，在主要泵房內(nèi)預留安裝一定數(shù)水文地質(zhì)條件復雜的礦井，可根據(jù)具體情況，在主要泵房內(nèi)預留安裝一定數(shù)量水泵的位置，或另外增設水泵。量水泵的位置，或另外增設水泵。第6頁/共78頁規(guī)范規(guī)范第第2-l362-l36條對小涌水量礦井的水泵的規(guī)定：條對小涌水量礦井的水泵的規(guī)定：對于正常涌水量為對于正常涌水量為50m50m3 3/h/h及以下，且最大涌水量為及以下，且最大涌水量為100m100m3 3/h/h及以下的礦井，可選用兩臺水泵，及以下的礦井，可選用兩臺水泵，其中一臺工作，一臺備用。其中一臺工作，一臺備用。第7頁/共78頁一、工作水泵必須的排水能力

8、一、工作水泵必須的排水能力根據(jù)有關規(guī)定，要求投入工作的水泵的排水能力，能在根據(jù)有關規(guī)定，要求投入工作的水泵的排水能力，能在2020小時內(nèi)排完小時內(nèi)排完2424小時的小時的正常涌水量，即：正常涌水量，即： (2-48)(2-48)又工作水泵與備用水泵的總能力，能在又工作水泵與備用水泵的總能力，能在2020小時內(nèi)排完小時內(nèi)排完2424小時的最大涌水量，即：小時的最大涌水量，即： (2-49)(2-49)式中式中 q qz z 正常涌水量正常涌水量(m(m3 3/h)/h)； q qmaxmax 最大涌水量最大涌水量(m(m3 3/h)/h)； Q QB B 工作水泵必須的排水能力工作水泵必須的排水

9、能力(m(m3 3/h)/h)； Q QBmaxBmax 工作與備用水泵必須的排水總能力工作與備用水泵必須的排水總能力(m(m3 3/h)/h)。32420BzQqmh3maxmax2420BQqmh第8頁/共78頁二、水泵必須的揚程二、水泵必須的揚程作為估算可認為水泵必須產(chǎn)生的揚程作為估算可認為水泵必須產(chǎn)生的揚程 (2-50)(2-50)式中式中 干管傾斜敷設時的傾角。干管傾斜敷設時的傾角。亦可利用管路效率概念，用下式計算亦可利用管路效率概念，用下式計算 (2-51)(2-51)式中式中 g g 管路效率。對于豎直敷設的管路管路效率。對于豎直敷設的管路g g0.90.90.890.89；對于

10、傾斜敷設的管路，當傾角對于傾斜敷設的管路，當傾角3030時取時取g g0.830.830.80.8，30302020時取時取g g0.80.80.770.77 ，2020時取時取g g0.770.770.740.74。 0.1 0.121sinBcHHm BcgHHm第9頁/共78頁認為管路阻力損失在數(shù)值上等于管路長度的認為管路阻力損失在數(shù)值上等于管路長度的10%10%12%12%，即，即R RT TQ Q2 2=(0.1=(0.10.12)0.12)l l，又，又l lsinsin=Hc=Hc，則，則 或或20.1 0.121sinBcTcHHR QH0.1 0.1211sing第10頁/共

11、78頁三、預選水泵型式三、預選水泵型式自泵產(chǎn)品樣本中，挑選能滿足自泵產(chǎn)品樣本中，挑選能滿足Q QB B和和H HB B的水泵，最好是一臺泵就能達到所要求的排的水泵，最好是一臺泵就能達到所要求的排水能力。水能力。 在滿足要求的各型水泵中，優(yōu)先選擇工作可靠、性能良好、體積小、重量輕而在滿足要求的各型水泵中，優(yōu)先選擇工作可靠、性能良好、體積小、重量輕而且價格便宜的產(chǎn)品。且價格便宜的產(chǎn)品。 當?shù)V水的當?shù)V水的pHpH值小于值小于5 5時，應采用防酸水泵。時，應采用防酸水泵。若采用分段式水泵，當流量能滿足要求時，必須的級數(shù)為：若采用分段式水泵，當流量能滿足要求時，必須的級數(shù)為： (2-52)(2-52)

12、式中式中H Hi i為泵流量為泵流量Q QB B時的平均單級揚程時的平均單級揚程m m。這值由泵的平均單。這值由泵的平均單級特性曲線上查出。級特性曲線上查出。BiiHH第11頁/共78頁四、校驗水泵穩(wěn)定性四、校驗水泵穩(wěn)定性為保證泵工作穩(wěn)定性，應滿足式為保證泵工作穩(wěn)定性，應滿足式(2-14)(2-14)規(guī)定的條件規(guī)定的條件式中式中 H H0 0 泵零流量時的揚程。泵零流量時的揚程。 ( (對于分段式水泵對于分段式水泵H H0 0=iH=iH0i0i，這里，這里H H0i0i為平均單級特性上零流量時的為平均單級特性上零流量時的揚程。揚程。) )通過穩(wěn)定性的校驗，可以淘汰不能滿足穩(wěn)定要求的水泵，從而

13、減少可比的方案數(shù)。通過穩(wěn)定性的校驗，可以淘汰不能滿足穩(wěn)定要求的水泵，從而減少可比的方案數(shù)。00.9cHH第12頁/共78頁五、確定泵臺數(shù)五、確定泵臺數(shù)根據(jù)根據(jù)規(guī)范規(guī)范第第2-1362-136條的規(guī)定條的規(guī)定當當q qz z50m50m3 3/h/h和和q qmaxmax100m100m3 3/h/h時，若必須的工作水泵臺數(shù)為時，若必須的工作水泵臺數(shù)為n nl l，則必須的水泵總，則必須的水泵總臺數(shù)為臺數(shù)為n n2n2n1 1。當當q qz z50m50m3 3/h/h時，若工作水泵的必須臺數(shù)為時，若工作水泵的必須臺數(shù)為n nl l，則備用水泵的臺數(shù)，則備用水泵的臺數(shù)n n2 2應取應取n n2

14、 20.7n0.7n1 1，( (偏上整數(shù)偏上整數(shù)) )和和n n2 21.2q1.2qmaxmax/Q-n/Q-nl l( (偏上整數(shù)偏上整數(shù)) )中的較大者。其中中的較大者。其中Q Q為泵為泵的工況流量，在未知工況的情況下，可取的工況流量，在未知工況的情況下，可取Q Qq qz z/n/nl l。檢修水泵的臺數(shù)。檢修水泵的臺數(shù)n n3 30.25n0.25nl l( (偏上整數(shù)偏上整數(shù)) )。必須的水泵總臺數(shù)。必須的水泵總臺數(shù)n nn nl l+n+n2 2+n+n3 3。對于水文地質(zhì)條件復雜的礦井，可根據(jù)情況，增設水泵或在泵房內(nèi)預留安裝水泵對于水文地質(zhì)條件復雜的礦井，可根據(jù)情況，增設水泵

15、或在泵房內(nèi)預留安裝水泵的位置。的位置。第13頁/共78頁4 4 確定管路趟數(shù)和泵房內(nèi)管路布置確定管路趟數(shù)和泵房內(nèi)管路布置一、確定管路趟數(shù)一、確定管路趟數(shù)規(guī)程規(guī)程第第242242條對水管做了規(guī)定：條對水管做了規(guī)定：主要排水設備必須有工作和備用的水管。主要排水設備必須有工作和備用的水管。工作水管的能力能配合工作水泵在工作水管的能力能配合工作水泵在2020小時內(nèi)排出礦井小時內(nèi)排出礦井2424小時的正常涌水量。小時的正常涌水量。工作和備用水管的總能力，應能配合工作和備用水泵在工作和備用水管的總能力，應能配合工作和備用水泵在2020小時內(nèi)，排出礦井小時內(nèi)，排出礦井2424小時的最大涌水量。小時的最大涌水

16、量。規(guī)范規(guī)范第第2-1382-138條對敷設在斜井中排出小涌水量的管路規(guī)定：條對敷設在斜井中排出小涌水量的管路規(guī)定：正常涌水量在正常涌水量在50m50m3 3/h/h及以下，且最大涌水量為及以下，且最大涌水量為100m3/h100m3/h及以下的斜井，一般敷及以下的斜井，一般敷設一條管路，其能力應在設一條管路，其能力應在2020小時內(nèi)，排出礦井小時內(nèi)，排出礦井2424小時的最大涌水量。小時的最大涌水量。第14頁/共78頁二、泵房內(nèi)管路布置二、泵房內(nèi)管路布置按泵臺數(shù)和管路趟數(shù)可以組合成多種布置方式。按泵臺數(shù)和管路趟數(shù)可以組合成多種布置方式。常見的幾種布置方式：常見的幾種布置方式：兩臺泵一趟管路兩

17、臺泵一趟管路的布置，適合于的布置，適合于q qz z50m50m3 3/h/h而且而且q qmaxmax100m100m3 3/h/h條件下的斜井排水設備。條件下的斜井排水設備。兩臺泵兩趟管路兩臺泵兩趟管路的布置，正常涌水期一臺泵工作，可用其的布置，正常涌水期一臺泵工作，可用其中任一趟管路排水，另一趟作為備用；最大涌水期兩臺泵中任一趟管路排水，另一趟作為備用；最大涌水期兩臺泵同時工作，可以共用其中一趟或分別用一趟管路排水。同時工作，可以共用其中一趟或分別用一趟管路排水。三臺泵兩趟管路三臺泵兩趟管路的布置，一臺泵工作時可用任一趟管路排的布置，一臺泵工作時可用任一趟管路排水，兩臺泵同時工作時，可共

18、用水，兩臺泵同時工作時，可共用趟或分別用一趟管路排趟或分別用一趟管路排水。三臺泵中有一臺輪換作為檢修。水。三臺泵中有一臺輪換作為檢修。四臺泵三趟管路四臺泵三趟管路的布置，若正常涌水期兩臺泵同時工作，的布置，若正常涌水期兩臺泵同時工作，它們可以各用一趟管路排水，另一趟備用；最大涌水期內(nèi)它們可以各用一趟管路排水，另一趟備用；最大涌水期內(nèi)三臺泵同時工作，可各用一趟管路排水。三臺泵同時工作，可各用一趟管路排水。第15頁/共78頁第16頁/共78頁各方案的共同缺點：各方案的共同缺點：用于分配管路的閘閥均位于泵房內(nèi)上部，不利于維修和操作。用于分配管路的閘閥均位于泵房內(nèi)上部，不利于維修和操作。所需的閘閥數(shù)量

19、較多。所需的閘閥數(shù)量較多。圖圖f f所示布置方案的特點：所示布置方案的特點：將各泵分支管路與干管路分開，在各分支管上不裝控制閘閥和分配閘閥，而是在兩將各泵分支管路與干管路分開，在各分支管上不裝控制閘閥和分配閘閥，而是在兩者之間設置集中的閘閥系統(tǒng)，進行水泵控制和管路分配。同是三臺泵兩趟管路（與者之間設置集中的閘閥系統(tǒng)，進行水泵控制和管路分配。同是三臺泵兩趟管路（與c c相較），閘閥數(shù)量少了兩只。相較），閘閥數(shù)量少了兩只。由于閘閥集中并座落在泵房地板上，這就大大地方便了操作和維修。由于閘閥集中并座落在泵房地板上，這就大大地方便了操作和維修。第17頁/共78頁該方案的另一特點：該方案的另一特點： 各

20、泵共用一口大直徑的吸水井各泵共用一口大直徑的吸水井。 吸水井數(shù)量的減少，減少了相應的開拓量。吸水井數(shù)量的減少，減少了相應的開拓量。 井口直徑加大，便于開拓和施工。井口直徑加大，便于開拓和施工。 由于吸水管加長，增加了吸水阻力損失。由于吸水管加長，增加了吸水阻力損失。規(guī)范規(guī)范第第2-1422-142條規(guī)定：條規(guī)定：每臺水泵排水量小于每臺水泵排水量小于100m100m3 3/h/h時，兩臺泵才可共用一口吸水井，其濾水器邊緣間時，兩臺泵才可共用一口吸水井，其濾水器邊緣間的距離不得小于吸水管直徑的兩倍。的距離不得小于吸水管直徑的兩倍。對于對于100m100m3 3/h/h以上的水泵應有獨立的吸水井。以

21、上的水泵應有獨立的吸水井。第18頁/共78頁5 5 計算管徑選擇管材計算管徑選擇管材一、必需的管內(nèi)徑一、必需的管內(nèi)徑利用流量表達式可推出管內(nèi)徑的流量、流速的關系式。利用流量表達式可推出管內(nèi)徑的流量、流速的關系式。對于排水管，其內(nèi)徑為：對于排水管，其內(nèi)徑為： (2-53)(2-53)式中式中 排水管內(nèi)徑排水管內(nèi)徑(m)(m)； Q Q 通過管子的流量通過管子的流量(m(m3 3/h)/h)； v vp p 流速流速(m/s)(m/s)。 40.01883600pppQQdmvvpd第19頁/共78頁管徑大小直接涉及排水所需電耗和裝備管道的基本投資。管徑大小直接涉及排水所需電耗和裝備管道的基本投資

22、。若管徑偏小，水頭損失（若管徑偏小，水頭損失（ ）大，電耗高，但所需的基本投資少。）大，電耗高，但所需的基本投資少。若管徑偏大，水頭損失小，電耗低，所需基本投資多。若管徑偏大，水頭損失小，電耗低，所需基本投資多。通常計算時，取通常計算時，取v vp p1.51.52.2m/s2.2m/s作為經(jīng)濟流速。作為經(jīng)濟流速。對于吸水管內(nèi)徑，通常比排水管內(nèi)徑大對于吸水管內(nèi)徑，通常比排水管內(nèi)徑大25mm25mm，以降低流速，減少損失，取得較，以降低流速，減少損失，取得較大的吸水高度。此時，必須的吸水管內(nèi)徑為：大的吸水高度。此時，必須的吸水管內(nèi)徑為： (2-54)(2-54)根據(jù)計算的吸、排水管內(nèi)徑可以預選標

23、準管。根據(jù)計算的吸、排水管內(nèi)徑可以預選標準管。 325 10 xpddm251TpR Qd第20頁/共78頁二、選擇管材二、選擇管材選擇管材的主要依據(jù)是管子將要承受的選擇管材的主要依據(jù)是管子將要承受的水壓水壓大小。大小。對于敷設在深度不超過對于敷設在深度不超過200m200m豎井內(nèi)的排水管多采用豎井內(nèi)的排水管多采用焊接鋼管焊接鋼管，深度超過，深度超過200m200m時多采用時多采用無縫鋼管無縫鋼管；對于敷設在斜井內(nèi)的排水管路，可按承壓的變化，由下向上分段采用對于敷設在斜井內(nèi)的排水管路，可按承壓的變化，由下向上分段采用無縫鋼管、焊接鋼管和鑄鐵管無縫鋼管、焊接鋼管和鑄鐵管。管材。管材充足時也應盡量

24、統(tǒng)一。鑄鐵管最大承壓為充足時也應盡量統(tǒng)一。鑄鐵管最大承壓為1MPa1MPa。第21頁/共78頁必須的管壁停度必須的管壁停度包括兩部分：包括兩部分：一部分為承壓厚度，一部分為承壓厚度，另一部分為考慮到運輸和其它原因形成的表面損傷面必須事先增加的厚度。另一部分為考慮到運輸和其它原因形成的表面損傷面必須事先增加的厚度。必須的壁厚為：必須的壁厚為： (2-55)(2-55)利用該式可以校驗所選管壁厚度是否合適。若計算值利用該式可以校驗所選管壁厚度是否合適。若計算值大于所選標準厚度，則大于所選標準厚度，則應更新選擇后再驗算。應更新選擇后再驗算。dp dp 標準管內(nèi)徑標準管內(nèi)徑(cm)(cm)；z z 許

25、用應力。取管材抗拉強度許用應力。取管材抗拉強度b b的的4040，即，即z z=0.4=0.4b b。 當鋼號不明時，可?。鸿T鐵管當鋼號不明時，可?。鸿T鐵管z z20(MPa)20(MPa)，焊接鋼，焊接鋼 管管z z60(MPa)60(MPa)，無縫鋼管，無縫鋼管z z80(MPa)80(MPa)；p p 管內(nèi)液體壓強，作為估算管內(nèi)液體壓強，作為估算p p0.011H0.011HP P(MPa)(MPa)；H Hp p(m)(m)為排為排 水高度；水高度；c c 附加厚度。鑄鐵管取附加厚度。鑄鐵管取c c0.70.70.9(cm)0.9(cm)，焊接鋼管取，焊接鋼管取 c c0.2(cm)0

26、.2(cm)，無縫鋼管取，無縫鋼管取c c0.10.10.2(cm)0.2(cm)。0.40.511.3zpzpdccmp第22頁/共78頁6 6 計算管路特性計算管路特性管路特性方程式可寫成管路特性方程式可寫成 (2-56)(2-56)式中式中 Hc Hc 測地高度測地高度(m)(m)； Q Q 通過管路的流量通過管路的流量(m(m3 3/s)/s)， R RT T 管路阻力損失系數(shù)管路阻力損失系數(shù)(s(s2 2/m/m5 5) )， k k 管內(nèi)徑變化而引起阻力損失變化的系數(shù)。對于新管管內(nèi)徑變化而引起阻力損失變化的系數(shù)。對于新管k=1k=1。 對于管內(nèi)掛污管徑縮小對于管內(nèi)掛污管徑縮小101

27、0的舊管的舊管k k1.71.7。若已知若已知H Hc c和和R RT T，則利用該式可以給出管路特性曲線。設計人員的任務是在設備安，則利用該式可以給出管路特性曲線。設計人員的任務是在設備安裝以前，事先求得裝以前，事先求得R RT T，以便預計管路特性。，以便預計管路特性。 2cTHHkR Qm第23頁/共78頁一、利用阻力損失系數(shù)公式計算一、利用阻力損失系數(shù)公式計算計算阻力損失系數(shù)的公式為：計算阻力損失系數(shù)的公式為：式中式中 x x、p p 吸水管和排水管中沿程阻力損失系數(shù)；吸水管和排水管中沿程阻力損失系數(shù)； l lx x、l lp p 吸水管和排水管的沿程管路長度吸水管和排水管的沿程管路長

28、度(m)(m)； d dx x、d dp p 吸水管和排水管的內(nèi)徑吸水管和排水管的內(nèi)徑(m)(m)； xx、p p 吸水管和排水管上局部阻力損失系數(shù)吸水管和排水管上局部阻力損失系數(shù)和；和； g g 重力加速度，重力加速度，g g9.81(m/s9.81(m/s2 2) )。25255448111pxTxpxpxpxpllRsmgdddd 第24頁/共78頁利用當量長度的概念，可以將局部損失轉(zhuǎn)移為數(shù)值相等的沿程損失。其當量管利用當量長度的概念，可以將局部損失轉(zhuǎn)移為數(shù)值相等的沿程損失。其當量管長長 。利用此關系可將上式改寫為：。利用此關系可將上式改寫為： (2-57)(2-57)式中式中 ， 。d

29、dl252558pdpxdxTxpxpllllRsmgddxxdxxdl1ppdppdl第25頁/共78頁1 1尼古拉茲紊流水力粗糙管公式尼古拉茲紊流水力粗糙管公式 或或 (2-58)(2-58)式中式中 d d 管內(nèi)徑管內(nèi)徑(mm)(mm)； 當量粗糙高度當量粗糙高度(mm)(mm)。212lg1.742d213.72lgd第26頁/共78頁2 2舍維列夫公式舍維列夫公式考慮到鋼管和鑄鐵管使用后發(fā)生銹蝕或沉垢，管壁粗糙加大后的粗糙管區(qū)（流速考慮到鋼管和鑄鐵管使用后發(fā)生銹蝕或沉垢，管壁粗糙加大后的粗糙管區(qū)（流速v1.2m/sv1.2m/s）阻力系數(shù)）阻力系數(shù) (2-59) (2-59) 式中式

30、中 d d 管內(nèi)徑管內(nèi)徑(m)(m)。0.30.021d第27頁/共78頁二、利用管路損失圖解求二、利用管路損失圖解求R RT TQ Q2 2之值之值取取0.02+0.0018(v0.02+0.0018(vd)d)-0.5-0.5并借助并借助 作出作出 通過管子的流量通過管子的流量Q mQ m3 3/h/h、流速、流速v m/sv m/s、管內(nèi)徑、管內(nèi)徑d mmd mm和百米管長中的阻力損失和百米管長中的阻力損失R RT100T100Q Q2 2的關系圖解。的關系圖解。如圖如圖11-211-2所示，所示，等流速線等流速線為與縱坐標軸平行的線；為與縱坐標軸平行的線；等管徑線等管徑線為平行于橫坐標

31、軸的線；為平行于橫坐標軸的線；等流量線等流量線為從右上方向左下方傾斜的路線；為從右上方向左下方傾斜的路線；等損失線等損失線為與流量坐標軸平行的路線。為與流量坐標軸平行的路線。 221001002TvRQdg第28頁/共78頁若已知四項參數(shù)中的若已知四項參數(shù)中的兩項，利用該圖解可兩項，利用該圖解可以求得其余兩項。以求得其余兩項。例如，已知例如，已知d d75mm75mm，Q Q25m25m3 3/h/h，分別做相，分別做相應的應的等直徑線和等流等直徑線和等流量線量線，兩線交于，兩線交于Q Q點。點。由由Q Q點做等損失線交于點做等損失線交于損失坐標軸線上，查損失坐標軸線上，查得交點值得交點值R

32、RT100T100Q Q2 24.8m4.8m。再由。再由Q Q點做等流點做等流速線交于流速坐標軸速線交于流速坐標軸線上，查得交點值線上，查得交點值v v1.62m/s1.62m/s。第29頁/共78頁根據(jù)求得的根據(jù)求得的R RT100T100Q Q2 2之值，利用下式可求得全管路阻力損失或損失系數(shù)之值，利用下式可求得全管路阻力損失或損失系數(shù) (2-60)(2-60)或或 (2-61)(2-61)式中式中 (R(RT TQ Q2 2) ) 全管路阻力損失全管路阻力損失(m)(m)； l l 計算管長，它等于實際管長與當量管長之和計算管長，它等于實際管長與當量管長之和(m)(m)； Q Q 查解

33、查解R RT100T100Q Q2 2時所用的流量時所用的流量(m(m3 3/h)/h)。將求出的將求出的R RT T值代入式（值代入式（2-562-56），即得管路特性方程式，并可繪成曲線。），即得管路特性方程式，并可繪成曲線。 22100100TTlR QRQm2225100100TTRl RQQsm第30頁/共78頁7 7 確定工況驗算排水時間確定工況驗算排水時間一、確定工況點一、確定工況點將管路特性曲線繪在泵特性曲線圖上，它與泵揚程特性曲線的交點即為將管路特性曲線繪在泵特性曲線圖上，它與泵揚程特性曲線的交點即為工況工況點點。 工況點所標各參數(shù)值即為泵預計的工況點所標各參數(shù)值即為泵預計的

34、工況參數(shù)值工況參數(shù)值。以。以Q Q、H H、N N、和和HsHs分別表分別表示其流量、揚程、軸功率、效率和允許吸上真空度。示其流量、揚程、軸功率、效率和允許吸上真空度。第31頁/共78頁二、驗算排水時間二、驗算排水時間求得工況流量求得工況流量Q Q后，應驗算各涌水時期的排水時間。后，應驗算各涌水時期的排水時間。 在正常涌水時期，在正常涌水時期，n n1 1臺工作水泵分別出各自排水管同時排臺工作水泵分別出各自排水管同時排水；水； 在最大涌水時期，在最大涌水時期，n n1 1臺工作水泵和臺工作水泵和n n2 2臺備用水泵同時投入臺備用水泵同時投入工作并各自由各自的水管排水，工作并各自由各自的水管排

35、水， 則它們每晝夜的排水時間分別為：則它們每晝夜的排水時間分別為：根據(jù)根據(jù)規(guī)程規(guī)程和和規(guī)范規(guī)范的規(guī)定的規(guī)定T Tz z應不超過應不超過2020小時，否則必須加大管徑或增加泵級數(shù)以增加排水量，必要時得另小時，否則必須加大管徑或增加泵級數(shù)以增加排水量，必要時得另選水泵。選水泵。若若T Tmaxmax超過超過2020小時，則應在最大涌水時期增加投入工作的水泵臺數(shù)。小時，則應在最大涌水時期增加投入工作的水泵臺數(shù)。 124zzqThnQ maxmax1224qThnnQ第32頁/共78頁8 8 計算允許吸水高度計算允許吸水高度自泵特性曲線上查出工況時的允許吸上真空度后，可求出實際條件下預計的允自泵特性曲

36、線上查出工況時的允許吸上真空度后，可求出實際條件下預計的允許吸水高度許吸水高度 式中式中 實際條件下預計的允許吸水高度實際條件下預計的允許吸水高度(m)(m)； Hs Hs 預計工況時的允許吸上真空度預計工況時的允許吸上真空度(m)(m)； pa pa 泵房大氣壓泵房大氣壓(Pa)(Pa)； 礦水溫度下的飽和蒸氣壓礦水溫度下的飽和蒸氣壓(Pa)(Pa)； 吸水沿程阻力損失系數(shù)；吸水沿程阻力損失系數(shù)； dxdx、lx lx 吸水管內(nèi)徑和長度吸水管內(nèi)徑和長度(m)(m)； x x 吸水管線上局部阻力損失系數(shù)之和；吸水管線上局部阻力損失系數(shù)之和； Q Q 工況流量工況流量(m3/h)(m3/h)。在

37、設計水倉和吸水井時，應使實際的在設計水倉和吸水井時，應使實際的H Hx x小于小于 ，以免發(fā)，以免發(fā)生汽蝕。生汽蝕。 23325481100.249.8 109.8 10anxxxsxxxpplHHQmgddxHxHnpx第33頁/共78頁9 9 電動機必須的容量及耗電量電動機必須的容量及耗電量一、必須的電動機容量一、必須的電動機容量在已知工況參數(shù)情況下，可用下式計算：在已知工況參數(shù)情況下，可用下式計算： 或或 (2-64)(2-64)式中式中 N Nd d 電動機必需的容量電動機必需的容量(kW)(kW)； 礦水密度礦水密度(kg/m(kg/m3 3) )； Q Q 工況流量工況流量(m(m

38、3 3/h)/h)； H H 工況揚程工況揚程(m)(m)； N N 工況功率工況功率(kW)(kW)； 泵工況效率；泵工況效率； c c 傳動效率，可取傳動效率，可取c c0.950.950.980.98，直聯(lián)取，直聯(lián)取c c1 1； k k 富裕系數(shù)，當富裕系數(shù)，當Q Q20m20m3 3/h/h時時k k1.51.5，Q Q202080m80m3 3/h/h時時k k1.31.31.21.2，Q Q 8080300m300m3 3/h/h時時k k1.21.21.51.5，Q Q300m300m3 3/h/h時時k k1.11.1。1000 3600dcgQHNkdcNNkkW第34頁/

39、共78頁通常井下水泵配防滴式電機、但有瓦斯煤塵爆炸危險的輔助排水設備，必須配防爆式電動機。通常井下水泵配防滴式電機、但有瓦斯煤塵爆炸危險的輔助排水設備，必須配防爆式電動機。第35頁/共78頁二、耗電量二、耗電量通常計算三項指標：通常計算三項指標：全年耗電總量全年耗電總量排排1 1立方米水的電耗立方米水的電耗產(chǎn)出產(chǎn)出1 1噸煤的排水電耗噸煤的排水電耗第36頁/共78頁1 1全年耗電總量全年耗電總量即各涌水時期投入工作的泵耗電量之總和，對于任一臺水泵在一年內(nèi)的耗電即各涌水時期投入工作的泵耗電量之總和，對于任一臺水泵在一年內(nèi)的耗電量，可用下式計算：量，可用下式計算： (2-65)(2-65)式中式中

40、 1.05 1.05 照明等輔助用電系數(shù)；照明等輔助用電系數(shù)； 水密度水密度(kg/m(kg/m3 3) )； Q Qi i 工況流量工況流量(m(m3 3/h)/h)； H Hi i 工況揚程工況揚程(m)(m)； i i 泵工況效率；泵工況效率； cici 傳動效率；傳動效率； didi 電機效率；電機效率； w w 電網(wǎng)效率；電網(wǎng)效率； r ri i 工作日數(shù)工作日數(shù)(d)(d)； T Ti i 每晝夜工作小時數(shù)每晝夜工作小時數(shù)(h/d)(h/d)。1.051000 3600iiiiicidiwgQ HErTkW h y 第37頁/共78頁在正常涌水期，若有在正常涌水期，若有n nz z

41、臺泵投入工作，且各泵工況不同時，其總耗電量等于臺泵投入工作，且各泵工況不同時，其總耗電量等于各泵年耗電量之總和各泵年耗電量之總和 (2-66)(2-66)在最大涌水時期，若有在最大涌水時期，若有n nmaxmax臺泵投入工作，且各泵工況不同時，其總耗電量臺泵投入工作，且各泵工況不同時，其總耗電量等于各泵年耗電量之總和等于各泵年耗電量之總和 (2-67)(2-67)11.051000 3600zniiziiicidiwigQ HErTkW h y maxmax11.051000 3600niiiiicidiwigQ HErTkW h y 第38頁/共78頁正常涌水時期耗電量與最大涌水時期耗電量之

42、和，即年耗電總量正常涌水時期耗電量與最大涌水時期耗電量之和，即年耗電總量 若各泵各時期工況完全相同，則全年耗電總量若各泵各時期工況完全相同，則全年耗電總量 r rz z、r rmaxmax 正常和最大涌水時期泵工作晝夜數(shù)正常和最大涌水時期泵工作晝夜數(shù)(d)(d)； T Tz z、T Tmax max 正常和最大涌水時期泵每晝夜工作小時數(shù)正常和最大涌水時期泵每晝夜工作小時數(shù)(h/d)(h/d)。maxzEEEkW h ymax maxmax1.051000 3600iiz zzicidiwgQ HEn rTnrTkW h y 第39頁/共78頁2 2排排1m1m3 3水的電耗水的電耗式中式中 g

43、 gy y 年平均涌水量年平均涌水量(m(m3 3/y)/y)3 3產(chǎn)出產(chǎn)出ltlt煤的排水電耗煤的排水電耗式中式中 A A 礦井年產(chǎn)量礦井年產(chǎn)量(t)(t)。331myEekW h mg1tEekW h tA第40頁/共78頁10 10 噸煤的排水耗費噸煤的排水耗費開采一噸有益礦物，需要消耗于排水方面的費用包括開采一噸有益礦物，需要消耗于排水方面的費用包括設備折舊費、工人工資、維修費及其它費用設備折舊費、工人工資、維修費及其它費用。第41頁/共78頁一、年耗電費一、年耗電費等于年耗電總量與當?shù)毓I(yè)用電電價之乘積，即等于年耗電總量與當?shù)毓I(yè)用電電價之乘積，即 s s1 1=EC=ECd d式中

44、式中 Cd Cd 當?shù)毓I(yè)用電電價。當?shù)毓I(yè)用電電價。二、設備折舊費二、設備折舊費若將安裝設備的費用也包括在此項目之內(nèi)，則設備折舊費可按下式求出：若將安裝設備的費用也包括在此項目之內(nèi)，則設備折舊費可按下式求出：s s2 2( (設備及安裝總費設備及安裝總費) )折舊率折舊率三、建筑折舊費三、建筑折舊費建筑項目包括泵房、管子道及水倉等專用作排水的建筑。建筑折舊費建筑項目包括泵房、管子道及水倉等專用作排水的建筑。建筑折舊費s s3 3建筑費建筑費折舊率折舊率第42頁/共78頁四、工人工資四、工人工資可用下式計算：可用下式計算：s s4 4工資單價工資單價在冊人數(shù)在冊人數(shù) 式中在冊人數(shù)等于每日應出勤

45、的人員數(shù)與在冊系數(shù)之乘式中在冊人數(shù)等于每日應出勤的人員數(shù)與在冊系數(shù)之乘積。在冊系數(shù)大于積。在冊系數(shù)大于1 1。五、維修費五、維修費指設備大、中和小修及日常維修的工人工資及材料消耗費?？砂丛O備費的指設備大、中和小修及日常維修的工人工資及材料消耗費?？砂丛O備費的某百分比值計算。以某百分比值計算。以“s s5 5”表示。表示。六、其它費用六、其它費用上述五項以外的費用。以上述五項以外的費用。以“s s6 6”表示。表示。第43頁/共78頁根據(jù)上述六項金額總計和礦井年產(chǎn)量，可算出開采一噸有益礦物，在排水方面的耗資根據(jù)上述六項金額總計和礦井年產(chǎn)量，可算出開采一噸有益礦物，在排水方面的耗資 式中式中 A

46、A 礦井年產(chǎn)量礦井年產(chǎn)量(t)(t)。1234561sssssssA第44頁/共78頁 例題例題2-3 2-3 根據(jù)下列條件選擇排水設備根據(jù)下列條件選擇排水設備1) 1) 單水平開采，井深單水平開采，井深625m625m；2) 2) 正常涌水量正常涌水量q qz z760(m760(m3 3/h)/h)，正常涌水期，正常涌水期r rz z320(d)320(d)；3) 3) 最大涌水量最大涌水量q qmaxmax1500(m1500(m3 3/h)/h)，最大涌水期，最大涌水期r rmaxmax45(d)45(d)；4) 4) 礦水中性，密度礦水中性，密度1020(kg/m1020(kg/m3

47、 3) )；5) 5) 礦井電壓礦井電壓(6000V)(6000V)；6) 6) 礦井主排水設備泵房設在井底車場附近，軌距礦井主排水設備泵房設在井底車場附近，軌距600(mm)600(mm)；7) 7) 屬低沼氣礦井；屬低沼氣礦井；8) 8) 礦井年產(chǎn)量礦井年產(chǎn)量4 410106 6(t)(t)。第45頁/共78頁解：1 1預選水泵預選水泵1)1)正常涌水時期，水泵必需的排水能力正常涌水時期，水泵必需的排水能力2) 2) 最大涌水時期，水泵必需的排水能力最大涌水時期，水泵必需的排水能力3) 3) 水泵必須的揚程水泵必須的揚程其中其中HcHc( (井深井深) + () + (井底車場與最低吸水面

48、標高差井底車場與最低吸水面標高差) + () + (排排水管出口高出井口的高度水管出口高出井口的高度) )625+4+1625+4+1630(m)630(m)又豎井又豎井9090。31.21.2 760912BzQqmh3maxmax1.21.2 15001800Qqmh0.1 0.1216301.11.12693705.6 msinBcHHa第46頁/共78頁4) 4) 預選水泵，由泵產(chǎn)品目錄（附錄預選水泵，由泵產(chǎn)品目錄（附錄4 4）中查得）中查得DS450DS450型型水泵額定流量水泵額定流量Q Qe e450 450 (m(m3 3/h)/h)，單級額定揚程，單級額定揚程H Heiei1

49、00(m)100(m)，單級平均特性示于圖，單級平均特性示于圖11-311-3。第47頁/共78頁第48頁/共78頁比較比較Q QB B、Q Qmaxmax和和Q Qe e可知，在正常涌水時期需要水泵臺數(shù)可知，在正常涌水時期需要水泵臺數(shù)在最大涌水時期需要投入工作的水泵臺數(shù)，在最大涌水時期需要投入工作的水泵臺數(shù)，除此之外尚需一臺檢修。即工作水泵除此之外尚需一臺檢修。即工作水泵n n1 12 2，備用水泵，備用水泵n n2 22 2，檢修水泵，檢修水泵n n3 31 1，共五臺水泵。共五臺水泵。由特性曲線可以查得由特性曲線可以查得Q QQ QB B/2/2456m456m3 3/h/h126.6

50、L/s126.6 L/s時的揚程時的揚程H Hi i99.8(m)99.8(m)，所需泵的級數(shù)所需泵的級數(shù) i iH HB B/H/Hi i(693(693705.6)/99.8705.6)/99.86.946.947.0777.077級級依上述，預選依上述，預選DS450DS4501001007 7泵五臺。泵五臺。19122.022450BeQnQmax1218004450eQnnQ第49頁/共78頁5) 5) 校驗泵穩(wěn)定性校驗泵穩(wěn)定性 由特性查得由特性查得Q Q0 0時的揚程時的揚程H H0 01251257 7875(m)875(m)，又，又8758750.90.9787.5(m)787

51、.5(m)，該值大于，該值大于H Hc c630(m)630(m)，滿足穩(wěn)，滿足穩(wěn)定條件定條件0.9H0.9H0 0H Hc c的要求。的要求。第50頁/共78頁2 2管路及管路布置管路及管路布置根據(jù)各涌水期投入工作的水泵臺數(shù)，可選用根據(jù)各涌水期投入工作的水泵臺數(shù)，可選用三條管路三條管路正常涌水期兩臺水泵用一條管路排水，正常涌水期兩臺水泵用一條管路排水，最大涌水期四臺泵工作，可啟用備用管路，共三條管路并聯(lián)排水。最大涌水期四臺泵工作，可啟用備用管路，共三條管路并聯(lián)排水。1) 1) 計算管徑，選擇管材計算管徑，選擇管材 取流速取流速v vp p1.51.52.2(m/s)2.2(m/s)，則排水管

52、內(nèi)徑，則排水管內(nèi)徑 44 4560.327 0.270360036001.5 2.2ppQdmv第51頁/共78頁自標準自標準YB 231-70YB 231-70查得外徑查得外徑DpDp325mm325mm的無縫管壁厚中有的無縫管壁厚中有8 8、1010、14mm14mm等。取等。取壁厚壁厚=14mm=14mm試算，此時試算，此時dpdp325-2325-21414297mm297mm，所需壁厚，所需壁厚 與所取與所取=14mm=14mm正好吻合。式中正好吻合。式中HpHp為排水高度。為排水高度。考慮到礦井較深，可采用壁厚不等的管道分段安裝。即分段采用考慮到礦井較深，可采用壁厚不等的管道分段安

53、裝。即分段采用YB 231-YB 231-70703253251414、3253251010和和3253258 8無縫鋼管作為排水管。對于吸水管，采無縫鋼管作為排水管。對于吸水管，采用用3513518 8無縫管。無縫管。0.4 0.0110.511.3 0.011800.4 0.011 6250.5 29.710.151.3280 1.3 0.011 625zppzpHdcHcm第52頁/共78頁第53頁/共78頁2) 2) 管路系統(tǒng)管路系統(tǒng) 參照圖參照圖11-111-1中的中的f f和和e e所示方案，將其中吸水井改為各泵一口井。此時，管路所示方案，將其中吸水井改為各泵一口井。此時，管路系統(tǒng)

54、如圖系統(tǒng)如圖11-411-4所示，圖中只給出了其中一臺泵的管路布置，共余四臺泵的管所示，圖中只給出了其中一臺泵的管路布置，共余四臺泵的管路布置類同。路布置類同。3) 3) 估計管路長度估計管路長度 排水管長度可估算為排水管長度可估算為 l lp pHc + (40Hc + (4050)50)670670680m680m 取取l lp p680m680m，吸水管長度，吸水管長度l lx x8m8m。第54頁/共78頁第55頁/共78頁3 3計算管路特性計算管路特性1)1)計算沿程阻力系數(shù)計算沿程阻力系數(shù) 對于吸、排水管分別為：對于吸、排水管分別為：2) 2) 局部阻力損失系數(shù)局部阻力損失系數(shù) 對

55、于吸、排水管中的局部管件分別為：對于吸、排水管中的局部管件分別為：排水管局部損失的當量管長：排水管局部損失的當量管長：吸水管局部損失的當量管長：吸水管局部損失的當量管長： 0.30.30.0210.0210.02910.335xxd0.30.30.0210.0210.02990.305ppd 15.628 10.305680.0299pdpppldm 3.3060.335380.0291xdxxxldm第56頁/共78頁第57頁/共78頁3) 3) 管路阻力損失系數(shù)管路阻力損失系數(shù) 4) 4) 管路特性方程式：管路特性方程式： H H630+726.4Q630+726.4Q2 2，其中其中Q

56、Q以以(m(m3 3/s)/s)計；計； H H630+726.4630+726.41010-6-6Q Q2 2，其中其中Q Q以以(L/s)(L/s)計。計。2552525588838680680.02910.0299726.43.141599.8070.3350.305pdpxdxTxpxpllllRgddsm第58頁/共78頁參照水泵的流量范圍，選取九個流量值，分別算出排水所需揚程和與七級泵相應參照水泵的流量范圍，選取九個流量值，分別算出排水所需揚程和與七級泵相應的七分之一揚程值，如表的七分之一揚程值，如表2-72-7所列。利用得到的數(shù)據(jù)可繪出管路特性曲線，如圖所列。利用得到的數(shù)據(jù)可繪出

57、管路特性曲線，如圖11-311-3所示。所示。第59頁/共78頁第60頁/共78頁最大涌水時期，三條管路并聯(lián)的管路損失系數(shù)最大涌水時期，三條管路并聯(lián)的管路損失系數(shù) 相應的管路特性方程式為：相應的管路特性方程式為： H H630+80.7630+80.71010-6-6Q Q2 2 其中其中Q Q以以(L/s)(L/s)計。計。取取4 4臺泵并聯(lián)的流量范圍為單臺泵的四倍，仍取九個流量，分別代入此式求出所需揚程，列入表臺泵并聯(lián)的流量范圍為單臺泵的四倍，仍取九個流量，分別代入此式求出所需揚程，列入表2-82-8，利用，利用表中數(shù)據(jù)繪出管路特性曲線如圖表中數(shù)據(jù)繪出管路特性曲線如圖11-511-5所示。

58、所示。66229726.4 10980.7 10/TTRRm sL第61頁/共78頁第62頁/共78頁4 4確定工況確定工況1)1)在正常涌水時期，工況點為單臺泵與一條管在正常涌水時期，工況點為單臺泵與一條管路特性的交點。該點工況參數(shù)為路特性的交點。該點工況參數(shù)為 Q Qk k148L/s148L/s0.148m0.148m3 3/s/s532.8m532.8m3 3/h/h， H Hk k92.2592.257 7645.8m645.8m， k k0.730.73。第63頁/共78頁2)2)在最大涌水時期，工況點為在最大涌水時期，工況點為四臺泵與三條并聯(lián)四臺泵與三條并聯(lián)管路特性的交點。管路特

59、性的交點。 首先將單臺泵特性的流量值加大到四倍，得到四臺泵并聯(lián)工作特性。它與三首先將單臺泵特性的流量值加大到四倍，得到四臺泵并聯(lián)工作特性。它與三條管路并聯(lián)特性的交點條管路并聯(lián)特性的交點 ，即為，即為聯(lián)合工作的等效工況點聯(lián)合工作的等效工況點。由該點作等揚程線，。由該點作等揚程線，交單臺泵特性于交單臺泵特性于 。 即為聯(lián)合工作中各泵的工況點。即為聯(lián)合工作中各泵的工況點。 各點工況參數(shù)為各點工況參數(shù)為345720.572kQL sms344 1430.143kkQQL sms493.7 7656kkHHm40.73kk4kkk第64頁/共78頁第65頁/共78頁5 5計算允許吸水高度計算允許吸水高度

60、取取pa98104， ，又自泵特性上查得，又自泵特性上查得Hs5.2m。相應的允許。相應的允許吸水高度吸水高度 此值一般可以滿足需要。此值一般可以滿足需要。 233254225481100.249.8 109.8 10883.306 15.20.02970.1483.141599.8070.3350.3354.48anxxxsxxxpplHHQgddm4np0.235 10第66頁/共78頁 6 6驗算排水時間驗算排水時間正常涌水和最大涌水時期每天必須的排水時間分別為：正常涌水和最大涌水時期每天必須的排水時間分別為：無論正常涌水期和最大涌水期，每晝夜的排水時間均不超過無論正常涌水期和最大涌水期