流体机械,水泵的选型设计

1、流体机械课程设计题目：矿井排水设备选型设计1 概述2 设计的原始资料开拓方式为立井，排水高度为 342m正常涌水量为655nVh ; 最大涌水量为850nVh ;持续时间60d。矿水PH值为中性，重度 为10003N/m,水温为15C。该矿井属于高沼气矿井，年产量为5 万吨。3 排水方案的确定在我国煤矿中，目前通常采用集中排水法。集中排水开拓量小， 管路敷设简单，管理费用低，但由于上水平需要流到下水平后再排 出，则增加了电耗。当矿井较深时可采用分段排水。涌水量大和水文地质条件复杂的矿井，若发生突然涌水有可能 淹没矿井。因此，当主水泵房设在最终水平时，应设防水门。在煤矿生产中，单水平开采通常采用

2、集中排水;两个水平同时 开采时，应根据矿井的具体情况进行具体分析，综合基建投资、施 工、操作和维护管理等因素，经过技术和经济比较后。确定最合理 的排水系统。从给定的条件可知，该矿井只有一个开采水平，故可选用单水平开采方案的直接排水系统， 只需要在 2343车场附近设立中央泵房， 就可将井底所有矿水集中排至地面。4水泵的选型与计算根据煤矿安全规程的要求，主要排水设备必须有工作水泵、备用水泵和检修水泵。工作水泵的能力应能在20h内排除矿井24h的正常涌水量（包括充填水和其他用水）。备用水泵的能力应不小于 工作水泵能力的70%并且工作水泵和备用水泵的总能力，应能在 20h内排出矿井24h的最大泳水量

3、。检修水泵的能力应不小于工作水 泵能力的25%水文地质条件复杂的矿井，可根据具体情况在主水泵 房内预留安装一定数量水泵的位置，或另增设水泵。排水管路必须有工作和备用水管。工作水管的能力应能配合工 作水泵在20h内排完24h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20h内排出矿井24h的最大涌水量。4.1水泵必须排水能力计算正常涌水期Qb2420qz31.2qz 1.2 655 786m3/h19最大涌水期Qmax24% qmax1 .2qmax31.2 8501020m3/h式中Qb工作水泵具备的总排水能力，m3/h ；Qmax工作和备用水泵具备的总排水能力，m3/h

4、；qz 矿井正常涌水量，m3/h ；qmax矿井最大涌水量，m3/ h 。4.2水泵所需扬程估算由于水泵和管路均未确定，无法确切知道所需的扬程，所以需进行估算，即HbHsy 342 4385mg0.9式中 Hb估算水泵所需扬程，mH sy侧地高度，即吸水井最低水位至排水管出口间的高度差，一般可取Hsy二井底与地面标高差+4 （井底车场与吸水井最低水位距离），m ;管路效率。当管路在立井中铺设时,g =0.9 0.89当管路在斜井中铺设，且倾角>30。时,g =0.83 0.8 ;= 30° 20。时，g = 0.8 0.77 ; V 20° 时，g = 0.77 0.

5、74。4.3水泵的型号及台数选择4.3.1水泵型号的选择根据计算的工作水泵排水能力，初选水泵。从水泵产目录中选取D450-60X 11型号泵，流量550400 rrVh额定扬程594676.5m。则:432水泵级数的确定HbHi3855940.65取i=1级式中 i水泵的级数；Hi单级水泵的额定扬程，m4.3.3水泵台数确定工作泵台数Q B 786075941.32取 ni=2备用水泵台数0.7n 1=0.7 X 2=1.4 和QnaJQe-ni= 1020/594-1=1.72取 n2=2检修泵数m0.25 n 1=0.25 X 2=0.5，取 m=2因此，共选5台泵。5管路的选择 5.1管

6、路趟数及泵房内管路布置形式根据泵的总台数，选用典型五泵两趟管路系统，一条管路工作一条管路备用。正常涌水时，两台泵向一趟管路供水；最大涌水时, 四台泵同时工作就能达到20h内排出24h的最大涌水量，故从减少 能耗的角可采用两台泵向两趟管路供水，从而可知每趟管路内流量 Q等于两台泵的流量。5.2管材的选择由于井深远大于200m，确定采用无缝钢管。5.3排水内径d:4Q0.0188p3600 v p0.01885940.3090.374mV 1.52.2式中dp 排水管内径，m ;VpQ排水管中的流量,m3 /h ;排水管内的流速，通常取经济流速vp =1 . 52 . 2(m/s )来计算。从表1

7、1预选351X8无缝钢管，则排水内径dp二(351-2 X 8) mm =335mm表1-1热轧无缝钢管(Y B231-70)外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm893.5 24.01464.5 36.02737.0 50.0953.5 24.01524.5 36.02998.0 75.01023.5 28.01594.5 36.03258.0 75.01083.5 28.01685.0 45.03518.0 75.01144.0 28.01805.0 45.03779.0 75.01214.0 32.01945.0 45.04029.0 75.01274.0 32.0

8、2036.0 50.04269.0 75.01334.0 32.02196.0 50.04599.0 75.01404.5 36.02457.0 50.04809.0 75.0常用2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0壁厚7.5 8.0 8.59.0 9.5 10 11 12 1314 15尺寸16 17 1819 20 2225 28 30 32 36 40 50系列56 60 6370 750.5dp0.4p1.3p5.4壁厚验算式中 dp 所选标准内径，cm管材许用应力。焊接钢管z=60MPa无缝钢管z=80MPap管内水压，考虑流动损失，作为估算

9、P 0.011 a ；C附加厚度。焊接钢管C 0.2cm，无缝钢管C 0.1 0.2cm0.535.580800.41.30.0110.0113712961 0.110.780.8cm所选标准壁厚应等于或略大于按上式计算所得的值。吸水管壁厚不需要验算。因此所选壁厚合适5.5吸水管径据根选择的排水管径，吸水管选用377X 8无缝钢管。6工况点的确定及校验6.1管路系统管路布置参照图1-2所示的方案。这种管路布置方式任何一 台水泵都可以经过三趟管路中任意一趟排水，排水管路系统图如1-2所示。图1-2泵房管路布置图6.2估算管路长度Lp二排水管长度可估算为:HSy+ （4050） m=346+（40

10、50） m= （386396）m取Lp=390m，吸水管长度可估算为Lx=7m6.3管路阻力系数R的计算沿程阻力系数吸水管入x =0.0210.021dx0-30.3510.3_ = 0.0288排水管入p =0.021=0.021 =0.0292.0.3dp0.3350.3局部阻力系数 吸、排水管及其阻力系数分别列于表 1-3、表1-4中表1-3吸水管附件及局部阻力系数附件名称数量局部阻力系数底阀13.790。弯头10.294异径管10.1x 4.094表1-4排水管附件及局部阻力系数附件名称数量局部阻力系数闸阀22 5.5 11.04逆止阀13.2转弯三通11.590。弯头44 0.294

11、 1.176异径管10.5直流三通44 0.7 2.830。弯头22 0.294 30/ 90 0.196p 20.412冷lxxdrlpP 5dp(187- 0.0288 59.810.3514.0940.351 40.029237550.33520.412 厶0.335 4=380.72式中R 管路阻力系数，s2/m5 ;lx> ip 吸、排水管的长度，mdx、dp吸、排水管的内径，mx、 p 吸、排水管的沿程阻力系数，对于流速 V1.2m/s，其值可按舍维列夫公式计算，即0.021p 吸、排水管附件局部阻力系数之和,根据排水管路系统中局部件的组成，见表1-3、1-46.4管路特性方

12、程新管1syKRQ22661 3.871 105Q2旧管2sy KRQ22661.7 3.871 10 5Q2式中 K 考虑水管内径由于污泥淤积后减小而引起阻力损失增大的系数，对于新管K=1,对挂污管径缩小10%取K=1.7, 般要同时考虑K=1和K=1.7两种情况，俗称新管和旧管。6.5绘制管路特性曲线并确定工况点根据求得的新、旧管路特性方程，取8个流量值求得相应的损失，列入表1-5中。表1-5管路特性参数表Q/（m h-1）200250300350400450500550Hi/m267268269270272273275277.5.4.5.7.2.8.7.72682702712742762

13、79282285H7m.6.1.9.1.5.3.5.9利用表1-5中各点数据绘制出管路特性曲线如图1-7所示，新、旧管路特性曲线与扬程特性曲线的交点分别为M和M,即为新、旧管路水泵的工况点。由图中可知：新管的工况点参数为 Q1=810m/h,H M=346m,n m=0.8,Hs M=5.1m,NM1=498KV；旧管的工况 点参数为 Q=795 m3/h , HM2=352m,n m2=0.81,Hs M2=5.3m,NM2=492KW/ 因n M1、n m2均大于0.7 ,允许吸上真空度H%=5.1m,符合规范 要求。叽阳忖800700SFL«-T"访号昭 疵4

14、4; 创f翊06.6校验计算661排水时间的验算管路挂污后，水泵的流量减小，因此应按管路挂污后工况点流量校核。正常涌水时，工作水泵ni台同时工作时每天的排水小时数TZ24qniQM224 6552 79510 26最大涌水期，工作水泵ni、n2台同时工作时每天的排水小时数max24qmax(n1 n2)QM224 650(1 1) 51615.1h20h即实际工作时，只需4台水泵同时工作即能完成在 20h内排出 24h的最大涌水量662经济性校核工况点效率应满足 n mi=0.8 >0.85 n max > 0.85 x 0.81=0.69 , n M2=0.81 >0.69

15、。6.6.3稳定性校核Hsy=346W 0.9iH 0=0.9 x 1 x 676=608m式中0单级零流量扬程，m。由D450 - 60 x 11型水泵特性曲线图可知0=608m6.6.4经济流速校核排水管中流速vxQM 1900 d；9005320.3352m/ s1.68m/s吸水管中流速VpQm12900 dx53229000.351IS叹吸、排水管中的流速在经济流速之内，故满足要求注：吸、排水管的经济流速通常取1.52.2m/s 6.6.5吸水管高度校核XSMI8lx2x 5gdxxdxqMi874.094 1532 25.4720.0292543.149.810.3350.3353

16、6005.470.824.65m式中H sm = H smi- (10-ha) - (hn-0.24 )=5.1- (10-10.3 ) - (0.17-0.24 )=5.47m注：ha 不同海拔高度z时大气压值见表m;hn不同水温t时的饱和蒸汽压力值m;实际吸水高度Hx=4m< Hx，吸水高度满足要求666电机功率计算NdKdQm 1 H1000 360010003 810 3461.1 -1000 3600 0.81070kw式中Kd电动机容量富余系数，一般当水泵轴功率大于100KW寸，取Kd=1.1 ;当水泵轴功率为10100KW寸，取 Kd=1.1 1.2。水泵配套电机功率为Nd = 1250KW/大于计算值，满足要求。6.6.7电耗计算1）年排水电耗Qm 2H M 21000 3600 m 1 c d wnzTzJnmaxTmaxrmax両1 14.9 305 2 168 60kw ?h/a ；10003 795 3521000 3600 0.8 1 0.9=5.264106kw? h a式中 E年排水电耗,水