毕业设计矿井水泵房设计

目录第一章矿井排水系统确实定第二章水泵的选型及台数计算第三章排水管道选型计算及管道的布置第四章吸水管道选型计算及管道的布置第五章管道特性曲线的绘制及工况点确实定第六章水泵任务合理性校验第七章水泵电动机的选型计算第八章主排水经济目的的计算第九章水泵房、水仓的布置尺寸确定第一章矿井排水系统确实定1.1分析本矿井特点： 本矿年产量90万吨，采用竖井开辟，井口标高+50.00m，程度标高-265.00，正常涌水量4.5m3/min，最大涌水量7.2m3/min，矿水中性，矿水密度1020kg/m3，最大涌水期按60天计算，效力年限30年。由此，可供选择的排水系统有以下两种：1.1.1方案一直接排水系统直接排水系统是指井下的涌水经过排水设备直接排到地面。如单程度开采的矿井，在开采第一程度时，就采用直接排水系统。图〔a〕是竖井单程度开采时的直接排水系统。图〔b〕是竖井多程度开采时，各程度的涌水分别由本程度的排水设备直排地面。图〔c〕是竖井两个程度同时开采时，假设上程度涌水量较小，经技术经济比较后，可将上程度的涌水经过管路自流到下一程度的水仓中，然后两个程度的涌水由下程度排水设备直排地面。图〔d〕是斜井单程度开采时，假设地质条件比较稳定、又无大的断层，经技术经济比较后，可采用钻孔下排水管的方法将水直排地面。假设地质条件较复杂或井较深，可采用沿斜井井筒敷设排水管路的方法，将水直排地面。这种排水系统的程度和泵房数量少，系统简单可靠，基建投资和运转费用少，维护任务量要减少一半以上，需用的人员也少，便于管理，而且上、下程度的排水设备互不影响。〔图1.1〕。图1.11.1.2方案二分段排水系统分段排水系统，是指井下的涌水经过几段排水设备转排到地面。普通适用于矿井较深，又受排水设备才干所限制的矿井排水。另外，多程度同时开采同时开采时，为减少井筒内管路敷设的趟数，也常采用分段排水系统。图〔a〕是竖井单程度开采时，由于井深已超越水泵能够产生的扬程时，可在井筒中部开辟泵房和水仓〔相当于两个程度分段排水系统〕将水经两段排水设备排至地面。此图也可表示为竖井多程度开采时的分段排水系统。图〔b〕是斜井两个程度同时开采时的分段排水系统。采用中继排水，在井筒中部设置一套排水系统，可有效降低主排水设备的扬程，从而降低主排水设备的规模。缺陷是当一套排水设备发生缺点是，会影响整个矿井的排水，而且设备数量较多井筒中的管路复杂，不利于安装和维护。〔图1.2〕。图1.2 根据上述的有关规定,本着尽量减少水泵数量的原那么,并且思索基建、维护、运转本钱的简易程度，选用方案一作为本设计的排水方法.第二章水泵的选型及台数计算2.1初选水泵的型号和台数 选择水泵的型式和台数应符合<规程>和<规范>的规定。假设有两种或两种以上符合要求时，应选其中尺寸小，效率高的水泵，而且水泵的台数应尽能够少。只需在不得已的情况下，才采用两台水泵并联排水。2.1.1.排水系统对水泵的要求：a)水泵必需排水才干的计算根据<规程>，在正常涌水期任务水泵的排水才干应为：由于该矿井所以该煤矿所选任务水泵的任务才干应为：在最大涌水期，任务和备用水泵必需的总排水才干：备用水泵的任务才干：取二者较大值：检修泵组的任务才干：公式中：1.2—<煤矿平安规程>规定的排水设备才干系数。b)估算水泵必需的扬程：式中Hc—排水高度，Hc=473.3m;α—干管倾斜敷设时的倾角。2.1.2.初选水泵型号 参照<泵产品样本>,由于矿水呈中性，所以选择D型泵，依计算的任务水泵才干Qe可选择泵的型号为: 泵D450-60的级数为： i=HB/Hi=5.6～5.9取i=6 泵D500-53的级数为： i=HB/Hi=5.9～6.2 取i=6那么水泵的型号为：D450-60和D500-53其详细资料如下：型号级数流量扬程H(m)转速n(r/min)功率P(KW)效率％必需汽蚀余量(NPSH)r(m)泵重(kg)(m3/h)(L/s)轴功率Pa电动机功率D450-6064501253601480558.5680794.97390表2.1离心泵参数：型号级数流量扬程H(m)转速n(r/min)功率P(KW)效率％必需汽蚀余量(NPSH)r(m)泵重(kg)(m3/h)(L/s)轴功率Pa电动机功率D500-5765001393991480671850815Y5003-4（IP23/6kv）表2.2D450-608型离心泵参数：2.1.3.所需水泵的台数为：D450-60

8D500-53

811111133式中分别为任务、备用检修水泵的台数。计算水泵安装效率排水设备主要由水泵、电机、管路、电控设备等组成。排水时的安装效率定义为：输出地有益能量与安装输入的能量之比，其比值用表示，且那么安装效率为式中—水泵工况点效率，81%；—管道效率，98%；—电机效率，92%；—传动效率，98%。其他符号意义同前所述。为确保排水设备经济运转，对竖井其安装效率，对斜井其安装效率，根据式(3-17)，在合理工况中，分别计算出安装效率，选出安装效率较高的泵和管路系统作为优选排水设备，从而确定水泵型号、台数、管路系统及其布置方式。2.6.1假设电机效率ηd=0.92,工况效率ηm1=0.78，管路效率ηg1=HC/Hm1=320/330=0.97，那么安装效率为：ηz1=ηm1ηdηg1ηc=0.78×0.92×0.97×0.98=0.68(ηz≥0.6)2.6.2假设工况效率ηm3=0.76，管路效率ηg3=HC/Hm3=320/328=0.98,那么安装效率为：ηz3=ηm3ηdηg3ηc

由此可选定D500-57型水泵3台，排水管路选YB-231-70-φ299×8管两趟，吸水管规格为YB-231-70-φ325×8=0.8×0.92×0.98×0.98=0.7(ηz≥0.6)第三章排水管道选型计算及管道的布置

3.1排水管选择计算a〕.计算根据<规范>第2－条,管径常按经济流速Vp=1.5～2.2m/s计算: 式中dp————排水管内径(计算),m. 对于D450-60水泵，额定流量为450m3/h对于D500-57水泵，额定流量为5003m3/hb〕.壁厚度的计算：壁厚可按如下公式计算：式中：dp－排水管内径,cmp－管内液体压强，作为估算p=0.011Hp(MPa)；Hp(m)为排水高度；z－许用应力。铸铁管z=20Mpa,焊接钢管z=60Mpa,无缝钢管z=80Mpa;C－附加厚度,对于铸铁管C=0.7～0.9cm;焊接纳C=0.2cm;无缝钢管C=0.1～0.2cmc)水管材质:对于敷设在深度不超越200m竖井内的排水管多采用焊接钢管,深度超越200m时多用无缝钢管;对于敷设在斜井内的排水管路,可按承压的变化,由下向上分段采用无缝钢管、焊接钢管和铸铁管。对于D450-60水泵，对于D500-57水泵，表2.4热轧无缝钢管〔YB231-70〕〔mm〕外径壁厚外径壁厚外径壁厚外径壁厚323842455054576063.56870732.5～8.02.5～8.02.5～10.02.5～10.02.5～10.03.0～11.03.0～13.03.0～14.03.0～14.03.0～16.03.0～16.03.0～19.0768389951021081141211271331401463.0～19.03.5～24.03.5～24.03.5～24.03.5～28.03.5～28.04.0～28.04.0～32.04.0～32.04.0～32.04.5～36.04.5～36.01521591681801942032192452732993253514.5～36.04.5～36.05.0～45.05.0～45.05.0～45.06.0～50.06.0～50.07.0～50.07.0～50.08.0～75.08.0～75.08.0～75.0377402426459(465)480500530(550)5606006309.0～75.09.0～75.09.0～75.09.0～75.09.0～75.09.0～75.09.0～75.09.0～25.09.0～25.09.0～25.09.0～25.09.0～25.0壁厚系列2.53.03.54.04.55.05.5677.583.599.5101112131415161718192022242526282930343536384042454850566063657075自表2.4中查得的无缝钢管如下：对于D450-60水泵选取管φ299×8或管φ325×8对于D500-57水泵选取管φ299×8或管φ325×83.2〕管路趟数及布置方式的选择a)管路趟数的选择根据<规程>有关规定，水管必需有任务和备用的，其中任务水管的才干应能配合任务水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。任务和备用水管的总才干，应能配合任务和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。涌水量小于300m3/h的矿井，排水管也不得少于两趟。对于所选的三台水泵，敷设两趟管路，即三泵两管任务方式，一台水泵任务时，可经过其中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时任务时，可分别经过一趟管路排水。b)其管路系统布置如图图3-4〔a〕1〕图3-4〔a〕是三台泵两趟管路的布置方式。一台水泵任务时，可经过其中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时任务时，可分别经过一趟管路排水。图3-4四台水泵管路布置方式〔b〕2〕图3-4(b)是四台泵三趟管路的布置方式，正常涌水时期两台泵任务，可经过其中恣意两趟管路分别排水，另一趟管路备用，最大涌水时期三台泵任务可各用一趟管路排水。图3-4五台水泵管路布置方式〔c〕3)图3-4〔c〕五台水泵三趟管路的布置方式，正常涌水时期两台泵任务，可经过其中恣意两趟管路分别排水，另一趟管备用；最大涌水期四台泵任务，三趟管路排水，泵在并联管路上任务。根据上述规定，对于此设计中的D450-6063台水泵，敷设2趟管路，其管路系统布置如上图3-4a所示；对于D500-5763台水泵，敷设2趟管路，管路系统布置图如上图3-4a所示。第四章吸水管道选型计算及管道的布置4.1吸水管道选型计算计算根据<规范>第2－条,管径常按经济流速Vp=0.8～1.5m/s计算:式中dx—吸水管内径(计算),m.Qe—额定流量，m3/h。对于D450-60水泵a〕由上述可知，对应管φ299×8水泵吸水管选为：管φ325×8b〕由此对应管φ325×10水泵吸水管选为：管φ351×8对于D500-57水泵选取c〕对应管φ299×8水泵吸水管选为： 管φ325×8d〕对应管φ325×8水泵吸水管选为：管φ351×94.2绘制管道系统图估算管道长度排水管道长度可估算为：取吸水管长度—水流经泵房内排水管的长度，普通取=20~30m；—管子道中的管子长度，普通取=20~30m；—井口出水管长度，普通取=15~20m。第五章管道特性曲线的绘制及工况点确实定5.1求管路特性方程式并绘制管路特性曲线由上计算可知排水管和吸水管的长度，不计管径差别，近似地按排水管径计算其特性，那么：名称数量局部阻力系数管φ299×8管φ325×8管φ325×8管φ351×8直角弯头40.2940.2940.2940.29430º度弯头20.1960.1960.1960.196转弯流三通11.51.51.51.5直流三通20.70.70.70.7闸阀20.260.260.260.26逆止阀11.71.71.71.7名称数量管φ299×8管φ325×8管φ325×8管φ351×9直角弯头10.2940.2940.2940.294渐缩管异径管10.10.10.10.1底阀13.73.73.73.7合计4.0944.0947.6927.6924.0944.0947.6927.692b).选取沿程阻力系数:对于D450-60水泵选取选用管φ299×8作为排水管时0.0237吸水管φ325×8取0.0307选用管φ325×8作为排水管时0.0292吸水管φ351×8取0.0237管路特性方程式:对于D450-60水泵在选取管φ325×8做为排水管时有：H’=Hsy+RQ2=挂垢后的管路特性方程为：H’=Hsy+1.7RQ2

=5.2确定工况点由以上方程就可以在水泵性能区线图上绘出管路特性曲线。参照水泵的流量范围，选取几个流量值，分别计算排水所需扬程。对于D450-60水泵在选取管φ325×8做为排水管时,表2.7Q，m3/h0100200250300350H1,m320320.54322.16323.16324.85326.74H1/6m53.353.4253.6953.8954.1454.46在选取管351×8做为排水管时有：表2.8Q，m3/h0100200250300350H2,m320320.4321.6322.5323.6325H2/6m53.353.453.653.7553.9354.17将管路特性分别绘制在D450-60×8型水泵性能曲线上，由图2.5可见，工况点M2趋进工业区边缘，为确保水泵正常任务，故舍去，最后确定工况点为M1，工况参数分别为Qm1=500m3/h,Hm1=330m,Nm1=100KW,ηm1=78%(NPSH)γm1=5对于D500-57水泵选取在选取管φ325×8做为排水管时有：表2.9 Q，m3/h0250350450500550H4,m320321.97323.86326.38327.88329.53H4/6m53.3353.6653.9854.454.6554.92在选取管φ351×8做为排水管时有：表2.10 Q，m3/h0250350450500550H4,m320321.28322.5324.13325.1326.17H4/6m53.3353.5653.7554.0254.254.36将管路特性分别绘制在D500-57型水泵性能曲线上，由以下图可见，工况点M4趋进工业区边缘，为确保水泵正常任务，故舍去，最后确定工况点为M3，工况参数分别为Qm3=530m3/h,Hm3=328m,Nm3=105KW,ηm3=80%,(NPSH)γm3=5.6m第六章水泵任务合理性校验6.1校验水泵稳定性1〕自特性查得Q=0时6级泵的扬程H0=69该值大于HC=63，满足稳定条件0.9H0≥HC的要求。2〕自特性查得Q=0时6级泵的扬程H0=71该值大于HC=53，满足稳定条件0.9H0≥HC的要求。6.2.1D450-60水泵对于D280-65水泵在选取管φ325×8做为排水管时有：在正常涌水期每天所需排水时间为Tz1=24qz/n1Qm1=24×4.5×60/1×500=12.96h

在最大涌水期每天所需排水时间为Tmax1=24qmax/(n1+n2)Qm1=24×7.2×60/2×500=10.4h

6.2校验排水时间6.2.2D500-57水泵对于D450-60水泵在选取管φ299×10做为排水管时有：在正常涌水期每天所需排水时间为Tz3=24qz/n1Qm3=24×4.5×60/530=12.23h在最大涌水期每天所需排水时间为Tmax3=24qmax/(n1+n2)Qm3=24×7.2×60/2×530=9.78h经校验排水时间均小于20h，符合<煤矿平安规程>规定第七章水泵电动机的选型计算 所选水泵任务在工业利用区，可直接选用水泵厂家提供的配套电动机，型号为：JSQ-1512-6型高压三相高速鼠笼异步电动机其参数如下表：额定功率KW额定电压V额定电流A效率η总电阻Ω转速r/min78060009095.71.841480第八章主排水经济目的的计算8.1电费a〕年电耗由于正常涌水期和最大涌水期各泵的工况参数一样，那么年电耗为E=×〔nzrzTz＋nmaxrmaxTmax〕=3.55×kw式中1.05—辅助用电系数；γ—矿水重度，N/m3；Q—工况流量m3/