第二篇 矿井排水设备

第二篇矿井排水设备

第五章离心式水泵的工作理论本章学习目标：了解矿水、矿山排水系统、水仓、水泵房和管子道的基本知识掌握矿山排水设备的组成和离心式水泵的分类掌握；离心式水泵的工作原理和工作参数掌握离心式水泵的基本理论掌握比例定律和比转数掌握离心式水泵在管路中的工作第一节矿山排水设备概述矿井排水过程：

水—水沟—水仓—吸水井—水泵—管子道管路—副井管路—地面水沟一、矿山涌水及性质

1、矿水来源涌入矿井的水统称为矿水。矿水主要来源于地面水和地下水、开采工程涌水。地面水有江河湖泊水、大气降水、融雪等；地下水有含水层、断水层、老空水等。开采工程涌水有水力采煤、水砂充填等工艺产生的废水。2、涌水量绝对涌水量：单位时间内涌入矿井的水的体积量（q），单位是m3/h；最大涌水量：某一时期涌水高峰时的涌水量正常涌水量：其它时期大致相同的涌水量相对涌水量：同时期内相对于单位煤炭产量的涌水量，也称含水系数。以“Ks”表示。

T—同时期内煤炭日产量（t）3、矿水性质1）温度随井深增高。2）密度比清水大。ρ=1015～

1025kg/m33）化学性质矿水略带酸性，当PH<5时，应采取措施。二、矿井排水的任务和特点1、任务将矿水及时地排送至地面，为井下创造良好的工作环境，确保安全生产。2、特点1）可靠性要求高2）排水设备要求有较高的耐磨性和耐腐蚀性3）排水硐室小，设备多4）耗电量大1、矿井排水方式分为固定式和移动式、自流式。1）固定式排水方式：水泵位置长期固定的排水方式。

固定式排水方式的排水设备根据其服务范围又分为主排水设备、区域排水设备和辅助排水设备。

排水过程：吸水井中的水经底阀、吸水管进入水泵，获得压力后沿排水管排至地面水池或水沟中。

*

集中式排水系统和分段式排水系统集中式排水：单水平直接排至地面或多水平时上水平水放至下水平后再统一排至地面。分段式排水：将下水平的水分段排至上水平的主水仓后再排至地面，或各水平直接排至地面。三、矿井排水方式2）移动式排水方式水泵随工作面的移动或水位的变化而移动的排水方式。为矿井的局部服务，如掘进工作面、局部淹井等。2、压入式、吸入式、压吸式排水方式压入式排水方式：水仓高度高于水泵吸水口高度。优点：启动方便、无气蚀现象，效率高缺点：存在淹泵房事故隐患注意：此方式要慎用吸入式排水方式：水仓高度低于水泵吸水口高度。优点：安全性好缺点：启动前必须灌水、有气蚀现象，效率低压吸并存式：设上下两个水仓，上部水仓水位高于泵入口，采用压入式；下部水仓水位低于泵入口，采用吸入式。优点：效率高，使用方便灵活，安全缺点：设备复杂，初期建设成本高四、水仓1、水仓的作用（1）存储矿水，利于水泵排水（2）沉淀矿水2、水仓的要求水流速<0.005m/s,流动速度>6h,水仓巷道>100m3、水仓组成分主、副水仓

4、水仓设计煤矿安全规程规定：水仓的总容量V不小于8h正常涌水量，采区水仓容量不小于4h的正常涌水量水仓长度

Lmin=3600vt

式中v=0.003~0.005m/s,t=6h水仓断面积S=V/L

或水仓高度H和宽度B各取2~3m验算流速v=(QM-QH)/3600S=0.003~0.005m/s五、水泵房1、位置：副井井底车场附近2、水泵房设计要求（1）水泵房地面标高比井底车场高0.5m，且向吸水侧有1%的坡度（2）水泵沿长度方向排列3、水泵房设计长度L=nL0+l1(n+1)宽度B=b0+b1+b2高度H=3--4.5m4、水泵基础要求基础长宽应大于泵底座200--300mm，基础高应高出泵房地板200mm。六、管子道管子道：倾斜25º--30º

长2m平台（连接管子道和井筒）

铺管道（管墩、管卡固定）有人行台阶和运输轨道1、组成水泵、电机及电控设备、管路及附件、监测仪表、水仓、管子道等。七、矿井排水设备的组成及要求

2、固定式排水设备的要求1）设置有工作水泵、备用水泵、检修水泵2）工作水泵的排水能力应在20h内排出24h的正常用水量；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排水能力应在20h内排出24h的最大用水量；检修水泵的能力应不小于工作水泵的25%。3）必须有相适应的工作和备用水管4）主排水泵房的供电线路不得少于两条回路，每一回路都应能担负全部负荷的供电。5）工作的水泵机组必须工作可靠。6）主排水设备应有预防用水突然增加致使设备被淹的措施。7）水泵工况应在高效工作区，否则应进行更换。8）需要采取防爆措施的水泵机组，其电气设备应是防爆的。3移动式排水设备的要求1）水泵应适应流量变化不大而扬程变化较大的需要，有较好的吸水性能，以保证把水排干。2）在垂直泵轴平面上的外形尺寸应较小，以适应在横断面较小的巷道中工作。3）应能移动方便、迅速，能适应轴线倾斜情况下工作。八、矿用水泵的分类1、按原理分：叶片式、容积式、其他叶片式分：离心式、轴流式、混流式容积式分：往复式、回转式其他有：喷射泵、水锤泵等2、按用途分：清水泵、杂质泵、耐酸泵3、按叶轮数目分：单级泵、多级泵4、按泵轴位置分：立式泵（含吊泵、深井泵、潜水泵）、卧式泵5、按泵的吸入方式分：单吸式、双吸式6

、按泵的压出方式分：蜗壳式、导流式（透平泵）7、按扬程分：低压泵、高压泵、中压泵8、按泵壳结合缝形式分：中开式、分段式第二节离心式水泵的工作原理和工作参数

一、离心泵组成离心泵的主要部件有吸水室、叶轮和压水室。吸水室位于叶轮的进水口前面，起到把液体引向叶轮的作用；压水室主要有螺旋形压水室（蜗壳式）、导叶和空间导叶三种形式；叶轮是泵的最重要的工作元件，是离心泵的心脏，叶轮由盖板和中间的叶片组成。

1、离心泵组件主要由电动机、离心泵、吸水管、排水管、各类阀、仪表等组成。2、各部分作用⑴离心泵——将机械能转变成液体的动能和压力能⑵底阀——装于吸水管底部，由单向阀和过滤器组成，单向阀防止吸水管水倒流漏出，过滤器防止杂质被吸入泵中。⑶逆止阀——防止水倒灌入泵内，造成冲击。⑷真空表——测定吸水管入口压力⑸压力表——测定排水管出口压力⑹漏斗——水泵启动前灌满水二、离心泵组件的组成及各部分作用

⑺调节阀——位于逆止阀下面，排水管路上，作用是调节水泵的流量和扬程和起动时关闭以降低起动电流。⑻放水阀——检修时放掉排水管中的水⑼旁通管——在水泵二次起动时将排水管中的水引入泵内，其次可以防止停止运转后排水管中的压力水冲向泵内，起缓冲作用。⑽放气栓——位于泵体上方，以排出泵内空气。三、离心泵工作原理在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。

四、真空泵和射流泵启动的工作原理1）真空泵启动原理水泵启动前，开动真空泵抽出水泵内的空气，由于泵体上下口均已被水封住，致使泵内空气越来越稀薄，形成负压，吸水池的水在大气压作用下进入吸水管和泵体内，直至灌满泵体，此时关闭真空泵，开动水泵即可正常工作。2）射流泵启动原理射流泵由吸水管、喷嘴、混合室组成。当排水管引来的高压水由喷嘴高速射出时，不断喷流的水带走了吸水室的空气及与吸水室相连通的泵体内的空气，泵体内产生负压，吸水池的水在大气压作用下进入吸水管和泵体内，直至灌满泵体，此时关闭射流泵，开动水泵即可正常工作。五、离心式水泵的工作理论1、工作参数1)流量（Q或q）——单位时间内水泵所排出的水的体积。单位：m3/s、m3/h、L/s2)扬程（H）——单位质量的水通过水泵后所获得的能量，单位：m。又称水头，分吸水扬程、排水扬程、损失扬程、实际扬程。吸水扬程HX——从水泵轴线到水面的距离排水扬程HP——从水泵轴线到排水管路中心的距离实际扬程HSY=HX+HP总扬程H=HX+HP+hW+Hd

=HSY+HW+Hd3)功率（P）水泵在单位时间内所做的功的大小。单位：kw。（1）轴功率（P）——电动机传给水泵轴的功率（即水泵的输入功率）。（2）有效功率（Px）——单位时间内水通过水泵所获得的能量（即水泵的输出功率）。（3）配套功率（Pgr）——配用电动机的功率。

Pgr=（1.1-1.25）Pa4）效率（η）——水泵的有效功率与轴功率的比值。一般取0.6~0.85）转速（n）——水泵叶轮每分钟的转数。单位：r/min。常用：2900r/min、1450r/min、

970r/min、730r/min6）比转速（ns）——在水泵的选择和设计中，为了比较不同系列水泵的性能参数，往往需要一个不依赖于泵的几何尺寸，而反映其流量和扬程关系的综合参数，这个参数称为比转数。2、离心泵的吸入性能参数允许吸上真空度（Hs）：在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵吸水口所允许的真空度。与泵的安装高度有关。单位：m。（1）最大吸上真空高度Hsmax——由泵实验求出。

Hsmax=（Pa-P1)/r<10.33m水柱（2）允许吸上真空高度Hs——保证不产生汽蚀所允许的最大吸上真空高度。规定：Has=Hsmax-0.3（3）Hs的应用：泵铭牌或说明书上的Hs指在1个标准大气压、20°C的清水下实验所得。一、离心式水泵的流动分析水在水泵的叶轮中的流动情况相当复杂，利用数学方法准确求出压头特性（泵转速一定时，流量与压头之间的关系）是很困难的。只能采用近似方法，使其结果能基本反映实际情况，这就是建立一个理想叶轮模型，其条件为：1、叶轮叶片数目无限多，叶片厚度无限薄；2、介质（水）为理想流体，水泵工作时没有任何损失；3、水的流动是稳定流动；4、水不可压缩（即ρ=常数）第三节离心式水泵的基本理论（一）水的质点在叶轮内的流动1、表征叶轮的形状的几何参数

D1、D2—叶轮叶片内缘、外缘直径；

r1、r2—叶轮叶片内缘、外缘半径；

b1、b2—叶轮叶片内缘、外缘处的宽度；

β1、β2—叶轮叶片内缘、外缘处的叶片安装角。2、水在叶轮中的运动（是一复合运动）可分解为圆周运动和相对运动，两者的合成称为绝对运动。圆周运动与叶轮圆周速度相同的牵连运动。任意半径处圆周速度u=rω；相对运动介质（水）相对于叶片的运动。当水为理想流体时，叶片无限多，无限薄的情况下，叶片间流道中的流体成为微小流束。流体的每一质点只能沿着流道运动，其轨迹与叶片型线一致。当然，在流道入、出口处的流体质点运动方向也与该处的叶片切线方向一致。在同一半径上的各质点流速是相同的，用相对速度w表示。绝对运动：绝对速度C3、速度三角形（速度向量图）速度三角形（以下缀1和2区分入口和出口处的各项参数）参数解释：径向速度绝对速度在径向方向上的分量。（用Cr表示）旋绕速度绝对速度在圆周方向上的分量。（用Cu表示）α角（叶片工作角）：C与u的夹角。β角（叶片安装角）：w与u反方向的夹角。4、各参数之间的关系二、基本方程式（离心式水泵的理论压头方程式—欧拉方程）理论压头是指理想叶轮转换给流体的压头。一般用HT表示。理想叶轮工作时无损失，它的轴功率P等于有益功率，即又轴功率可以用加于叶轮的外力矩M和叶轮角速度ω的乘积表示为（找出外加力矩M与叶轮参数之间关系后，利用此关系代入上式，即可求出压头HL与叶轮参数之间的关系。为此可利用动量定理。从该定理可知：作用于叶轮上的外力矩应等于每秒钟流经叶轮的流体的动量矩增量。）∴

如图所示，表示理想叶轮中某流体质点由入口处1运动到出口处2的情况，其中虚线表示其绝对运动的轨迹。若QT为为叶轮流量，则每秒钟流经叶轮的流体质量为ρQT。该流体在叶轮中的动量矩增量可用它的出口处动量矩ρQTc2l2与入口处动量矩ρQTc1l1之差表示。由此式中

m

从基本方程式可以看出：1、水从叶轮中获得的能量，仅与水在叶轮进口及出口的运动速度有关，与水在流道的流动过程无关。对于水泵，在设计叶轮时，通常都是按无预旋设计，即α1=90º、c1u=0。因此，m

2、压头与叶轮外缘圆周速度u2成正比，u2=ЛD2n/60。所以，当其它条件相同时，叶轮外径越大，转速越高，压头也越高。3、流体所获得的理论压头（扬程）HL与流体种类无关。对于不同流体，只要叶轮进、出口处流体的速度三角形相同，都可以得到相同的HT

。

三、离心式水泵的特性曲线（一）理论扬程特性曲线1、理论流量，m3/ss2—叶轮出口面积，㎡D2—叶轮外径，mb2—叶轮出口宽度，mc2r—叶轮出口处的径向速度2、理论压头特征理论压头HL与理论流量QL之间存在着内在联系。这种联系可以由其出口速度三角形中速度C2r和C2u之间的关系找到。很明显

代入

得离心式水泵的理论压头特征方程式：

式中

3、离心式水泵的理论扬程曲线（1）β2>90º，B<0，故HT=A+BQL即HL随着QL的增加，是一条上升的直线；（2）β2=90º，B=0，故HL=A，即HL不随QL的 变化而变化，是一条与横标平行的直线。（3）β2<90º，B>0，故HL=A-BQL即HL随着QL的增加而减小，是一条下降的直线。4、叶片的型式通常以叶轮转向作为参量，将出口角不同的叶轮分为三种。即β2<90º时，后向（后倾或后弯）叶片叶轮；β2=90º时，径向叶片叶轮；β2>90º时，前向叶片叶轮。

由图可以看出，前向叶片的出口绝对速度c2最大，后向叶片的绝对速度c2最小。绝对速度越大，水在泵内流动时的能量损失也越大，效率就越低。所以，前向叶片叶轮的效率较低，后向叶片叶轮的效率较高。因此，在实践中使用后向叶片的叶轮，β2一般取20°~25°，叶片数目取5~7个。（二）实际特性曲线1、实际扬程特性曲线的定性分析（1）有限叶片的影响（叶片数目有限时对扬程的影响）1）叶片有限时的环流和相对速度的分布相对速度分布：受环流（环流的形成—来自流体质点的惯性。）的影响，叶片迎面上的流体质点相对速度减小，背面处的流体质点相对速度加大，形成不均匀的相对速度。（

图7-6）形成原因：理想叶轮相对速度的均匀分布与环流合成的结果。2）环流对压头的影响叶片数目有限与无限情况下速度的比较：，绝对速度向叶轮旋转的相反方向偏移，减小程度用k表示，称为环流系数。对于水泵（z—叶片数目），一般k=0.6～0.9。环流对压头的影响：（2）能量损失（水力损失）的影响叶轮是水泵中唯一传递能量的部件。其它诸如水泵的吸水室、导水圈和返水圈以及压水室等通流部件都是组成水泵必不可少的部分。这些部件或起导流作用或起能量形式的转化作用，不但不会给流体增加能量，反而因存在着各种阻力而消耗能量。流体在叶轮和其它通流部件中流动时的水力损失可归纳为摩擦扩散损失和冲击损失。1）摩擦和扩散损失（

图7-7）摩擦损失指流体在叶轮和其它通流部件中的沿程损失。扩散损失指流体在导向器和泵壳扩散时（将动压转换为静压过程中）的能量损失。2）冲击损失（图7-7）指流体在水泵全部流动过程中的转弯、扩大和收缩等造成的损失。就叶轮来讲是指流体对叶片入口处的冲击和流量变化时叶轮内的涡流损失。在Q=Qe时，hq=0；当时这种损失出现并与额定流量相差越多损失越大，随流量之差的平方增加。即Kq—冲击损失系数。冲击损失分布的原因：由于Q〈Qe时，流体以大于叶片安装角的角度冲向叶片，把流体挤压到叶片工作面上并在背面上形成涡流区；当Q〉Qe时，流体与叶片相遇时的角度小于叶片安装角，流体被压向叶片迎面，在工作面上形成了封闭的涡流区之故。2、实际特性曲线（1）实际扬程特性曲线解析图图7-8（2）实际特性曲线当泵以一定转速工作时，以流量为横坐标，以扬程、功率、效率、允许吸上真空度为纵坐标，用实验方法绘出的反映这些性能之间变化规律的关系曲线。意义：正确选择和合理使用泵对特性曲线的分析说明1、q-H曲线（1）驼峰特性曲线——比转速小于80的泵最高工况点左边会出现不稳定工况（2）平坦特性曲线——比转速在80-150之间的泵适用流量调节大、压头变化小的系统（3）陡降特性曲线——比转速大于150的泵适用流量调节小、压头变化大的系统2、q-Pa曲线流量增大，功率增大，流量为零，功率不为零。启动时关闸，减小消耗的功率。3、q-η曲线最高效率所对应的工况为最佳工况，其参数为额定参数，标于泵出厂铭牌上。实际很难达到。四、离心式水泵的效率（一）机械损失ΔPm和机械效率ηm式中：P—轴功率

QT、HT—理论压头和理论流量

σ—收缩系数（二）容积损失ΔQ和容积效率ηV(三)水力损失ΔHh和水力效率ηh(四)水泵的总效率η

一、相似条件相似理论（研究相似流体的理论——根据相似理论，若两个流动之间，相互对应的流动参量（即与流动有关的各物理量，如：密度、粘度、速度、压力等）有着一定的比例关系，并且按照同样的规律运动，则称这两个流动是互为相似的流动。确定两者之间存在着相似关系的原理称为相似原理。相似原理告诉我们：两个流动相似，一定要满足力学相似条件，即满足几何相似、运动相似和动力相似。同时满足，彼此之间几何相似、运动相似和动力相似的水泵称相似水泵。第四节相似理论1）几何相似（边界相似）指流动几何相似和边界性质相同。彼此相似的水泵的叶轮和主要通流部件中的流体流动几何相似，彼此相应的几何尺寸成相同比例，对应的同名角相等。表征边界性质的叶轮和主要通流部件的固体壁面水力性质相同，几何形状相似。即对应尺寸的比值为一常数，对应的同名角相等。即：2）运动相似指流动的各相应点的速度方向相同，大小成比例。彼此相似水泵上各对应点处的速度三角形相似。即3）动力相似指流动的各相应点处质点所受诸同名力成比例。对于彼此相似的水泵主要是要求其雷诺准则，即雷诺数Re=uD/ɣ（式中u—叶轮外缘速度，D—叶轮外缘直径，ɣ—运动粘度系数）相等或不大于5倍。实际上要做到Re相等，有时有实际困难，考虑到管流时粘滞力不再与Re有关，而且自动保持动力相似，所以不严格要求Re相等。但也应尽量做到阻力系数接近，相差不宜过大。即注意：相似条件中以几何相似为必要条件，运动相似和动力相似为充分条件。二、相似定律1）相似水泵相应工况下的参数关系流量关系设对应工况的流量值分别由于两水泵几何相似，所以扬程关系设对应工况的压头值分别为由于两水泵相似，所以

功率关系

2）相似定律的应用

#改变转速——比例定律对于同一台或两台对应尺寸相等的相似水泵，若排送的液体重度相等，可得比例定律。即

应用注意：转速提高不超过10%，转速降低不超过20%。车削叶轮外径——车削定律（1）中高比转速ns=80—300（2）低比转速ns=35—80三、比转数比转数是水泵相似的一项派生准则。因为比例定律只反映了一系列相同或相似水泵性能参数之间的关系。并未涉及非相似水泵性能参数之间的关系。在水泵的选择和设计中，为了比较不同系列水泵的性能参数，往往需要一个不依赖于泵的几何尺寸，而反映其流量和扬程关系的综合参数，这个参数称为比转数。

设两台彼此相似水泵的尺寸，转速和额定工况参数分别为D2、n、H、Q和D2´、n´、H´、Q´。

以上两式中消去比值

得：

将上式两端同乘以3.65有

此时，ns表示在相似条件下，额定工况或效率最高时产生1单位流量和1单位压头的标准水泵的转速，称为比转数。很明显，彼此相似的水泵的标准水泵的转速—比转数相等。不相似的水泵比转数不等。

用途：1、比转数可以反映水泵的性能及叶轮形状；在相同转速下，比转数大，流量大而压头小，流量大，导致叶轮出口流道宽度大；压头小，则叶轮出口直径小，叶轮流道短。故比转数大的叶轮流道宽而短，而且性能曲线比较陡。相反，比转数小的叶轮流道窄而长，性能曲线比较平坦。2、比转数可以对水泵进行分类；3、比转数可以选择水泵的叶轮型式；4、应用于设计计算中。无因次比转速国际标准及国标现行规定用型式数K代替比转速ns一、排水管路特性水泵在管路上工作时，排水所需的实际压头（扬程）与通过管路的流量的关系称为管路特性。1、管路特性方程式水从水泵所获得的总能量不仅用于提高水的位置，还要用于克服管路的阻力，故水泵的工作状况不仅与水泵本身性能有关，也与管路配置情况有关。水在管路中流动所需要的总能量，可由伯努利方程式导出。第五节离心式水泵在管路中的工作列吸水面1-1和排水管路出口截面2-2的伯努利方程式。取面1-1为基准面，则分析上式可知，所需压头（扬程）取决于测地高度HC，管路阻力系数R和流量Q。对于具体的矿井来讲，其HC(即HSY）是确定的，因而当流量一定时，所需压头（扬程）将取决于R。（R的大小与管长、管径、管内壁状况以及管路附件的种类和数量有关）

2、管路特性曲线管路特性曲线是一条上扬的不通过原点的曲线，管路阻力越大，曲线越陡。管路特性中的H表示对应流量的管道阻力大小。注意：上述管路特性方程适合于新管，对于管径因挂垢而缩小的旧管则为：二、水泵的工况点1、工况点——水泵q-H性能曲线与管路特性曲线的交点。2、工况参数扬程、流量、功率、效率、允许吸上真空度等。三、吸水高度和汽蚀1、影响吸水高度的几个问题吸水高度Hx（几何安装高度）：水泵轴线到吸水井水面之间的垂直高度。Hx<10m的原因：

1）沿程压力损失2）吸水口速度损失3）饱和蒸汽压4）温度5）大气压2、允许吸上真空度与安装高度（1）最大吸上真空高度Hsmax——由泵实验求出。

Hsmax=（Pa-P汽蚀)/r<10.33m水柱（2）允许吸上真空高度Hs——保证不产生汽蚀所允许的最大吸上真空高度。规定：Hs=Hsmax-0.3（3）泵允许安装高度HanHan≤Hs—vs2/2g—hw≤6m

式中vs2/2g——泵吸入口的速度水头

hw——吸入管路的损失水头注意：水泵样本提供的Hs是在一定条件下测定的，若实际条件与试验条件不符，则应按如下公式修订。（4）例子某台离心泵从样本上查得允许吸上真空高度为6米，水泵的工作地点在海平面高度处，水温20°C，吸水管路阻力损失为1米，吸入速度水头为0.2米。问（1）该泵的几何安装高度为4米能否正常工作？（2）若将该泵安装在+700米的山上，夏天水温为40°C，其他条件相同，求水泵的允许安装高度是否变化？如何变化？

3、汽蚀现象原因、危害、解决办法饱和蒸汽压——在一定温度下，水开始汽化的临界压力。水面压力越大，饱和蒸汽压越大，水越不易汽化。汽蚀——液体汽化对过流零部件的破坏现象。汽蚀的危害：（1）产生冲击力，破坏泵内表面及叶轮和叶片；（2）产生化学腐蚀（3）产生振动和噪声（4）堵塞流道，降低效率，减少扬程和流量。解决办法：减少吸入管道的压力损失降低吸水管内水的流速，合理确定安装高度四、离心式水泵正常工作条件工业利用区工业利用区是水泵特性曲线上允许使用的区段。在这个区段内工作，水泵满足稳定工作和经济工作的条件。（1）稳定工作

HSY<0.9H0

水泵在运转中工况点是单值的，不能出现无交点或多交点。（2）经济工作条件（3）工业利用区的划定水泵正常工作条件：稳定工作条件、经济工作条件、不发生汽蚀条件。五、水泵工况点的调节

1、调节目的：（1）使水泵在运转过程中，其工况点始终满足正常工作条件；（2）使水泵的流量和扬程满足实际工作的需要。2、调节途径：（1）改变管路特性曲线；

①闸门节流调节法：调节管路上闸阀的开度来增加局部阻力，即加大R值，从而改变工况点。注意：这种方法不能作为长期调节用，只能在特殊情况下作为临时措施。例如，配置的电动机功率过紧，为防止电机过载，在更换电机前继续排水，可暂时关小闸阀减小排量，使电机在允许负荷下运行。②管路并联（节能）￭调节方法：将工作管路和备用管路并联使用，改变管路特性曲线的R值，增大流量，改变工况点。￭注意：防止电动机过负荷和防止产生汽蚀。（2）改变水泵特性曲线调节法

①改变转速调节法由比例定律可知，改变转速，其性能参数也将发生相应的变化。特点：这种方法没有额外的能量消耗，经济上合理。但改变转速的方法比较复杂，需要增加附加设备，费用较高，因此应用不很广泛。②切削叶轮直径调节法￭切割定律￭切割量切割抛物线方程式：

切割后的叶片外径：切削量：注意：1）切削时应只切叶片，前后盘应保留；2）切削量不能太大。③减少叶轮数目调节法注意：减少叶轮应从排水侧减起。如条件允许最好把相应的中段也去掉，把泵轴缩短。（因为这样才不会使效率下降太多。）减少叶轮数目前后的性能比较：减少叶轮数目后（1）节约扬程，使管路效率大大提高；（2）允许吸上真空度增大，提高了运行的安全性和经济性。六、离心式水泵的联合工作（一）水泵的串联工作

1、串联的任务及目的：增加扬程

2、串联运行条件1）Q1≈Q22）在同一地点安装时，后一台泵的强度应能承受两台水泵的压力总和；3）在不同标高处安装时，第一台泵的扬程必须满足第二台泵的需要，第二台泵的扬程满足排水扬程需要。3、串联工况点的大致法确定：1）构造等效水泵2）求等效水泵的特性曲线按照“等流量线下，扬程相加”的原则3）求等效水泵的工况点M等4）求串联工况点：M1、M2（二）水泵的并联工作1、并联的任务及目的：增加流量2、并联运行的条件：H1≈H23、并联工况点1）构造等效水泵2）求等效水泵的特性曲线按照“等扬程线下，流量相加”的原则3）求等效水泵的工况点M等4）求并联工况点：M1、M24、并联效果1）并联后的排水量大于任一台单独工作时的排水量；2）并联后每台水泵的排水量小于单独工作时的排水量；3）并联后的总排水量小于各泵单独工作时的的排水量的总和；4）并联效益q=（并联后的总排水量）

（各泵单独工作时的的排水量的总和）

目前，矿山主要排水设备常用D型、DA型和TSW型多级离心式水泵，而井底水窝和采区局部排水则常用B型、BA型和BZ型单级离心式水泵。第六章离心式水泵的构造本章学习目标：掌握离心式水泵的结构和主要部件了解矿山常用的离心式水泵及型号含义掌握离心式水泵轴向推力产生的原因及平衡方法第一节D型离心式水泵机构和主要部件主要由转动部分、固定部分、轴承部分和密封部分组成。1、转动部分（1）叶轮

1）作用：将电动机的机械能转变成液体的动能和压力能。

2）结构原理形状取决于比转数，由前盘面、后盘面、叶片、轮毂组成。

a、叶型：后弯式，直径不超过800mm,宽度大q大

b、叶片数目6-8片（2）泵轴：装有轴套、隔离套（3）平衡盘：平衡轴向不平衡力

2、固定部分（1）进水段直锥形、环形、弯管形、半螺旋形吸水室（2）中段

1）导水圈：将压力水导入下一级，并将动能转变为压力能。

2）返水圈：将水顺利引入下一级叶轮入口注意：导水圈叶片与叶轮叶片数应互为质数，一般比叶片数多1或少1。（3）出水段：螺壳型出水段、环形型出水段

3、轴承部分：小型泵用单列向心滚柱轴承，O型耐油橡胶密封圈和挡水圈；大型泵用滑动轴承4、水泵的密封（1）固定件之间密封：纸垫密封（2）转动部分与固定之间的密封

1）密封环：大口环作用是减少水返回到入口处小口环作用是防止水级间窜动

2）填料装置：吸入侧填料箱：压盖、填料、水封环组成，引高压水入水封环，防止吸入侧吸入空气，对泵轴进行水封。排水侧填料箱：无水封环填料即盘根：油浸石棉注意：填料压盖不可拧得太紧，标准是水泵运行中盘根处的滴水不成线。一、泵的型号表示法（介绍用的较多的三种标注法）1、第一种表示法100S-90A

叶轮直径经第一次车削扬程90m

单级双吸水泵（B、BA：单级单吸悬臂式水泵；IS：国际标准离心泵；S、Sh：单级双吸水泵；D、DA：多级单吸分段式水泵；DF：单吸多级l耐酸泵；J、JQ：深井泵；DG：多级锅炉给水泵；PS：砂泵；PW：污水泵；PN：泥浆泵）吸水口直径100mm第二节矿山常用的离心式水泵4BA-12

比转速120

单级单吸悬臂式水泵泵吸水口直径4in200D43Χ7

级数单级扬程43m

单吸多级泵吸水口直径200mm2、第二种表示法D155–30Χ9

九级单级扬程30m

流量155m3/h

单吸多级泵3、第三种标注法IS65–50–160A

叶轮直径经第一次车削

叶轮名义直径160

泵出口直径50

泵入口直径65

国际标准离心泵二、矿山常用的水泵1、D型泵——单吸多级分段式离心泵，矿山主排水泵，结构如前所述。2、B型泵——单吸单级悬臂式离心泵，矿山辅助排水泵，机构较简单，体积小，出水口可旋转90º、180º、270º。3、IS泵——单吸单级悬臂式清水泵，工矿企业、农业、城市给排水，机构较简单，体积小，后开门式结构。第三节离心式水泵的轴向推力及其平衡叶轮为单吸式的水泵，在工作时受到轴向推力作用，迫使叶轮和转子一起朝入口方向移动。单级泵的轴向推力有几百公斤；多级分段式水泵的可达几吨。轴向推力必须予以平衡才能保证泵的正常工作。（一）产生轴向推力的原因作用在叶轮前、后底盘外表面上的总压力不相等，和作用在叶轮内表面上水的动压的轴向分力所致。（二）危害使整个转子向吸水侧窜动。1、使叶轮造成破坏性磨损；2、轴承发热、电动机负载增加；3、使叶轮出水口与导水圈的导叶进口发生偏移，引起冲击和涡流，降低泵的效率。（三）轴向推力的平衡方法1、平衡孔法——用于小型单级泵构成一个平衡室，降低平衡室内的压强。其方法如下：（1）在叶轮后轮盘上钻孔，把平衡室和叶轮入口连接起来，使两侧压强相等；（2）用专门的通路将平衡室与低压区沟通，达到降压目的。2、平衡叶片法——用于输送杂质的泵在后轮盘背面安装4-6片平衡叶片，使背面的液体旋转，增大离心力，降低压强。3、双吸式叶轮法——用于流量较大的单级双吸离心泵4、止推轴承法——用于小型单级水泵在受轴向推力的一端安装有一套向心推力球轴承来承受轴向推力。5、对称布置叶轮——用于多级泵当叶轮数为偶数时，叶轮背靠背对称布置；当叶轮数为奇数时，第一级叶轮为双吸式，其余用对称布置。6、平衡装置法——用于多级泵（1）平衡盘结构原理：平衡鼓特点：动态的自动平衡效果好，但起动过程易与平衡座接触造成磨损。注意：平衡盘与平衡座之间间隙在0.5～1㎜之间；泵轴的窜量不小于1㎜，不大于4㎜。（2）平衡鼓结构原理：特点：不能完全平衡，不能限制泵轴的轴向窜动，泄漏量大，但起停过程不会与泵体接触造成磨损。注意：将平衡鼓与平衡盘联合使用。第七章离心式水泵的运行、检修和性能测定掌握离心式水泵启动、运行及停泵的注意事项掌握离心式水泵常见故障的分析及处理方法了解离心式水泵的完好标准掌握排水设备经济运行的评价及提高措施掌握离心式水泵的性能测定原理及性能参数的测定第一节离心式水泵的启动、运行及停泵一、启动前的