1、武冬冬 :矿山排水设备选型设计 目 录 一、绪 论 . 1 （一） 矿水来源及涌水量 . 1 (二 )离心式水泵的分类 . 1 二、排水设备选型计算 . 3 （一） 设计依据 . 3 （二）排水设备方案 . 3 （三） 选择水管 . 8 （四） 选择电动机和配电设备 . 11 （五） 基本投资 安装工程 . 11 三、离心泵结构和特点 .18 （一） 概述 .18 （二） 离心泵的工作原理、分类、型号及结构 .18 （三） 离心泵的气蚀 .19 （四） 离心泵的分类 .19 （五） 离心泵型号及结构 .21 （六） 离心泵的主要零部件 .22 总 结 .25 参考文献 .26 致 谢 .27
2、晋中职业技术学院毕业设计（论文） 摘要 本课题的主要内容是矿山排水设备的选型设计及压水室形状对水泵性能的影响。在此课题的设计过程中，主要运用分析、比较等方法，根据矿井安全生产的政 策，法规，应用历 史设计经验，结合煤炭行业发展现状，以安全可靠为根本，以投入少、运行费用低为原则的设计指导思想来进行综合设计的。 本课题来源与工程实际，因此在设计的过程中，通过多种渠道掌握给排水行业最新信息，初步选择排水方案并对设备选型，进行相关计算，确定设备工况，然后通过 校验水泵的吸水高度、排水时间，以及对各方案水泵装置效率的比较，排除不合理的方案，最后再对方案进行经济核算以确定方案的合理性。 有关压水室的专题方
3、面的讨论，进一步优化了水泵的整体结构设计。 关键词： 排水系统；水泵；工况点 武冬冬 :矿山排水设备选型设计 1 一、 绪 论 （一） 矿水来源及涌水量 在矿井建设和生产过程中，涌入矿井的水流称为矿水。 矿井水的来源分为地面水和地下水，地面水是江、河、湖、溪、池塘的存水及雨水、融雪和山洪等。 矿水可以用单位时间涌入矿井内的体积来度量，称为绝对涌水量。一般用“ q”表示，其单位为 m3/h。涌水量的大小与该矿区的地理位置、地形、水文地质及气候等条件有关；同一矿井在一年四季中涌水量也是不同的，如春季融雪或雨季里涌水量大些，其他季节则变化不大，因此前者称最大涌水量，而后者称为正常涌水量。 为了对比不
4、同矿井涌水量的大小，通常还采用同一时期内，相对 于单位煤炭产量（以吨计）的涌水量作为比较参数，称它为相对涌水量，或称为含水系数。若以 K 表示相对涌水量，则 tqK /24(1-1) 式中 q 绝对涌水量； T 同期内煤炭日产量。 排水设备主要包括：水泵、配套电机、管路、泵房、管子道、水仓及电控设备等。 (二 )离心式水泵的分类 1. 按叶轮数目分 (1) 单级水泵 泵轴上有仅装有一个叶 (2) 多级水泵 泵国上装有几 个叶轮 2. 按水泵吸水方式 (1) 单吸水泵 (2) 双吸水泵 3. 按泵壳的结构分 (1) 螺壳式水泵 (2) 分段式水泵 (3) 中开式水泵 4. 按泵轴的位置分 (1)
5、 卧式水泵 (2) 立式水泵 （三） 设计的指导思想 排水设备的选择要以选出的排水设备在整个矿井服务期限中都可以按有关规晋中职业技术学院毕业设计（论文） 2 定的要求排除矿井涌水为原则。 排水系统的选择、设备的选型，以选出的整个系统在整个矿井服务期限内均能按有关规定的要求排除矿井涌水为原则，尽可能做到安全可靠，投资少，运行费用低，自动化程度高，维护 方便。 为了改善煤矿生产条件，提高设备运行的安全性、稳定性，设计过程中还要注重科技发展新成果的合理应用。 武冬冬 :矿山排水设备选型设计 3 二、 排水设备选型计算 （一） 设计依据 设计原始资料： 某矿井，年产量 105 万吨，竖井开拓，井口标高
6、 +58.00m，水平标高 -260.00m，正常涌水量 6.20m3/min，最大涌水量 9.27m3/min，矿水中性，矿水密度 1020kg/m3，正常涌水期按 300 天，最大涌水期按 65 天计算，服务年限为 30 年。 （二） 排水设备方案 1、 泵应具有的排水能力 依据矿井安全规程，水泵应具备以下排水能力： 正常涌水量 : hmmqz /372in/2.6 33hmqQ /4.4462.1 3 最大涌水量 : hm/2.556mi n279 33max/hzB2、 工作，备用，检修水泵工作能力 maxmax2.1qB备用水泵的工作能力： /hm09.2 2 1 3m a x BB
7、B QQQ (3-1) 取二者较大值：/hm 1233BQ检修泵组的工作能力： /h 111.65m0.253B“BQ式中 zq 正常用水量， m3/h ； max 最大用水量， m3/h ； B 工作水泵的排水能力， m3/h ； maxQ 工作水泵组合备用水泵组的总工作能力， m3/h ； B 工作水泵和备用水泵的排水能力， m3/h ； 检修水泵的排水能力， m3/h ； 3、 估算水泵必须的扬程 lHHgXPggB353/(3-2) /hm3 1 22.17.0 3 ZB qQ晋中职业技术学院毕业设计（论文） 4 式中 gH 排水高度，lHxpgm ； p 泵排水高度暂取井筒高度 m
8、； x 吸水高度，取 5xm ； l 管子高出精通的深度，取1lm ； g 管路效率，对于竖井取 95.09.；对于斜井，当倾角 30时，取8.083.；当 20时，取 77.08.g；当20时，取 7477g（一般取较大者为宜）。 4、 排水设备初选 根据以上参数，参照泵产品样本可初步确定该矿井所需水泵的型号为： 表 3-1 型号 流量 Q (m3/h) 扬程 H (m） 单级扬程iH（ m） 单级零扬程 0i（ m） 级数 iBHHiD280-65 280 397.5 65 71 6 D300-65 300 390 65 74 6 参照泵产品样本可知 D280-65 5,D300-65 5
9、 的参数如表 3-2 所示。 表 3-2 D280-65 5、 D300-65 5的参数 型号 流量 扬程 转速 轴功率 配带电动机 效率 必需汽蚀余量 轮名义直径 泵重 Q H n Pa 功率 型号 m3/H m r/min kW kW % m m D280-65 5 280 397.5 1480 430 450 Y400L-4 70 4 3.35 30 552 武冬冬 :矿山排水设备选型设计 5 D300-65 5 300 390 1480 419 440 Y355L-4 76 4 35 2000 以上两种泵的性能曲线如图 4 1 所示： 5、 水泵的台数 当 q50 m3/h 时，而且一
10、台水泵能满足排水要求时，取水泵台数 =2； 当 q50 m3/h 时，需要设置三台水泵时，先按求出水泵能力； 表 3-3 工作水泵 BQ备用水泵 BQ 检修水泵BQ排水量 )/( 3 hm 446.4 372.48 111.65 以上 BQ ， BQ 和 BQ 分别为工作，备用和检修水泵的能力，则所需水泵的台数为； mBQQn， mBQQn ， mBQQn （ 3-3） 式中 n ， n 及 n 分别为工作，备用和检修水泵台数。 Qm 水泵的额定流量。 水泵总台数 =n +n +n =5 表 3-4 D280-65 5 D300 65 5 mBQ2 2 晋中职业技术学院毕业设计（论文） 6 m
11、BQQn 2 2 mBn 1 1 nnn 水泵的总台数5 5 a) 注意：当工作水泵超过 4台时，应适当增加检修水泵，同一泵房内最 好选用同一型号和规格的水泵。 b) 其管路系统布置如图 图 3-2a 1) 图 3-2（ a）是三台泵两趟管路的布置方式。一台水泵工作时，可通过其中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时工作时，可分别通过一趟管路排水。 武冬冬 :矿山排水设备选型设计 7 图 3-2 四台水泵管路布置方式（ b） 2）图 3-2(b)是四台泵三趟管路的布置方式，正常涌水时期两台泵工作，可通过其中任意两趟管路分 别排水，另一趟管路备用，最大涌水时期三台泵工作可各用一趟管路排水。
12、 五台水泵管路布置方式 五台水泵三趟管路的布置方式，正常涌水时期两台泵工作，可通过其中任意两趟管路分别排水，另一趟管备用；最大涌水期四台泵工作，三趟管路排水，泵在并联管路上工作。 根据上述规定，对于此设计中的 D280-656 ， 5 台水泵，敷设 3 趟管路，其管路系统布晋中职业技术学院毕业设计（论文） 8 置如上图所示；对于 D300-656 ， 5 台水泵，敷设 3 趟管路，管路系统布置图如上图所示。 （三） 选择水管 1、 排水管选择计算 管径计算根据矿井安全规程相关规定，管径常按经济流速 m /s 2.21.5V p 计算； 根据公式 排水管管径pmpVQd0188.0计算可得： 表
13、 3-5 型 号 D280-65 5 D300 65 5 额定流量 mQ (m3/h) 280 300 )(0188.0 mVQdpmp 0.2570.212 0.2660.22 式中 pd 排水管计算内径， m。 2、 管壁厚度的计算 0 .40 .5 ( 1 )1 .3zpzRpdCRp （ 3-4） 式中 管径， cm ； p 水管工作压力，Hgp 11.0，2cmkgf； 。 钢管；无缝 ；焊接管 管附加厚度，对于铸铁。 ；无缝钢管 ；焊接钢管 。铸铁管许用应力，cmCcmCcmCCcmfkgRzcmfkgRzcmfkgRzcmfkgRz2.01.02.09.07.0/1000800/
14、600/200/2222方案一 自标准 GB/T 8163-2008 查得外径为 245mm 的无缝钢管管壁厚度中有 8、 10、 12、 14、 16、 18mm等等。取壁厚 8mm 试算，此时 mmd p 22982245 ，所需壁厚： 0 .40 .5 ( 1 )1 .3zp zRpdCRp 求得壁厚为 8mm 可以满足要求，排水管采用 方案二 自标准 GB/T 8163-2008 查得外径为 273mm 的无缝钢管管壁厚度中有 8、 9、 10、 12、 14、16、 18mm 等等。取壁厚 8mm 试算，此时 mmd p 25782273 ，所需壁厚： 0 .40 .5 ( 1 )1 .3zp zRpdCRp 求得壁厚为 9mm 可以满足要求，排水管采用 方案三
