煤矿固定机械设备--排水设备

在矿井建设和生产中，从各种渠道来的水源源源不断地涌入矿井，如不及时排除，必将影响煤矿的安全生产，因此必须设置水泵，把涌入矿井的水及时排至地面。参考图11-1第三篇矿山排水设备第十一章概述矿山排水系统1离心式水泵的结构2离心式水泵的原理3离心式水泵的性能参数4第十一章概述矿山排水系统1、排水设备的任务和分类（1）矿水矿水大气降水地表水含水层水断层水采空区水水力采煤和水砂充填后的废水大气降水可能从地表低洼地通过塌陷区裂隙或井口灌入井巷，造成灾害。地表水指河、湖、塘、沟及水库的积水。含水层水如砂砾层含水、石灰岩溶洞水，两者可能通过裂隙、断层、旧巷等通道进入井巷。断层破碎带常大量积水，特别是断层与含水层或地表水沟通时，补给丰富，威胁更大。旧巷或采空区积水，往往静水压力大，来势猛，且常含有害气体，易造成人身事故。涌入矿井的水一、矿山排水系统煤矿常见的水源（2）矿井排水设备的任务将矿水及时地排到地面，为井下生产创造良好的工作环境，保证人员的安全工作和机械、电气设备的良好运转。（3）涌水量其它时间涌水量大致均匀，称这时的涌水量为正常涌水量，用qz表示，所对应的涌水时间为正常涌水时间，用tz表示。矿井涌水量：在单位时间内涌入矿井的总水量称为矿井涌量用q表示，其单位是m3/h。最大涌水量：雨季和溶雪期涌水多，称这时的涌水量为最大涌水量，用qmax表示，所对应的涌水时间为最大涌水时间，用tmax表示。正常涌水量：一、矿山排水系统含水系数：ks=24q/Ar矿井涌水量等级一、煤矿排水系统涌入矿井中的水根据巷道标高不同有两种排水方式。巷道高于地面的矿井矿井涌水可沿巷道(平硐)一侧水沟自行流出矿外巷道低于地面的矿井可用排水设备将水排到地面。目前，根据矿井深度、开拓方式、涌水时间以及各水平涌水量的大小，可采用不同的排水系统。(一)单水平开采的排水系统（二）多水平同时开采的排水系统1、排水系统(一)单水平开采的排水系统单水平开采的排水系统直接排水系统分段排水系统(一)单水平开采的排水系统直接排水系统（a）竖井单水平开采（d）斜井单水平开采全部矿水聚集于水仓中，并用排水设备直接排至地面。排水管可沿井筒敷设或敷设在专用钻孔中，系统简单开拓量小基建费用低管理方便(一)单水平开采的排水系统分段排水系统（b）井筒中部开拓泵房和水仓（c）只开中间泵房，不开水仓优点是上、下设备互不影响，可靠性高，但开拓工程量大；不开拓中间水仓，但因要求上、下任意两台水泵都能串联工作，而使管路布置十分复杂，并且下部的排水设备可能受到全井深的水头压力。优先采用(二)多水平同时开采的排水系统1、独立排水系统当各水平涌水量都较大时，在各水平分别设置水仓、泵房和排水设备，以便将各自水平的水直接排至地面。优点是上、下水平互不干扰；缺点是设备多，管路多。(二)多水平同时开采的排水系统2.集中排水系统当上水平的涌水量较小，没有必要单独设置排水设备时，可将上水平的水下放到下水平，而后由下水平的水泵排至地面。优点是只需一套排水设备；缺点是上水平的水下放后再上排，损失了水的位能，增加了电耗。(二)多水平同时开采的排水系统3.分段排水系统将下水平的水用辅助排水设备排至上水平的水仓中，然后集中排至地面。缺点一旦上水平的排水设备发生故障，两水平都有被淹没的危险。常用于具有下山的缓倾斜煤层矿井、且涌水量较小的情况水仓作用：一是储存集中矿水，二是沉淀矿水水仓至少有一个主一个副水仓，以便清理时轮换使用。水泵房水泵房是专门为安装水泵、电机等排水设备而设置的硐室。泵房一般都设置在副井井底车场的附近。原因如下：1.运输巷道的坡度都向井底车场倾斜，便于流向水仓2.运输方便3.节约材料，参加了排水工作可靠性4.改善工作环境5.减少电耗。水泵房水泵房位置图离心式水泵的结构D型泵1、Ｄ型水泵D型泵的构造Ｄ型泵是单吸、多级、分段式离心泵。它可输送水温低于８0℃的清水或物理性能类似于水的液体。其流量范围和扬程范围大。目前矿井主排水泵多采用D型泵。D型水泵经多年的发展已形成系列，其结构形式基本相同，只是尺寸大小不同。一、D型泵的构造转动部分泵轴联轴器轴套叶轮平衡盘固定部分泵体导叶轴承部分密封部分1、D型泵的构造1、D型泵的构造转动部分（1）叶轮作用将电动机输入的机械能传递给水，使水的压力能和动能得到提高。形状取决于比转速比转数小反映机器的流量小，全压(或扬程、水头)高；反之,比转数大则机器的流量大,全压（或扬程、水头）低。前者适合离心式,后者适合轴流式,混流式（斜流式）介于两者之间，所以可用比转数大小划分机器类型。在设计机器时先按给定的参数计算比转数，再根据比转数大小决定机器类型。1、D型泵的构造（1）叶轮铸成一个整体转动部分1、D型泵的构造转动部分（1）叶轮叶片后弯叶片出口安装角15°~40°常选用20°~30°叶片数目一般5~12•低比转数6~8片•中比转数6片•高比转数5~6片1、D型泵的构造转动部分（2）泵轴材料传递扭矩和支承套装在它上面的其它转动部件。45号钢锻造加工作用轴套防止泵轴锈蚀一、D型泵的构造转动部分（3）平衡盘平衡水泵的轴向推力。产生轴向推力的原因：(1)由于作用在叶轮前，后轮盘上的压力不平衡；(2)由于叶轮内水流动量发生变化；(3)由于大小口环磨损严重，泄漏量增加，使叶轮前后轮盘上的压力分布规律发生变化一、D型泵的构造转动部分（3）平衡盘危害由于轴向推力的存在会使高速旋转的叶轮与泵壳接触，造成破坏性的磨损；过量的轴向窜动，会使轴承发热，增大电动机的负荷；会使互相对正的叶轮出水口与导水圈的导叶进口发生偏移，产生冲击和涡流，降低水泵的效率，严重时会使水泵无法工作一、D型泵的构造转动部分（3）平衡盘轴向力的平衡方法1、利用叶轮对称平衡轴向力2、改变叶轮形状平衡轴向力3、利用止推轴承平衡轴向力4、采用平衡装置平衡轴向力一、D型泵的构造转动部分（3）平衡盘轴向力的平衡方法开平衡孔一、D型泵的构造转动部分（3）平衡盘轴向力的平衡方法采用平衡叶轮一、D型泵的构造转动部分（3）平衡盘轴向力的平衡方法采用双叶轮一、D型泵的构造转动部分（3）平衡盘轴向力的平衡方法布置对称叶轮一、D型泵的构造转动部分（3）平衡盘轴向力的平衡方法平衡鼓平衡盘固定部分进水段出水段中间段吸水口，水平出水口，垂直向上1、D型泵的构造固定部分1、D型泵的构造中间段固定部分1、D型泵的构造出水段轴承部分1、D型泵的构造单列向心滚柱轴承为了防止水进入轴承，泵轴两侧采用“Ｏ”型耐油橡胶密封圈和挡水圈。水泵的密封1、D型泵的构造水泵各段之间的静止结合面采用纸垫密封。转动部分与固定部分之间的间隙是靠密封环及填料来密封的。1）密封环水泵的密封1、D型泵的构造2）填料装置泵轴穿进水段泵轴穿出水段防止空气进入防止高压水流出水泵的密封一、D型泵的构造2）填料装置填料油浸石棉绳（石棉盘根）水泵的密封1、D型泵的构造2）填料装置水封环进水侧填料箱中部水泵中段引来压力水水泵的密封1、D型泵的构造2）填料装置填料压盖压紧填料2、水泵的型号意义字母意义字母意义D分段式多级泵KD中开式多级泵DG分段式多级锅炉给水泵QJ井用潜水泵DL立轴多级泵S单级双吸式离心泵DS首级用双吸叶轮的分段式多级泵M耐磨泵F耐腐蚀泵WB微型离心泵JC长轴深井泵WG高扬程横轴污水泵表6-1部分离心泵型号中某些汉语拼音字母通常所代表的意义3、D型水泵的特点及性能(1)D型水泵的流量和扬程范围较大，适合于矿山排水，并有清水泵、耐磨泵和耐酸泵；(2)效率高，是我国设计制造的多级离心式水泵中，效率最高的一种水泵；(3)采用单列向心滚柱轴承，减少了水泵的静阻力矩，提高了机械效率；同时，此轴承还可以满足运转时泵轴的轴向窜动；(4)通向吸水侧填料箱的水封管在进水段内部，不裸露在外边；(5)扬程特性曲线较平缓，没有上凸部分，且初始扬程较高，有利于水泵的稳定运行；零流量时功率低，有利于电动机起动；效率曲线平坦，因而扩大了它的工业利用区。离心式水泵的结构单级水泵2、单级水泵只有一个叶轮的泵为单级泵。单级泵悬臂式两端支承式悬臂式水泵a、悬架式悬臂水泵结构平衡孔a、悬架式悬臂水泵用途广泛用于工矿企业、城市给水、农田排灌，输送清水或物理、化学性质类似于清水的其他液体介质。性能范围Q=6.3m3/h~400m3/hH=5m~125m工作介质温度不大于80℃。悬臂式水泵a、悬架式悬臂水泵型号IS80—65—160符合ISO标准的单级单吸悬臂式清水离心泵泵吸入口直径，mm泵压出口直径，mm叶轮名义直径，mm悬臂式水泵b、托架式悬臂水泵结构悬臂式水泵b、托架式悬臂水泵型号4BJ35A吸水口直径被20除后的值配机械密封的单吸悬臂式离心泵扬程，m叶轮经过第一次切割悬臂式水泵2、托架式悬臂水泵型号B100—15配填料密封的单吸悬臂式离心泵流量，m3/h扬程，m悬臂式水泵c、连体泵悬臂式水泵c、连体泵潜水泵屏蔽泵悬臂式水泵c、连体泵支承泵双支承结构：支承转子的轴承位于叶轮两侧。S型泵离心式水泵工作原理水泵启动前，先用水注满泵腔和吸水管。电机启动后，通过轴带动叶轮旋转，位于叶轮中的水在离心力的作用下被甩向叶轮周围压向泵壳，通过排水管排至地面。离心式水泵工作原理离心式水泵的工作参数离心式水泵的工作参数1、流量水泵在单位时间内所排出水的体积，称为水泵的流量，用符号Q表示，单位m3/s,m3/h。2、扬程单位重量的水通过水泵后所获得的能量，称为水泵的扬程，用符号H表示，单位为m。1）.吸水扬程(吸水高度)泵轴线到吸水井水面之间的垂直高度，称为吸水扬程，用符号HX表示，单位为m。2）排水扬程（排水高度）泵轴线到排水管出口处之间的垂直高度，称为排水扬程。3）实际扬程（测地高度）从吸水井水面到排水管出口中心线间的垂直高度，称为实际扬程。4)总扬程总扬程H为实际扬程、损失扬程和在水在管路中以速度v流动时所需的（速度水头）扬程之和，称为水泵的总扬程2、扬程1000pxQHXP电动机传给水泵轴的功率，即水泵的轴功率（输入功率）水泵实际传递给水的功率，即水泵的有效功率（输出功率）用符号表示。3、功率2）水泵的有效功率1）水泵的轴功率水泵在单位时间内所做的功的大小叫做水泵的功率。ZXZPPPQH10004、效率：水泵的有效功率与轴功率之比，叫做水泵的效率，用符号表示。5、转速水泵轴每分钟的转速，叫做水泵的转速。六、离心式水泵的工作参数6、允许吸上真空度或汽蚀余量在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵吸水口处所允许的真空度，叫做水泵的允许吸上真空度。用符号Hs表示。水泵吸水口处单位重量的水超出水的汽化压力的富余能量，叫做水泵的汽蚀余量。六、离心式水泵的工作参数泵在运转中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡，当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿。在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的汽蚀过程。水泵产生汽蚀后除了对过流部件会产生破坏作用以外，还会产生噪声和振动，并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不能正常工作。水泵气蚀现象和汽蚀余量水泵气蚀现象第十四章离心式水泵在管路中的工作一、水泵的性能曲线二、水泵的性能曲线的作用a．根据水泵的性能曲线，可以知道水泵各性能的变化规律，根据实际用途，可以选用最合适的水泵。b．根据水泵的性能曲线，可以确定水泵运转工况点(即水泵的流量一扬程曲线与后述的管路性能曲线的交点)，根据运转工况点，可以检查水泵的流量、扬程、功率和效率的大小，判断水泵的经济性和稳定性的好坏，配用功率的大小是否合适。c．根据流量一功率曲线的变化规律，正确地选择水泵的起动方式。三、