第五章矿井排水设备

新疆工程学院机械工程系第五章矿井排水设备学习目标：通过本章学习，了解矿井排水设备，特别是D型离心式水泵的作用、特点、分类、结构、组成、性能及工况分析，掌握矿井排水设备的选型计算。能够维护、检查它们的运行，并能解决运行中遇到的基本问题。重点：D型离心式水泵的结构及工况点的调节方法。难点：矿井排水设备的选型计算。学时分配：学习目标、重点与难点本章内容第四节离心式水泵的联合工作第五节刮板输送机的安装、运转、维护及故障处理第三节离心式水泵性能与工况分析第二节离心式水泵主要结构第一节矿井排水设备概述第五节离心式水泵的调节第六节矿井排水设备的选型计算第七节矿井排水设备的操作与运行、维护及故障处理第一节矿井排水设备概述雨雪季节涌水量最大，称为最大涌水量；在其余季节涌水量，称为正常涌水量。一、矿井排水设备发展概况绝对涌水量是指单位时间内涌入矿井的水的体积；相对涌水量是指同一时期内相对于单位煤炭产量的涌水量。也称含水因数。用Ks表示。24sqKT二、矿井排水系统矿井排水系统由矿井深度、开拓系统以及各水平涌水量的大小等因素来确定。常见排水系统有集中排水系统和分段排水系统两种。1.集中排水系统集中排水系统钻孔下排水管排水系统二、矿井排水系统2.分段排水系统二、矿井排水系统分段排水系统三、矿井排水设备组成矿井排水设备由水泵、电动机、启动设备、管路及管路附件、仪表等组成。矿山排水设备示意图1-离心式水泵；2-电动机；3-启动设备；4-吸水管；5-滤水器；6-底阀；7-排水管；8-调节闸阀；9-逆止阀；10-旁通管；11-引水漏斗；12-放水管；13-防水闸阀；14-真空表；15-压力表；16-放气栓；17-吸水井第二节离心式水泵一、离心式水泵分类1.按叶轮数目分2.按吸入方式分一、离心式水泵分类3.按泵壳接缝形式分一、离心式水泵分类4.按泵轴位置分一、离心式水泵分类二、离心式水泵工作原理离心式水泵简图1-叶轮；2-叶片；3-泵轴；4-外壳；5-吸水管；6-滤水器底阀；7-排水管；8-漏斗；9-闸阀优点：转数高、体积小、质量轻、效率高1.D型离心式水泵主要部件D型多级离心水泵结构图1-柱销弹性联轴器；2-轴；3-滚动轴承；4-填料压盖；5-吸入段；6-密封环；7-中段；8-叶轮；9-导叶；10-导叶套；11-拉经螺栓；12-叶出段；13-平衡套；14-平衡盘；15-填料函体；16-轴承1）转动部分转动部分主要有泵轴、叶轮、平衡盘和轴承组成，叶轮和平衡盘装在泵轴上，泵轴支撑在两端的轴承上，在电动机的带动下一起转动。（1）叶轮闭式及半开式叶轮1-前盘；2-后盘；3-叶片；4-轮毂叶轮作用：靠离心力的作用把能量传递给水，以提高水的动能和压力能。（2）平衡盘轴向推力产生原理平衡装置示意图A-平衡盘；B-平衡盘室；C-平衡盘衬环（平衡座）；D-末级叶轮D（2）平衡盘2）固定部分固定部分主要包括进水段、中段和出水段等部件，用拉紧螺栓连接。吸水口为水平方向并位于进水段，出水口为垂直方向并位于出水段。（1）进水段将吸水管中的水均匀地引向第一级叶轮入口，降低流动损失。（2）中段导水图1-导水叶片；2-返水（反导）叶片（3）出水段螺旋形胶环形压出室收集最后一级叶轮流出的高压水，并以最小的损失把水均匀地引至出口。同时在扩散管中将水的一部分动能（动压）转化为压力能（静压）。3）密封部分（1）叶轮密封密封环1-叶轮；2-大口环；3-小口环；4-泵壳（2）吸水侧和排水侧密封吸水侧填料密封结构1-填料压盖；2-进水段；3-轴套；4-压盖螺栓；5-水封环；6-填料4）D型泵型号意义2.IS（B）型离心式水泵的主要部件IS型水泵是单吸、单级、悬臂式离心泵。输送清水或物理化学性质类似于水的液体，液温不得起过80℃。其流量范围为4.5～360m3/h，扬程为8～98m，可供小型矿井或采区局部排水及井底水窝排水等使用。IS型离心泵构造简图特点：体积小，重量轻，结构简单，工作可靠，零部件少，易于加工和维护。第三节离心式水泵性能与工况分析一、离心式水泵性能参数主要性能参数有：流量、扬程、功率、效率、转速和允许吸上真空度等。①流量指单位时间内水泵排出液体的体积。用Q表示，单位为m3/s或m3/h。②扬程指单位重量液体获得的能量。用H表示，单位为m。H=（P1-P2）/ρ③功率水泵在单位时间内所做功的大小。用N表示，单位为kW。④效率指水泵有效功率与轴功率的比值。用η表示。⑤转速指水泵轴和叶轮每分钟的转数，用n表示，单位为r/min。⑥允许吸上真空度指水泵在不发生汽蚀的条件下，水泵吸水口所允许的真空度。用Hs表示，单位为m。1000rQHNx%1001000NrQHNNx二、离心式水泵管路特性排水系统示意图)(22pxpchhgvHHwpchgvHH2225454218QdlddldgHHpppppxxxxxc从流体力学知，阻力损失等于沿程阻力损失Hwf和局部阻力损失Hwj之和。5454218pppppxxxxxdlddldgR2RQHHc二、离心式水泵管路特性管路特性曲线二、离心式水泵管路特性三、离心式水泵工况点离心式水泵的工况点1-功率特性曲线；2-扬程特性曲线；3-管路特性曲线；4-效率特性曲线；5-允许吸上真空度曲线四、离心式水泵正常工作条件离心式水泵正常工作条件经济工作条件稳定工作条件不发生汽蚀工作条件l.稳定工作条件泵稳定工作条件泵稳定工作条件是：0.9H0Hc2.经济工作条件泵经济工作条件及工业利用区水泵经济工作条件为：ηM≥（0.85～0.9）ηmax3.不发生汽蚀工作条件水泵入口处的压力≥当时水温下的饱和蒸汽压。第四节离心式水泵联合工作一、串联工作同型号两台水泵串联扬程特性曲线二、并联工作同型号两台水泵并联扬程特性曲线第五节离心式水泵调节一、离心式水泵调节方法改变水泵特性曲线改变管道特性曲线调节方法二、改变水泵特性曲线1.改变转速调节法3//2////,,nnNNnnHHnnQQ改变水泵转速调节法①更换为所需转速和功率电机；②采用调速电机时可以把速度调整为所需转速。2.减少叶轮数目减少叶轮数目，水泵扬程特性曲线则相应下降，工况点随之变动。如果排水所需总扬程为H，每一级叶轮产生的扬程为Hi，则所需要的叶轮数目为：iHHi3.削短叶轮叶片长度222//2/2/,DDHHDDQQ按切削定律进行计算如下式：实际切削量按下式计算：/2222DDKD三、改变管道特性曲线1.闸门节流法闸门节流法是通过改变水泵出口处的闸阀开启程度来改变排水管路的阻力，从而改变管道特性曲线，达到调节工况点的目的。闸门节流调节法2.管路并联调节法并联管路调节使工作管路和备用管路并联工作，以增大过流断面，降低管路的阻力，使工况点右移增大流量。第六节矿井排水设备选型计算一、水泵的选择《煤矿安全规程》对主要排水设备——水泵的要求是：必须有工作、备用和检修的水泵。工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。工作和备用水泵的总能力应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。一、水泵的选择1.水泵必须的排水量1）正常涌水时水泵必须的排水量qqQ2.120242）最大涌水时水泵必须的排水量maxmaxmax2.12024qqQ2.水泵必须的扬程gxpHHHq-矿井正常涌水量，m3/h。qmax-矿井正常涌水量，m3/h。Hp-排水扬程，m；Hx-吸水高度，m；ηg-管路效率3.选水泵选择多级泵时级数的确定：iHHi4.稳定性校验Hc＜0.9H05.确定水泵台数1）正常涌水时工作水泵的台数eQQn12）备用水泵的台数n2≥0.7n11max22.1nQqne3）检修水泵的台数n3≥0.25n1二、管路系统及管径的选择1.管路系统的确定管路系统根据所选水泵台数及管路的趟数确定。2.管径的选择1）排水管内径pepvQd4/2）吸水管内径025.0//pxdd排水高度＜400m，选择较薄的管壁，管壁承压强度不需要校验；排水高度＞400m，选择较厚的管壁，管壁承压强度需要校验。Cppdssp13.14.05.0/δ-标准排水管壁厚，cm；dp/-标准排水管内径，cm；σs-材料许用应力；p-排水管内液体压力；C-附加厚度。3.计算管路特性方程H=Hc+RQ24.确定水泵工况点5.确定最大吸水高度gvhNPSHHxxrMx21021max6.校验排水时间正常涌水时，水泵每天工作的时间为：hQnqTM202421最大涌水时，水泵每天工作的时间为：hQnnqTM2024221maxmax7.电动机容量的验算cMdNkN18.电耗计算年电耗计算公式如下：maxmax2113600100005.1TZnnTZnHrQWHHwdcMMM吨水百米电耗计算公式如下：cwdcMctHHMVHWW67.305.1100100第七节矿井排水设备操作与运行、维护及故障处理一、矿井排水设备运转及操作1.启动前的检查与准备1）清除泵房内一切不需要的东西。2）检查所有螺栓是否松动、管路连接是否紧固。3）检查电源电压是否正常，接地线是否良好。4）检查全部仪器、仪表及阀门是否正常。5）润滑油质量是否符合要求，油量是否适当，油环转动是否灵活正确。6）检查电动机的接线、转向是否正确。7）转动偶合器，看其是否灵活，偶合器的间隙是否符合规定。8）用盘车检查水泵与电动机是否自由转动，检查后向水泵和吸水管内注灌引水，灌满后关闭放气阀。2.启动1）通过检查确定水泵完全正常后，向水泵冲灌引水；引水满后，关闭放气阀，启动电动机；电动机转速达到正常后，打开调节闸阀。对于无底阀排水水泵的启动，用射流泵或真空泵向水泵冲灌引水；引水是否灌满，应观察真空表；当达到要求的真空度时，启动电动机；电动机转速达到正常后，打开调节闸阀。2）在启动几分钟后，须检查水泵轴承、填料箱和电动机的温升。当某一部件温升很高时，应停泵查明原因。如果温升的问题未能得到迅速处理，必须开动备用水泵。3.运行1）注意各部声响及振动情况，特别是有无由于汽蚀而产生的噪声。2）检查各部螺栓及防松动装置是否完好，有无松动。3）经常注意电流、电压的变化。当电流超过额定值或电压超过额定值的±5%时，应停止水泵运行，检查原因，进行处理。4）检查轴承温度是否正常，润滑是否良好。5）经常观察压力表、真空表及吸水井水位变化情况。以确定水泵的扬程是否满足要求，水泵是否有汽蚀现象。6）检查水泵填料(盘根)的密封情况，检查填料箱的温度是否正常，填料压紧程度是否合适。7）检查回水管是否畅通、水量是否正常；检查吸水井水位变化情况，底阀或滤水器应在水面以下0.5m。8）填写运行记录。准确填写运行记录，定期总结，一般几个月就可以得到水泵是否需要维修的可靠资料。4.停机1）首先关闭排水管上的调节闸阀，然后再关闭电机。泵停止后，关闭真空表和压力表。不然，就会因逆止阀的突然关闭，而使水流速度发生突变，产生水击，会击毁管路，严重时甚至击毁水泵。2）泵停止后，应关闭真空表和压力表，并及时清除在工作中发现的缺陷，查明原因，做好清洁工作。二、矿井排水设备的维护及检查三、水泵房防灭火措施1）矿井中央水泵房一般都设在井底车场附近，并与中央变电所离得很近，因此，水泵房防灭火措施要考虑到中央变电所，要设置防火隔离措施。2）要保持水泵房通风良好。3）水泵房内要设置消火栓、灭火器、砂箱等防灭火设施，并不准挪用。4）水泵房内不准存放油类等易燃物、引燃物品，不准堆放杂乱物品，保持水泵房整洁。5）必须设置火灾报警系统和通讯设施，一旦发生火灾，能迅速与矿山救护队联系，快速做出反应。6）操作人员必须懂得防灭火知识，要会使用防灭火设备和器材。7