毕业论文--矿井水泵房的选型设计

矿井水泵房的选型设计一、矿井简介：王坪煤矿矿井位于大同煤田东南边缘，位于山西省朔州市怀仁县境内。为设计能力180万吨/年的大型矿井，1984年开工，1988年 投产。井田面积11.4km2，截止目前为止，尚有可采煤量1.2亿吨， 服务年限50年，开拓方式为平峒二水平（其中第一水平为 +1170m， 第二水平为+1060m），可采煤层共六层，全厚为18.77m。公司现有 职工4870人。矿井为平峒开拓，井口选在红山峪沟口，在东山村南部开凿一对 进回风井，利用距平峒口约 1km的措施井一一红山峪斜井作排矸斜 井。该矿机械化采煤程度高，机采率为93%，采煤方法使用倾斜长壁和走向长壁相结合的方式，实行采区前进、工作面后退式开采，用 全部垮落法管理顶板。王坪煤矿矿井水产生量正常为m3/h，最大涌水量为m3/h排水高度为340米，矿井工业场地内配套建有210万t/a选煤厂，采用重介选煤方法， 它是靠具有动力作用的自生介质的选煤方法。二、设备选择计算与台数的确定2.1、排水设备能力与台数的确定A、主要排水设备必须有工作、备用和检修水泵。其中各种水泵 的能力，应能在20小时内排出24小时的正常涌水量；备用水泵的 能力应补小于工作水泵能力的70%，并且工作和备用水泵的总能力， 应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量；检修水泵的能力 应不小于工作水泵能力的25%。B、水文地质条件复杂的矿井，可根据具体情况在水泵房内预 留安装一定数量水泵的位置，或另增设水泵。C、排水管路能力应和工作、备用水泵能力相适应；配电设备能 力应与水泵总能力相适应。D、箕斗井、罐笼井和胶带输送机提升井的井底水窝，其排水泵 应设置两台，一台工作，一台备用。2.2、设备的选择与计算1) 、按正常涌水量确定排水设备所必须的排水能力Qi二Qr/20=3800/20=190(m 3/h)Hi二K(Hh+5.5)=1.3(340+5.5)=(m)式中 Qr-矿井正常涌水量，m3/h ；K-扬程损失系数。对于竖井，K=1.1 ；对于斜井，K=1.201.35，倾角大时取小值，此处取1.3 ；Hh-井筒深度，m。根据计算结果初步选用200D-43 X9的水泵，该泵的流量为190 346m3/h,扬程为 407.7367.2 米，转速为 1480r/min，效率为 80% , 配带的电动机型号为JSQ1410-4，功率为440千瓦，电压6KV，外 形尺寸长X宽X高为3853 X1350 X1285 (mm )。2 )正常涌水量期间所需水泵的工作台数nr二 Qi/Q=190/200=0.95 台）式中Q一 一台水泵的排水能力，m3/h。3）、最大涌水期间所需水泵台数24Qdr/20 200=5400/4000二台根据计算及设计规范要求，确定选用上述水泵3台，其中一台工 作，一台备用，一台检修。4）、正常涌水量期间一昼夜内水泵工作时间Tr= Qr/ nr Q=3800/1 X200=（h）式中nr -正常涌水时的水泵工作台数。5 ）、排水管直径按经济流速1.75m/s，由下列公式计算4QVd3600=4 220.3.14 1.75 3600=0.21(m)按标准管径取dg=200mm式中：Vd=1.5 202m/S见附表1常用管径dg、流速Vd与流量Q关系6) 、排水管中实际流速Vd=422d 3600二dg2=4 2203600 3.14 0.2=195m/S见附表2一定管路直径之最大流量及流速限制表。由附表2可知 排水管实际计算水流速度满足规范要求。7) 、吸水管直径ds二dg+25=200+25=225( mm)8) 吸水管流速Vs=仝飞3600兀dS42202=3600 3.14 0.25= 880707=1.24m/s吸水管流速一般取0.81.5m/s。上述计算值满足一般设计规范要求。9) 、计算管路实际所需扬程管路进水段有进水短节一个、闸阀二个、三通一个、进水底阀一个，其等值长度之和为56.76米；管路出水段有逆止阀三个、弯头四个、异径管一个、三通一个，其等值长度之和为139.22米进水管扬程损失HsfHs=56.76 0.02仁1.13(m)排水管扬程损失为 Haf=139.22 .021=2.78 (m)10 )、水泵总扬程为H=Hh+Hs+Haf+Hsf=340+5.5+2.78+1.13=350.54(m)根据计算扬程在选择水泵时应比计算值大5%8%，即H=350.54 xl.06=372(m)11 )、计算排水管管壁厚度8=Pdg/(2Rk-P)+a=4 X20/(2 80-7)+0.2=0.72(cm)取 8mm。式中：P管子内部液体压力kg/cm2, 10m垂高等于一个大气压 力。Rk许用应力，对于铸铁管取200kg/cm,焊接钢管取 600kg/cm，无缝钢管取 800kg/cm。a考虑管路的腐蚀及管路制造有误差时的附加厚度，对铸铁管取0.7 0.9cm ;钢管取0.1 0.2cm。12、管路材料规格及选择A、管路规格管路规格见表7.B、管材选择：(1、排水管沿竖井敷设时，应选用焊接管或无缝钢管。沿进闭 井敷设的钢管所承受的2件承压在40kg/cm2以内时，一般采用焊接 连接。(2、排水管沿斜井敷设时，应根据气压力大小选择管材，一般 情况，压力小于10kg/cm2时，可用铸铁管；压力大与 kg/cm102时, 应选用焊接钢管和无缝钢管。巷道易底鼓时，不宜采用铸铁管。C、管路条数的确定及其敷设(1、管路条数的确定主排水管路必须有工作和备用的水管，其中工作水管的能力应能配合 工作水管水泵在20hA，排出矿井24h的正常涌水量；工作和备用水 管的总能力，应能配合工作和备用水泵在 20h内排出矿井24h的最 大涌水量。(2) 管路敷设井筒内的管子应安设在管子间内，并需按其法兰的最大外径，考 虑有足够的安装及检修位置。法兰盘规格满足管路连接用法兰盘的技 术规范要求。排水管长度在200M以内时，应设有金属弯管支柱，用以承担管 重及水柱重。金属弯管支座须固定于专设的钢梁上，为避免管路总想 弯曲，需设有导向夹子。排水管长度在200M以上时，每隔150M200M需装置伸缩接头， 以及承载径管重的支撑直管同样需用专设的钢梁来固定， 最上面的伸 缩接头及支撑直管，应设于井口 50M处。目前，有些矿区鉴于矿井内温差不大，已不再设置伸缩头，生产种尚未发现问题。该矿井伸水管路设置峪进风巷中，且冬季采用热风炉为进风巷中提 供暖风，一方面防止排水管路冻结，一方面保证进风巷中的温度变化 不大，所以，此次设计的管路不设置伸缩头。(3) 在倾斜巷道中，水管直径大于 200MM时，可安设在底板上 的专用木座或混凝土墩上，水管的下部装设支撑弯道，每隔75100M安设一个承担该段管一定重量(包括承重)的带拉杆的管夹子。 管径小于200MM如需架设在巷道壁上时，需固定在专设的管子支架 上。如设在人行道上侧时，管中心距巷道底板的高度应不小于 1800MM。支架间距按设计规范执行。平巷中供水管用铁丝绑吊时，固定间距一般为46M。(4) 每条供水管应设防水闸阀，一便在检修可能将排水管中的水 放入水仓中。(5) 底阀应设置在吸水最底水面 500MM以下，其底面应高出吸 水井井底800MM。D管路的膨胀计算管路伸长量L二aL At=0.012 X350 X15=63(mm)式中：L管段长度，m;A管线膨胀系数。铜取0.012 ;铸铁取0.009 ;水与井筒中空气的最大温度差，度。一般矿井水温为16.5 19。13 )、选择水泵选择水泵的扬程应比计算值大 5%8%，这是考虑水泵经过磨损 使扬程降低、管壁积垢、阻力增加时所需的余量扬程。新泵的工作工 况点最好在水泵最高效率点的右侧。 工况点效率不应低于最高效率的 0.85 倍。水泵工况的确定：A、求水泵级数H 311 - ona二=7.2He 43式中 He-所选水泵一级的额定扬程，m。选用9级B、确定水泵工况点管路阻力 R=匕4岂=311 丫96二二4 J =0.000038Q2na2202 x8387200式中Ht-吸水面至排水口几何高差。Ht= Hh+Hs+Haf+Hsf+Hg式中na-水泵级数按H=38.4+在水泵特性曲线图上绘出管路特性曲线，如下图。 两条曲线交点M为水泵的工况点。该点对应的 Qi、Hi、和n即为水 泵工作时的流量、扬程和效率，有 Qi=Hi= n=。11 )、水泵的轴功率N =Qi H iVo3600X102X0二 288汇324勺0503600 102 0.8=334(KW)式中ro矿井水的比重，一般取1050kg/m3。12) 、电动机容量N*Nc=K C=1.15 x-3340.97=396 (KW)式中nc传动效率对直联取1，联轴节取0.950.98 ;K富裕各数当 Q v 20m3/hK=1.5;Q=25 80m3/hK=1.3 1.2;Q=80 300m3/hK=1.2 1.15Q 300m 3/hK=1.1根据计算结果选用JR148-电动机，容量为440KW ,电压6000V ,电 流51A，转速1485转/分，效率92%，转子电压564V，转子电流471A。x 宽 x 高为2205 X370 X270 （mm）13）、年耗电量QIHI 365 t VOE=3600 102| d x二 288 x 324 沢365汉 20.5 F0503600 102 0.8 0.92 0.95=7.3 勺0122.56 106=2.86 X106（KWh/年）式中：nd电动机效率。对于大电动机取 0.90.94 ;小电动机取0.820.9，此处电动机功率为0.92 ;nX 电网效率，取0.95;t平均每天运转小时数。14）、吨煤电耗Et=-A=2.86 1064180 10= 1.59（KWh/t）式中：A年产量，吨/年。此处取矿井设计年产量为 180万吨。三、主水泵房布置及安装尺寸1、一般规定1）主水泵房一般设备井筒附近，要求通风良好，便于搬运设备。2）在一般情况下，主水泵房和井下中央变电所连接在一起，并设防爆门分割。当井下由于扩大开采和延深，使涌水量有所增加的可 能时，应考虑泵房长度有增设水泵的余地。此时在井筒断面大小上， 也要预留有相应增设管路的安装位置。3）每台水泵排水量小于100m3/h时，两台水泵的吸水管可共用 一个吸水井，但其滤水器边缘的距离，不得小于吸水管直径的两倍； 100m 3/h及以上的排水量则应有独自的吸水井。4）水泵电动机容量大于100kw时，主排水泵房应设起重梁，并 敷设轨道与车厂巷道相通，在井口处留有转车空隙。5） 为保证雨季或发生透水灾变的安全，泵房必须设置防水闸门, 在闸门关闭时，泵房还必须留有形成独立通风的巷道。2、主水泵房布置水泵应顺着泵房的长度轴向排列。泵房轮廓尺寸应根据安装设备 的最大外形尺寸，通道宽度和安装检修条件等确定。1) 水泵房的长度L二NLi+A( n+1)=3 X3.938+2(3+1)=19.8(m)式中：n水泵台数，台；L水泵机组(包括电动机)的总长度， m;A 水泵机组的净空距离，m, 般为1.52.0m。2) 水泵房的宽度B=bi+b2+b3=0.92+1.8+1.0=3.72(m)式中：b1 水泵基础宽度，m，水泵选定后，经查 200D-43 $ 水泵的安装尺寸表，200D-43 $的地脚安装尺寸宽度值为 520mm , 按照基础设计的一般要求，基础宽度尺寸应比水泵底座最大外形尺寸 每边约大200mm ,所以，在此泵的基础宽值取为 520+400=920mm ;b2水泵基础到有轨道一侧墙壁的距离，已通过泵房内最大设备为原则，一般为1.5 2.0m，此处取1.8m ;b3水泵基础到吸水井一侧墙壁的距离，一般为0.81.0m,此处取其大值1.0m。3) 水泵房的高度水泵房的高度应满足检修时起重的要求，一般为3.04.5m若根 据水泵工件轮直径 Di确定；Di 3500mm 时取4.5m ; Di 2400 (mm),压力10 kg/cm 2，重量6800 kg .防水门能在发生突然涌水时迅速地关闭， 通过防水门段的钢轨为活动接头， 平时不铺设钢轨，只有在进行设备 检修运输时临时铺设。五、泵房布置方式此处泵房布置采取压入式布置方式，泵房底板标高低于大巷 标高，此种布置方式电耗小，自动控制简单，设有气蚀现象，无底阀, 吸水阻力损失小。但通风条件较一般泵房差，碉室开拓费用较高，但 长远的经济效果好。六、泵房长度的确定在内容之中，泵房长度的计算仅是考虑放置三台泵时泵房长 度，而在实际操作中尚需考虑检修时的长度，因此考虑在泵与泵之间通有4m的检修空间，应泵房与水平变电所较远，为便于操控水泵， 高压开关及高压启动盘也布置于泵房内，按规范要求，高压启动盘距 泵房墙壁0.8m泵房设计长度为30.8m.七、水仓的布置此次设计，设置有800m3和600m3的两个安全水仓，在水仓入 口处设有沉淀池和隔离栅栏，目的是减少水仓内淤积污泥和流进异 物，而被泵吸入，影响水泵的安全运行。水仓每年定期进行清理污泥。Word资料常用管径、流速与流量关系见表1表1常用管径Dg/流速 V 与流量Q关系流速Vd(m/s)管径Dg(mm)751001251502002252503001.5流量 Q(m3/h)244367951702162653831.7528507811019825231044623257891282272883645102.2356398140249317390562定管径直径之最大流量及流速限制见表 2表2管路直径（mm）最大流量（1/s）最大流速（m/s）管路直径（mm）最大流量（1/s）最大流速（m/s）2512.04125302.44382.52.21150432.45504.172.12175602.49656.672.0120083.32.6975102.26250133.32.7210018.42.333001922.71表3管件等值长度管件名称管件内径（mm）75100125150200250300350400450500关键的等值长度（m）带滤网的底阀1518232734394145505253闸阀0.450.660.871.311.642.22.783.444.675.34逆止阀（开启40）253136394145505458逆止阀（开启50）2021242936394145505458弯头0.450.660.891.311.642.22.783.444.675.34异径管1.792.633.554.526.588.811.113.61618.721.4合流三通5.387.8910.6513.7326.4133.340.7485664.1单流三通3.595.267.19.0413.1617.6122.227.13237.342分流三通2.693.955.336.789.8313.216.720.4242832直流三通1.792.633.554.526.588.811.113.61618.7表4水和管壁摩擦的阻力系数值管路直径5075100125150175200225(mm)0.04550.04180.0380.03520.03320.03160.03040.0293管路直径250275300325350400450500（mm）0.02840.02760.0270.02630.02580.0250.02410.0234表5 100m长度的直管摩擦损失估算表单位：mm管流量（l/s）径12468102532.1307此表磨损值以新钢管为标准，旧管加倍。383.514551520500.83.113292530650.83.113204050750.41.63035.99.621.60706100.40.81.32.16.88.61319.809004120.20.40.61.32.74.15.910.1001105337150.10.20.51.11.62.34.26.49.41201300668170.10.20.50.71.01.92.94.35.87.79.614016051745200.10.30.30.50.91.52.12.93.74.76.17.28.518020003725250.10.10.10.30.40.60.91.21.51.92.32.83.33.74.96.3038883300.00.10.10.20.30.40.60.70.91.11.31.522.43072977916表6按海拔而定的大气压力海拔高度（m）-6000100200300400500600700大气压力11.310.310.210.1109.89.79.69.5(mH20)海拔高度（m）800900100015002000300040005000大气压力9.49.39.28.68.47.36.35.5(mH20)Word资料表7无缝钢管（YB231 64）外径（mm）壁厚（mm ）2.52.833.544.555.56789101112141618钢管理论重量（kg/m ）321.762.022.152.462.763.053.333.63.854.32一一一一一382.192.432.952.983.353.724.074.45.345.74一一一一一422.442.72.893.353.754.164.5655.336.04一一一一一452.622.913.113.584.044.494.935.45.776056一一一一一502.933.253.484.014.545.055.5566.517.42一一一一一54一一3.774.364.935.496.046.67.18.11一一一一一57一一44.625.235.836.4177.558.63一一一一一60一一4.224.882.526.166.787.47.999.15一一一一一63.5一一4.485.185.876.557.217.98.519.75一一一一一68一一4.965.576.317.057.778.59.1710.5一一一一一70一一5.185.746.517.278.018.89.4710.9一一一一一73一一5.466.817.68.389.29.9111.4一一一一一76一一一6.267.17.938.759.510.411.9一一一一一83一一一6.867.798.719.621111.413.1一一一一一89一一一7.388.389.3810.361112.314.2一一一一一95一一一7.98.8910.0411.11213.215.2一一一一一102一一一8.59.6710.8211.961314.216.4一一一一一108一一一一10.311.4912.71415.117.4一一一一一114一一一一10.912.1513.44151618.5一一一一一121一一一一11.512.9314.3161719.7一一一一一127一一一一12.113.5915.041617.920.7一一一一一133一一一一12.714.2615.781718.821.8一一一一一140一一一一15.0416.651819.823一一一一一146一一一一15.717.391920.724一一一一一外径壁厚（mm ）(mm2.52.833.544.555.56789101112141618)钢管理论重量（kg/m )152一一一一一16.3718.132021.62528.431.73538.341.447.653.759159一一一一一17.1518.992122.626.229.833.336.840.243.550.156.463168一一一一一一20.1222427.831.635.33942.646.253.26067180一一一一一一21.592425.829.933.93841.945.949.757.364.772194一一一一一一23.312627.832.336.741.145.449.653.962.270.27820329.133.838.543.147.652.156.565.973.88221931.536.641.646.651.556.461.370.880.18924541.146.852.45863.56979.7690.4100.7727345.952.358.664.971.177.289.42101.41113.2029957.464.471.378.184.998.40111.67124.7432562.570.177.785.292.6107.38121.93136.2835167.775.984.192.2100116.35132.19147.8237781.790.599.3108125.33142.44159.3640287.296.7106.06115.41133.94152.30170.4542692.6102.59112.58122.52142.25161.78181.1145997.87108.50119.08130.61480104.52115.90127.22139.49500108.96120.83132.65145.41530115.62128.23140.78154.29560122.28135.63148.92163.16600131.17145.50159.78175.00630137.81152.80167.91183.88