《畢業(yè)設(shè)計說明書水泵設(shè)計說明書》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計說明書水泵設(shè)計說明書（77頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、中北大學(xué)成人教育學(xué)院2013屆畢業(yè)設(shè)計說明書 摘 要 認真分析題目要求，根據(jù)礦井安全生產(chǎn)的政策，法規(guī)和規(guī)程的規(guī)定，借鑒以往設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，確定以嚴格遵守《礦井安全規(guī)程》和《煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范》所規(guī)定的有關(guān)條款為依據(jù)，以安全可靠為根本，以投入少、運行費用低為原則的設(shè)計指導(dǎo)思想。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書所提供資料，擬估礦井條件，確定礦井對排水系統(tǒng)的具體要求：通過多種渠道掌握給排水行業(yè)最新信息，初步選擇排水方案并對設(shè)備選型進行相關(guān)計算，初選幾套方案，然后確定初選方案的設(shè)備工況，做出水泵工況曲線，校驗水泵的穩(wěn)定工作條件、經(jīng)濟運行條件，排除不合理方案。對所剩方案進行經(jīng)濟核算，以噸水百米費用和

2、初期基建投入為指標篩選出最終方案。根據(jù)確定的方案選擇系統(tǒng)配套附件，根據(jù)各設(shè)備外形尺寸及安裝要求，并考慮其運行條件，最終確定泵房及管路的布置圖。最后對水泵的入水室，出水室形狀對水泵性能產(chǎn)生的影響進行專題論述。 關(guān) 鍵 詞： 礦井涌水，工況點，設(shè)備布置，入水室，出水室 摘 要 i 第1章 緒 論 1 1.1　對排水系統(tǒng)的要求 1 1.2　礦水 1 1.2.1 礦水來源 1 1.2.2 涌水量 1 1.3　設(shè)計的指導(dǎo)思想 2 1.4有關(guān)的方針政策 2 第2章 設(shè)計必備的原始資料和設(shè)計任務(wù) 5 2.

3、1設(shè)計的原始資料 5 2.2 設(shè)計任務(wù) 5 第3章 初步考慮排水系統(tǒng) 6 第4章 設(shè)備選型 8 4.1 定水泵參數(shù)、選擇水泵型號和臺數(shù) 8 4.1.1 水泵必須的排水量 8 4.1.2 估算水泵必須的揚程 9 4.1.3 預(yù)選水泵 9 4.1.4 穩(wěn)定性效驗 11 4.1.5 確定泵的臺數(shù) 12 4.2 選擇水管 13 4.3 繪制管道系統(tǒng)圖 17 4.4 估算管道長度 17 4.5 水泵裝置的工況 18 4.5.1 求管路特性方程式并繪制管路特性曲線 18 4.5.2 確定工況點 25 4.6 篩選方案、校驗計算 25 4.6.1 驗算吸水高度

4、 25 4.6.2 驗算排水時間 27 4.6.3經(jīng)濟流速的校核 28 4.6.4 選擇電動機 29 4.6.5 計算水泵的裝置效率 30 4.6.6 選擇配電設(shè)備 30 第5章 確定泵房、水倉和管子道尺寸并繪制泵房布置圖 32 5.1　估算泵房尺寸 32 5.1.1泵房的長度 33 5.1.2 泵房寬度 33 5.1.3 泵房高度(Hb) 34 5.2 經(jīng)濟計算 34 5.2.1 勞動定質(zhì)及工資 34 5.2.2 電費計算 36 5.2.3 折舊費 37 5.2.4 維修費 41 5.2.5 其他支出 43 5.2.6排水費用指標 43 5.3

5、 確定泵房、水倉和管子道尺寸 45 5.3.1 基礎(chǔ)尺寸 46 5.3.2 泵房尺寸 46 5.3.3 水倉、水溝和吸水井的尺寸 48 5.3.4泵房內(nèi)水管敷設(shè) 50 5.3.5 起重梁 51 5.3.6 管子道和管子間 52 5.3.7 水泵的充水裝置 52 5.3.8水泵的排水量測量裝置（水堰法） 52 表5.16 排水設(shè)備技術(shù)特征表 55 第6章 水泵的入水室，出水室形狀對水泵性能產(chǎn)生的影響 56 6.1 離心式水泵的主要結(jié)構(gòu) 56 6.1.1 葉輪 56 6.1.2 泵軸 56 6.1.3（吸入室）進水室 56 6.1.4 導(dǎo)葉 56 6.

6、1.5壓出室 56 6.2 入水室和出水室的分析 57 6.2.1 壓水室的類型和作用原理 57 6.3 環(huán)形壓水室的設(shè)計 60 6.4 吸水室的設(shè)計和計算 60 6.4.1直錐形吸水室(圖6.4) 61 6.4.2 環(huán)形吸水室(圖6.4) 62 6.4.3 半螺旋形吸水室(圖6.5) 62 6.5 提高泵效率的措施 64 6.6 水泵性能測試原理 65 6.6.1測定原理 65 總結(jié) 68 參考文獻 69 致謝 70 - 71 - 第1章 緒 論 1.1　對排水系統(tǒng)的要求 在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中，隨時

7、都有各種來源的水涌入礦井。只有極少數(shù)例外的礦井是干燥。將涌入礦井的水排出，只是和礦水斗爭的一方面，另一方面是采取有效措施，減少涌入礦井的水量。特別是防止突然涌水的襲擊，對保證礦井安全生產(chǎn)有重要意義。 礦井排水設(shè)備不僅要排除各時期涌入礦井的礦水，而且在遭到突然涌水的襲擊有可能淹沒礦井的情況下，還要搶險排水。在恢復(fù)被淹沒的礦井時，首要的工作就是排水。排水設(shè)備始終伴隨著礦井建設(shè)和生產(chǎn)而工作，直至礦井壽命截止才完成它的使命。因此，排水設(shè)備是煤礦建設(shè)和生產(chǎn)中不可缺少的，它對保證礦井正常生產(chǎn)起著非常重要的作用。 為了使排水設(shè)備能在安全、可靠和經(jīng)濟的狀況下工作，必須做好確定排水方案，選擇排水設(shè)備，進行布

8、置設(shè)計，施工試運轉(zhuǎn)，直到正常運行各環(huán)節(jié)的工作。 1.2　礦水 在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中，涌入礦井的水流稱為礦水。 1.2.1 礦水來源 礦井水的來源分為地面水和地下水，地面水是江、河、湖、溪、池塘的存水及雨水、融雪和山洪等，如果有巨大裂縫與井下溝通時，就會造成水災(zāi)。地下水包括含水層水、斷層水和老空水。地下水在開采過程中不斷涌出。 1.2.2 涌水量 礦水可以用單位時間涌入礦井內(nèi)的體積來度量，稱為絕對涌水量。一般用“q”表示，其單位為m3/h。涌水量的大小與該礦區(qū)的地理位置、地形、水文地質(zhì)及氣候等條件有關(guān)；同一礦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

9、節(jié)則變化不大，因此前者稱最大涌水量，而后者稱為正常涌水量。 為了對比不同礦井涌水量的大小，通常還采用同一時期內(nèi)，相對于單位煤炭產(chǎn)量（以噸計）的涌水量作為比較參數(shù)，稱它為相對涌水量，或稱為含水系數(shù)。若以K表示相對涌水量，則： K=24q/T （m3/t） 式中：q——絕對涌水量，m3/h； T——同期內(nèi)煤炭日產(chǎn)量，t。 1.3　設(shè)計的指導(dǎo)思想 排水系統(tǒng)的選擇、設(shè)備的選型，以選出的整個系統(tǒng)在整個礦井服務(wù)期限內(nèi)均能按有關(guān)規(guī)定的要求排除礦井涌水為原則，盡可能做到安全可靠，投資少，運行費用低，自動化程度高，維護方便。 排水系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，排水泵屬煤礦大型固定設(shè)備，獨立性強，備用

10、系數(shù)大。它的穩(wěn)定運行與否將直接影響到礦井的安全。 煤礦排水的電耗占原煤生產(chǎn)電耗的10%~30%，涌水量大的礦井可達60%（改造指南）。全國國有重點煤礦噸煤排水電耗6.7~7.5kw.h。 在世界能源日益緊張的今天，我國部分地區(qū)也出現(xiàn)了“電荒”、“油荒”的現(xiàn)象，節(jié)能省電在排水系統(tǒng)選型中變得尤為重要。 為了改善煤礦生產(chǎn)條件，提高設(shè)備運行的安全性、穩(wěn)定性，設(shè)計過程中還要注重科技發(fā)展新成果的合理應(yīng)用。 1.4有關(guān)的方針政策 在設(shè)計中必須遵守《礦井安全規(guī)程》（以下簡稱規(guī)程）和《煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范）所規(guī)定的條款。 《規(guī)程》對井下排水有如下的規(guī)定 第242條 主要排水設(shè)備（包

11、括水泵，水管和配電設(shè)備）應(yīng)符合下列要求： （一）水泵：必須有工作，備用和檢修的水泵。其中工作水泵的能力，應(yīng)能在20小時內(nèi)排出礦井24小時的正常涌水量（包括填充水和其他用水）。備用水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的70%；并且工作和備用水泵的總能力應(yīng)在20小時內(nèi)排出礦井24小時內(nèi)的最大涌水量；檢修水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的25%。 水文地質(zhì)條件復(fù)雜或有突水危險的礦井，可以根據(jù)具體情況，在主泵房內(nèi)預(yù)留安裝一定數(shù)量水泵的位置，或另外增加排水能力。 （二）水管：必須有工作和備用的水管，其中工作水管的能力應(yīng)能配合工作水泵在20小時內(nèi)排出礦井24小時的正常涌水量。工作和備用水管的總能力，應(yīng)配合工

12、作和備用水泵在20小時內(nèi)排出礦井24小時的最大涌水量。 涌水量小于300m3/h的礦井，排水管也不得少于兩趟。 （三）配電設(shè)備：應(yīng)與工作，備用和檢修水泵相適應(yīng)，并能夠同時開動工作和備用的水泵。 第243條 主要泵房至少設(shè)置兩個出口，一個出口通過斜巷于井筒相通，稱為安全出口，這個出口應(yīng)當高出泵房地面7米以上；另一個出口通到井底車場，為人員及設(shè)備出口，在這個出口的通道內(nèi)，應(yīng)設(shè)置容易關(guān)閉的既能放火又能防水的密閉門。泵房和水倉的連接通道，應(yīng)設(shè)置可靠的控制閘門，在閘門關(guān)閉時，泵房還必須留有形成獨立的通風(fēng)巷道。 第244條 主要水倉必須有主倉和副倉，其中一個倉工作，另一個水倉清掃或備用。 新建、

13、改建的井或生產(chǎn)礦井的新水平，正常涌水量在1000 m3/h及其以下時，主要水倉（含副倉和主倉）的有效容量應(yīng)能容納8小時的正常涌水量。 正常涌水量大于1000m3/h的礦井，主要水倉有效容量可按下式計算： V=2(qz+300) m3 式中：V—主要水倉的有效容量，m3； qz—礦井正常涌水量，m3/h。 但主要水倉的有效容量不得小于4小時的礦井正常涌水量; 采區(qū)水倉的有效容量應(yīng)能容納4小時的采區(qū)正常涌水量。 礦井最大涌水量同正常涌水量相差特大的礦井對水倉容量應(yīng)編制專門設(shè)計，報礦務(wù)局總工程師批準。 水倉進口處應(yīng)設(shè)置篦子。對水砂充填、水力采煤和其它涌水中帶有大量雜質(zhì)的礦井，還應(yīng)

14、設(shè)置沉淀池。 第245條 水泵、水管、閘閥和排水用的配電設(shè)備等必須經(jīng)常檢查和維護，在每年雨季以前，必須全面檢查一次所有零件都應(yīng)補充齊全，并對全部工作水泵和設(shè)備用水泵進行一次同時運行試驗。 水倉、沉淀池和水溝的淤泥應(yīng)由礦長組織力量每年至少清理兩次，在雨季前必須清理一次。 《規(guī)范》規(guī)定： 第2—136條 主排水泵的選擇，必須能使工作水泵總能力在20小時內(nèi)排出礦井24小時的正常涌水量。備用水泵的臺數(shù)應(yīng)不小于工作水泵臺數(shù)的70%，并且工作水泵和備用水泵的總能力應(yīng)能在20小時內(nèi)排出礦井24小時的最大涌水量。檢修水泵的臺數(shù)按工作水泵臺數(shù)的25%設(shè)置（以上計算有尾數(shù)時，均取偏上整數(shù)）。 對于正常涌

15、水量為50m3/h及以下，且最大涌水量為100m3/h及以下的礦井可選用兩臺水泵，其中一臺工作，一臺備用。水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，可根據(jù)情況增設(shè)水泵或在主排水泵房內(nèi)預(yù)留安裝水泵的位置。 第2—138條 主排水管至少敷設(shè)兩條，其中一條出現(xiàn)故障時，其余管路能在20小時的正常涌水量，全部管路的總能力應(yīng)能在20小時內(nèi)排出礦井24小時的最大涌水量。 正常涌水量在50及以下的斜井一般敷設(shè)一條管路，其能力應(yīng)在20小時內(nèi)排出礦井礦井24小時的最大涌水量。 第2—139條 確定水泵揚程時，應(yīng)考慮排水管淤積而增加的阻力，將計算的管路損失乘以1.7系數(shù)。 第2—140條 礦井水PH值小于5時，排水設(shè)備應(yīng)采取

16、防酸措施。 第2—142條 每臺水泵排水量小于100，兩臺水泵的吸水管可共用一口吸水井，但其濾水器邊緣間的距離不得小于吸水管直徑的兩倍。100及以上則應(yīng)有獨立的吸水井。 水泵的電動機容量大于100kw.時，主排水泵房應(yīng)設(shè)起重梁，敷設(shè)軌道與車場相通，在進口位置應(yīng)有轉(zhuǎn)車空間。 第2章 設(shè)計必備的原始資料和設(shè)計任務(wù) 2.1設(shè)計的原始資料 ⑴ 豎井開拓，井口標高 +58m，水平標高 -353m； ⑵ 正常涌水量 380 m3/h，最大涌水量480.00m3/h； ⑶ 正常涌水期按300天，最大涌水期65天； ⑷ 礦水中性，礦水密度 1020 kg/m3 ； ⑸ 服務(wù)年限

17、40 年； ⑹ 礦年產(chǎn)量 100 萬噸； ⑺ 礦井電壓 6KV 。 2.2 設(shè)計任務(wù) ⑴ 確定合理的排水系統(tǒng)。 ⑵ 選擇排水設(shè)備。 ⑶ 經(jīng)濟指標概算。 ⑷ 繪制水泵房布置圖。 ⑸論述水泵入水室，出水室形狀對水泵性能產(chǎn)生的影響。 第3章 初步考慮排水系統(tǒng) 設(shè)計原始資料： 某礦井，年產(chǎn)量100萬噸，豎井開拓，井口標高+58m，水平標高-353m，正常涌水量380.00m3/h，最大涌水量480.00m3/h，礦水中性，礦水密度1020kg/m3，最大涌水期按65天計算，服務(wù)年限為40年。 由設(shè)計原始資料可知，該礦井的排水系統(tǒng)應(yīng)采用

18、單水平開采的系統(tǒng)。單水平開采系統(tǒng)有以下幾種，如圖3.1所示： 圖3.1 單一水平開采的排水系統(tǒng) a-直接排水 b-直接串聯(lián) c-間隔串聯(lián) d-分段排水 e-通過鉆孔直接排水 圖3.1所示的（e）為斜井開拓的排水系統(tǒng)，由于設(shè)計是豎井開拓，故排除此方案。圖（a）、（b）、（c）、（d）的開拓方式均是豎井開拓。由此，可供選擇的排水系統(tǒng)有以四種： 圖（a）采用直接排水方式在開采水平設(shè)水泵房，將礦井涌水集中到水倉排至地面，這種排水系統(tǒng)的水平和泵房數(shù)量少，系統(tǒng)簡單可靠，基建投資和運行費用少，維護工作量要減少一半以上，需用的人員也少。 圖（b）設(shè)置在同一水泵房內(nèi)的兩臺水泵直接串聯(lián)

19、時，若其正常工作的轉(zhuǎn)向是相反的，而且有功率足夠大的兩端出軸的電動機同時拖動兩臺串聯(lián)工作的水泵。否則，只能采用兩套獨立的水泵機組串聯(lián)工作。在后者情況下必須調(diào)整好兩臺水泵的工況。無論哪一種情況都必須增加在高壓下工作水泵的外殼強度和填函密封的能力。 圖（c）設(shè)置中間水泵房，但不設(shè)置中間水倉，上下水泵間隔串聯(lián)工作，該方案操作程序復(fù)雜，而且處于下部的水泵仍有受到全部水柱壓力的可能，唯一的優(yōu)點就是不需要中間設(shè)倉。 圖（d）采用分段排水，在井筒中部設(shè)置一套排水系統(tǒng)，可有效降低主排水設(shè)備的揚程，從而降低主排水設(shè)備的規(guī)模。缺點是當一套排水設(shè)備發(fā)生故障是，會影響整個礦井的排水，而且設(shè)備數(shù)量較多，井筒中的管路復(fù)

20、雜，不利于安裝和維護。 根據(jù)原始資料并依據(jù)《礦井安全規(guī)程》和《煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范》，本著盡量減少水泵數(shù)量的原則,并且考慮基建、維護、運行成本的簡易程度，選用圖（a）的方案作為本設(shè)計的排水方法. 第4章 設(shè)備選型 4.1 定水泵參數(shù)、選擇水泵型號和臺數(shù) 選擇水泵的型式和臺數(shù)應(yīng)符合《礦井安全規(guī)程》和《煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。若有兩種或兩種以上符合要求時，應(yīng)選其中尺寸小，效率高的水泵，而且水泵的臺數(shù)應(yīng)盡可能少。只有在不得已的情況下，才采用兩臺水泵并聯(lián)排水。 4.1.1 水泵必須的排水量 依據(jù)《礦井安全規(guī)程》，水泵必須的排水量應(yīng)為：

21、 　　　 (4-1) 由于該礦井，，所以該煤礦所選工作水泵組的工作能力應(yīng)為： 工作水泵組和備用水泵組的總工作能力： 備用水泵的工作能力： 取二者較大值： 檢修泵組的工作能力： 式中： 4.1.2 估算水泵必須的揚程 　　　　　（4-2）　 式中：　 　　　 4.1.3 預(yù)選水泵 根據(jù)以上參數(shù)，參照《泵產(chǎn)品樣本》可初步確定該礦井所需水泵的型號為： D280-65, D500-57其詳細資料如下： 表4.１ 水泵參數(shù)表 型 號 流量Q (m3/

22、h) 揚程 H(m) 單級揚程 H(m） 單級零揚程 H(m) 級數(shù) D280-65 280 455 65 72 7 D500-57 500 456 57 70 8 參照《泵產(chǎn)品樣本》可知D280-657,D500-578的參數(shù)如表4.2所示。 表4.2 所選泵參數(shù)表 型號 流量 Q (m3/h) 揚程 H (m) 轉(zhuǎn)速 n (r/min) 軸功率 Pa (kW) 配帶電動機 電機功率 (kW) 效率 η (%) 必需汽蝕余量 (m) 葉輪名義直徑 (mm) 泵重 (kg) D280-657 2

23、80 455 1480 475.3 680 73 3.7 430 1734 D500-578 500 456 1480 767 1050 81 5 430 3300 以上兩種泵的性能曲線如圖4.1所示： 4-1a．D280-65型泵的性能曲線圖 4-1b. D500-57 型水泵曲線圖 4.1.4 穩(wěn)定性效驗 為保證水泵穩(wěn)定工作：0.9H0≥HC，其中Ho= 表4.3 水泵揚程參數(shù)表 型 號 HC Ho 穩(wěn)定性 D280-657 417

24、.5 504 453 穩(wěn)定 D500-578 417.5 560 504 穩(wěn)定 4.1.5 確定泵的臺數(shù) 由于該礦，所以需要設(shè)置三組水泵，各水泵的排水量如表4.4所示： 表4.4 水泵的排水量 工作水泵 備用水泵 檢修水泵 排水量 456 319.2 114 由表4.5可知，所需水泵的臺數(shù)為： 表4.5 各種水泵的臺數(shù) D280-657 D500－578 2 1 2 1 1 1 5 3 式中： 分別為工作、備用和檢修水泵的臺數(shù)。 ——水泵的額定流量　。 式中對于D28

25、0-657型號水泵，其正常涌水期所需的水泵臺數(shù)為：；最大涌水期所需水泵臺數(shù)為；即最大涌水期所需備用水泵臺數(shù)為1臺，所以D280-657型號水泵工作泵2臺，備用1臺，檢修1臺，一共是4臺。 4.2 選擇水管 根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的要求和水泵臺數(shù)小于4臺，設(shè)置兩趟管道，一趟工作，一趟備用，水泵臺數(shù)為4臺或4臺以上的設(shè)置三趟管路，正常涌水期開啟兩趟，一趟備用，最大涌水期三趟管路全部開啟！ 排水管選擇計算： （1）根據(jù)《礦井安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，計算排水管管徑時，經(jīng)濟流速 ；則排水管管徑根據(jù)公式 計算可得： 表4.6 排水管徑范圍 型 號 D280-657 D500－578 額定流

26、量 (m3/h) 280 500 0.257~0.212 0.353~0.283 式中： ——排水管計算內(nèi)徑，m。 （2） 管壁厚度的計算及驗算 根據(jù)表4.7取各水管內(nèi)徑（取標準管徑）如下表所示；每一種型號的水泵對應(yīng)取兩種管徑得到四套方案： 表4.7 所選四種管徑 型 號 D280-657 D500－578 內(nèi)徑（mm） 250或225 350或300 排水管壁厚的驗算: 表4.8 熱軋無縫鋼管 （YB231-70）（mm） 外徑 32 38 42 45 50 54 57 60 63.5 68 70

27、73 壁厚 2.5-8 2.5-8 2.5-10 2.5-10 2.5-10 3-11 3-13 3-14 3-14 3-16 3-16 3-19 外徑 76 83 89 95 102 108 114 121 127 133 140 146 壁厚 3-19 3.5-24 3.5-24 3.5-28 3.5-28 4-28 4-28 4-32 4-32 4-32 4-32 4.5-36 外徑 152 159 168 180 194 203 219 245 273 299 325 351 壁厚

28、 4.5- 36 4.5-36 5-45 5-45 5-45 6-50 6-50 7-50 7-50 8-75 8-75 8-75 外徑 377 402 426 459 465 480 500 530 550 560 600 630 壁厚 9-75 9-75 9-75 9-75 9-75 9-75 9-75 9-75 9-75 9-75 9-75 9-75 壁厚系列 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 11 12

29、13 14 15 16 17 18 19 20 22 24 25 26 28 29 30 34 35 36 38 40 42 45 48 50 56 60 63 65 70 75 自標準GB/T 17395-1998查得內(nèi)徑為250mm的無縫鋼管管壁厚度中最小為8mm。對于D280-657型泵當內(nèi)徑取250時，對應(yīng)的壁厚為： (4-3) 可以滿足達到最小壁厚的要求，排水管采用φ27313，此為方案一。 對于D280-657型泵當內(nèi)徑取225時，對應(yīng)的壁厚為：

30、 （4-4） 自標準GB/T 17395-1998查得外徑為245mm的無縫鋼管管壁厚度最小為8mm。取壁厚δ＝10mm?？梢詽M足最小管壁要求，排水管采用φ24510，此為方案二。 對于D500－578型泵 當排水管內(nèi)徑取標準管徑300mm時，其對應(yīng)的管壁厚度為： （4-5） 自標準GB/T 17395-1998查得內(nèi)徑為300mm的無縫鋼管管壁厚度中有8、10、12、14、16、18mm等等。取壁厚δ＝12mm，可以滿足壁厚要求，此時（外徑），排水管采用φ32412，此為方案三。 對于D500－578型泵 當排水管內(nèi)徑取標準管徑350mm時，其對應(yīng)

31、的管壁厚度為： （4-6） 自標準GB/T 17395-1998查得內(nèi)徑為350mm的無縫鋼管管壁厚度中有8、10、12、14、16、18mm等等。取壁厚δ＝14mm，滿足要求，此時（外徑）。可以滿足壁厚的要求，排水管采用φ37814，此為方案四。 式中： 綜上可得，各水泵的排水管規(guī)格如表4.9所示： 表4.9 型 號 D280-655 D300－655 方案一 方案二 方案三 方案四 排水管規(guī)格外徑（mm） φ27313 φ24510 φ32412 φ37814 吸水管直徑確定 根據(jù)《礦井安全規(guī)程》第2－138

32、條,吸水管徑常按經(jīng)濟流速dx = +25（mm）計算，則根據(jù)排水管徑，對應(yīng)的四套方案計算可得： 表4.10 型 號 D280-655 D300－655 方案一 方案二 方案三 方案四 排水管規(guī)格外徑（mm） φ27313 φ24510 φ32412 φ37814 吸水管徑內(nèi)徑（mm） dx = +25 250+25=275 225+25=250 300+25=325 350+25=375 式中dx吸水管內(nèi)徑(計算),mm. 4.3 繪制管道系統(tǒng)圖 管道系統(tǒng)圖如圖4.2所示。 圖4.2

33、 1-底閥；2-水泵；3，6-閘閥；4-逆止閥； 7，10，11，12，13，14-彎頭；5，8，9-三通；15-排水管 4.4 估算管道長度 排水管道長度可估算為： ， ??； 吸水管長度 ； 其它管件的等效長為：=30m 管路總水管長為L=482+30+5=517m 4.5 水泵裝置的工況 4.5.1 求管路特性方程式并繪制管路特性曲線 由上文計算可知排水管和吸水管的長度，不計管徑差異，近似地按排水管徑計算其特性，則：總管長為517，其中前面取的其它等效管長=30是根據(jù)下面的管件局部阻力系數(shù)計算得出， 排水管道管件局部阻力系數(shù)如表4.11所示 表4.11

34、 管件局部阻力系數(shù) 名 稱 簡 圖 局 部 阻 力 系 數(shù) ξ 閘板閥 x/d 1/8，1/4，3/8，1/2，5/8，3/4，7/8，1 ξ 97.8，17，5.52，2.06，0.81， 0.26，0.07，0.01 止回閥 70，60，55，50，45，40 ξ 1.7，3.2，4.6，6.6，9.5，14 底閥 （帶濾網(wǎng)） mm 75，100，150，200，250，300，350，400 ξ 8.5，7.6，6，5.2，4.4，3.7，3.4，3.1 漸縮管 0.1 擴大管 α ξ 0.2 ， 0

35、.5 ， 0.6~0.7 ， 0.8~0.9 彎頭 ξ 彎頭 三通 由于管道的沿程阻力系數(shù)λ值，由管徑和管壁粗糙度決定，其值見表4.12 表4.12 管道沿程阻力系數(shù)值 管子直徑 200 225 250 275 300 沿程阻力系數(shù)λ 0.0304 0.0293 0.0284 0.0276 0.0270 管子直徑 325 350 400 450 500 沿程阻力系數(shù)λ 0.0263 0.0258 0.025 0.0241 0.0234

36、根據(jù)管路系統(tǒng)圖，查表4.11得ξ值如表4.13所示： 表4.13 名稱 數(shù)量 局部阻力系數(shù) 方案一 方案二 方案三 方案四 吸水管件 帶過濾網(wǎng)的底閥 1 3.7 3.7 3.4 3.4 1 0.294 0.294 0.294 0.294 收縮管 1 0.1 0.1 0.1 0.1 排水管件 閘板閥（） 1 0.26 0.26 0.26 0.26 逆止閥 1 1.7 1.7 1.7 1.7 轉(zhuǎn)彎流三通 1 1.5 1.5 1.5 1.5 閘板閥（） 1 0.01 0.01 0.01

37、 0.01 4 0.294 0.294 0.294 0.294 直流三通 2 0.7 0.7 0.7 0.7 30度彎頭 2 0.098 0.098 0.098 0.098 通過查表法進行工況曲線的確定其管路曲線方程，故管路特性方程式: （4-7） 是在百米長的管路中查其對應(yīng)的管路損失。根據(jù)下面圖4.3所示： 圖 4.3 計算管路損失圖解 方案一：對于D280-65水泵在選取管φ27313做為排水管時有： 表4.14 管路特性參數(shù) 0 100 200

38、 250 300 350 0 0.22 0.8 1.3 1.7 2 417.5 418.6 421.6 424.2 426.3 427.8 59.6 59.8 60.2 60.6 60.9 61.1 圖4.4 方案一的工況曲線 方案二：對于D280-65水泵在選取管φ24513做為排水管時有： 表4.15 管路特性參數(shù) 0 100 200 250 300 350 0 0.34 1.4 1.8 2.7 3.4 417.5 419.3 424.7 426.8

39、431.5 435.1 59.6 59.9 60.7 61 61.6 62.2 圖4.5 方案二的工況曲線 方案三：對于D500-57水泵在選取管φ32412做為排水管時有： 表4.16 管路特性參數(shù) 0 200 250 300 350 400 450 500 550 0 0.28 0.42 0.6 0.75 0.95 1.4 1.6 1.8 417.5 418.9 419.7 420.6 421.4 422.4 424.7 425.8 426.8 52.2

40、 52.4 52.5 52.6 52.7 52.8 53.1 53.2 53.4 圖4.6方案三的工況曲線 方案四：對于D300-65水泵在選取管φ37814做為排水管時有： 表4.17管路特性參數(shù) 0 200 250 300 350 400 450 500 550 0 0.16 0.22 0.3 0.4 0.45 0.6 0.68 0.9 417.5 418.3 418.6 419 419.6 419.8 420.6 421 422.2 52.2 52.3 52.33 52

41、.4 52.5 52.5 52.6 52.63 52.8 圖4.7 方案四的工況曲線 4.5.2 確定工況點 由四個方案對應(yīng)的圖可知，四個方案都能滿足需要，四個方案各自工況點對應(yīng)的工況參數(shù)如表4.18所示。 表4.18 泵的工況點 型號 揚程Ｈ（m） 功率Ｐ（KW） 效率η（%） （m） 流量（） 方案一 427 628.8 77.5 5.2 380 方案二 434 628.8 78 5.4 370 方三 436 893.41 79 5.1 530 方案四 424 904.86 78 4.9 545

42、 4.6 篩選方案、校驗計算 4.6.1 驗算吸水高度 確定水泵的吸水高度，應(yīng)以管路沒有發(fā)生污垢時的工況為計算依據(jù)，即以新管為依據(jù)。 Hx=-(10-）－ (-0.24) ― (+)Q2 （4-8） 上式為吸水高度的計算公式。 式中： 沿程阻力系數(shù)：;; 等效阻力系數(shù)：；； 表4.19按海拔而定的大氣壓力 海拔高度/m -600 0 100 200 300 400 500 600 700 大氣壓力/m 11.3 10.3 10.2 10.1 10.0 9.8 9.7 9.6 9.5 注：1m1 表4.20按水溫而定的

43、飽和水蒸氣壓力 水溫/℃ 0 5 10 15 20 30 40 飽和水蒸氣壓力/m 0.06 0.09 0.12 0.17 0.24 0.43 0.75 50 60 70 80 90 100 1.25 2.0 3.17 4.8 7.1 10.33 注：1m1 根據(jù)上面兩個表格，由于井筒深度為411，所以大氣壓力，=10.5；取溫度為20，對應(yīng)的飽和水蒸汽壓力為=0.24；而礦水密度為1020 ，所以礦水的重度γ=10209.81。根據(jù)公式（7）可得各方案的吸水高度，如表4.21所示： 表4.21 泵允許吸水的高度 方案

44、 方案一 方案二 方案三 方案四 允許吸水的高度 4.38 4.35 4.37 4.38 由表4.21可知，上面四個方案的吸水高度都大于經(jīng)驗數(shù)值3.5m，不容易發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，因此泵工作可靠，都能滿足要求。 4.6.2 驗算排水時間 正常涌水期和最大涌水期時的排水時間分別為： (4-9) 則方案一的排水時間為： （1） 正常涌水時：（h） （2） 最大涌水時：（h）； 方案二的排水時間為： （1） 正常涌水時：（h） （2） 最大涌水時：（h）； 方案三的排水時間為： （1） 正常涌水時：（

45、h） （2） 最大涌水時：（h）； 方案四的排水時間為： （1） 正常涌水時：（h） （2） 最大涌水時：（h）； 表4.22 排水時間 方案 排水時間（h） 方案一 12 10.11 方案二 12.32 10.38 方案三 17.2 10.87 方案四 16.734 10.57 經(jīng)校驗排水時間均小于20h，符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。 4.6.3經(jīng)濟流速的校核 對方案一： 吸水管流速：（m/s） 排水管流速：（m/s）; 對方案二： 吸水管流速：（m/s） 排水管流速：（m/s）； 對方案三：

46、 吸水管流速：（m/s） 排水管流速：（m/s）； 對方案四： 吸水管流速：（m/s） 排水管流速：（m/s） 對以上四種方案中，吸，排水管的經(jīng)濟流速為1.2︿2.2,很顯然方案二超出了這一范圍，方案一，三，四都滿足要求！可以把方案一排除。 綜合上面的幾個校核參數(shù)，綜合考慮流速，工況點效率，排水時間，允許吸水高度，選用電機功率等因素，篩選兩個方案為：方案二，方案四！ 4.6.4 選擇電動機 下圖時對應(yīng)的電機的圖4.8： 圖4.8 電動機尺寸圖 對于井下，由于要考慮到會有可燃氣體的出現(xiàn)，所以選用異步防爆電機，具體情況如下： 對于方案二（即D280-657型泵方

47、案）根據(jù)求得的所需功率=628.8Kw，水泵轉(zhuǎn)速為1480轉(zhuǎn)，選擇電機YB 560L-4： 功率P=710Kw，效率，，，； 安裝尺寸：A=900,B=1120,C=280,D=110,E=210,F=28,G=100,H=560,K=42; 外形尺寸：L=2450,AB=1130,AD=980,HD=1120 ,質(zhì)量M=4200Kg。 對于方案四（即D500-578型泵方案）根據(jù)求得的所需功率=904.86Kw，水泵轉(zhuǎn)速為1480轉(zhuǎn)，選擇電機YB 630-4： 功率P=1000Kw，效率，，，； 安裝尺寸：A=1000,B=1250,C=280,D=130,E=250,F=32,

48、G=119,H=630,K=42; 外形尺寸：L=2400,AB=1200,AD=1050,HD=1260 ,質(zhì)量M=5200Kg。 4.6.5 計算水泵的裝置效率 方案二：電機效率為，傳動效率，工況效率為，管路效率為 則裝置效率為： 方案四：電機效率為，傳動效率，工況效率為，管路效率為 則裝置效率為： 4.6.6 選擇配電設(shè)備 配電設(shè)備包括控制設(shè)備和啟動設(shè)備。由于一般情況下主要水泵房與井下中央變電所聯(lián)建在一起，水泵的直接起動設(shè)備都放在變電所內(nèi)，故而應(yīng)與變電所的配電設(shè)備選擇同一系列。起動水泵時在變電所操作，泵房內(nèi)設(shè)停止按鈕。為了便于控制，可在泵房和變電所之間設(shè)聯(lián)絡(luò)信號。對于

49、降壓起動設(shè)備或饒線型電動機的轉(zhuǎn)子控制的選擇根據(jù)相關(guān)文獻規(guī)定，通常電壓在600V以下，電機容量在150KW以下時，采用QC—83防爆啟動器QJs型自降壓起動器，容量在150~300KW時，可采用XTO系列自減壓起動器或GTTX-61型系列綜合起動器；若為6KW高壓鼠籠型電動機，可采用GKF-H1起動柜和QKSJ系列電抗器；或采用QZQ-6A型、KRG-6A型高壓綜合起動器。饒線型電動機可采用BP系列頻敏變阻器和BU1型油浸起動變阻器。 根據(jù)前文表述為： 表4.23 方案二對應(yīng)的電機參數(shù) 電機型號 功率P（KW） 額定電壓（KV） 轉(zhuǎn)速n（r/min） 質(zhì)量m（Kg） 效率（/%）

50、 YB560L-4 710 6 1480 4200 94.5 表4.24方案四對應(yīng)的電機參數(shù) 電機型號 功率P（KW） 額定電壓（KV） 轉(zhuǎn)速n（r/min） 質(zhì)量m（Kg） 效率（/%） YB630-4 1000 6 1480 5200 95 兩個方案的配電設(shè)備都選一樣的，即：FB-6型氣壓負荷開關(guān)，GKW-1型配電箱。 第5章 確定泵房、水倉和管子道尺寸并繪制泵房布置圖 5.1　估算泵房尺寸 計算泵房洞室的開拓費用，必須預(yù)先估計泵房的尺寸。

51、圖5.1 水泵安裝尺寸圖 表5.1 D280-657型泵安裝尺寸 D280-657 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 2158 995 1210 970 830 190 627 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 15 85 1030 150 380 600 790 500 4-24 4-35 表5.2 D500-578型泵安裝尺寸 D500-578

52、(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 2405 1330 1429 1259 1150 139.5 540 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 51 105.5 1094.5 160 430 660 890 530 4-35 4-35 通常泵房都是采用一條軸線布置法。泵房的長、寬和高(結(jié)合泵和電機的尺寸)估算如下： 5.1.1泵房的長度 按下式計算：

53、 (5-1) 式中: n—泵的臺數(shù)； L—水泵機組（泵和電機）的總長度(m)； A—水泵機組間的凈空距離，一般可選取1.5～2.5 (m)； 5.1.2 泵房寬度 按下式計算： (5-2) 式中: bj—水泵基礎(chǔ)寬，一般可按水泵底座外形尺寸在其長度和寬度方向上每邊增加0.1～0.2m； b1—水泵基礎(chǔ)邊到有軌一側(cè)墻壁之間的距離，以通過最寬設(shè)備為原則，一般可選取1.5～2.0m； b2—泵基礎(chǔ)邊到吸水井一側(cè)墻壁之間的距離，一般可選取0.8～1.0

54、m。 5.1.3 泵房高度(Hb) 當葉輪直徑D≥350mm時，取Hb=4.5 m；當D<350 mm時，取Hb=3 m　。泵房頂可采用三心拱或半圓拱。 對方案二：泵房長L=30.652（m）；泵房的寬度=5.01（m）；由于D280-657的葉輪直徑D=430mm≥350mm，所以取泵房高度=4.5m 。 對方案四：泵房長L=24.286（m）；泵房的寬度=5.08（m）；由于D500-578的葉輪直徑D=430mm≥350mm，所以取泵房高度=4.5m 。 5.2 經(jīng)濟計算 礦井排水的經(jīng)濟核算，有各種指標來衡量，這里用排1m3礦水所需要的總費用(即)作為方案經(jīng)濟對比?？傎M用包

55、括基本投資及運行費用之和，具體項目有：設(shè)備購置,安裝工程,井巷工程；將以上各項費用總和稱為基本投資，折合成每年應(yīng)攤的費用，稱為設(shè)備及安裝工程折舊及井巷工程折舊費；運行費用(以年計算)包括電費、工資、維修費及其他費用(系指不直接構(gòu)成建筑及工程成本，而應(yīng)由基本建設(shè)投資解決的費用)。 經(jīng)濟計算如下： 5.2.1 勞動定質(zhì)及工資 （1） 司機定員：按水泵運轉(zhuǎn)臺數(shù)，每天三班作業(yè)配備。在冊系數(shù)按井下工1.3，見下表： 表5.3 司機定員 水泵臺數(shù)（臺） 班/日 每日出勤人數(shù) 每日在冊人數(shù) 技術(shù)等級 3 3 3 4 5 5 3 6

56、8 5 7 3 6 8 5 8 3 9 12 5 11 3 9 12 5 根據(jù)上表和水泵臺數(shù)ｎ可確定司機定員為：每日3班，每日出勤人數(shù)，每日在冊人數(shù)，技術(shù)等級為5級。 （2） 維修工人數(shù)：按下表確定，工資等級按井上。 表5.4 維修工人數(shù) 井深（H） 單位 正常涌水量Q 300～400 450～700 1000 1500 2000 500～550 300～450 600～700 1000 1500 2000 水 泵 臺 數(shù)（ｎ） 3 5 7 8 11 3 5 7 5 7 8 200～3

57、00 人 1 1 2 2 2 400～500 人 1 1 2 2 3 600～800 人 1 1 2 2 2 3 根據(jù)上表及該礦的正常涌水量Q、井深H和水泵臺數(shù)ｎ可確定維修工人數(shù)。 （3）工資:包括基本工資,輔助工資和附加工資 ①．基本工資：煤礦工人的基本工資按以下標準確定： 表5.5 煤礦工人（五類地區(qū)） 工資等級 月工資 3 44.320 4 51.920 5 60.720 ②．輔助工資：輔助工資包括津貼、獎金、病傷假工資及其他，按照基本工資的

58、百分數(shù)計算，井下工人按70%，地面工人按42%計算。 ③．附加工資：井下和地面工人的附加工資按占基本工資和輔助工資之和的13%計算。 對于方案二：水泵臺數(shù)為4臺，每日三班，每日出勤人數(shù)4人，每日在冊人數(shù)6人，技術(shù)等級5級； 維修人工數(shù)：按工人平均等級4.5級計算，井深為400500，正常涌水量300400，水泵臺數(shù)5臺，維修人工數(shù)為1人； 工資：包括基本工資，輔助工資和附加工資： 基本工資：J=660.7+56.7=420.9（元）； 輔助工資：F=420.970%=294.63（元）； 附加工資：=（420.9+294.63）13%=93.02（元）； 總工資：M=420.9

59、+294.63+93.02=808.55（元）。根據(jù)時間價差乘以一個比率20則：M=808.5520=16171（元） 對于方案四：水泵臺數(shù)為3臺，每日三班，每日出勤人數(shù)3人，每日在冊人數(shù)4人，技術(shù)等級5級； 維修人工數(shù)：按工人平均等級4.5級計算，井深為400500，正常涌水量300400，水泵臺數(shù)5臺，維修人工數(shù)為1人； 工資：包括基本工資，輔助工資和附加工資： 基本工資：J=460.7+56.7=299.5（元）； 輔助工資：F=299.570%=209.65（元）； 附加工資：=（299.5+209.65）13%=66.19（元）； 總工資：M=299.5+209.65+

60、66.19=575.34（元）。根據(jù)時間價差乘以一個比率20則：M=575.3420=11506.8（元） 5.2.2 電費計算 由于正常涌水期和最大涌水期各泵的工況參數(shù)相同則年電耗量為： （5-4） 式中： 和--分別為正常和最大涌水時期同時工作的水泵臺數(shù)， 和--分別為正常和最大涌水時期的排水天數(shù)和每天開泵的小時數(shù)， --傳動效率，取0.98， --電機效率，按電機樣本取， --電網(wǎng)效率，取0.95； ea—當?shù)毓I(yè)電費單價元/度 對于方案二（即D280-657型泵方案）：=2，=3，=300，=12，=65，=10.11；所以：

61、 =6550409.6（） 經(jīng)查得，本地工業(yè)電價（河北廊坊）為=0.5624元每度，所以總電費為：=6550409.60.5624=3683950.36（元） 對于方案四（即D500-578型泵方案）：=1，=23，=300，=16.734，=65，=10.57；所以： =6550409.6（） 經(jīng)查得，本地工業(yè)電價（河北廊坊）為=0.5624元每度，所以總電費為：=1292443.140.5624=3634350.11（元） 5.2.3 折舊費 （1）.基本投資 a. 根據(jù)煤炭部門相關(guān)概算指標計算，時間價差調(diào)整；地面建筑工程乘以1.3；礦建工程乘以

62、1.2。 b. 機電設(shè)備價格根據(jù)現(xiàn)行出廠價格計算（設(shè)備運雜費6%，材料運雜費8%）。 對方案二：機電設(shè)備包括四臺水泵，每臺6萬，電機每臺20萬，F(xiàn)B-6型氣壓負荷開關(guān)9萬，GKW-1型配電箱12萬，真空泵一臺5萬；一共的機電設(shè)備價格為 M=（6+20）4（100%+6%+8%）+（9+12+5）（100%+6%+8%） =147.5（萬） 對方案四：機電設(shè)備包括三臺水泵，每臺8萬，電機每臺24萬，F(xiàn)B-6型氣壓負荷開關(guān)9萬，GKW-1型配電箱12萬，真空泵一臺5萬；一共的機電設(shè)備價格為 M=（8+24）3（100%+6%+8%）+（9+12+5）（100%+6%+8%） =13

63、8.34（萬） c. 安裝工程價格：按照設(shè)備總值的百分率計算，不同類型的設(shè)備，其百分率有所不同。作為概算，設(shè)備安裝工程費（包括水泵、電動機、三閥及真空泵等）按設(shè)備價格總值的40.6%（其中，材料費為36.4%，安裝費為4.2%，工人工資占安裝費中的35%），外加工資調(diào)整58%（按安裝工資計算），施工管理費率為240.1%（工資總額）。配電設(shè)備安裝費：對于高壓鼠籠型電動機所配屬的安裝費率為11.2%，其中工資占安裝費的18%；對于低壓鼠籠型電動機所配屬的安裝費率為25.1%，其中工資占1%，對于低壓饒線型電動機所配屬的配電設(shè)備安裝費率為66%，其中工資占9%，外加工資調(diào)整和施工管理費（計算方

64、法同前）。對于排水管路安裝費率，可根據(jù)相關(guān)文獻（文獻[2]）計算，工資調(diào)整和施工管理費仍按前述方法計算。此外，輔助車間服務(wù)費，按照井筒中管路安裝費的280%計算。 對方案二： 設(shè)備安裝工程費=147.540.6%=59.885（萬） 其中材料費=147.536.4%=53.69（萬），安裝費=147.54.2%=6.195（萬） 工人工資=6.19535%=2.168（萬），外加工資調(diào)整=2.16858%=1.2576 施工管理費=（2.168+1.2576）240.1%=8.225（萬）； 配電設(shè)備安裝費=6011.2%=6.72（萬），其中工資=6.7218%=1.2096（萬

65、） 外加工資調(diào)整=1.209658%=0.702（萬）， 施工管理費=（1.2096+0.702）240.1%=4.58989（萬） 排水管路安裝率，管長為487米每一百米安裝費7880.7元，則： 4870.0137880.7=115137.027（元），工人工資=11.5135%=4.03（萬），外加工資調(diào)整=4.0358%=2.34（萬）， 施工管理費=（4.03+2.34）240.1%=15.29（萬） 輔助車間服務(wù)費＝11.5280%＝32.24（萬） 管路無縫鋼管投資費用=487373.9=107967.9（元） 對方案四： 設(shè)備安裝工程費＝138.8440.6%

66、=56.17（萬） 其中材料費=138.8436.4%=50.356（萬），安裝費=138.344.2%=5.8（萬） 工人工資=5.8135%=2.03（萬），外加工資調(diào)整=2.0358%=1.1774(萬) 施工管理費=（2.03+1.1774）240.1%=7.7（萬）； 配電設(shè)備安裝費=24311.2%=8.064（萬），其中工資=8.06418%=1.452 外加工資調(diào)整=1.45258%=0.842（萬）， 施工管理費=（1.452+0.842）240.1%=5.508（萬） 排水管路安裝率，管長為487米每一百米安裝費8047.9元則： 4870.0128047.9=7.84（萬），工人工資=7.8435%=2.744（萬） 外加工資調(diào)整=2.74458%=1.59（萬）， 施工管理費=（1.59+2.744）240.1%=10.41（萬）