矿井水泵房的选型设计毕业论文

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 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Q1=Qr/20=3800/20=190(m3/h)H1=K(Hh+5.5)=1.3(340+5.5)=(m)式中 Qr矿井正常涌水量，m 3/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-439 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，外形尺寸长宽 高为 385313501285（mm） 。2）正常涌水量期间所需水泵的工作台数nr= Q1/Q=190/200=0.95 台)式中 Q-一台水泵的排水能力，m 3/h。3） 、最大涌水期间所需水泵台数24Qdr/20200=5400/4000=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=3800/1200=(h)式中 n r -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dg= 3604Vd= 75.12=0.21(m)按标准管径取 dg=200mm式中：Vd=1.5202m/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= 2304gQ= 2.16= 4528=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=dg+25=200+25=225（mm）8) 吸水管流速Vs= 23604dSQ= 25.1= 78=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=56.760.021=1.13(m)排水管扬程损失为 Haf=139.220.021=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=350.541.06=372(m)11） 、计算排水管管壁厚度=Pdg/(2Rk-P)+a=420/(280-7)+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 0.70.9cm；钢管取 0.10.2cm。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=aLt=0.01235015=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；t水与井筒中空气的最大温度差，度。一般矿井水温为16.5019 0。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na= = =7.2eH431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= = = =0.000038anQHt2804.963123701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、H I、和 I即为水泵工作时的流量、扬程和效率，有 QI= HI= I= 。11） 、水泵的轴功率N = IOIVHQ10236= 8.54=334(KW)式中 r0矿井水的比重，一般取 1050kg/m3。12） 、电动机容量NC=K=1.15 97.034=396（KW）式中 C传动效率对直联取 1，联轴节取 0.950.98；K富裕各数当 Q20m 3/h K=1.5;Q=2580m 3/h K=1.31.2;Q=80300m 3/h K=1.21.15 Q300m 3/h K=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。宽高为 22058701270（mm）13） 、年耗电量E= XdIOIVtHQ102365= 95.08.14= 61205.7=2.86106(KWh/年)式中： d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； X电网效率，取 0.95；t平均每天运转小时数。14） 、吨煤电耗ET= A= 46108.2=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。3、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