矿井水泵工教案.doc

教 案 附 页第一部分 矿井排水系统一、矿井水的来源及充水通道二、涌水量三、矿井排水方式四、煤矿安全规程规定五、矿井排水系统一、矿井水的来源及充水通道决定矿井出现水害的两个必备条件是矿井水源和涌水通道。1.矿井水源1)大气降水。大气降水是地下水的主要补给来源，所有矿床充水都直接或间接与大气降水有关。因此对于井深较浅，充水通道较多的矿井，在雨季时，要特别注意水害防治。2)地表水。在有大型地表水水体(海、湖、大河流、水库、水池等)的矿井，查清天然条件下和采掘过后地表水的影响，是水文地质工作的重要内容。地表水不仅可能造成矿井突然涌水，严重时会导致水沙同时溃入矿井。3)地下水水源。地下水是矿井水害的直接充水水源，矿井的地层中，都或多或少地夹有含水层，含水层的规模、富水性以及水的补给条件，是决定矿井充水程度的根本因素。根据地下水的赋存状态和赋存位置的不同，将矿井地下水分为如下几种：(1)孔隙水松散岩层孔隙中的水。如表土层中细砂、粉砂富含地下水时，极易造成水砂一起溃入井下，特别是给井筒施工带来困难。(2)裂隙水坚硬岩层裂隙中的水。(3)岩溶水较大的石灰岩中裂隙或溶洞中的水。石灰岩中孔隙、裂隙发育、分布广、补给条件好，因此往往岩溶水水压较大，水量较多，危害也较大。(4)老空积水旧时的小煤窑、采空区或废旧巷道，由于长期停止排水而积聚的地下水。老空积水的水量多以静储量为主，当煤(岩)柱强度小于其静压力时，即可发生突水，在短时间内可有大量积水涌入矿井，来势凶猛，破坏性很强。当老空积水与其他充水水源联系不大，突水时，虽涌水量很大，但持续时间不长，容易疏干。老空积水一般呈酸性，对金属有腐蚀作用。4)生产用水。煤矿生产过程中，如水采、除尘、煤体注水、防火注浆、水砂充填等，都有大量用水，如管理不善、排水不畅也可能引发水灾事故。2.充水通道矿井充水通道有人为形成和天然形成之分。人为形成的充水通道有：(1)顶板冒落裂隙带顶板冒落形成导水裂隙。(2)地表岩溶塌陷带矿区开采后地表下沉，地表水和大气降水通过塌陷坑直接充入井下。(3)封孔质量不严的钻孔打钻后封孔不严，钻孔成为各类含水层的充水通道。天然形成的充水通道有：(1)孔隙、裂隙各种岩层中的节理、层理成为充水通道。(2)岩溶岩石中的溶洞、孔洞成为充水通道。(3)断层破碎带通过断层与含水层相连，断层破碎带成为充水通道。3.矿井水的特性与纯净水比较：(1)重度比纯净水大（1020kg/m3）；(2)有一定的酸碱性，对泵有腐蚀。二、涌水量1.涌水量：单位时间内矿井涌出的水量。m3/h2.正常涌水量：一年之中时间最长的涌水期的涌水量。3.最大涌水量：一年之中矿井最高峰涌水期的涌水量。最大涌水量受大气降水的影响，矿井涌水量增加到最大程度。正常涌水量和最大涌水量是根据水文地质条件由技术人员推算的，巷道开出后要核实涌水量，以便对排水设备进行调整。做为水泵司机必须清楚所工作的矿井的正常涌水量和最大涌水量。三、矿井排水方式1.矿井排水的意义矿井排水的任务就是将井下涌出的矿井水，通过排水系统不断地排至地面，以保证矿井安全生产和作业人员的生命安全。否则就会影响矿井正常生产，甚至发生淹井事故，造成生命、财产的巨大损失。因此矿井排水系统是必不可少的主要的生产系统之一。2.矿井排水的特点由于矿井涌水的复杂性和危险性，以及矿井结构布置的不同，故对矿井排水及排水泵房的要求比一般机电硐室的要求严格，对排水设备的可靠性能要求较高，必须保证及时排除矿井涌水。因为矿井涌水在井下流动的过程中，混入和溶解了许多矿物质，含有一定数量的煤炭颗粒、流砂等杂质，所以要求排水泵要具有较强的抗腐蚀性和耐磨性；此外，由于排水泵安装在硐室内，硐室空间比地面空间小，安装和维修都不方便，为了保证矿井的安全，矿井水泵房要求安装使用、备用、待修的水泵台数较多；再者，矿井排水设备的耗电量很大，一般会占到全矿井总耗电量的2535，有的矿井占到40，个别矿井会更多。上述都是矿井排水的特点。3.矿井排水方式矿井排水方式很多，不同的矿井应根据矿井的具体条件，考虑其可靠性和经济性，合理选择排水方式。1)压入式、吸入式及压、吸并存式排水方式(1)压入式排水方式被排的水面高度高于水泵的吸水口高度。优点：水泵启动时不需要真空泵、射流泵等启动设备。启动非常方便，启动前，只要打开吸水侧闸阀，水就会自动灌满泵体，然后启动电动机，逐渐打开排水侧的闸阀，就可以排水了。由于压入式排水被排水面高度高于水泵吸水口高度，所以泵内部存在一定的压力，工作时一般不会产生气蚀现象，同时也可以提高排水系统效率。压入式排水要求泵房和机电设备有很高的可靠性，水泵司机有很强的业务素质，水仓周围岩层没有裂隙。缺点：一旦泵房、水仓隔墙及机电设备发生较大故障，或者操作人员操作失误，就容易发生水淹泵房和矿井的重大事故。因此，要慎重采用。(2)吸入式排水方式被排的水面高度低于水泵的吸水口的高度。优点：安全性能高，工作可靠，不会造成水淹泵房事故。缺点：水泵启动时需要启动设备；排水效率较压入式排水方式低。(3)压、吸并存的排水方式以泵房标高为准设有上、下两个水仓，上部水仓的标高比水泵吸口高，下部水仓的标高比水泵吸口低，一部分水泵采用压入式排水，另一部分水泵采用吸入式排水。这种压、吸并存的排水方式，既可以发挥压入式排水的优点，又可以保证泵房安全。一旦发生故障时，上水仓的水可以排放到下水仓去，全部采用吸入式排水，不会造成跑水淹泵房事故。2)移动式和固定式排水方式(1)移动式排水方式指水泵随着工作面的移动或水位的变化而移动的排水方式，如排出立井、斜井下山掘进工作面以及恢复淹没矿井的积水，一般情况下只为矿井的局部服务。(2)固定式排水方式指水泵位置长期固定不变，矿井的涌水都由此泵房水泵排出的排水方式。这种排水方式是矿井的主要排水方式。矿井固定式排水方式还分为直接排水和分段排水。直接排水方式：各水平水仓中的水直接排送到地面。如图(a)优点：可靠性强，水平之间互不依赖。缺点：管路多，泵房多，维修量大。 a由各水平直接排送地面分段排水方式：一种是下水平的水排到上一水平，再由上水平排到地面。另一种是上水平的水顺大巷流到下水平的水仓，再由下水平的泵直接排到地面。如图(b)和(c)b下水平水排到上部水仓,再统一排向地面c上水平水全部放到下水平，统一向地面排水 优点：管路少，维修量小。缺点：水平之间互相影响，排水依赖，可靠性差。斜井排水一般是通过钻孔下排水管，而不是顺着斜井敷设管路。目前我国钻孔直径已达到380mm以上，钻孔深度可达270多米。由钻孔下排水管的斜井排水系统四、煤矿安全规程规定第二百七十八条 主要排水设备应符合下列要求：（一）水泵：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（包括充填水及其他用水）。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%。水文地质条件复杂的矿井，可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置。对水泵的要求，是从两个方面考虑保证安全的。第一是从正常涌水量考虑，为了不间断地排出矿井正常涌水量，工作水泵的排水能力必须大于矿井正常涌水量能力，规定了工作水泵的能力，应能在20小时排出24小时的正常涌水量，即Q泵工=24Q正/20=1.2 Q正，也就是工作泵的能力是正常涌水量的1.2倍。第二是从最大涌水量考虑，工作和备用泵的总能力，应能在20小时排出24小时的最大涌水量，即Q泵工+Q泵备=24Q最大/20=1.2 Q最大，也就是工作泵和备用泵总的能力是最大涌水量的1.2倍。所谓最大涌水量是指受大气降水的影响，矿井涌水量增加到最大程度时的水量。不包括矿井大突水时的水量，确切应叫矿井最大突水量。因为有些矿井受大气降水的影响很大，雨季时矿井最大涌水量和正常涌水量相差数量很大，若一律按70%规定，则不能保证安全，故又提出按最大涌水量计算的规定。水文地质条件复杂的矿井，可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置。目的是为了防突水灾害。（二）水管：必须有工作和备用的水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井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。（三）配电设备：应同工作、备用以及检修水泵相适应，并能够同时开动工作和备用水泵。有突水淹井危险的矿井，可另行增建抗灾强排能力泵房。第二百七十九条 主要泵房至少有2个出口，一个出口用斜巷通到井筒，并应高出泵房底板7m以上；另一个出口通到井底车场，在此出口通路内，应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门。泵房是矿井排水系统的主要工程，泵房设置是否得当是关系到排水设施能否长期正常运转的重大问题。为了解决泵房通风降温和泵房被淹时撤人，规定了主要泵房至少有两个出口，一个出口用斜巷通到井筒，作为回风和设置水管、电缆用。为了提高泵房的通风能力，规定了高出泵房底板7m以上。另一个出口通到井底车场，可以作为水泵安装时的运输道，由于井底车场标高较低，作为进风通道也有利于泵房通风。为了防止泵房被淹和失火，又规定了在此出口通路内，京戏设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。为了防止水仓水进入泵房，影响水泵的正常运转，又规定了泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门。第二百八十条 主要水仓必须有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。新建、改扩建矿井或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3/h以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量。正常涌水量大于1000m3/h的矿井，主要水仓有效容量可按下式计算：2（Q+3000）式中 V主要水仓的有效容量，m3；Q矿井每小时正常涌水量，m3。但主要水仓的总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水量。采区水仓的有效容量应能容纳4h的采区正常涌水量。矿井最大涌水量和正常涌水量相差特大的矿井，对排水能力、水仓容量应编制专门设计。水仓进口处应设置箅子。对水砂充填、水力采煤和其他涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置沉淀池。水仓的空仓容量必须经常保持在总容量的50%以上。水仓是井下排水的重要设施，水仓设置是否合适，关系排水系统排水能力能否正常发挥。矿井涌水中带有大量杂质很容易占据水空间，必须经常清理才能保证水仓的有效容量，所以规定了主要水仓必须有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。第二百八十一条 水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路，必须经常检查和维护。在每年雨季以前，必须全面检修1次，并对全部工作水泵和备用水泵进行1次联合排水试验，发现问题，及时处理。水仓、沉淀池和水沟中的淤泥，应及时清理，每年雨季前必须清理1次。井下排水设施是矿井安全生产的重要保证设施，其中水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路是排水设施的重要组成部分，必须经常进行维护和检查，以保证其正常运转。雨季是地表洪水泛滥、地下含水层得到补充、水量充足的时期，洪水淹井事故时有发生。为确保汛期安全生产，将可能产生的最大涌水量排出矿井，在雨季前必须对排水设施进行全面检修一次，同时对全部工作水泵和备用水泵进行一次数联合排水试验，以便发现问题及时处理，为防汛工作做好充分的准备。五、矿井排水系统1.单台泵的排水系统吸水井内的水经底阀、吸水管进入水泵，获得压力后，通过闸阀和逆止阀沿排水管排至地面的水池。目前，固定式排水设备系统中，多数已不采用底阀。1水泵及电机：泵使水具有能量，达到排水的目的。2放气阀：放掉泵内的气体。3压力表：水泵出口处的压力值，读数是指高于大气压的压力。压力表测量的最大压力应低于表盘上的最大压力。4闸阀：（截止阀）就是将其两侧的设备或管路接通或断开，泵起动时必须关闭，保证电机空载启动，泵运转时起调节流量的作用。5逆止阀：防止排水管中的水逆流，避免水流冲击损坏水泵叶轮和底阀。一般安装在离水泵很近的闸阀上方。若突然停电，排水管中的水下垂，压力大，易损坏泵零件。6底阀和滤水罩：底阀是当水泵启动前向吸水管中灌水时，防止吸水管中的水流出，保证水泵的正常启动，水泵停止工作时保证其中的存水不会漏掉（逆止阀）。底阀插入水面以下深度不得小于0.5m，距吸水井底不得少于0.5m。7吸水管：是水泵的吸水通道。8真空表：水泵进入口的真空压力，读数是指低于大气压力的压力，是负压值。9放水阀（旁通管闸门）：为泵注水用。10排水管：是水泵的排水通道。11水池：排水池。12吸水井：积水井。2.充水装置1)底阀：故障多，处理麻烦，阻力大，耗电多。易被水中的杂质、污泥堵住，处理时必须把它提出水面，挡帘盖不严，易漏压力水，无法开机，现多采用无底阀排水方式。2)储水箱：在吸水管侧加装储水箱。（在实际工作中不在储水箱放气阀放气，而是在泵上的放气阀放气，储水箱的气在底水笼头处排出）3)真空泵：利用真空泵把泵内空气抽出，达到充水的目的（六家矿主泵房）。水泵启动前，开动真空泵抽出水泵内的空气，由于泵体上、下口均已经被水密封，因此水泵内的空气越来越稀薄，即气压越来越低，形成负压，吸水池中的水在大气压的压力作用下，随着负压的升高逐渐进入到吸水管和泵体内，直到充满泵体，这时关闭真空泵，开动水泵就可以排水了。4)射流器：水泵的射流启动是利用喷射泵来实现的。喷射泵构造图1吸水室；2喷嘴；3混合营；4螺母当从排水管引来的高压水由喷嘴高速喷射出时，高速的喷射水流连续不断地带走了吸水室中的空气，使得与吸入室相连接的泵体内部形成一定的真空度，产生负压，在大气压的压力下使泵体内部逐渐地充满了水，这时便可以启动电机带动水泵进行排水如图所示。首先打开阀门11和阀门10，这时来自排水管路中的高压水通过喷射泵5，将泵体内的空气带走，高压水和空气通过连接管路流入到水池中，这样经过很短的时间，水泵体中就形成了真空，在大气压的压力作用下，水池(或水仓)中的水被压入泵体，当连接管路中排出的全部是水时，即可关闭阀门10和阀门11，启动水泵进行排水。喷射泵排水系统示意图1水泵；2闸阀；3逆止阀；4排水管；5喷射泵；6真空表；7电动机；8水龙头；9放水管；10高压阀；11低压阀3.三台泵排水系统（以储水箱充水为例）第二部分 矿井排水设备一、矿用水泵的分类及构造二、排水管路及元件三、离心式水泵的构造四、离心式水泵轴向力的产生及其平衡五、离心式水泵的工作原理及性能一、矿用水泵的分类及构造(一)矿用水泵的分类矿用水泵可以用来输送清水、污水、水煤浆和泥浆等，其扬程一般都在l000m以下，也有一些扬程在1000m以上的。矿用水泵的类型较多，分类方式也多，一般有如下几种分类方式。1.按水泵叶轮数目分类按水泵叶轮的数目分类，有单级泵和多级泵。(1)单级泵。它只有个叶轮，扬程较低，般在8lOOm之间。(2)多级泵。它由多个叶轮组成，泵的总扬程为所有叶轮产生的扬程之和，扬程较高，一般在70l000m，高扬程泵的扬程最高可达到l800m或更高。2.按水泵传动轴的安装位置分类按水泵传动轴的安装位置方式分类，可分为：卧式水泵和立式水泵。吊泵1闸阀；2压力表；3弯头；4上部梯子；5下部梯子；6直嘴旋塞；7支持弯头；8活动操作台；9输水管；10电动机；1l泵工作部分；12吸水软管；l3底阀；l4逆止阀；15吊架；l6吊挂绳轮卧式水泵的传动轴均为水平安装。立式水泵的传动轴为垂直安装，立式水泵又分为吊泵、深井泵和潜水泵。 深井泵1泵轴；2锥形套；3叶轮；4泵壳；5轴承衬套；6输水管；7联轴器；8传动轴；9轴承衬套；10轴承体；11电机轴；l2泵座；13电动机；14调整螺母吊泵多为多级式立式离心式水泵，常用于立井(竖井)井筒掘进时的排水。潜水泵有可靠的密封结构，可以防止水进入电动机。把泵和电动机装配在一起，做成可移动式的潜水泵，可以潜入水中进行排水。恢复淹没的矿井时就可以用潜水泵。3.按叶轮的进水方式分类按叶轮的进水方式分类，可分为：单侧进水式水泵和双侧进水式水泵。(1)单侧进水式水泵，简称单吸泵，如图a所示。单吸泵的叶轮上只有一侧进水口，因此叶轮两侧产生压力差，进而产生轴向力，需要采取平衡装置进行调节。由于它的过流部分结构简单，因此可用于泥浆泵、砂泵、立式轴流泵和小型标准泵。(2)双侧进水式水泵，简称双吸泵。双吸泵的叶轮两侧都有进水l：1，不产生轴向力，不需要平衡装置，且流量比单吸泵大一倍。一般大口径泵、卧式泵采用双吸，如图b所示。a单吸式水泵叶轮 b双吸式水泵示意图4.按排水的介质分类按排水的介质情况分类，可分为：清水泵、渣浆泵(有的叫砂泵)和泥浆泵。(二)矿用水泵的构造矿用水泵种类繁多。结构各异，但不论何种泵，都由泵体、泵轴、叶轮、轴承、泵盖及密封装置等几大部分组成。二、排水管路及元件(一)排水管路排水管路就是由许多节钢管或铸铁管材采用各种连接方式连接起来的水流通道。可以将积水从积水池(水仓)输送到指定位置。由于排水管路要承受较高的压力，一般在19MPa之间，因此，常选用钢管作为主排水管路。钢管的种类较多，有无缝钢管、有缝钢管。而无缝钢管又分为：冷轧(冷拔)和热轧无缝钢管，其材质一般为1045号碳素结构钢。每根钢管的长度，出厂时在412m范围之间，特殊要求时也可以超过l2m。在排水压力不高的条件下，有时也用一些铸铁管作为排水管。排水管路的连接方式：排水管路的连接方式常用的有四种，即：法兰盘连接、焊接、快速接头连接和螺纹连接。1.法兰盘连接法兰盘连接，在排水管路中采用法兰盘连接的方式最为普遍，应用最多的一种。用铸钢、锻钢或钢板加工的法兰盘，焊接在钢管两端，工作压力低一些的采用搭焊；工作压力高一些的采用对焊。法兰盘的对接处加有起密封作用的垫片，垫片的材料为橡胶、石棉、软铝等，按照设计要求选用。垫片具有一定的弹性或塑性。用螺栓将两个相邻的法兰盘连接起来，拧紧程度要适当，不可过松。螺栓的规格、数量根据管子管径和工作压力的大小而定。在安装管路的时候，有时需要一些附件，如弯头、三通、四通、管支座等，很难保证将事先焊接在钢管上的法兰盘的孔与管路附件的孔正好对准，这时可以采用活法兰盘连接。活法兰盘可以随意转动，调整上、下或左、右两个连接法兰盘之间的螺栓孔的位置，将它们连接起来。2.焊接连接焊接就是在两根钢管之间，套上一个钢匝，分别与两根钢管焊接在一起。此种连接方式在立井(竖井)斜井管路中均可使用，尤其适用于敷设在垂直钻孔中的管路。但此种连接方式不能在存有可燃性和易燃性气体的地点使用。3.快速接头连接安装前，预先将管端用低碳钢焊条焊在要安装的钢管两端，清除焊渣和喷溅点，涂上漆。安装时，使两管端对正，再套上密封圈，装上管卡，用扳手拧紧螺栓，直到两个管卡平面接触无缝隙后方可。此种连接方式可用于平巷和倾斜巷道中的管路安装，有时也可用在立井中。其优点是安装较为方便。须注意的是密封圈在存放时应避光、避压，以免老化和变形，影响密封性能。(二)管件及附件1.管件排水管路在敷设过程中，因受到环境限制或配管要求，需要使用弯头、三通、四通、异径管等管件。2.附件管路附件常用的有阀门、管卡、固定管座、伸缩管、伸缩器等。1)阀门阀门是排水系统中不可缺少的主要附件。排水系统中常用的阀门有：闸板阀(简称闸阀)、逆止阀和底阀。(1)闸阀闸阀的作用就是将其两侧的设备或管路接通或断开。在水泵的出水口侧与排水管之间必须安设闸阀。当水泵启动时，须关闭闸阀，这样可以降低启动功率，当水泵正常排水工作后，再打开闸阀，水泵停止运转时，要关闭闸阀。有时可以通过调节闸阀的开启高度来调节负荷，防止电机的负荷过重及控制流量的大小。在多条管路，多台水泵的排水系统中，用安装闸阀来控制或选择任何几条管路或任何几台水泵的运行。在有几个水仓或多个吸水井的配水巷中，也需要用闸阀来选择工作的水仓或水井。闸阀根据闸板的不同可分为楔形闸板闸阀和带金属楔闸板闸阀。常用的闸阀是手动操作的，也有电动和液动闸阀。根据阀体材质的不同，阀体的外表面涂上不同颜色，阀体材质不同涂的颜色不同，阀体的材质涂色见表。 阀体材质 识别涂色 灰铸铁、可锻铸铁 黑 色 球墨铸铁 银 色 碳素钢 中灰色 耐酸钢、不锈钢 天蓝色 合金钢 中蓝色注：l.耐酸钢、不锈钢阀体可不涂色；2.铜合金阀体不涂漆。(2)逆止阀(止回阀)逆止阀的作用就是防止排水管路中的水逆流。一般都将其安装在离水泵很近的闸阀上方。阀门的一端有活轴，另一端可以绕活轴旋转开启或关闭。当水泵停止工作时，水流会顺着箭头所指的方向移动，这时逆止阀的阀门靠自重和水压而自动关闭，阻止水流通过，避免水流冲击损坏水泵叶轮和底阀。当水泵正常工作时，水流会按箭头所指的相反方向流动阀门打开，水流正常通行。(3)底阀底阀安装在吸水管的底部，其插入水面以下深度不得小于0.5m，距吸水井底不得少于0.5m。它的作用是当水泵启动前向吸水管中灌水时，防止吸水管中的水流出，保证水泵的正常启动；水泵停止工作时保证其中的存水不会漏掉。实际上，底阀就是吸水管端的逆止阀。目前，排水设备中大都采用无底阀排水方式，以减小排水阻力。2)管卡管卡的作用是用来固定管道的，防止管路弯曲变形和大的位移，但管路可以在管卡之间微量窜动。管卡应牢固地固定在所处位置。3)固定管座固定管座用于承载管道的重量，其结构和强度必须满足实际要求，否则将使管道受到损坏。4)伸缩管当伸缩管外体侧的管路膨胀或收缩时，外体可以沿内管移动，从而起到防止热胀冷缩而引起管路变形的作用。5)其他附件灌水漏斗、旁通管、放气阀门、滤网等都属于其他附件。三、离心式水泵的构造泵的种类很多，根据作用原理分为叶片式（离心式、轴流式、混流式）、容积式（往复式、回转式、齿轮泵、螺杆泵）、其它型式（喷射、水锤式）。煤矿采用最多的是离心式水泵，多级泵主要是D型泵（主排水）、单级泵主要以B型泵为主（辅助排水）。离心式水泵构造简单，机体轻巧，操作简便，易于调节和维护保养，它直接和电机联接传动（n=1480r/min、2950r/min），具有很高的效率。在矿井排水中得到了广泛的应用。离心式水泵型号的含义： 4B91表示：吸水口直径4英寸、单级离心泵、扬程91m。MD450606表示：煤矿用、多级离心泵、额定流量为450m3/h、单级扬程60m、水泵的级数是6级。离心式水泵的品种繁多，构造各异，典型的有：（一）单级悬臂式离心水泵单级悬臂式离心水泵结构简单，使用维护方便。此种水泵的流量从4.5m3/h到360m3/h，扬程从8m到98m，吸水口径从40mm到200mm。因此在煤矿中得到了广泛的应用。如掘进工作面的排水，空气压缩机冷却水的供水以及其他辅助用水等方面，大都使用此种泵。单级悬臂式离心式水泵的型号有：B型、BA型、BAZ(BZ)型和BE型等。下面举例介绍单级悬壁式离心式水泵的结构。1.BA型离心式水泵BA型离心泵1泵体；2泵盖；3叶轮；4轴5托架；6水封环；7叶轮螺母；8外舌止推垫圈，9盘根； l0盘根压盖；ll挡水圈；l2轴承端盖；l3油标尺；14单列向心球轴承；15对轮BA型离心式水泵的结构如图所示。该型水泵的出水口方向是垂直向上的，但根据实际使用情况的要求，可以作900、180O、270O旋转。泵的进水口在轴线上，水泵通过弹性联轴器或皮带轮与电动机连接进行传动。水泵的旋转方向，从传动方向上看为顺时针旋转。主要零件有：泵体、泵盖、叶轮、轴和托架。泵体l采用灰口铸铁制成，其内有逐渐扩散至水泵出水口的螺旋形的流道。水在流道中流动时，其流速和动压逐渐减小，静压却逐渐增大。泵体1上的盘根箱(亦称填料函)能阻止空气进入泵体，也可以阻止大量的水的流出，起到密封的作用。盘根箱内填有盘根(石棉油侵铅盘根)9、水封环(单口环者无水封环)，外面用盘根压盖l0压住。少量的高压水通过外部的水封管或泵体内的水封口流入盘根箱，它不仅起到了水封的作用，同时也起到冷却和润滑的作用。盘根的压紧程度必须适当，压得太紧，轴容易发热，机械损失增大；盘根压的太松，水渗漏得多，水泵的容积效率下降。一般以水经常能从盘根箱中滴出为宜，但滴水不能成线，若漏出的滴水成线，应及时添加或更换盘根。泵体l的作用有如下三种：(1)将水平滑地引向水泵叶轮的入口，汇集由叶轮3中甩出来的压力水，并将压力水引向泵的排出口；(2)减慢从叶轮3中甩出的压力水的速度，将水的动能大部分转化为压力能，以提高水泵的扬程和效率；(3)把水泵和所有的固定部分连成一体。要注意的是，泵体下部有一个放水螺孔(不易被发现)，冬季里使用该型号水泵排水在停止使用时，必须将泵体内的水放掉，防止结冰冻坏泵体。另外，还要注意，在水泵排水口的法兰上设有安装压力表的螺孔，如没安装压力表，要用螺钉堵严，防止跑水。泵盖2采用铸铁制成，其上有收缩型的吸水通道，以使水均匀地流入叶轮3。泵盖2与泵体1结合面之间垫有垫片，以防止漏水。如要拆卸泵盖2时，可以同时用两个拆卸螺钉拧入泵盖2与泵体1的结合面上法兰上的螺孔中，这样便可以顶出泵盖。叶轮3为铸铁制成，单侧进水，其中有弯曲或扭曲的叶片。BA型泵的叶轮为闭式叶轮，分为大口径、高扬程的双口环和小口径、低扬程的单口环两种。双口环的叶轮后盖上钻有若干个孔，来平衡轴向推力。单口环的叶轮依靠轴承来承受轴向力，叶轮3在制造时必须经过静平衡试验。叶轮3的作用是把电动机的机械能传递给水，使之转变为压力能和动能。叶轮3的形状和大小直接影响水泵的流量和扬程。轴4由优质碳素钢制成，其一端固定叶轮3，另一端装有联轴器(对轮)15，在轴颈易磨损处装有可更换的轴套，用来保护轴，轴4支撑在安装于托架5内的两个单列向心球轴承14上。托架5为铸铁制成，内有轴承室及油室，采用润滑油(稀油)润滑的油室，上面装有检查油室油位的油标尺l3。挡水圈11为橡胶制成，用来防止水渗入托架5的轴承室内部。对轮l5也称联轴节，可分为弹性对轮、柱销对轮和爪型对轮等多种。对轮l5的作用是把水泵轴和电动机轴连接起来。水泵和电动机同安装在一个底座上，安装时，必须注意水泵轴与电动机轴在同一条中心线上，以保证水泵的正常运转。B型泵是BA型泵的改进产品，结构轻巧，旋转方向和BA型泵相反，特性与BA型泵基本相同。B型泵取消了托架上的油室，采用润滑脂(甘油、黄甘油、黄油)润滑轴承。B型泵的结构如图所示。B型泵的结构1泵体；2叶轮；3密封环；4轴套；5后盖；6轴；7托架；8联轴器；9叶轮螺母；l0键2.BZ型离心式水泵BZ型水泵为直联式、单级、单吸、悬臂式离心水泵，供抽送清水和类似于水的液体。液体的最高温度不得超800C；流量在10200m3/h；扬程在848m；吸水口径在50150mm。BZ型水泵的结构是在B型泵的基础上进行了改造。BZ型泵直接装在J02(D2/T2)型立、卧两用的标准电动机轴上，省掉了 B型泵原来的泵轴、轴承、托架、联轴器和底座等部件，其重量比B型泵减轻50%70%，具有小巧体轻、可靠、使用方便的特点。其性能与B型泵完全相同。BZ型泵的结构1泵体；2叶轮；3密封环；4轴套；5直联架；6电动机BZ型水泵的泵盖与泵体1铸在一起，叶轮2直接装在不需改变直径和长度的J02(D2/T2)型立、卧两用标准电动机6的轴上；用叶轮紧固螺钉将其固定，把紧固螺钉拧紧在电动机轴端新增加的螺孔内。叶轮2从泵后装入泵体1中，泵体l与电机6的法兰之间用直联架5连接。泵采用油侵石棉绳轴封，并用挡水圈和锌垫防止水漏进电动机6。泵的出水口一般朝上，也可以旋转900朝侧面和旋转1800朝下，只要将泵体相应的凸台处钻孔起牙，调转泵体及填料压盖方向即可。须注意，使用该型泵时，紧固电动机6即固定水泵时，泵体1的下方要有支撑，而且吸水管路的质量不能附加在泵体上。（二）多级单吸式离心泵多级单吸式离心泵的突出特点是扬程较高，在煤矿主排水系统中得到广泛的应用。流量一般为25450m3/h，扬程可由几十米到1000m以上，排水口径为50250mm。多级单吸式离心泵的品种很多，常见的有DA型、D型、GD型、DS型等。现以DA型离心泵为例，介绍多级单吸式离心泵。1.DA型多级单吸式离心泵结构如图所示。主要部件有：进水段1、中段2、叶轮3、轴4、导叶5、密封环6、平衡盘7、平衡环8、出水段导叶9、出水段l0以及尾盖ll、轴承16、轴套12等。泵的吸水口位于进水段上呈水平方向，排水口位于出水段上成垂直方向。可以通过增加或减少水泵的级数来调整泵的扬程，以适应矿井实际排水高度的需要。DA型离心式水泵1进水段；2中段；3叶轮；4轴；5导叶；6密封环；7平衡盘；8平衡环；9出水段导叶；l0出水段；11尾盖；l2轴套；13弹性联轴器；14盘根压盖；l5盘根；l6轴承(1)进水段1、中段2和出水段l0都是采用灰口铸铁制成，它们之间的结合面上垫有垫片，用来密封各段之间的结合面，用拉紧螺栓将各段连接起来，使它们共同形成泵的工作室。进水段1把水引入第一级叶轮，中段通过固定在中段上的导叶5把前一级叶轮排出的水引入次级叶轮的进口，末级叶轮排出的水通过出水段上固定的出水导叶和出水段流道，被引向排水口。进水段1、中段2和出水段l0的下方都设有放水螺孔。(2)叶轮3一般由铸铁制成的，有的泵的叶轮采用不锈钢制成，叶轮3的作用是把与其相连接的电动机的机械能转变为水的压力能和动能，水由轴向单侧进入叶轮。水泵中工作的叶轮都是经过严格的平衡试验后才装入水泵。(3)轴4是选用优质碳素钢制成的。它通过弹性联轴器l3与电动机连接在一起，是水泵工作的主要传动部分，通过键、叶轮挡套、轴套12及螺母将叶轮固定在轴4上，通过轴4的旋转带动叶轮3的旋转，把水输送到指定高度。(4)导叶5和出水段导叶9都是由铸铁制成。导叶5和中段2共同形成一个扩散形的流道，将水的动能转化为压力能。它们分别用紧固螺钉固定在中段和出水段上。(5)密封环6的材质为铸铁。各个密封环分别被固定在进水段1和中段2上，密封环属于易损零件，磨损后必须及时更换，否则会使水泵渗漏量增大，导致水泵效率降低。密封环6与叶轮口构成环状小间隙，可以防止泵内高压水漏回进水流道中。(6)平衡盘7与平衡环8共同组成平衡装置，用来平衡叶轮3旋转时产生的单向轴向力。位于出水段10和尾盖11之间的平衡盘由耐磨铸铁制成，而固定在出水段上的平衡环是由铸铜制成的。(7)位于两个盘根箱处的轴套12是采用铸铁制成的，它起到固定叶轮位置和保护轴的作用，轴套l2也是易损件，磨损后要立即更换。(8)轴承l6由铸铁制成，是镶有巴氏合金的滑动轴承，采用油环自行带油润滑。轴承体侧面有油标孔，可以通过油标孔来观察其内部的油位。轴承的上部设有加油孔，下部设有放油孔。(9)由进水段l和尾盖11上的盘根箱、盘根l5、盘根压盖14和水封环等组成的盘根密封装置可以防止空气的进入和大量水的渗出，起到密封的作用。水封管从第二级中段引来的少量高压水，通过水封环流到盘根箱内，可以起到水封、冷却和润滑作用。安装或更换盘根时应注意：盘根的松紧程度必须适当，压得太紧，轴套易发热，耗费功率；压的不紧，过松，则水漏出的太多，使水泵效率下降。一般以水滴不成线为宜。2.D型多级离心泵如图所示。D型泵与DA型泵性能相近，是DA型泵的改进产品，效率较高。它的首级叶轮入口直径比次级叶轮入口直径大，因而水在入口处的流速较低，这样便可以提高水泵的吸水扬程。各部作用：(1)进水段11、中段12、出水段5：用螺栓固定在一起，作为水泵的外壳，前段有吸水口，用来连接吸水管（水平），后段有排水口，用来连接排水管，中段有导叶和返水道，用来把前一级的水引到后一级叶轮的入口。(2)尾盖17：（作为平衡盘的外壳）形成乏水室和填料箱。(3)导叶3：水流方向导向，减少水流速度，动能减少、静能增加（水在管中和泵中的速度大、损失大，需压力大，以免增加损耗）。(4)叶轮1：借助叶轮对水的作用，使水获得能量，产生流量和扬程（水泵的心脏）。D型泵结构1叶轮；2大口环；3导叶；4返水圈；5出水段；6平衡盘；7平衡盘衬环；8盘根；9压盖；10水封环；11进水段；12中间段；l3放气孔；14轴承；15联轴器；16水封管(5)密封环2：减少泵内循环水流，提高水泵容积效率（防止漏水量大）。(6)平衡盘6、平衡盘衬环7：抵销水泵轴向推力的不良影响（平衡环易损坏，不与平衡套一体是为更换方便）。(7)联轴器15：把电机的功率输给水泵轴。(8)轴承14：支撑水泵转子旋转的（转子：水泵能转动的部份统称为转子轴、套、平衡盘、联轴节等）。(9)盘根8、盘根压盖9、水封环10：（乏水管接到水封环上）：前填料箱主要作用是防止进入空气的（成线不成滴），在水封环上加入一个高压水流，起到冷却填料和防止进入空气。后填料箱的主要作用是防止漏水。(10)放气孔13：放出泵内的气体。(11)返水圈4：把前一级的水引到下一级。(12)水封管：水封管从第二级中段引来的少量高压水，通过水封环流到盘根箱内，可以起到水封、冷却和润滑作用。另外，在水泵轴上固定着许多套，有来水套、出水套、间隙套等，其作用是防止水冲击轴，起保护轴的作用，增加了轴的强度，使轴不易弯曲。（三）矿用离心式水泵由于煤矿的水质状况较差，水中含有一定数量的末煤、煤泥、岩渣和砂粒，pH值较低，一般为25，偏酸性。为了保证矿山井下和井上的正常排水和矿井立井(竖井)开拓延伸时的排水，我国已设计制造出多种类型的矿山用离心泵，如：WG型、WD型、DW型、PN型、DL型、DGL型、GD型、GZ型、ZJ型、S型等水泵。1.GZ 270采煤泵此型号水泵为大流量、高扬程、高吸入压力的节段式多级离心泵，专做水力采煤增压所用，扬程7651305m；流量240300m3/h；允许水泵进口压力可以达到10MPa。GZ270150型采煤泵组成：(1)由进水段、中段、出水段、导翼等部件用拉紧螺栓将它们联结组成水泵的定子。各密封的结合面上没有垫片，而是靠很高的加工精度和拉紧螺栓的拉紧程度来保证结合面的密封。在拆装此种型号的水泵时，要十分注意对各个密封端面的保护，不可将其端面划伤和碰伤。导翼上有数个紫铜钉将导翼两端固定在中段上。此型号泵的进口压力较高，为了保证水泵的填料函处于低压状况，在压力水进入填料之前，安装了间隙很小的轴封套，经过卸压的水通过尾盖底部的20mm的孔(尾盖底部有两个20mm孔，一个为卸压孔，另一个为填料漏水孔)排向大气，水量大约能达到4m3/h，如果堵塞此孔，填料函部件就会发热或大量漏水，使水泵无法正常运转。(2)转子部件：整个转子部件完全依靠位于两端的轴承体内的两个球面滑动轴承来支撑。轴承的润滑由辅助油泵或主油泵进行强制润滑。润滑油的压力为0.030.05MPa。当轴承磨损、泵轴下沉时，可用与轴承体结合的首盖和尾盖法兰处的3个Ml680的螺钉进行调整。如果检查发现轴承磨损超过规定值时，要立即更换轴承。(3)为了保证水泵和电动机的轴承正常润滑和冷却，该型号采煤泵采用了专门的润滑系统：油箱辅助油泵油冷却器油过滤器水泵轴承及电动机轴承油箱。(4)联轴器：为了整个水泵安装方便起见，采用了柱销式弹性联轴器，同时考虑到水泵运转的安全性，在运转时，要求使用单位应自行配制联轴器安全罩。必须注意，水泵联轴器与电动机侧联轴器两端面之间在组装时应保证有6mm左右的间隙，以便在平衡盘与平衡环靠住时，使泵在启动的过程中，轴向窜量留有余地。2.80 DGL 50型立式多级离心吊泵80 DGL 50泵结构图1下轴承体；2下挡水套；3下填料室；4护轴套；5进水段；6轴套螺母；7密封环；8叶轮，9导翼套；10中段，11轴；12导翼，13拉紧螺栓；l4回水管；15出水段；16出水段导翼；l7平衡套，18平衡鼓； 19轴承体；20填料室；21填料；22填料压盖；23轴套；24挡水套；25推力球轴承；26轴承套；27滚珠轴承；28轴承压盖；29挡套螺母；30联轴器80 DGL 50型立式多级离心吊泵系分段、单吸泵，如图。它主要用于开凿矿井(竖井)时抽吸浑浊的含有颗粒不大的泥砂水，也可以作为被淹没的矿井排水用。其排水量为3360m3/h；扬程为232564m。80 DGL型吊泵主要由水泵、电机及其附属装置(如闸阀、逆止阀、吊架、操作台、梯子等)组成。整个机组固定在用槽钢制造的吊架上。在吊架上端装有支撑弯头和绳轮，吊架下端装有托架。支撑弯头用来连接泵的出水管和阀门，绳轮是借钢丝绳来吊挂整个水泵机组，托架用来连接电动机和水泵。水泵部分主要零件有：进水段、中段、出水段、导翼、出水段导翼、叶轮、密封环、平衡鼓、平衡套、填料室、轴承体、泵轴、轴套、下轴承体、下填料室等。进水段、导翼、中段、出水段导翼、出水段均采用耐磨球墨铸铁制造，它们和填料室共同形成工作室。此水泵的进水段、中段和出水段之间具有良好的密封结合面。因此，在装配时不需加任何密封材料。叶轮采用铜钼球墨铸铁制造，内有叶片，液体沿轴向单侧进入，由于叶轮前后盖板两侧受压不等产生轴向力，该轴向力由平衡鼓和推力球轴承来承担，叶轮在制造时经过静平衡试验。泵轴采用40Gr合金钢制成，并经过热处理。泵轴中间装有叶轮、平衡鼓、轴承套、轴套、滚珠轴承和向心推力球轴承，用螺母将它们固定在泵轴上，组成一个转子部件。在泵轴上端安装联轴器部件与电动机连接。泵轴的下端装有挡水套和护轴套。如需更换下端轴承时，只要卸下下端轴承体即可进行，十分简便。填料室内装有铅粉油浸石棉绳，填料的作用是保证水泵的密封，上、下填料室用六角螺栓连接在轴承体上和进水段上。在轴承体上钻有回水孔，借助软管将水引出作下填料室的水封水和电动机的冷却用水。平衡鼓为一般的灰口铸铁制成，位于出水段中间，水泵大部分的轴向力由它来平衡，剩余的轴向力由推力球轴承来承受。泵的旋转方向：从上向下看时为逆时针旋转。泵所用的电动机为立式电动机(如在井下使用为立式防爆电动机)。3.S型双吸离心泵S型泵为单级、双吸、中开式泵壳离心水泵，如图所示。它适合于矿山排水，其流量为1082880m3/h，扬程为l2125m，进水口径为l50600mm。S型水泵的吸入口与排出口均在水泵轴心线下方，与轴线垂直呈水平方向。泵壳为中开式，检修时不需要拆卸进水、排水管路及电动机或其他原动机。从传动方向看去，水泵均为顺时针方向旋转(必要时亦可以改为逆时针方向旋转)。S型泵结构图1泵体；2泵盖；3轴；4叶轮；5密封环；6轴套； 7填料套；8填料环；9填料压盖；l0右轴承体；11左轴承体；l2联轴器S型水泵的主要零件有：泵体l、泵盖2、轴3、叶轮4、双吸密封环5、轴套6、左右轴承体l0、11等。除轴3的材质为优质碳素钢外，其余的零部件均为铸铁制造而成。泵体1与泵盖2构成叶轮的工作室，在进水和出水法兰上设有安装真空表和压力表的管螺孔。泵体的下部加工出放水的管螺孔。叶轮4用轴套6和两侧的轴套螺母固定，其轴向位置可以通过轴套螺母来进行调整。叶轮4的轴向力利用叶片的对称布置达到平衡，可能有一些剩余轴向力由轴端的轴承承受。叶轮4在安装前要经过静平衡校验。泵轴3由两个单列向心球轴承来支撑，轴承装在泵体l两端的轴承体内，用甘油润滑。双吸密封环5的作用是减少水泵压水室的水漏回吸水室。水泵通过弹性联轴器与电动机连接，轴封为软填料密封。为了防止空气漏入泵内和冷却润滑密封腔内，在填料之间装有水封环。水泵运转时，少量的高压水通过泵盖、中开面上的梯形凹槽流入填料腔，起水封作用。四、离心式水泵轴向力的产生及其平衡1.轴向力的产生离心式水泵大多数都采用单吸闭式叶轮，此种水泵在工作时，叶轮前后两侧盖板所受到的压力是不相等的，因此，压力高的一侧就要向压力低的一侧产生一个推力，由于这个推力的作用方向与水泵轴心线方向是一致的，所以称之为轴向力。单吸闭式叶轮前后盖板的受力图见图。叶轮两侧压力分布从受力图(压力分布图)中可以看出单吸闭式叶轮前后盖板的压力分布情况。在密封环rw之外，叶轮两侧的压力是对称的，不会产生轴向力；而在密封环rw之内，叶轮进口处的压力高于大气压力，水经过叶轮与导向器或泵体之间的径向间隙进入叶轮与泵体之间的空间，因而在密封环rw之内，作用于叶轮前盖板上的总压力小于作用在叶轮后盖板上的总压力，从而产生了由排水侧指向吸水侧的轴向力。这就是水泵轴向力产生的主要原因。另外，诸如水的反冲力、叶轮内部不对称的压力和轴或轴套的直径不相等因素，是造成轴向力的次要原因。水泵的轴向力会使水泵的转子向水泵的吸水方向窜动，如若不能很好地平衡掉轴向力，则高速旋转的水轮(叶轮)就容易和泵壳相碰撞，引起振动、磨损，甚至会使水轮出口与导向器进口之间发生超过限度的偏移，导致水泵的效率降低或不能工作。单级泵的轴向推力可达数百公斤，多级分段式水泵的轴向推力与叶轮的级数成正比，即水泵的级数越多，产生的轴向推力越大，有的多级水泵的轴向推力可高达几吨重的力。轴向推力的方向指向来水侧。2.轴向推力的危害1)叶轮出水口偏移影响上水量。2)造成转动部分和转达固定部分磨擦、零部件损坏，或水