《矿山排水设备》PPT课件.ppt

2020 2 8 1 第三篇矿山排水设备 2020 2 8 2 第十一章概述 排水过程 涌入矿井的水顺着巷道一侧的水沟流到水仓1 然后经分水沟流入泵房4一侧的吸水井2中 水泵3运转后 水经排水管5排至地面 排水的主要设备 是水泵 目前我国煤矿采用最多的是离心式水泵 2020 2 8 3 概述 排水过程 涌入矿井的水顺着巷道一侧的水沟流到水仓1 然后经分水沟流入泵房4一侧的吸水井2中 水泵3运转后 水经排水管5排至地面 排水的主要设备 是水泵 目前我国煤矿采用最多的是离心式水泵 任务将矿水及时地排送至地面 为井下创造良好的工作环境 确保安全生产 2020 2 8 4 第一节矿山排水系统 一 矿水矿井涌水包括 地下水 地表水 充填废水及灌浆水等 涌水量 涌水的多少 在雨季和融雪季节 涌水量就大些 这个季节叫最大涌水期 相对应的涌水量称之为最大涌水量 其它季节大致是一定的叫正常涌水期之分 相对应的涌水量称之为正常涌水量 计算矿井的涌水量有两种方法 绝对涌水量为 单位时间涌入矿井水仓的总水量 也叫矿井涌水量 用 表示 相对涌水量为 同一时期吨煤涌水量 称为含水系数 用Ks表示 式中 矿井涌水量 m h Ar 同期内煤炭日产量 2020 2 8 5 矿山排水系统 矿水性质 温度 随井深增高 密度比清水大 具有酸性 矿水渗流过程中溶解了各种矿物资 并且含有泥沙 煤屑等杂物 因而密度比清水大 此外可能具有酸性 对金属有腐蚀作用 二 矿井排水系统1 矿井排水系统矿井排水系统 用水泵将矿井涌水排至地面的系统 矿井排水系统分 1 集中排水系统 集中排水系统 是将全矿涌水集中到最低水平 然后由主排水设备一次排到地面 集中排水系统分 特点 只需一套排水设备 优点 比较简单 开拓量小 基建费用低 管道敷设简单 管理费用也低 2020 2 8 6 矿山排水系统 竖井单水平开采 排水 竖井多水平开采 2020 2 8 7 矿山排水系统 斜井开采 排水 优点 节约管材 降低了生产运行费用 提高斜井井筒利用率 增加提升能力 2020 2 8 8 矿山排水系统 2 分段排水系统分段排水系统 是将全矿涌水集中到几个水平 然后分别将水排 2020 2 8 9 矿山排水系统 分段排水系统分 2020 2 8 10 矿山排水系统 三 水仓作用 1 储存集中矿水 容纳8小时的正常涌水量2 沉淀 设主 副两个水仓 以便清理 四 水泵房水泵房专为安装水泵 电机等设备而设置的硐室 大多数主泵房布置在井底车场附近 其原因 1 便于矿水沿排水沟流向水仓 2 设备运输方便 3 缩短了管路长度 4 通风条件好 5 供电线路短 2020 2 8 11 水泵房 水泵房地面标高应比井底车场轨面高0 5m 向吸水侧留1 的坡度 出口平台高出泵房底板7m坡度25 30度 2020 2 8 12 水泵房 水泵房地面标高应比井底车场轨面高0 5m 向吸水侧留1 的坡度 2020 2 8 13 水泵房 水泵房排水设备的布置方式取决与泵和管路的多少 通常应尽量减少泵房的断面 1 水泵房长度式中 水泵台数L0 水泵机组 泵和电机 的基础长度 ml1 水泵机组的净空间距离 一般为1 5 2 0m 2 水泵房的宽度式中 b0 水泵基础宽度 mb1 水泵基础边到轨道侧墙壁的距离 一般为1 5 2mb2 水泵基础另一侧到吸水井侧墙壁的距离 一般为0 8 1 0m3 水泵房的高度应满足检修时起重的要求 一般3 0 4 5m 或根据水泵叶轮直径确定 2020 2 8 14 水泵房 水泵叶轮直径确定 并应设起重3 5t的工字梁 取3m 可不设起重量 水泵基础的长和宽应比水泵底座最大外形尺寸每边约大200 300mm 大星水泵基础应高于泵房地板200mm 2020 2 8 15 第二节矿山排水设备 一 矿山排水设备的组成 分类矿井排水设备分为固定式和移动式 固定式排水设备根据其服务范围又分为主排水设备 区域排水设备和辅助排水设备 2020 2 8 16 1 组成水泵 电机及电控设备 管路及附件 监测仪表等 2 各部分功用 滤水器装在吸水管的末端 其作用是防止水中杂物进入泵内 滤水器中的底阀是为防止灌入泵内和吸水管内的引水以及停泵后的存水涌出而设置的 闸板阀安装在靠近水泵的排水管上 用来调节水泵流量和在启动 停止水泵时关闭阀门 使水泵空载启动和防止管路出现水击 逆止阀安装在闸板阀的上方 用来防止当水泵突然停止运转时发生水击 保旁通管跨接在逆止阀和闸板阀的两端 当水泵再次启动时 可通过它向泵内灌注引水 在检修水泵和排水管路时 将放水管上的闸阀打开 将排水管路中的水放回水井 灌水漏斗的作用是在水泵启动前向泵内灌注引水 此时 泵内空气经放气阀放出 压力表和真空表用来监测水泵的运行状态 2020 2 8 17 矿山排水设备 二 离心式水泵的工作原理图 一 工作原理图15 2为一单吸单级离心式水泵构造简图 它主要的工作部件是叶轮 轴 外壳和轴承等 叶轮固定于轴上 由轴带动旋转 泵壳上的吸水口和排水口分别与吸水管和排水管相连接 在启动离心式水泵前 应先将泵壳和吸水管内灌满水 然后再启动电机 使叶轮旋转 此时 水在离心力的作用下被甩出叶轮 经螺线形泵壳中的流道而进入排水管道 与此同时 叶轮中心处因缺水而形成真空状态 水井中的水便在大气压力的作用下 沿吸水管道进入叶轮 形成连续流动 2020 2 8 18 矿山排水设备 三 离心式水泵的工作参数1 流量Q 单位时间内水泵排出水的体积 单位 2 扬程H 单位重量的水通过水泵后获得的能量 又称压头 单位m 3 转速n 水泵叶轮每分钟旋转的周数 单位r min4 功率 轴功率和有效功率 单位kw1 轴功率N 原动机传递给泵轴上的功率 又称输入功率 2 有益功率Nx 单位时间内流过水泵的液体所获得的能量 又称输出功率 5 效率 有益功率与轴功率的比值 6 允许吸上真空度Hs 水泵不发生汽蚀时 允许的吸水高度最大值 单位m 2020 2 8 19 矿山排水设备 四 离心式水泵的分类1 按叶轮数目 单级和多级 2 按吸入方式 单吸和多吸 3 按泵轴位置 卧式和立式 4 按拆装方式 分段和水平中开式 5 按叶轮结构 闭式和开式 2020 2 8 20 矿山排水设备 单级泵 只有一个叶轮的泵 2020 2 8 21 矿山排水设备 多级泵 有两个以上叶轮在一根轴上串联的泵 2020 2 8 22 矿山排水设备 多级泵 有两个以上叶轮在一根轴上串联的泵 2020 2 8 23 双吸泵 单吸式泵 叶轮一侧有吸入口的泵 双吸式泵 叶轮两侧都有吸入口的泵 2020 2 8 24 卧式泵 轴水平放置的泵 2020 2 8 25 立式泵 轴垂直放置的泵 2020 2 8 26 立式泵 轴垂直放置的泵 2020 2 8 27 水平中开式泵 2020 2 8 28 2020 2 8 29 2020 2 8 30 闭式和开式叶轮 2020 2 8 31 闭式和开式叶轮 闭式叶轮泵 叶轮有前盖板的泵 半开式叶轮泵 叶轮没有前盖板的泵 全开式叶轮泵 叶轮没有前 后盖板的泵 2020 2 8 32 涡壳式泵 具有螺旋形泵壳的离心泵 导叶式泵 具有固定导叶 导水圈 的分段离心泵 2020 2 8 33 涡壳式泵 具有螺旋形泵壳的离心泵 导叶式泵 具有固定导叶 导水圈 的分段离心泵 2020 2 8 34 第十二章离心式水泵的工作理论 流体在离心式水泵叶轮中的流动水在水泵的叶轮中的流动情况相当复杂 利用数学方法准确求出压头特性 泵转速一定时 流量与压头之间的关系 是很困难的 只能采用近似方法 使其结果能基本反映实际情况 这就是建立一个理想叶轮模型 其条件为 1 假设叶片为无限多 水流的相对运动方向与叶片切线方向一致 2 不考虑任何损失 认为叶轮内水流为理想流体运动 3 水流为定常流动的流体 1 理想叶轮模型 2020 2 8 35 4 水不可压缩 即 常数 一 水的质点在叶轮内的流动1 表征叶轮的形状的几何参数D1 D2 叶轮叶片内缘 外缘直径 r1 r2 叶轮叶片内缘 外缘半径 b1 b2 叶轮叶片内缘 外缘处的宽度 1 2 叶轮叶片内缘 外缘处的叶片安装角 2020 2 8 36 2 水在叶轮中的运动 是一复合运动 可分解为圆周运动和相对运动 两者的合成称为绝对运动 圆周运动与叶轮圆周速度相同的牵连运动 任意半径处圆周速度u r 相对运动介质 水 相对于叶片的运动 当水为理想流体时 叶片无限多 无限薄的情况下 叶片间流道中的流体成为微小流束 流体的每一质点只能沿着流道运动 其轨迹与叶片型线一致 当然 在流道入 出口处的流体质点运动方向也与该处的叶片切线方向一致 在同一半径上的各质点流速是相同的 用相对速度w表示 绝对运动 绝对速度C 2020 2 8 37 离心式水泵的基本理论 绝对速度与圆周速度的夹角为 称叶片工作角 相对速度与反向圆周速度的夹角为 称叶片安装角 2020 2 8 38 离心式水泵的基本理论 绝对速度与圆周速度的夹角为 称绝对流动角 或叶片工作角 相对速度与反向圆周速度的夹角为 称为相对流动角 叶片的切线和所在圆周速度间的夹角为 称叶片安装角 当叶片无限多时 相对流动角即是安装角 理想叶轮 2020 2 8 39 离心式水泵的基本理论 二 离心式水泵的基本理论假设条件 理论研究的需要 水在离心泵叶轮中的流动情况是非常复杂的 为简化问题 突出主要矛盾 需要建立一个理想叶轮模型 叶轮叶片无限多 厚度无限薄 水在叶轮流道中的流线和叶片形状完全一样 工作介质为理想流体 在叶轮内流动时无任何损失 叶轮内工作介质的流动是稳定的 均匀的 工作介质是不可压缩的 根据假设 输出功率 输入功率输出功率 2020 2 8 40 离心式水泵的基本理论 式中 矿水的重度 N m3QT 泵的理论流量 m3 sHT 叶片无限多时一个叶轮产生的理论压头 m输入功率 式中 M 加于叶轮出 入口间水流上的外力矩 叶轮的角速度水泵的理论扬程 根据动量矩定理得出 2020 2 8 41 离心式水泵的基本理论 水泵的理论扬程为 式中 分别为进口和出口的扭曲速度 m s由上式可知 水泵理论扬程有如下特点 1 扬程 仅与流体在叶片进 出口处的速度有关 而与流动过程无关 2 扬程 与被输送的流体的种类无关 3 扬程 与叶轮外缘圆周速度成正比 而 2020 2 8 42 离心式水泵的基本理论 当 水泵的理论扬程为 三 理论扬程 压头 性能曲线1 理论扬程性能曲线理论扬程性能曲线 是表达理论扬程与理论流量的关系曲线 水泵的理论流量等于叶轮出口面积乘以垂直于该面积的平均流速 即 2020 2 8 43 离心式水泵的基本理论 出口扭曲速度 式中 2 叶轮叶片的出口安装角离心水泵理论扬程与理论流量的的关系式 式中 对给定的泵 在一定转速下 均为常数 理论扬程与理论流量的变化呈线性关系 则 为理论扬程特性曲线公式 如图 2020 2 8 44 离心式水泵的基本理论 90 时 B0 HT 随着QT 的增大而减小 后弯叶轮 2020 2 8 45 离心式水泵的基本理论 水泵的理论扬程 又称全压 是理论压力能与理论动能之和 即 水经过叶轮所增加的动能为 当 水径向流入叶轮 时 由于叶轮入口截面等于出口截面 所以 因此 理论动能在全压中所占比例 2020 2 8 46 离心式水泵的基本理论 后弯叶轮当 290 效率低 2020 2 8 47 离心式水泵的基本理论 后弯叶轮当 290 效率低 2020 2 8 48 四 离心式水泵的实际压头曲线 1 叶片数目有限时对扬程的影响相对速度分布 受环流 环流的形成 来自流体质点的惯性 的影响 叶片迎面上的流体质点相对速度减小 背面处的流体质点相对速度加大 形成不均匀的相对速度 形成原因 理想叶轮相对速度的均匀分布与环流合成的结果 叶片数目有限情况下 绝对速度向叶轮旋转的相反方向偏移 一般k 0 6 0 9 环流对压头的影响 2020 2 8 49 离心式水泵的实际压头曲线 叶片数目有限时对扬程的影响 2020 2 8 50 离心式水泵的实际压头曲线 叶片数目有限时对扬程的影响 2020 2 8 51 离心式水泵的实际压头曲线 2 有能量损失时对理论压头的影响叶轮是水泵中唯一传递能量的部件 其它诸如水泵的吸水室 导水圈和返水圈以及压水室等通流部件都是组成水泵必不可少的部分 这些部件或起导流作用或起能量形式的转化作用 不但不会给流体增加能量 反而因存在着各种阻力而消耗能量 流体在叶轮和其它通流部件中流动时的水力损失可归纳为摩擦扩散损失和冲击损失 1 摩擦和扩散损失摩擦损失指流体在叶轮和其它通流部件中的沿程损失 扩散损失指流体在导向器和泵壳扩散时 将动压转换为静压过程中 的能量损失 2020 2 8 52 离心式水泵的实际压头曲线 摩擦和扩散损失2 冲击损失指流体在水泵全部流动过程中的转弯 扩大和收缩等造成的损失 就叶轮来讲是指流体对叶片入口处的冲击和流量变化时叶轮内的涡流损失 这种损失出现并与额定流量相差越多损失越大 随流量的平方增加 由于QQe时 流体与叶片相遇时的角度小于叶片安装角 流体被压向叶片迎面 在工作面上形成了封闭的涡流区之故 2020 2 8 53 离心式水泵的实际压头曲线 冲击损失 2020 2 8 54 离心式水泵的实际压头曲线 2020 2 8 55 离心式水泵的实际压头曲线 2020 2 8 56 五 离心式水泵的效率 水泵的能量损失包括 水力损失 容积损失 机械损失 1 机械损失和机械效率式中 N 水泵轴功率 W N 机械损失功率 WHT 叶片有限时水泵的理论压头 mQT 叶片有限时水泵的理论流量 m3 s2 容积损失和容积效率克服间隙阻力时 消耗掉的能量 2020 2 8 57 容积损失和容积效率 克服间隙阻力时 消耗掉的能量及泄漏的流量 3 水力损失和水力效率冲击损失 实际流量大于或小于额定流量时的损失 摩擦损失 水经流通部件时产生的粘性力损失 4 水泵的总效率 2020 2 8 58 六 水泵实际特性曲线 Q 效率曲线 H Q 扬程曲线 N Q 功率曲线 Hs 允许吸上真空度曲线 2020 2 8 59 第二节比例定律及比转数 相似理论 研究相似流体的理论 根据相似理论 若两个流动之间 相互对应的流动参量 即与流动有关的各物理量 如 密度 粘度 速度 压力等 有着一定的比例关系 并且按照同样的规律运动 则称这两个流动是互为相似的流动 确定两者之间存在着相似关系的原理称为相似原理 相似原理告诉我们 两个流动相似 一定要满足力学相似条件 即满足几何相似 运动相似和动力相似 同时满足 彼此之间几何相似 运动相似和动力相似的水泵称相似水泵 一 相似条件1 几何相似 边界相似 指流动几何相似和边界性质相同 彼此相似的水泵的叶轮和主要通流部件中的流体流动几何相似 彼此相应的几何尺寸成相同比例 对应的同名角相等 2020 2 8 60 第二节比例定律及比转数 表征边界性质的叶轮和主要通流部件的固体壁面水力性质相同 几何形状相似 即对应尺寸的比值为一常数 对应的同名角相等 即 2 运动相似指流动的各相应点的速度方向相同 大小成比例 彼此相似水泵上各对应点处的速度三角形相似 即 2020 2 8 61 第二节比例定律及比转数 3 动力相似指流动的各相应点处质点所受诸同名力成比例 对于彼此相似的水泵主要是要求其雷诺准则 即雷诺数Re uD 式中u 叶轮外缘速度 D 叶轮外缘直径 运动粘度系数 相等或不大于5倍 实际上要做到Re相等 有时有实际困难 考虑到管流时粘滞力不再与Re有关 而且自动保持动力相似 所以不严格要求Re相等 但也应尽量做到阻力系数接近 相差不宜过大 即 注意 相似条件中以几何相似为必要条件 运动相似和动力相似为充分条件 2020 2 8 62 第二节比例定律及比转数 二 比例定律1 相似水泵相应工况下的参数关系流量关系设对应工况的流量值分别 2020 2 8 63 第二节比例定律及比转数 扬程关系设对应工况的压头值分别为 2020 2 8 64 第二节比例定律及比转数 由于两水泵相似 所以 3 功率关系 2020 2 8 65 第二节比例定律及比转数 即 三 比例定律对于同一台或两台对应尺寸相等的相似水泵 若排送的液体重度相等 可得比例定律 即 2020 2 8 66 第二节比例定律及比转数 四 比转数比转数是水泵相似的一项派生准则 因为比例定律只反映了一系列相同或相似水泵性能参数之间的关系 并未涉及非相似水泵性能参数之间的关系 在水泵的选择和设计中 为了比较不同系列水泵的性能参数 往往需要一个不依赖于泵的几何尺寸 而反映其流量和扬程关系的综合参数 这个参数称为比转数 设两台彼此相似水泵的尺寸 转速和额定工况参数分别为D2 n H Q和D2 n H Q 2020 2 8 67 比例定律及比转数 以上两式中消去比值D2 D2 得 将上式两端同乘以3 65有 2020 2 8 68 比例定律及比转数 式中3 65来源于水轮机 当时它的表达式将此关系和 1000kg m3代入即得上式 此时 ns表示在相似条件下 额定工况或效率最高时产生1单位流量和1单位压头的标准水泵的转速 称为比转数 很明显 彼此相似的水泵的标准水泵的转速 比转数相等 不相似的水泵比转数不等 用途 1 比转数可以反映水泵的性能及叶轮形状 在相同转速下 比转数大 流量大而压头小 流量大 导致叶轮出口流道宽度大 2020 2 8 69 比例定律及比转数 压头小 则叶轮出口直径小 叶轮流道短 故比转数大的叶轮流道宽而短 而且性能曲线比较陡 相反 比转数小的叶轮流道窄而长 性能曲线比较平坦 2 比转数可以对水泵进行分类 3 比转数可以选择水泵的叶轮型式 4 应用于设计计算中 2020 2 8 70 第十三章离心式水泵的构造第一节离心式水泵的主要部件 转动部分 固定部分 密封装置 传动装置 2020 2 8 71 第十三章离心式水泵的构造第一节离心式水泵的主要部件 一 转动部分1 叶轮作用 是将原动机的机械能传递给液体 使液体流经叶轮后增加能量 结构 分闭式 半开式和全开式 闭式叶轮 效率高 适用于输送不含固体颗粒的液体 半开式叶轮 效率较低 适用于排污浊或含有大量固体颗粒的液体 全开式叶轮 效率更低 用于泥浆泵 2020 2 8 72 离心式水泵的主要部件 双吸叶轮 流量是单吸的两倍 无轴向力 适用于大流量或提高抗汽蚀的场合 2020 2 8 73 离心式水泵的主要部件 叶片 圆柱和双曲线型2 泵轴 45 钢煅造 与水接触部分装有轴套 轴套锈蚀和磨损后可以更换 作用 传递扭矩 支承转动部件 3 平衡盘在多级水泵出水段外侧 装平衡盘 平衡轴向推力 二 固定部分1 吸入段作用 以最小的阻力损失 将液体从吸入管路引入叶轮 1 锥型管吸入段 特点 流动阻力小 液体能在锥形管吸入段中加速 速度分布均匀 结构简单 制造方便 适合单级悬臂式泵 2 圆环形吸入段 泵轴传过环形吸入段 泵轴背面产生旋涡 进口速度分布不均匀 阻力损失较大 2020 2 8 74 离心式水泵的主要部件 3 半螺旋形吸入室 一般用在双吸泵 2020 2 8 75 离心式水泵的主要部件 2 压出段出水段 位于最后一级叶轮的后面 作用 是将最后一级叶轮流出的高速水流收集起来引向泵的排出口 同时在扩散管中将水的一部分动能转换为压力能 结构 螺旋形蜗室和环形压出室 2020 2 8 76 离心式水泵的主要部件 环形压出室 2020 2 8 77 离心式水泵的主要部件 2 压出段出水段 位于最后一级叶轮的后面 作用 是将最后一级叶轮流出的高速水流收集起来引向泵的排出口 同时在扩散管中将水的一部分动能转换为压力能 结构 螺旋形蜗室和环形压出室 前者一般用在单级和双吸泵 后着多用于多级泵 3 中段由导水圈和返水圈组成 导水圈 是与泵壳固定在一起带有叶片的静止园环 作用 是导水圈把由叶轮流出的高速水流收集起来 再通过返水圈把水均匀地引向下一级叶轮 2020 2 8 78 离心式水泵的主要部件 结构 它的入口面有与叶轮叶片数目多 或少 一片的正向导叶 另一面有与正向导叶对应数量的返水圈 2020 2 8 79 离心式水泵的主要部件 三 密封部分1 固定段间的密封 各固定段之间静止结合面采用纸垫密封 2 叶轮和固定部分间的密封1 密封环 安装在叶轮处 作用 保证叶轮和不要产生循环流 结构 图24 多级泵才有小口环1 叶轮 2 大口环 大密封 3 小口环 小密封 4 泵壳 2020 2 8 80 离心式水泵的主要部件 2020 2 8 81 离心式水泵的主要部件 2 轴端与固定部分间的密封 装在泵轴伸出泵壳处 作用 是为防止水漏出泵外 空气吸入泵内破坏真空影响正常工作的结构 图13 13填料函1 压盖 2 填料 3 水封环 4 填料箱填料 油浸棉线编制 2020 2 8 82 离心式水泵的主要部件 2020 2 8 83 第二节离心式水泵的轴向推力及其平衡 一 轴向推力的产生原因作用在一个叶轮上的轴向推力有2个 1 作用在叶轮两侧的压力不等 而产生的指向吸水侧的轴向推力 方向向左 2 由于液体有轴向进入叶轮 径向流出叶轮 因而轴向有动反力 方向向右 2020 2 8 84 离心式水泵的轴向推力及其平衡 二 轴向推力的危害造成破坏性磨损 发热 负荷加大 效率降低 无法正常工作 三 轴向推力平衡方法1开平衡孔应用 用在单吸 单级泵中 优点 结构简单 缺点 平衡效果不佳 增加了泵的泄漏损失 图13 15带平衡孔的叶轮 2020 2 8 85 离心式水泵的轴向推力及其平衡 2 带平衡叶片的叶轮应用 通常用在杂质泵中 缺点 这种平衡方法使泵的效率有所降低 图13 16带平衡叶片的叶轮1 叶轮 2 螺壳 3 轴套 2020 2 8 86 离心式水泵的轴向推力及其平衡 3 采用双吸叶轮 如图 应用 用在流量较大的单级离心泵上 优点 可自行平衡轴向力 图双面吸入叶轮 2020 2 8 87 离心式水泵的轴向推力及其平衡 4 对称布置叶轮 如图30 应用 这种方法一般用在2 4级的离心泵上 优点 可自行平衡轴向力 平衡效果好 缺点 级与级之间的流道长 泵壳的铸造复杂 成本高 图13 17对称排列的叶轮 2020 2 8 88 离心式水泵的轴向推力及其平衡 5 平衡装置 1 平衡盘是多级离心泵采用最普遍的一种轴向推力平衡装置 特点 能够自动平衡轴向推力 因而大型水泵都应用这种平衡盘结构 如图结构 1 叶轮 2 支承环 3 泵体 平衡原理 2020 2 8 89 离心式水泵的轴向推力及其平衡 5 平衡鼓平衡鼓 是装在末级叶轮后面与叶轮同轴的圆柱体 其外圆表面与泵体上的平衡鼓套之间有一很小的径向间隙方 缺点 轴向推力不能完全得到平衡 因此要采用止推轴承来承受剩余的轴向推力 平衡原理 图31平衡鼓装置1 叶轮 2 平衡鼓3 壳体 2020 2 8 90 第三节矿山常用离心式水泵 离心式水泵主要类型为 多级泵D型泵 单级泵B型泵和吊泵 一 D型泵 单吸 多级 分段式离心泵运用 该泵是矿井的主要排水设备 级数 最多11级 扬程范围 67 5 800m 流量范围 32 4 580 组成 工作原理 特点 结构紧凑 重量轻 占地小 可改变级数适应不同的扬程 但安装检修不方便型号意义 2020 2 8 91 矿山常用离心式水泵 型号意义 2020 2 8 92 D280 43 3泵 1 进水段 吸入室 2 中段 3 出水段 4 尾盖 5 轴套 6 叶轮 7 导叶 导水圈 8 泵轴 9 填料压盖 10 填料 11 水封环 12 大口环 13 平衡盘 14 平衡环 15 轴承 16 联轴节 17 拉紧螺栓 18 放气拴 19 小口环 2020 2 8 93 B型泵 二 B型泵单级 单吸 悬臂式离心泵运用 该泵主要用在井底水窝等辅助排水 流量范围为4 5 360m3 h 扬程为8 98m组成 图 以6B33A为例 工作原理 优点 结构简单 零件通用性好 缺点 支承方式为悬臂式 悬臂支架支承转轮 受力情况不好 占地面积大 型号意义 2020 2 8 94 B型泵 1 进水口 2 叶轮 3 键 4 轴 5 放气阀孔 6 填料 7 出水口 8 装压力表孔 9 轴承 10 轴承支架 11 联轴节 2020 2 8 95 三 吊泵单吸 多级 立体式离心泵运用 种泵专门用于立井凿井 该种泵的流量为50 扬程范围为250 270m 组成 以NBD吊泵为例1 下段 2 中段 3 叶轮 4 锥形套筒 5 螺母 6 泵轴 7 螺钉 8 窝形套 9 上段 10 机壳 11 橡胶套筒 12 支承轴箱 13 填料 14 联轴器 15 出水口 2020 2 8 96 四 IS型泵 2020 2 8 97 第十三章离心式水泵在管路中的工作第一节排水管路特性 水泵在管路上工作时 排水所需的实际压头 扬程 与通过管路的流量的关系称为管路特性 一 水泵管道特性方程根据伯努利方程 水泵必须的扬程 阻力损失 沿程损失 局部损失 2020 2 8 98 排水管路特性 管路特性方程式为 管路效率 管路效率 是评价排水过程中的经济效果的 2020 2 8 99 二 管道特性曲线 管道特性曲线见图 是旧管路时 管路特性方程式为 2020 2 8 100 第二节离心泵的汽蚀和吸水高度 一 水泵汽蚀吸水系统如图所示 当吸入压力低于汽化压力时 水被汽化产生汽泡 从而产生汽蚀的现象 包括机械剥蚀和化学腐蚀 最终产生麻点 影响水泵正常运行 2020 2 8 101 第二节离心泵的汽蚀和吸水高度 二 吸水高度民主列0 0与S S过流断面伯努利方程 2020 2 8 102 离心泵的汽蚀和吸水高度 吸水口处的吸上真空度 三 允许吸上真空高度为防止水泵汽蚀 对水泵吸水高度必须有所限制 以Hmax表示临界吸上真空度 考虑0 3m的富裕量 允许吸上真空度为 几何安装高度 吸水高度 为 2020 2 8 103 离心泵的汽蚀和吸水高度 允许吸上真空度的修正值 四 汽蚀余量NPSH或 h1 装置汽蚀余量 是指在水泵吸入口处 单位重量液体所具有的超过饱和蒸汽压力的富余能量 由上式可知 h由液面打气压力 液体温度 水泵的几何安装高度 吸水管损失决定 与水泵本身无关 咗上述条件不变时 h随着流量的增加而下降 2020 2 8 104 离心泵的汽蚀和吸水高度 装置汽蚀余量 h越大 出现汽蚀的可能性就会越小 但不能保证水泵一定不出现汽蚀 2 临界汽蚀余量 有效汽蚀余量并不能说明不泵是否产生气泡或发生汽蚀 有效汽腐蚀余量仅指液体在水泵吸水口处所具有的超过饱和蒸汽压力的富裕能量 但水泵吸水口处的液体压力并不是手泵内压力最低处的液体压力 液体从水泵吸入口流至叶轮进口的过程中 能量没有增加 但它的压力却还要继续降低 单位重量液体从水泵吸入口到叶轮叶片进口最低处的压力为饱和蒸汽压力时的压力降 称为临界汽腐蚀余量 也称泵的汽蚀余量 汽蚀基本方程 2020 2 8 105 离心泵的汽蚀和吸水高度 式中 c1 叶片进口前的液体质点的绝对速度 m s 水力损失引起的压降系数 一般取 1 0 1 2w1 叶片进口前液体质点的相对速度 m s 液体绕流叶片端部引起的压降系数 在无液体冲击损失的额定工况点下 0 3 0 43 允许汽蚀余量 h JB1040 67实际装置汽蚀余量应大于允许汽蚀余量 4 允许汽蚀余量与允许吸上真空度的关系 2020 2 8 106 离心泵的汽蚀和吸水高度 允许吸水高度为 2020 2 8 107 第三节离心泵工况分析及调节 一 水泵工况点水泵扬程特性曲线与管路特性曲线按同一比例绘制在同一坐标图上 其交点就是要求的工况点 2020 2 8 108 第三节离心泵工况分析及调节 一 水泵工况点水泵扬程特性曲线与管路特性曲线按同一比例绘制在同一坐标图上 其交点就是要求的工况点 2020 2 8 109 离心泵工况分析及调节 二 水泵正常 合理工作条件包括 稳定工作条件 经济工作条件 不发生汽蚀工作条件 1 稳定工作条件当时 可能出现两种情况 1 是两曲线没有交点 此时泵的扬程小于管道所需扬程 泵排不出水 是在死水区工作 2 是两线有两个交点 为不稳定工况 流量在0与Qm之间 工作不稳定 稳定工作的条件是 2020 2 8 110 离心泵工况分析及调节 2 经济工作条件工业利用区为 图 2020 2 8 111 离心泵工况分析及调节 3 不发生汽蚀工作条件三 工况点的调节调节目的 1 使水泵在运转过程中 其工况点始终满足正常工作条件 2 使水泵的流量和扬程满足实际工作的需要 调节途径 1 改变管路特性曲线 2 改变水泵本身的特性曲线 一 改变管路特性曲线 2020 2 8 112 离心泵工况分析及调节 一 改变管路特性曲线1 闸门调节法注意 这种方法不能作为长期调节用 只能在特殊情况下作为临时措施 例如 配置的电动机功率过紧 为防止电机过载 在更换电机前继续排水 可暂时关小闸阀减小排量 使电机在允许负荷下运行 2020 2 8 113 离心泵工况调节 2 管路并联 节能 调节方法注意1 防止电动机过负荷 2 防止产生汽蚀 2020 2 8 114 离心泵工况调节 二 改变水泵特性曲线调节法1 改变转速调节法由比例定律可知 改变转速 其性能参数也将发生相应的变化 特点 这种方法没有额外的能量消耗 经济上合理 但改变转速的方法比较复杂 需要增加附加设备 费用较高 因此应用不很广泛 2020 2 8 115 改变转速调节法 2020 2 8 116 离心泵工况调节 2 切削叶轮直径调节法 1 切割定律 2 切割量切割抛物线方程式切割后的叶片外径 2020 2 8 117 离心泵工况调节 切割后的叶片外径 切削量 注意 1 切削时应只切叶片 前后盘应保留 2 切削量不能太大 3 低比转数的泵车削量在两个圆盘叶片上都相等 如果有导水圈或叶轮出口处有泄漏环则只车削叶片 不车削圆盘 4 高比转数的泵 叶轮两边车削成两个不同半径 前盘直径大于后盘直径 2020 2 8 118 离心泵工况调节 切割后的叶片外径 2020 2 8 119 离心泵工况调节 3 减少叶轮数目调节法注意 减少叶轮应从排水侧减起 如条件允许最好把相应的中段也去掉 把泵轴缩短 因为这样才不会使效率下降太多 减少叶轮数目后 1 节约扬程 使管路效率大大提高 2 允许吸上真空度增大 提高了运行的安全性和经济性 管路效率减少叶轮数目前后的性能比较 图 2020 2 8 120 减少叶轮数目前后的性能比较 2020 2 8 121 第四节离心式水泵的联合工作 一 水泵的串联工作是一台泵的出口向另一台泵的入口排水的工作方式 1 串联的任务及目的 是为了增加扬程 2 串联工况点 管道所需扬程为两台泵扬程之和 管道中的流量与两台泵的流量都相等 1 构造等效水泵2 求等效水泵的特性曲线 按照 等流量线下 扬程相加 的原则3 求等效水泵的工况点M等4 求串联工况点 M1 M2 2020 2 8 122 离心式水泵的联合工作 串联工作应注意点 1 泵间隔串联时 前一台泵的扬程排至后一台时 应有剩余扬程 2 串联时 应选用泵型号相同和特性曲线相近的水泵 3 串联时 若有一台泵坏了 整个系统就得停止工作 两台不同型号泵的串联工作 2020 2 8 123 离心式水泵的联合工作 二 水泵的并联工作两台泵的输出口连在一起工作 1 并联的任务及目的 是为了增大流量 2 并联工况点1 构造等效水泵2 求等效水泵的特性曲线按照 等扬程线下 流量相加 的原则3 求等效水泵的工况点M等4 求并联工况点 M1 M2 3 并联效果 2020 2 8 124 离心