矿山排水设备选型设计及叶轮结构特点论述.doc

华北科技学院毕业设计(论文)摘 要根据设计任务书所提供资料，以严格遵守矿井安全规程和煤矿工业设计规范所规定的有关条款为依据，以安全可靠为根本，以投入少、运行费用低为原则的设计指导思想，确定矿井对排水系统的具体要求。初步选择排水方案，进行设备选型以及相关计算，确定设备工况，校验水泵的稳定工作条件、经济运行条件，排除不合理方案。对所剩方案进行经济核算，以吨水百米费用和初期投入为指标筛选出最终方案。选择系统配套附件，根据各设备外形尺寸及安装要求，并考虑其运行条件，最终确定泵房及管路的布置图。 对水泵的叶轮结构进行分析，并论述了叶轮的类型及结构特点和其对水泵工况点的影响。关 键 词： 矿井涌水; 水泵; 工况点; 设备布置; 叶轮。AbstractBook design task based on information provided to strict compliance with the Mine Safety Regulations and design specifications of the coal industry as provided for in accordance with the relevant provisions in order to secure the fundamental so as to put in less, the principle of low operating costs of the design guidelines thinking of mine to determine the specific requirements of the drainage system. The initial choice of drainage programs, equipment selection, as well as relevant to the calculation to determine the condition of equipment, checking the stability of pumps working conditions, economic operating conditions, to exclude unreasonable program. For the remainder of the program of economic accounting, to tons of water meters for the initial investment costs and the final selection of indicators. Choice of system accessories, according to the equipment size and installation requirements and operating conditions considered, and ultimately determine the pumping station and pipeline layout. Water pump impeller on an analysis of the structure, and discusses the type of impeller and structural characteristics and condition of its pumping the impact point.Key words: Mine Water; pump; working condition points; equipment layout; impeller目录摘 要iAbstracti绪 论11对排水系统的要求12矿水12.1 矿水来源12.2 涌水量12.3 矿水性质23设计的指导思想24有关的方针政策2第一章 初选排水系统51.1分析本矿井特点：51.2.1 方案一 直接排水系统51.2.2 方案二 分段排水系统6第二章 设备选型82.1初选水泵的型号和台数82.1.1.排水系统对水泵的要求：82.1.2.初选水泵型号92.1.3.校验水泵稳定性112.1.4.所需水泵的台数：112.2选择管路系统122.2.1管路趟数及布置方式的选择122.2.2 排水管选择计算132.2.3 吸水管直径确定162.2.4 绘制管道系统图182.3 水泵装置的工况182.3.1 求管路特性方程式并绘制管路特性曲线182.3.2 确定工况点232.4校验排水时间262.4.1 D280-657水泵262.4.2 D450-60水泵262.5确定水泵的吸水高度271对于D280-657型水泵272 对于D450-608型水泵272.6确定水泵的型号、台数和管路系统282.7经济指标概算282.7.1电费282.7.2年折旧费292.7.3年工资费302.7.4维修费302.7.5其他费用302.7.6年排水费302.7.7年排水费用指标302.8 电动机的选型31第三章 确定泵房、水仓和管子道尺寸并绘制设备布置图313.1 水仓313.2 水泵房323.2.1一般规定323.2.2水泵房的布置333.3 管子道和管子间363.3.1管子道的布置363.3.2井筒内管路的布置36第四章 叶轮374.1 叶轮的类型及其结构特点374.2叶轮结构对水泵工况点的影响394.2.1叶轮数目对水泵工况点的影响394.2.2叶轮叶片对水泵工况点的影响39结 束 语41参考文献42iv绪 论1对排水系统的要求在矿井建设和生产过程中，随时都有各种来源的水涌入矿井。只有极少数例外的矿井是干燥。将涌入矿井的水排出，只是和矿水斗争的一方面，另一方面是采取有效措施，减少涌入矿井的水量。特别是防止突然涌水的袭击，对保证矿井生产有重要意义。矿井排水设备不仅要排除各时期涌入矿井的矿水，而且在遭到突然涌水的袭击有可能淹没矿井的情况下，还要抢险排水。在恢复被淹没的矿井时，首要的工作就是排水。排水设备始终伴随着矿井建设和生产而工作，直至矿井寿命截止才完成它的使命。因此，排水设备是煤矿建设和生产中不可缺少的，它对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。为了使排水设备能在安全、可靠和经济的状况下工作，必须做好确定排水方案，选择排水设备，进行布置设计，施工试运转，直到正常运行各环节的工作。2矿水 在矿井建设和生产过程中，涌入矿井的水流称为矿水。2.1 矿水来源矿井水的来源分为地面水和地下水，地面水是江、河、湖、溪、池塘的存水及雨水、融雪和山洪等，如果有巨大裂缝与井下沟通时，就会造成水灾。地下水包括含水层水、断层水和老空水。地下水在开采过程中不断涌出。2.2 涌水量矿水可以用单位时间涌入矿井内的体积来度量，称为绝对涌水量。一般用“q”表示，其单位为m3/h。涌水量的大小与该矿区的地理位置、地形、水文地质及气候等条件有关；同一矿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，其他季节则变化不大，因此前者称最大涌水量，而后者称为正常涌水量。为了对比不同矿井涌水量的大小，通常还采用同一时期内，相对于单位煤炭产量（以吨计）的涌水量作为比较参数，称它为相对涌水量，或称为含水系数。若以K表示相对涌水量，则 K=24q/T （m3/t）式中 q绝对涌水量，m3/h；T同期内煤炭日产量，t。2.3 矿水性质矿井水中会有各种矿物质，并且会有泥沙、煤屑等杂质，故矿井水的密度比清水大，15。C矿水的密度约为1015-1025kg/m3。按PH值矿水可分为碱性PH7、中性PH=7、弱酸性PH=46和强酸性PH=03。酸性水对排水设备的非耐酸金属零件产生腐蚀作用，减少排水设备正常使用年限。矿水中含有的悬浮状固体颗粒进入水泵后加速金属表面的磨损。当PH5时，要求排水设备（包括泵、管路等）应选用耐酸材料，或者对水质进行中性处理。对于矿水中的悬浮颗粒应在水泵前加以沉淀，而后再经泵排出矿井。3设计的指导思想排水系统的选择、设备的选型，以选出的整个系统在整个矿井服务期限内均能按有关规定的要求排除矿井涌水为原则，尽可能做到安全可靠，投资少，运行费用低，自动化程度高，维护方便。排水系统是煤矿生产的重要环节，排水泵属煤矿大型固定设备，独立性强，备用系数大。它的稳定运行与否将直接影响到矿井的安全。煤矿排水的电耗占原煤生产电耗的10%30%，涌水量大的矿井可达60%（改造指南）。全国国有重点煤矿吨煤排水电耗6.77.5kw.h。在世界能源日益紧张的今天，我国部分地区也出现了“电荒”、“油荒”的现象，节能省电在排水系统选型中变得尤为重要。为了改善煤矿生产条件，提高设备运行的安全性、稳定性，设计过程中还要注重科技发展新成果的合理应用。4有关的方针政策在设计中必须遵守矿井安全规程（以下简称规程）和煤矿工业设计规范（以下简称规范）所规定的条款。规程对井下排水有如下的规定第242条 主要排水设备（包括水泵，水管和配电设备）应符合下列要求：（一）水泵：必须有工作，备用和检修的水泵。其中工作水泵的能力，应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量（包括填充水和其他用水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%；并且工作和备用水泵的总能力应在20小时内排出矿井24小时内的最大涌水量；检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。水文地质条件复杂或有突水危险的矿井，可以根据具体情况，在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另外增加排水能力。（二）水管：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泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。涌水量小于300m3/h的矿井，排水管也不得少于两趟。（三）配电设备：应与工作，备用和检修水泵相适应，并能够同时开动工作和备用的水泵。第243条 主要泵房至少设置两个出口，一个出口通过斜巷于井筒相通，称为安全出口，这个出口应当高出泵房地面7米以上；另一个出口通到井底车场，为人员及设备出口，在这个出口的通道内，应设置容易关闭的既能放火又能防水的密闭门。泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门，在闸门关闭时，泵房还必须留有形成独立的通风巷道。第244条 主要水仓必须有主仓和副仓，其中一个仓工作，另一个水仓清扫或备用。新建、改建的井或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000 m3/h及其以下时，主要水仓（含副仓和主仓）的有效容量应能容纳8小时的正常涌水量。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：V=2(qz+300) m3式中： V主要水仓的有效容量，m3；qz矿井正常涌水量，m3/h。但主要水仓的有效容量不得小于4小时的矿井正常涌水量;采区水仓的有效容量应能容纳4小时的采区正常涌水量。矿井最大涌水量同正常涌水量相差特大的矿井对水仓容量应编制专门设计，报矿务局总工程师批准。水仓进口处应设置篦子。对水砂充填、水力采煤和其它涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置沉淀池。第245条 水泵、水管、闸阀和排水用的配电设备等必须经常检查和维护，在每年雨季以前，必须全面检查一次所有零件都应补充齐全，并对全部工作水泵和设备用水泵进行一次同时运行试验。水仓、沉淀池和水沟的淤泥应由矿长组织力量每年至少清理两次，在雨季前必须清理一次。规范规定：第2136条主排水泵的选择，必须能使工作水泵总能力在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。备用水泵的台数应不小于工作水泵台数的70%，并且工作水泵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。检修水泵的台数按工作水泵台数的25%设置（以上计算有尾数时，均取偏上整数）。对于正常涌水量为50m3/h及以下，且最大涌水量为100m3/h及以下的矿井可选用两台水泵，其中一台工作，一台备用。水文地质条件复杂的矿井，可根据情况增设水泵或在主排水泵房内预留安装水泵的位置。第2138条 主排水管至少敷设两条，其中一条出现故障时，其余管路能在20小时的正常涌水量，全部管路的总能力应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。正常涌水量在50及以下的斜井一般敷设一条管路，其能力应在20小时内排出矿井矿井24小时的最大涌水量。第2139条 确定水泵扬程时，应考虑排水管淤积而增加的阻力，将计算的管路损失乘以1.7系数。第2140条 矿井水PH值小于5时，排水设备应采取防酸措施。第2142条 每台水泵排水量小于100，两台水泵的吸水管可共用一口吸水井，但其滤水器边缘间的距离不得小于吸水管直径的两倍。100及以上则应有独立的吸水井。水泵的电动机容量大于100kw.时，主排水泵房应设起重梁，敷设轨道与车场相通，在进口位置应有转车空间。第一章 初选排水系统1.1分析本矿井特点：本矿年产量90万吨，采用竖井开拓，井口标高+53.00m，水平标高-370.00m，正常涌水量390m/h，最大涌水量500m/h，矿水中性，矿水密度1020kg/m，最大涌水期按305天计算，服务年限25年。由此，可供选择的排水系统有以下两种：1.2.1 方案一 直接排水系统直接排水系统是指井下的涌水通过排水设备直接排到地面。如单水平开采的矿井，在开采第一水平时，就采用直接排水系统。图（a）是竖井单水平开采时的直接排水系统。图（b）是竖井多水平开采时，各水平的涌水分别由本水平的排水设备直排地面。图（c）是竖井两个水平同时开采时，若上水平涌水量较小，经技术经济比较后，可将上水平的涌水通过管路自流到下一水平的水仓中，然后两个水平的涌水由下水平排水设备直排地面。图（d）是斜井单水平开采时，若地质条件比较稳定、又无大的断层，经技术经济比较后，可采用钻孔下排水管的方法将水直排地面。若地质条件较复杂或井较深，可采用沿斜井井筒敷设排水管路的方法，将水直排地面。这种排水系统的水平和泵房数量少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量要减少一半以上，需用的人员也少，便于管理，而且上、下水平的排水设备互不影响。（图1.1）。图1.11.2.2 方案二 分段排水系统分段排水系统，是指井下的涌水通过几段排水设备转排到地面。一般适用于矿井较深，又受排水设备能力所限制的矿井排水。另外，多水平同时开采同时开采时，为减少井筒内管路敷设的趟数，也常采用分段排水系统。图（a）是竖井单水平开采时，由于井深已超过水泵可能产生的扬程时，可在井筒中部开拓泵房和水仓（相当于两个水平分段排水系统）将水经两段排水设备排至地面。此图也可表示为竖井多水平开采时的分段排水系统。图（b）是斜井两个水平同时开采时的分段排水系统。采用中继排水，在井筒中部设置一套排水系统，可有效降低主排水设备的扬程，从而降低主排水设备的规模。缺点是当一套排水设备发生故障是，会影响整个矿井的排水，而且设备数量较多，井筒中的管路复杂，不利于安装和维护。（图1.2）。 (a) (b)图1.2根据上述的有关规定,本着尽量减少水泵数量的原则,并且考虑基建、维护、运行成本的简易程度，选用方案一作为本设计的排水方法.第二章 设备选型2.1初选水泵的型号和台数选择水泵的型式和台数应符合规程和规范的规定。若有两种或两种以上符合要求时，应选其中尺寸小，效率高的水泵，而且水泵的台数应尽可能少。只有在不得已的情况下，才采用两台水泵并联排水。2.1.1.排水系统对水泵的要求：a)水泵必需排水能力的计算 依据规程，在正常涌水期工作水泵的排水能力应为：由于该矿井，所以该煤矿所选工作水泵的工作能力应为：在最大涌水期，工作和备用水泵必需的总排水能力：备用水泵的工作能力：取二者较大值：检修泵组的工作能力：式中 1.2煤矿安全规程规定的排水设备能力系数。b)估算水泵必须的扬程：式中 HB排水高度，H井深，管道效率，对竖井取0.900.95. 2.1.2.初选水泵型号参照泵产品样本,因为矿水呈中性，所以选择D型泵，依计算的工作水泵能力Qe可选择泵的型号为:D280-65,D450-60。泵D280-65的级数为：i=HB/Hi=(450.5475.6)/65=6.937.32取i=7和8。泵D450-60的级数为：i=HB/Hi=(450.5475.6)/60=7.517.93取i=8。则水泵的型号为： D280-65，D450-608其详细资料如下：表2.1 D280-65型离心泵参数：型号级数流量扬程H(m)转速n(r/min)功率P(KW)效率必需汽蚀余量(NPSH)r(m)泵重(kg)(m3/h)(L/s)轴功率Pa电动机功率D280-65828077.95201480522630763.02660图2.1表2.2 D450-608型离心泵参数：型号级数流量扬程H(m)转速n(r/min)功率P(KW)效率必需汽蚀余量(NPSH)r(m)泵重(kg)(m3/h)(L/s)轴功率Pa电动机功率D450-60845012572014801131.21400784Y5003-4（IP23/6kv）图2.22.1.3.校验水泵稳定性1） 自特性查得Q=0时D280-65的扬程Hi0 =70 m，i=7 时H=70又4900.9=441m，该值大于HC =428 m，满足稳定条件0.9H0HC的要求。显然i=8 时也满足要求。2） 自特性查得Q=0时D450-608的扬程H0 =70.58=564 m，又5640.9=507.6 m，该值大于HC =428 m，满足稳定条件0.9H0HC的要求。2.1.4.所需水泵的台数：对于D280-65型离心泵：正常涌水期的工作台数n1.67，则工作泵n取台；最大涌水期时，又根据规程的有关规定，则备用泵取台；检修泵，取台。这样选台泵，其中台工作，台备用，台检修。对于D450-608型离心泵：正常涌水期的工作台数n1.04，则工作泵n取1台；最大涌水期时，又根据规程的有关规定，则备用泵取1台；检修泵，取台。这样选3台泵，其中1台工作，1台备用，台检修。2.2选择管路系统2.2.1管路趟数及布置方式的选择a) 管路趟数的选择 根据规程有关规定，水管必须有工作和备用的，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。涌水量小于300m3/h的矿井，排水管也不得少于两趟。对于所选的五台泵，敷设三趟管路，即五泵三管工作方式，正常涌水时，两台泵向两趟管路供水，最大涌水时，只要三台泵同时工作就能达到在20小时内排出24小时的最大涌水量，故从减少能耗的角度，可采用三台泵分别向三趟管路供水。对于所选的三台水泵，敷设两趟管路，即三泵两管工作方式，一台水泵工作时，可通过其中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时工作时，可分别通过一趟管路排水。b) 其管路系统布置如图图2.32.2.2 排水管选择计算a）.计算根据规范第2138条,管径常按经济流速Vp=1.52.2m/s计算:式中 dp排水管内径(计算),m. 对于D280-65水泵，额定流量为280m3/h 对于D450-60水泵，额定流量为450m3/h b)水管材质:对于敷设在深度不超过200m竖井内的排水管多采用焊接钢管,深度超过200m时多用无缝钢管;对于敷设在斜井内的排水管路,可按承压的变化,由下向上分段采用无缝钢管、焊接钢管和铸铁管。表2.4 热轧无缝钢管 （YB231-70）（mm）外径壁厚外径壁厚外径壁厚外径壁厚323842455054576063.56870732.58.02.58.02.510.02.510.02.510.03.011.03.013.03.014.03.014.03.016.03.016.03.019.0768389951021081141211271331401463.019.03.524.03.524.03.524.03.528.03.528.04.028.04.032.04.032.04.032.04.536.04.536.01521591681801942032192452732993253514.536.04.536.05.045.05.045.05.045.06.050.06.050.07.050.07.050.08.075.08.075.08.075.0377402426459(465)480500530(550)5606006309.075.09.075.09.075.09.075.09.075.09.075.09.075.09.025.09.025.09.025.09.025.09.025.0壁厚系列2.53.03.54.04.55.05.5677.583.599.5101112131415161718192022242526282930343536384042454850566063657075自表2.4中查得的无缝钢管如下：对于D280-65水泵选取 管2457或 管2738对于D450-60水泵选取 管29910或 管32511 C）.壁厚的验算与确定：壁厚可按如下公式计算：式中： dp排水管内径,cmp管内液体压强，作为估算p=0.011Hp(MPa)； Hp(m)为排水高度；z许用应力。铸铁管z=20 Mpa,焊接钢管z =60 Mpa, 无缝钢管z =80 Mpa;C附加厚度,对于铸铁管C=0.70.9cm;焊接管C=0.2cm; 无缝钢管C=0.10.2cm对于D280-65水泵，当选择2457管时：当选择2738管时：对于D450-60水泵，当选择29910管时：当选择32511管时：由上述计算可知，所选管壁厚满足而都符合要求。2.2.3 吸水管直径确定计算根据规范第2138条,管径常按经济流速Vp=0.81.5m/s计算:式中 dx吸水管内径(计算),m. Qe额定流量，m3/h。 对于D280-65水泵，a）由上述可知，对应管2457水泵吸水管选为：管2737b）由此对应管2738水泵吸水管选为：管2998对于D450-60水泵选取c）对应管29910水泵吸水管选为：管3258d）对应管32510水泵吸水管选为：管35182.2.4 绘制管道系统图 图2.4 管道系统图估算管道长度排水管道长度可估算为：，取；吸水管长度 。2.3 水泵装置的工况2.3.1 求管路特性方程式并绘制管路特性曲线由上计算可知排水管和吸水管的长度，不计管径差异，近似地按排水管径计算其特性，则：，。a）.计算排水管道的局部阻力系数：排水管道管件局部阻力系数如表2.5所示表2.5 管件局部阻力系数名 称简 图局 部 阻 力 系 数 闸板阀x/d1/82/83/84/85/86/87/8197.8175.522.060.810.260.070.01止回阀1520253040455055607090624230149.56.64.63.21.7滤水器（带底阀）mm40507510015020025030012108.57.66.05.24.43.7无底阀时=0.1渐缩管0.1扩大管 以下0.20.50.60.70.80.9弯头0.40.50.60.81.0*1.21.41.61.82.00.1380.1450.1580.2060.2940.440.6610.9741.4081.978弯头三通由排水系统管路简图，选择其中局部阻力最多的一条管路做为计算的对象，列出可产生局部阻力的元件如下表：表2.6名称数量局部阻力系数管2457管2738管29910管32511直角弯头40.2940.2940.2940.29430度弯头20.0980.0980.0980.098转弯流三通11.51.51.51.5直流三通40.70.70.70.7闸阀20.260.260.260.26逆止阀11.71.71.71.7名称数量管2737管2998管3258管3518直角弯头10.294 0.294 0.2940.294渐缩管异径管10.10.10.10.1底阀14.43.73.73.7合计8.3928.3927.6927.6924.7944.0944.0944.094b).选取沿程阻力系数:对于D280-65水泵选取 选用管2457作为排水管时吸水管2738取 选用管2738作为排水管时吸水管2998取对于D450-60水泵选取 选用管29910作为排水管时吸水管3258取选用管32511作为排水管时吸水管3518取式中 排水管路沿程阻力系数 吸水管路沿程阻力系数c).求管路特性方程式并绘制管路特性曲线.管路特性方程式:H=Hc+RQ2式中 R管路阻力损失常数,用下式计算：对于D280-65水泵在选取管2457做为排水管时有：在选取管2738做为排水管时有：对于D450-60水泵选取在选取管29910做为排水管时有：在选取管32511做为排水管时有：故管路特性方程式:对于D280-65水泵在选取管2457做为排水管时有： 挂垢后的管路特性方程为：在选取管2738做为排水管时有：挂垢后的管路特性方程为：对于D450-60水泵选取在选取管29910做为排水管时有：挂垢后的管路特性方程为： 在选取管32511做为排水管时有： 挂垢后的管路特性方程为：2.3.2 确定工况点由以上方程就可以在水泵性能区线图上绘出管路特性曲线。参照水泵的流量范围，选取几个流量值，分别计算排水所需扬程。对于D280-65水泵在选取管2457做为排水管时,表2.7Q，m3/h0100200250300350H1, m423426.04435.16442450.36460.24H1/7,m60.4360.8662.1663.1464.3465.75H1/8,m52.8853.2554.3955.2556.2957.53在选取管2738做为排水管时有：表2.8Q，m3/h0100200250300350H2, m423424.77430.08434.06438.93444.68H2/7,m60.4360.6861.4462.0162.7063.53H2/8,m52.8853.1053.7654.2654.8655.58将管路特性分别绘制在D280-65型水泵性能曲线上，由图2.5可见，工况点M1趋进工业区边缘，为确保水泵正常工作，故舍去,由图可知，从能耗利用角度考虑，水泵选择八级部经济，也应舍去。选定D208-657水泵。且最后确定工况点为M1 ，工况参数分别为Qm2=305 m3/h, Hm2 =439.5 m, Nm2=504KW, m2=0.74, (NPSH)m2=4.3 m图2.5 D280-657型泵单级性能曲线图：（n=1480r/min）对于D450-608水泵：在选取管29910做为排水管时有：表2.9Q，m3/h0100200300400450500H3, m423424.15427.60433.35441.4446.29451.75H3/8,m52.8753.0253.4554.1755.1755.7856.47在选取管32511做为排水管时有：表2.10Q，m3/h0100200300400450500H4, m423423.76426.02429.80435.10438.31441.9H4/8,m52.8752.9753.2553.7254.3954.7955.24将管路特性分别绘制在D450-608型水泵性能曲线上，由下图可见，工况点M4趋进工业区边缘，为确保水泵正常工作，故舍去，最后确定工况点为M3 ，工况参数分别为Qm3=498m3/h, Hm3 =451.52 m, Nm3 =784KW, m3 =0.776, (NPSH)m3=5.85 m图2.6 D450-608型泵单级性能曲线图：（n=1480r/min）2.4校验排水时间2.4.1 D280-657水泵对于D280-657水泵在选取管2738做为排水管时有：在正常涌水期每天所需排水时间为Tz1= 24qz/n1Qm1 =24390/2320 = 14.625h 在最大涌水期每天所需排水时间为Tmax1= 24qmax/(n1+n2)Qm1 =24500/(2+2)320 =7.143h 挂垢后，正常涌水期每天所需排水时间为Tz1= 24qz/n1Qm1 =24390/2305 = 15.34h 最大涌水期每天所需排水时间为Tmax1= 24qmax/(n1+n2)Qm1 =24500/(2+2)305 =9.8h 2.4.2 D450-60水泵对于D450-60水泵在选取管29910做为排水管时有：在正常涌水期每天所需排水时间为Tz3= 24qz/n1Qm3 =24390/1510 =18.35h 在最大涌水期每天所需排水时间为Tmax3= 24qmax/(n1+n2)Qm3=24500/2510 =11.76h挂垢后，正常涌水期每天所需排水时间为Tz3= 24qz/n1Qm3 =24390/1498 =18.79h最大涌水期每天所需排水时间为Tmax3= 24qmax/(n1+n2)Qm3=24500/2498 =12.05h 经校验排水时间均小于20h，符合煤矿安全规程规定（若最大涌水期一台水泵工作时为18.5h也满足要求）2.5确定水泵的吸水高度确定水泵的吸水高度，应以管路没有发生污垢时的工况为计算依据，1对于D280-657型水泵初期工况Qm=320 m3/h，(NPSH)m=4.6m，取p0/=10.2 m(因矿井为负压通风，泵安装地点的大气压力头应比地面大气压力头稍低，在工程上可近似相等)。查表得 t=15C时，pv/=0.167 m,则吸水高度为Hx= (NPSH)m (+)Qm2 =10.2-0.167-4.6- =4.932 对于D450-608型水泵初期工况Qm=510m3/h，(NPSH)m=6 m，则吸水高度为Hx= (NPSH)m (+)Qm2 =10.2-0.167-6- =3.15m此时容易产生汽蚀现象，为提高水泵的吸水性能，确保正常工作，在不能实现正压注水的情况下，可采用辅助泵作为前置泵。如可选8BA-18型水泵。其吸水高度可按辅助泵选取。2.6确定水泵的型号、台数和管路系统计算水泵装置效率1对于D280-657型水泵：若电机效率d=0.92, 工况效率m=0.74管路效率: g=HC/Hm=423/439.5=0.96则装置效率为： z=mdgc =0.740.920.960.98 =0.64 2对于D450-608型水泵：若电机效率d=0.92,工况效率m=0.776路效率g=HC/Hm=423/451.52=0.937则装置效率为：z=mdgc =0.7760.920.9370.98 =0.656 由此可选定D450-608型水泵三台，排水管路选YB231-7029910管两趟，吸水管规格为YB231-7032582.7经济指标概算2.7.1电费a）年电耗由于正常涌水期和最大涌水期各泵的工况参数相同，则对于D280-657型水泵年电耗为E=（nzrzTznmaxrmaxTmax）= =7.152 kW对于D450-608型水泵年电耗为： E=（nzrzTznmaxrmaxTmax）= =7.01 kW式中 1.05辅助用电系数； 矿水重度，N/m3 ； Q工况流量，m3/h； H工况扬程，m； 水泵工况效率； C传动效率； d电机效率； W电网效率，一般可选取W=0.95-0.97；取0.96 nz ,nmax 正常和最大涌水期水泵工作台数； rz ,rmax 正常和最大涌水期水泵工作天数 ,d；Tz ,Tmax 正常和最大涌水期水泵工作时间 ,h；由此也可以排除前面的方案，即选择D450-608型水泵。b)年电费年电费等于当地工业电价Cd（元/度）与年电耗量之积，即S1 = CdE=0.17.01=70.1 万元2.7.2年折旧费 折旧费应包括设备及建筑折旧费a)设备折旧费Sa=（设备费+安装费）折旧费b)建筑折旧费Sb=建筑费折旧费折旧率一般可取5。c）年折旧费S2 = Sa + Sb综合可得 万元2.7.3年工资费 工资应包括基本工资、辅助工资和附和工资。一般可按下式概算S3=knCz式中 n每日应出勤的人数； K在册系数，K=1.3； CZ工资单价，元/工、年。 可求的年工资为0.69 万元2.7.4维修费 维修费是指设备大、中、小修及日常维修所需的工人工资及材料费。S4 = FCF式中 F设备费； CF维修费占设备费的比例。可求得维修费为0.65 万元2.7.5其他费用 其他费用是工程不可预见费，即S5 = CAS3式中 CA其他费用占工人工资的比例，一般可取为15。可求得其他费用为0.17 万元。2.7.6年排水费S=S1+S2+S3+S4+S5 =70.1+2.94+0.69+0.65+0.17 =74.55 万元2.7.7年排水费用指标B=S/qy 元/m3 =0.208 元/m 式中 S年排水费用，此处以元计； qy年排水量，m3。2.8 电动机的选型所选水泵工作在工业利用区，可直接选用水泵厂家提供的配套电动机，型号为： JSQ1512-4型高压三相高速鼠笼异步电动机 其参数如下表：表2.11额定功率KW额定电压V额定电流A效率功率因数cos转速r/min1120600011895.70.921480为了确保运行可靠，电动机功率应由新管工况点确定，即 式中 K电动机容量系数，一般当水泵轴功率大于100kW时，取K=1.1；当水泵轴功率为10100kW时，取K=1.11.2。 计算出的电动机功率应等于或小于所选水泵配套电动机的功率，否则要更换配套电动机。由上述计算可知，可用所选水泵的配套电动机JSQ1512-4型高压三相高速鼠笼异步电动机。第三章 确定泵房、水仓和管子道尺寸并绘制设备布置图3.1 水仓 水仓是容纳矿水的巷道。其作用是储水，同时还有一定的沉淀矿水中固体颗粒的作用。 水仓应有主仓和副仓，其中一个仓工作，另一个仓清扫或备用。对新建、改扩建或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3/h及其以下时，主要水仓（含副仓和主仓）的有效容量应能容纳8小时的正常涌水量。正常涌水量大于1000m3/h的矿井，主要水仓的的有效容量可按V=2（qZ+3000），m3计算（qZ为正常涌水量，m3/h），但主要水仓的总有效容量不得小于4小时的矿井正常涌水量。采区水仓的有效容量应能容纳4小时的采区正常涌水量。 为使矿水在仓中充分沉淀，仓中水的流速应小于0.005m/s，停留时间应大于6小时，因此仓长L大于110m，若仓的总容积V=8qZ，则每条仓断面积S=V/2L，m2。再考虑清仓方法及设备所要求的尺寸，最后选成标准运输巷的断面。 根据井底车场的布置方式、开拓方式及采煤方法的不同，水仓可