流体机械设计说明书

1、. 湘潭大学流体机械课程设计说明书 专 业：矿山机电班 级：0902班学 号：20099215210姓 名：胡永再指导老师：胡春莲老师 二零一一年十二月 一、排水设备的选型设计1. 必备的资料1、 单水平开采，井深200m,地面标高100m2、 正常涌水量qz200（m3/h），正常涌水期rz240（d）3、 最水涌水量qmax250（m3/h），最大涌水期rmax90（d）4、 矿水中性ph=7，密度1020（kg/m3）5、 矿井主排水设备泵房设在井底车场附近6、 属低沼气矿井7、 矿井年产量9×105（t）2. 设计要求：选择排水设备1 拟定排水系统2 选泵的型式及台数3 选泵

2、管路并作管路布置4 计算管路特性5 确定排水装置的排水工况，验算排水时间6 计算必须的电动机容量及电能耗量7 经济核算页8 绘制所需的图形3. 选型的计算及步骤.选择排水系统排水系统分为两种：一是直接排水，二是分段排水。因考虑到矿井不深，所以采用直接排水较好。.选泵的型式及台数1 工作水泵必须的排水能力根据有关规定，要求投入工作的水泵的排水能力能在20小时内排完24小时的正常涌水量。即 B24qz /20 则 QB1.2 qz = 1.2× 200 = 240 (m3/h )又工作泵与备用泵的总能力，能在20小时内排完24小时的最大涌水量。即 Qmax 24 qz / qmax则 Q

3、max 1.2 × 250 =300 (m3/h )其中qz 为正常涌水量， qmax 为最大涌水量 QB为工作水泵必须排水能力 Qmax 为工作与备用水泵必须的排水总能力. 水泵必须扬程 利用管路效率概念，用HB = Hc / g （ m ）则HB = Hc / g =304/（0.90.89） =337.8341.6（m）取 HB =337.8 m 其中Hc =井深+井底车场与最低吸水面标高差+排水管高出井口高度= 100+ 2004 = 304（m） 式中 g 为管路效率，对于竖直敷设的管路 g = 0.9 0.89，对于倾斜敷设的管路，当倾角 30时 取 g =0.830.8

4、 ， = 30 20时 ，取 g = 0.80.77 ， 20时 取 g =0.77 0.74 。因井为竖井，所以 取 g = 0.90.89. 预选水泵型式及台数 预选D8545×8型水泵，其参数如下：选能满足QB 和HB 的水泵，最好是一台就能达到所需要求的排水能力，优先选择工作可靠、性能良好、体积小、重量轻而且便宜的产品， 当矿水的PH 5 时，应采用防酸水泵。通过比较Qb、Qmax、和 Qe，在正常涌水时期需要水泵台数 n1 = Qb/Qe = 240/ 85 = 2.8 台，取n1 = 3 n20.7n1=0.7×3=2.1和n2Qmax/Qe-n1=300/85

5、-3=0.53 取n2=3 检修泵数n30.25n1=0.25×3=0.75，取n3=1所以必须的水泵台数n = n1 + n2 + n3 =7台. 选择管路并作管路布置 根据泵的总台数，选用典型三泵两趟管路系统，一条管路工作一条管路备用。正常涌水时，一台泵向一趟管路供水；最大涌水时，两台泵同时工作就能达到20h内排出24h的最大涌水量，故从减少能耗的角可采用两台泵向两趟管路供水，从而可知每趟管路内流量Qe等于泵的流量。由于井深远大于200m ，确定采用无缝钢管。.排水内径(m)式中排水管内径，；排水管中的流量，；排水管内的流速，通常取经济流速.（s）来计算。预选152×无

6、缝钢管则排水内径=（152-2×8）mm =136mm4.壁厚验算 =0.42(cm)0.45(cm)因此所选壁厚合适。吸水管径(吸水管直径一般比排水管直径大一级) 根据选择的排水管径，吸水管选用159×8无缝钢管。5.工况点的确定及校验 1）管路系统管路布置参照图9-23b所示方案。这种管路布置方式任何一台水泵都可以经过四趟管路中任何一趟排水，排水管路系统如图所示： 2）估算管路长度 Lp=344354（m）取Lp=350m，吸水管长度可估算为Lx=6(m)3）管路阻力系数R的计算沿程阻力系数吸水管 x=0.021/(dx)0.3=0.021/(0.152)0.3=0.0

7、369 p=0.021/（dp）=0.021/(0.136)0.3=0.0382 R=8/2gxLx/（dx）5+x/（dx）4+pLp/（dp）+（1+p）1/(dp)4 =8/2g0.0369×6/(0.152)5+4.094/(0.152)4+0.0382×350/(0.136)5+（1+8.392）1/(0.136)4 =2.6×10-4(h/m5)4） 管路特性方程新管 H1=Hsy=RQ²=304+2.6×10-4Q²旧管 H2=Hsy+1.7RQ²=304+4.42×10-4Q²5） 绘制管

8、路特性曲线并确定工况点根据求得新旧管路特性方程，取六个流量值求得相应的损失如下表： Q/（m3.h-1）60708090100110H1/m304.94305.2305.6306.1306.6307.1H2/m305.6306.02306.7307.57308.42309.27 如图所示，新旧管路特性曲线与扬程特性曲线的交点分别为M1，M2;即为新旧管路水泵的工况点。由图可知；新管的工况点参数为QM1=86m3/H,HMI=310m m1=0.0.71，HsM1=5.36m，pm1=110kw；旧管的工况点参数为QM2=84m3/H,HM2=315m，m2=0.74，HsM2=4.1m，pm2

9、=109kw，因为m1，m2均大于0.7，允许吸上真空度HsM1=5.36m，符合«煤矿工业设计规范»要求。 水泵工况点6.校验计算（1） 排水时间的验算。由旧管工况点验算。正常涌水时，若采用三台水泵三条管路排水则Tz=24qz/n1QM2=24×200/3×85=18.8(H)20(H0最大涌水时，采用六台泵四条管路排水，并联等效管的总损失系数R=R/9=2.8×10-5(h/m5).反推可求得每台泵的工况点，以及工况点的流量Q=80m3/H计算排水时间为 Tmax=24qmax/(n1+n2)QM2=24×300/(3+3)80=

10、15（h）20（H）既实际工作时，只要六台泵同时工作即能完成在20h内排出24H的最大涌水量。（2） 经济性校核。工况点效率应满足m1=0.710.85max0.85×0.74=0.63，m2=0.740.63（3） 稳定性校核。Hsy=3040.9iH。=0.9×364327.6m（4） 经济流速校核；吸水管中流速 vx= QM1/900dx²=86/900×0.152²=1.31(m/s)排水管流速 vp= QM1/900dp²=86/900×0.136²=1.64(m/s)吸排水管中流速都在经济流速之内，满足

11、要求。（5）吸水高度校核。取pa=9.81×104pa，pn=0.235×104 pa，=9.81×103N/m3，则允许吸水高度为 HxHsM1-(10-Pa/)-(Pn/-0.24)-8/²g（xL/dx5+x+1/dx4）QM1²=5.36-（10-98100/9810）-(2350/9810-0.24)-8/²×9.8(0.0369×6/0.1525+4.094+1/0.1524)(86/3600)²=4.42(m)实际吸水高度为Hx=4m<Hx，吸水高度满足要求。（6）.电动机功率计算。P

12、d=kdQM1 HM1/1000×3600m1=1.1×9810×86×310/1000×3600×0.71=112.6(kw)水泵配套电动机功率为pd=132kw，大于计算值，满足要求。（7）.电耗计算年排水电耗为E=Qm2 HM2/1000×3600×m1cdwnz·Tz·+·Tmax·=(9800×84×315/1000×3600×0.71×1×0.95×0.95)×3×18.8&

13、#215;240+6×15×90=2.44×105(KW·h/Y)吨水百米电耗为：=315/3.673×0.74×1×0.95×0.95×304 =0.422<0.5 符合 煤矿井下排水设计技术规定规定：排水设备吨水百米电耗应小于0.5kw·h，否则便认为是低效率设备，不予采用。 二、矿山通风设备选型一、设计依据整个矿井的通风参数如下：矿井所需总风量 105矿井所需的负压 最小负压 2450Pa 最大负压 3590Pa 二、通风设备选型1、计算风机必需产生的风量和静压（1）通风机必需产生的

14、风量 由 =则 =1.1×105=115.5式中 漏风损失系数，风井不提升用时取1.1；箕斗井兼作回风用时取1.15；回风井升降人员时取1.2 矿井所需总风量，。（2） 通风机风压的计算 3590+150=3740（pa） =2450+150=2600（pa）2、预选通风机根据通风机必需产生的风量及通风容易时期和通风困难时期的风压，结合设计规范要求，从轴流式通风机的个体特性曲线上进行选择，选择62A14-11NO.24型通风机两台作为该矿地表主通风机。其中一台使用，一台备用。62A14-11NO.24型通风机主要技术参数如下： 叶片数 8转速 n=1000r/min3、确定通风机的工

15、况点（1）0.28 0.195则矿井在开采初期和末期的网络特性曲线方程式分别为初期 末期 根据上述两方程式，用描点法在62A14-11NO.24型风机特性曲线上，绘出初期与末期的网络特性曲线，可得两工况点A、B。通风机工况参数表 Q4060801001204481008179228004032312702124819502808 特性曲线如下：A点： =20° 0.81B点： =25° 0.844、 功率计算 （1）.电动机输出功率 A点： B点： （2）.电动机容量的确定。因，所以在整个服务年限内选用一台电动机，其容量为： （1.11.2）×220=242264

16、（kw）根据242264kw和n=1000r/min，确定选用JS148-6型电动机，额定功率为310kw，转速为988r/min，额定电压为6kv。5、 年电耗计算 电动机效率，范围0.8509电网效率，范围0.90.956. 吨煤通风电耗计算 三、矿山压气设备设计各班次使用风动工具如下表：工作面班次一班二班三班765503-11HP2-5765503-11HP2-5765503-11HP2-5N1422142N22222N32222N4214242N52222N62222采掘工作面布置图如下：1. 计算矿井所需的供气量Q. 根据表统计的每班同时工作台数，由于同一工作面中风镐和凿岩机不会同时

17、工作，同时凿岩机的耗气量比风镐多，故可能出现的最大用气量班次为。最多同时使用风动机械的台数为风镐2台，凿岩机10台，喷浆机1台。根据图，查教材表15-1得：每台7655风镐耗气量为3.6，每台YT-30凿岩机耗气量为2.9，每台喷浆机耗气量为6。 1.2×1.1×1×(4×1×110×2.9×11×6×1)=51.48()2. 估算空压机必须的出口压力。由图得知，空压机站到最远处工作面的距离为3000m，每千米管长损失为0.035MPa，三种风动机械中，最高额定工作压力为0.49MPa. 0.49+3&#

18、215;0.035+0.1=0.695(MPa) -最远一路管道各段损失之和,可按每km管长压力损失0.030.04 MPa计算,本设计取0.035MPa. 0.1考虑橡胶管、管子连接不良及旧管内粗糙度增加的压力损失，一般软管长度不超过15m。3. 选择空压机的型号和台数. 依据和的估算值，查表15-5，选择L5.5-40/8型空压机3台， 2台工作，1台备用。4. 选择输气管段的规格。 利用式确定通过各管段的压气量，结果如下表： 各管段参数计算表 管段 代号实际长度L/m供气管长L/m压气量计算管径d/mm标准钢管规格d×（mm×mm）压力损失p/MPa1-2450300051.48143.5146×4.50.0122-31800285018.986.989×3.50.0962-71800285018.986.989×3.50.0963-4550285018.986.989×3.50.0294-5150275010.765.489×3.50.0174-6200275010.765.489×3.50.0157-8550285018.986.989×3.50.0298-920027501