矿山排水设备课件

1、 一、矿井排水设备的作用 二、矿井排水设备的分类 三、矿井排水设备的组成 四、矿井排水设备的工作原理 五、对矿井排水设备的要求 第十六 章 矿井排水设备 第一节 概述一、矿井排水设备的任务和分类 1、 在矿井建设和生产过程中，由于地层含水不断的涌出，雨雪和江河水的渗透，水砂充填和水力采煤的井下供水，使大量的水汇集于井下，矿井排水设备的任务就是将这些矿水及时的排送至地面。 矿井涌水量是指单位时间涌入矿井的总水量，单位是 m 3 / h 。不同的矿井位置、地形及地质条件、开采方法对涌水量的大小都有影响，同一矿井在不同季节涌水也不相同。在雨季和融雪时期涌水量大，称这时的涌水量为最大涌水量；其他时期涌

2、水量比较均匀，称为正常涌水量。 2、 矿井排水设备有固定式和移动式。 固定式排水设备固定在水泵房内，是矿井的主排水设备。水泵房设置在井底车场附近。移动式排水设备用于掘进或淹没巷道的排水。 我国煤矿使用的水泵主要是离心式水泵，主要分类方法如下。 ( 1 ）按叶轮数目分为：单级水泵 泵轴上仅装有一个叶轮；多级水泵 泵轴上装有多个叶轮。 ( 2 ）按叶轮进水口数目分为：单吸水泵 叶轮上仅有一个进水口；双吸水泵 叶轮上两侧都有进水口。 ( 3 ）按泵壳的接缝分为：分段式水泵 垂直水泵轴心线的平面上有泵壳接缝；中开式水泵一一在通过水泵轴心线的水平面上有泵壳接缝。 ( 4 ）按水泵轴的位置分为：卧式水泵

3、水泵轴呈水平位置；立式水泵 水泵轴呈垂直位置。二、矿井排水设备的组成 矿井排水设备由水泵、电动机、启动设备、管路、管路附件、仪表等组成，如图 2 一 1211、滤水器装在吸水管的末端，其作用是防止水中杂物进人泵内。滤水器中的底阀是用以防止灌入泵内和吸水管内的引水以及停泵后的存水漏人吸水井中。2、闸阀安装在排水管路上，位于逆止阀的下方。其作用是调节水泵的流量，并在关闭闸阀的情况下启动水泵，以减小电动机的启动负荷。3、逆止阀装在闸阀的上部，其作用是当水泵突然停止运转时或者在未关闭闸阀的情况下停泵时能自动关闭，防止排水管中的水对水泵及吸水管产生的水力冲击。 4、灌水漏斗的作用是在水泵启动前向泵内灌水

4、。此时，水泵内的空气经放气栓放出。水泵再次启动时，可通过旁通管向水泵内灌引水。 5、在检修水泵和排水管路时，应将放水管上的放水闸阀打开，通过放水管放空排水管路中的水。 6、压力表和真空表的作用是检测排水管中的压力和吸水管中的真空度。三、对排水设备的要求 排水设备是矿山大型固定设备之一，为保证矿井安全生产，要求排水设备必须安全、经济、可靠、合理。 对固定排水设备的要求 ( 1 ）井下排水设备应有工作水泵、备用水泵和检修水泵。工作水泵的排水能力，应在 20h 内排出 24h 的正常涌水量。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排水能力，应在 20h 内排出矿井

5、 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 。 ( 2 ）必须有工作和备用水管，其中工作水管的能力，应能配合工作水泵在 20h 排出 24 h 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 24 h 的最大涌水量。 第二节 离心式水泵的工作理论一、离心式水泵的工作原理及性能参数（一）工作原理 离心式水泵主要由叶轮、叶片、轴和螺旋形泵壳组成，如图 16 一 2 所示。启动前，先由灌水漏斗向泵内和吸水管灌满水，然后启动电动机驱动叶轮旋转。此时，叶轮中心处的水在离心力的作用下被甩出叶轮，经螺旋形泵壳中的流道进入排水管道。与此同时，叶轮中心

6、处因水的排出而形成真空，吸水井中的水在大气压力的作用下，被压人叶轮的进口，形成连续流动。（二）性能参数 1 流量 水泵在单位时间内排出水的体积，称为水泵的流量，用符号 Q 表示，单位为 m 3 / S 或 m 3 / h 。 2 扬程 单位质量的水通过水泵后所获得的能量，称为水泵的扬程。扬程有吸水扬程、排水扬程、实际扬程、水泵的总扬程。 ( l ）吸水扬程从水泵的轴线到吸水井水面的垂直距离，也称吸水高度，用符号 H 、表示，单位为 m 。( 2 ）排水扬程从水泵的轴线到排水管的出口中心的垂直距离，也称排水高度，用符号 H 。表示，单位为 m 。 ( 3 ）实际扬程排水扬程与吸水扬程之和，用符号

7、 HSy 表示，单位为 m ，即 Hsy , = Hx Hp （ 16 一 1 ) ( 4 ）水泵的总扬程 为实际扬程、损失扬程（H w ）和水在管路中流动时产生的动扬程（ Ha ）之和，用符号 H 表示，单位为 m 。 3 功率 水泵在单位时间内所做的功，称为水泵的功率。 ( l ）水泵的轴功率电动机传给泵轴的功率，即水泵的输入功率。用符号 N 表示，单位为 kw 。 ( 2 ）水泵的有效功率水泵实际传递给水的功率，即水泵的输出功率。用符号 N X表示，单位为 kw 。 Nx = QH/ 1000 ( 16 一 2 )式中 一矿水的重力密度， N / m 3 4、效率 水泵有效功率与轴功率的

8、比值，称为水泵的效率，用符号表示。 = QH/1000N1005 转速 水泵轴每分钟的转数称为水泵的转速，用符号 n 表示，单位为 r / min 。6 允许吸上真空度 在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵吸水口处所允许的真空度，称为水泵的允许吸上真空度，用符号 H 。表示，单位为 m 。二、离心式水泵的性能曲线 在水泵的铭牌上和水泵的产品样本上可查出离心式水泵的性能曲线和水泵的性能参数，图 16 一 3 所示为 200D 一 43 型水泵的性能曲线图。 性能曲线图反映了水泵在额定转速下，扬程 H 、轴功率 N 、效率亏和允许吸上真空度 HS 随流量 Q 变化的规律。 水泵扬程与流量之间的关系曲

9、线称为流量一扬程曲线，简称扬程曲线。其扬程曲线一般都是单调下降的。流量为零时（闸阀完全关闭）的扬程称为初始扬程或零扬程，用 HO 表示。 水泵的流量与功率之间的关系曲线称为流量一功率曲线，简称功率曲线。功率是随着流量的增大而逐渐增大的。当流量为零时，轴功率最小，因此，离心式水泵应在闸阀完全关闭的情况下启动。 水泵的流量与效率之间的关系曲线称为流量一效率曲线，简称效率曲线，呈驼峰状。当流量为零时，效率为零；随着流量的增大，效率急剧增加；当为额定流量时，效率最高；若流量继续增大，效率则随之减小。 允许吸上真空度曲线 Hs 反映了水泵抗汽蚀能力的大小。它是生产厂家通过汽蚀试验并考虑 0 . 3m 的

10、安全量后得到的。一般来说，水泵的允许吸上真空度是随着流量的增加而减小的，即水泵流量越大，它所具有的抗汽蚀能力就越小。 Hs 值是合理确定水泵吸水高度的重要参数。 一、矿井排水设备的结构组成 二、轴向力及平衡方法 三、矿井排水设备的安全运行 四、矿井排水设备的使用与维护 五、矿井排水设备的故障处理 第三节 离心式水泵结构 目前，矿山主要排水设备常用 D 型、 DA 型和 TSW 型多级离心式水泵，而井底水窝和采区局部排水则常用 B 型、 BA 型和 BZ 型单级离心式水泵。 D 型离心式水泵 以老系列 2OOD 一 43 5 和新系列 D28O 一 43 5 为例说明该机的型号意义： 200 一

11、一水泵吸水口直径 mm ; D 一一单吸多级分段式清水泵； 43 单级额定扬程， m ; 5 水泵级数； 280 额定流量， m 3 / h 。 D 型水泵是单吸多级分段式离心式水泵，其流量和扬程范围很大，效率较高，能够满足矿山排水的需要，并有清水泵和耐酸泵两种类型。扬程特性曲线较平缓，初始扬程较高，有利于水泵稳定运转，零流量时功率低，有利于电动机启动，效率曲线平坦，因而扩大了它的工业利用区。 D 型水泵的结构如图 16 一 4 所示，主要由传劝部分、固定部分组成。（一）传动部分由泵轴、叶轮、平衡盘组成。 1 叶轮叶轮是传递和转换能量的主要部件，如图 16 一 5 所示，叶轮由前、后轮盘及夹在

12、其间的叶片组成。材料一般为铸铁或铸钢。 2 泵轴泵轴用来带动叶轮旋转，是传递扭矩的主要部件。一般由碳素钢或合金钢制成，它与叶轮用键连接。为防止泵轴锈蚀、磨损，泵轴加装轴套。3 平衡盘平衡盘的作用是消除水泵的轴向推力。如图 16 一 6 所示。大型多级离心式水泵，其轴向推力往往很大，如不加以平衡，水泵则无法工作。 平衡盘是大型水泵平衡轴向推力的方法，在最后一级叶轮后面的泵轴上用键固定一个平衡盘，与叶轮和泵轴组成一体。平衡盘的平衡原理如图 16 一 7 所示，最后一级叶轮排出的 167平衡盘平衡轴向力168D型泵中段二、轴推力产生的原因1、由于作用在叶轮前、后轮盘上的压力不平衡而产生轴向力；2、由

13、于叶轮内水流动量发生变化而产生轴向力；3、由于大小口环磨损严重，泄露增加，使叶轮前后轮盘上的压力分布规律发生变化，从而引起轴向力增加。 轴向力总的方向，是由水泵的排水侧指向吸水侧。三、轴向力的危害多级离心式水泵的轴向推力有时可达几万牛顿，这个力将使整个转子向吸水侧窜动，如不加以平衡，将使高速旋转的叶轮与固定的泵壳接触，造成破坏性的磨损；另外，过量的轴向窜动，会使轴承发热，电动机负载加大；同时，使互相对正的叶轮出水口与导水圈的进口发生偏移，引起冲击和涡流，严重时将使水泵无法工作。 水泵轴向力的平衡方法： 1、平衡孔法； 2、对称布置叶轮法； 3、推力轴承法； 4、平衡盘法。（二）固定部分固定部分

14、由进水段、中段、出水段等部件组成。 1 进水段 进水段主要是接受由吸水管来的水，使水均匀地进入第一级叶轮入口，降低流动损失。一般由铸铁制成。 2 中间段 中间段由导水叶片和返水叶片组成，如图 16一 8 所示。导水叶片安装在叶轮外缘周围，收集叶轮高速流出的水，将部分动能转变为压力能，并导人返水叶片中。返水叶片使水流由径向转变成轴向，以最小的损失引入下一级叶轮入口。中段材质为铸铁。 3 出水段 位于最后一级叶轮的后面。将从叶轮流出的高速水收集经扩散器流道引入排水口。一般由铸铁制成。 4 填料装置 又称填料箱，填料装置是设在水泵轴将伸出泵壳处的密封装置。吸水侧填料装置是用以防止空气进入泵内影响水泵

15、的正常工作。如图 16 一 9 所示，吸水侧填料箱设有金属水封环，用水泵排水口的高压水进行水封，防止空气进人泵内。排水侧填料装置是用以防止压力水漏出，对其要求没有吸水侧高，故没有设置水封环，其他与吸水侧相同。 第四节 离心式水泵的运行一、排水管路的特性曲线 水泵的管路特性曲线是指在一定的管路上工作时，流过该管路的流量与排水所需的实际扬程之间的关系曲线。每一台水泵都和一定的管路连接在一起进行工作，水泵使水获得的总能量，不仅用于把水排到地面排水口所消耗的能量，还要用于克服吸水管路和排水管路的沿程和局部阻力损失的能量，另外还有水流出排水管时，水流具有一定的速度而带走的动能。排水过程中所有的阻力损失和

16、动能的损失与管路中流量的平方成正比，可用 RQ2 表示，因此，水泵的管路特性方程式为： H = Hs + RQ2 ( 16一 4 ) 式中 H 水泵的扬程， m ; Hsy 测地高度， m ; v 排水管出口速度， m / S ; Hw 总阻力损失， m ; Q 管路中的流量， m3 / S ; R 管路阻力损失系数。它与管路的沿程阻力系数和局部阻力系数、管路长度和直径等有关，当管路系统确定后，则 R 为常数。 根据管路特性方程式，可以绘制出管路特性曲线，如图 16一 11 所示为一条顶点在标轴上 Hsy 处的抛物线，管路阻力越大，曲线越陡；管路阻力越小，曲线越平缓。 二、水泵的工况点 1 工

17、况点 把水泵的扬程特性曲线与排水管路的特性曲线，用同样的比例绘制在同一坐标系上，所得的交点 M 就是水泵的工况点，如图 16 一 12 所示，过工况点 M 作横坐标的垂线，得该点所对应参数称为工况参数，如 QM 、 HM 、M、 N M、Hsm 2 工业利用区工业 利用区是水泵工作时在特性曲线上允许使用的区段。在这个区段内工作，水泵应满足稳定工作和经济工作的条件。 稳定工作的条件是水泵的初始扬程 H 0与实际扬程 HSy 之间满足关系 Hsy ( ( 0 . 9 一 0 . 95 ) H 0 （ 16 一 5 )经济工作的条件是水泵在不发生汽蚀时，运转工况效率m与水泵最高效率 max 满足关系

18、： M ( 85 一 90 % ）max ( 16 一 6 ) 水泵的工业利用区就是必须满足稳定工作条件、经济工作条件和不发生汽蚀的条件而的划定区域。 3、保证水泵在管路中正常工作的条件是： 1）工况点在工业利用区内； 2）满足稳定和经济工作条件； 3）吸水高度不超过允许值。3 水泵工况点的调节方法 在矿井排水工作中，往往需要根据现场的实际情况对水泵的工况点进行调节。因工况点是由水泵的特性曲线和管路特性曲线的交点所确定。因此，工况点的调节也可以从改变管路特性曲线和改变水泵特性曲线两方面入手。 工况点的调节方法有：一是改变管路特性曲线，包括闸门节流法、并联管路调节法；二是改变水泵特性曲线，包括：

19、改变水泵转速调节法、改变叶轮数目调节法 和削减叶轮叶片长度调节法。 4、离心式水泵的串并联 当一台水泵不能满足所需的流量或扬程时，可采用两台水泵串联或并联运行，但要采用同一类型水泵。 1）水泵串联运行的目的是增加扬程，但两台水泵的流量应基本相同。 2）水泵并联的目的是增加流量，但两台水泵的扬程应基本相同。 三、提高排水设备经济运行的措施 1 提高水泵运行效率 ( 1 ）尽量选择新型高效水泵，替换“老、旧、杂”的水泵，降低排水电耗。 ( 2 ）改善水泵的运行性能，通过合理调节工况点，提高工况点效率。 ( 3 ）提高水泵的检修和装配质量。2 降低排水管路阻力 ( 1 ）定期清除管路积垢，降低管路阻

20、力，提高管路效率。清理管路的方法主要有：水压棘球清理法、碎石清理法、盐酸清理法。 ( 2 ）改斜井排水为钻孔排水，可大大减少管路长度，使管路阻力减少，降低电耗。 ( 3 ）采用多管并联排水，可大幅度减小管路阻力。但应保证电机不出现过载和水泵不发生汽蚀。 3 改善吸水管路特性 ( l ）可采用无底阀排水。在吸水管侧加装喷射泵，取消底阀，以减少吸水管阻力损失，增大水泵的安全区域和节省电能。 ( 2 ）正确安装吸水管，合理确定吸水高度。 第五节 离心式水泵的使用与维护一、操作 1 开车前的检查 ( l ）应详细检查各部螺栓有无松动，是否齐全；联轴器的间隙是否合乎规定；润滑油质量是否合乎要求；油环转动

21、是否灵活；管路和闸阀、逆止阀是否正常。 ( 2 ）检查填料压盖的松紧程度，并盘车 2 一 3 转，检查水泵机组转动部分是否灵活。 ( 3 ）检查吸水管路是否正常，底阀插人深度，吸水高度是否符合要求。 ( 4 ）检查电源电压是否正常，接地线是否良好。 2 水泵启动 ( 1 ）向泵内灌注引水，关闭放气阀。 ( 2 ）关闭排水管上的闸阀，以减小启动功率。 ( 3 ）水泵启动后，注意压力表、真空表、电流表的读数是否正常。如发现意外情况时，应立即停车处理。 ( 4 ）当水泵压强达到正常时，可渐渐打开闸阀，向管路供水，以免水泵发热。在闸阀关闭的情况下，运转时间不应超过 3 min 。 3 水泵的停止 (

22、1 ）关闭排水管上的闸阀，使水泵进入空转状态。 ( 2 ）关闭真空表旋塞。 ( 3 ）切断电源，使水泵逐渐停止。 ( 4 ）关闭压力表旋塞。 ( 5 ）停泵后，在工作中出现的问题要及时解决。如停泵时间长，为避免锈蚀和冻裂，应将泵内的水放空，并对泵进行油封。二、水泵的使用与维护 水管、水泵、闸阀和排水用的配电设备等都必须经常检查和维护。每年雨季前，必须全面检查修理一次，所有零件应补充齐全，并对全部工作水泵和备用水泵进行一次同时运行试验，发现问题，及时处理。水泵运转 为保证水泵正常运转需要注意以下事项： ( 1 ）水泵吸水高度不超过设计允许值。滤水器最上端距离吸水井面不能小于 lm ，以防止吸人空

23、气造成水泵不上水。 ( 2 ）水泵上装置的压力表、真空表指示数要正常，如指针有大幅度不正常的摆动，立即停车。 ( 3 ）水泵运转正常，响声无异常，如有异常声音要立即停泵检查。 ( 4 ）轴承温度不得超过环境温度；电动机温度不得超过电动机的额定温度；填料完好，松紧合适，运行中应陆续滴水；填料箱与外壳不烫手。 ( 5 ）水泵主闸阀应能全部敞开。 ( 6 ）主水泵每年至少进行一次技术测定，排水系统效率不得低于 50 % ，测定记录有效期一年。三、离心式水泵常见故障分析及排除方法离心式水泵在运转中常见故障原因及排除方法见表 16 一 1所列。P309 一、填空 1、矿井固定式排水分为集中 式和分段式两种排水方式。 2、煤矿安全规程规定必须有工作泵、备用泵和检修泵的水泵。 3、按水泵的叶轮数目分，水泵可分为 单级泵 和 多级泵 两种。 4、泵的扬程为 1米 ，流量为 0.075m3 时的转速叫做这台泵的比转数。 5、如果水泵内能达到真空，则水泵的最大吸水扬程为10.33 米。 6、水泵串联的目的是提高 扬程 ，并联的目的是提高