排水设计Word文档格式.doc
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K=1.1~1.15,
斜井:
当α<
20。
.时,K=1.3~1.35,
α=20.~30。
时,K=1.3~1.25,
α>
30。
时,K=1.25~1.2.
3、确定水泵台数
根据计算的Q1、Q2、H,查水泵样本选择水泵,并根据拟选水泵的主要技术参数,初步预计水泵的流量Qb(一般为额定流量),按《煤矿安全规程》第278条相关规定,分别计算出水泵站內工作水泵、备用水泵、检修水泵台数。
水泵站內水泵总台数N按下面两种情况计算。
(1)、正常涌水量时:
N=n1+n2+n3
式中,工作水泵台数n1=Q1/Qb,且n1≥1,当n1不为整数时,其小数应进位到整数。
备用水泵台数n2=0。
7n1,且n2≥1,当n2不为整数时,其小数应进位到整数。
检修水泵台数n3=0。
25n1,且n3≥1,当n3不为整数时,其小数应进位到整数。
(2)、最大涌水量时,水泵工作台数n4=Q2/Qb,
当n4≤n1+n2时,则N=n1+n2+n3,
当n4≥n1+n2时,则N=n4+n3。
(3)、水文地质条件复杂、有突水危险的矿井,应根据情况增设水泵,或预留安装水泵位置。
(4)、当矿井水PH≤5时,应选耐酸泵。
三、排水管路计算和管路布置
1、管路布置原则
(1)、根据《煤矿安全规程》第278条规定,井下排水管路应设工作管路和备用管路。
工作管路应能在20h内排出矿井24h正常涌水量,工作管路和备用管路应能在20h內排出矿井24h最大涌水量。
(2)、根据《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》要求,每台水泵均能经两条管路排水,排水管路在泵站內宜作环形布置。
(3)、管路和水泵的匹配,宜一管一泵;
如果水泵需要并联工作,一趟管路宜并联2台水泵,即一管二泵,最多不宜超过一管三泵;
有时为了控制管内水的流速,1台水泵也可并联二趟管路运行。
(4)、水文地质条件复杂、有突水危险的矿井,视情况在井筒及管子道预留安装排水管位置。
2、管径计算
(1)、选择排水干管管径时,应根据矿井涌水量大小和矿井规模及服务年限,进行技术经济比较,确定合理的流速和管径。
(2)、管径计算
dp=(Q/900πV)1/2(m),
式中:
Q—流经管内流量(m3/h)。
一管一泵时Q=Qb,一管二泵时Q=2Qb,余类推
V—管內水流速度,一般排水管內V=1。
5~2。
2m/s,当dp>
200mm时,可适当增大,但不宜超过2。
5m/s。
3、管壁厚度计算,介绍两种方法:
(1)、根据原煤炭工业部联合编写小组编写的《矿井提升、通风、排水、压风设备设计手册》中所推荐的公式计算:
δ=1/1+2p/[230(kz-0.65)–p]{[pdp/230(kz-0.65)-P]+c}(mm)(公式一)
dp—dp排水管外径(mm)
p—计算管段内部最大工作压力(kg/cm2)
kz—管材许用应力(kg/mm2),且kz=0。
25σB
σB—管材抗拉强度(kg/mm2),当不知钢号时,无缝钢管取kz=8~10kg/mm2,焊接钢管取kz=6kg/mm2。
C—附加厚度,一般取C=1mm。
(2)、根据《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》(送审稿)中推荐的公式计算:
δ=δ’+c
δ’=pDw/[2.3×
(Rφ-6.4)+p](公式二)
p—计算管段的最大工作压力(MPa)
Dw—排水管外径(cm)
R—管材许用应力(MPa),
10#钢:
R=85,15#钢:
R=95,20#钢:
R=100
φ—管子焊缝系数。
无缝钢管取1;
螺旋焊接钢管:
双面焊,全部探伤取1.
;
螺旋焊接钢管:
双面焊,不探伤取0.7.
C—计入制造负偏差和腐蚀的附加厚度:
无缝钢管:
C=0.15(δ’+1)(cm)
说明:
管壁厚度计算公式较多,煤炭系统比较公认的为四大件设计手册中所推荐的公式,即(公式一)。
因此,在《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》未批准实施前,设计宜采用(公式一)计算。
但因按(公式二)计算的管壁厚度比按(公式一)计算的厚度大,所以在上述设计规范批准后,则应采用(公式二)计算,以使设计符合规范要求。
4、根据计算的dp和δ,选择标准无缝钢管。
5、吸水管dx,一般比排水管dp大一级,取dx,=dp+0。
025(m),根据dx,选择标准钢管中管壁最薄的管子即可。
四、确定水泵工况点,检验排水系统(包括水泵和管路)设计选型计算的符合性。
确定水泵工况点,就是求出水泵H-Q特性曲线和管网特性曲线H=Hc+RQ2
的交点。
鉴于水泵样本给出的H-Q特性曲线,系由厂家通过模拟试验数据绘制而成,并不存在H=f(Q)函数关系,因此,不能利用解方程求解。
目前一般都采用作图法确定水泵运行工况,其方法有二。
1、第一种方法,也即我院目前使用的方法,其步骤如下:
(1)、首先分段计算管路损失Δh
①、吸水管部分
Δhx=(λxLx/dx+∑ζx)Vx2/2g
∵V=Q/900πd2
∴Δhx=(λxLx/dx+∑ζx)Q2/2g(900πdx2)2=RxQ2
式中Rx=(λxLx/dx+∑ζx)/2g(900πdx2)2
②、排水管部分
a、水泵出口至排水干管段
Δhp1=(λp1Lp1/dp1+∑ζp1)Vp12/2g
=(λp1Lp1/dp1+∑ζp1)Q2/2g(900πdp12)2=Rp1Q2
式中 Rp1=(λp1Lp1/dp1+∑ζp1)/2g(900πdp12)2
b、排水干管段
Δhp2=(λp2Lp2/dp2+∑ζp2)Vp22/2g
=(λp2Lp2/dp2+∑ζp2)(nQ)2/2g(900πdp22)2=Rp2Q2
Rp2=n2(λp2Lp2/dp2+∑ζp2)/2g(900πdp22)2
c、排水管部分阻力损失之和,按水泵与管路运行情况分别计算:
Δhp=Δhp1+Δhp2=(Rp1+n2Rp2)Q2
(2)、绘制管网特性曲线H=Hc+RQ2
式中Hc—测量高度,Hc=Hp+Hx
R—管道阻力,R=Rx+Rp1+n2Rp2,
将Hc、R数值代入,并考虑因沉积物使管径变小阻力增大系数,则
H=Hp+Hx+1。
7(Rx+Rp1+n2Rp2)Q2(新管则不乘1。
7系数)。
在不同的n值下(n=1、2、3),给出不同的Q值,即可绘出管网特性曲线。
(3)、确定水泵运行工况点
水泵样本给出的H-Q特性曲线和绘出的管网特性曲线H=Hc+RQ2,两条特性曲线的交点M即为水泵运行工况点(如图1)。
该点对应的Q、H、η、npsh,即是水泵运行时的流量、扬程、效率和必须的汽蚀余量。
(4)、根据工况点对应的Q、H,检验矿井最大涌水量和正常涌水量时水泵工作台数、管路趟数及每天水泵工作时间。
水泵和管路的各种配合运行方式,均应能保证水泵每天工作时间不超过20h。
从图1可知,此时水泵的实际流量为Qb',则要求:
T1=24Qz/nQb'≤20h,T2=24Qm/nQb'≤20h。
同时检验排水管中水的流速,V=nQb'/900πdp22,如超出经济流速范围,则应调整管路系统,或采取其它措施,直至满足要求。
(5)、计算电动机的容量:
先按一管一泵(n=1)运行时水泵工况点对应的Q、H、η计算出水泵的轴功率:
N=QHr/102×
3600η
电动机的容量:
Nd’=KQHr/102×
3600ηηm,
式中K—电动机容量的富余系数,K=1。
1~1。
2,
ηm—傳动效率,直联取1,联轴节取1。
r—矿井水的容重,一般r=1020kg/m3。
根据Nd’选择电动机。
(一般电动机由水泵厂成套供应)。
(6)、按水泵在管路未淤积前(即新管)一管一泵运行时水泵的工况计算水泵的轴功率,检验电动机是否过负荷。
2、第二种方法,即四大件设计手册中介绍的方法,其步骤如下:
(1)、首先分段计算出管路损失Δh
Δh=Δhx+Δhp1+Δhp2,按一管一泵(n=1)运行,计算公式与第一种方法相同。
(2)、水泵总扬程
HZ=Hc+1。
7Δh+1(新管则不乘1。
7系数)
(3)、建立管网特性曲线HZ=Hc+RQ2
R=(HZ-Hc)/Q2,
(4)、确定水泵运行工况点
①、一管一台泵运行时水泵的工况点确定
一台水泵的H-Q特性曲线和管网特性曲线H=Hc+RQ2两条特性曲线的交点3即为水泵运行工况点,见图2)
②、一管二台泵并联运行时水泵的工况点确定
两台同型号水泵并联特性曲线的绘制,是在相同扬程条件下,两台水泵流量相加绘成的,如图2所示。
它与管网特性曲线(按一管一台泵运行)之交点1即为二台并联水泵的工况点,点1对应的Q、H为并联工作水泵的实际流量和扬程;
点2为并联工作时每台水泵的工作点;
点3为一台水泵单独工作时的工作点。
从图2可知,Q=Q’1+Q’1=2Q’1,一般Q=(1。
8~1。
6)Q1。
③、一管三台泵并联运行时水泵的工况点确定
与一管二台泵并联运行时水泵的工况点确定方法相同,如图3所示。
④、三台相同水泵向两条管路输水的并联工作,如图4所示。
除了一条管路的特性曲线C—E外,还要绘制两条管路的合成特性曲线C—E’。
合成特性曲线的绘制,是在同一扬程下把管路中的流量相加而成。
图中:
点1定出泵站的最大输水量,点2定出每条管路中的输水量,点3定出每台水泵的输水量。
⑤选择电动机和计算水泵工作时间,与第一种方法相同。
3、两种方法的比较
第一种方法是先计算出一管一泵或一管多泵管路特性曲线,它们与水泵特性曲线的交点即为水泵运行工况点,也就是先定出单台水泵Q,再计算泵站输水量。
而第二种方法则是先定泵站输水量,再定出每台水泵Q。
但两种方法的共同点都是基于水泵并联运行时管中的流量Q成倍增加,并以此绘制并联后的水泵特性曲线和管路特性曲线。
实际上流量Q并不是成倍增加(约为1。
8~1。
6倍),因而都存在一定的误差。
但第一种方法中并联管路特性曲线是通过计算后一次绘制的,而第二种方法中并联管路特性曲线是通过人工二次合成的,因而相对误差较第一种方法为大。
五、泵站布置
1、泵站主要尺寸
(1)、泵站长度L=nL1+(n-1)
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