矿井水泵工教案Word下载.docx
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与纯净水比较:
(1)重度比纯净水大(1020kg/m3);
(2)有一定的酸碱性,对泵有腐蚀。
1.涌水量:
单位时间内矿井涌出的水量。
m3/h
2.正常涌水量:
一年之中时间最长的涌水期的涌水量。
3.最大涌水量:
一年之中矿井最高峰涌水期的涌水量。
最大涌水量受大气降水的影响,矿井涌水量增加到最大程度。
正常涌水量和最大涌水量是根据水文地质条件由技术人员推算的,巷道开出后要核实涌水量,以便对排水设备进行调整。
做为水泵司机必须清楚所工作的矿井的正常涌水量和最大涌水量。
1.矿井排水的意义
矿井排水的任务就是将井下涌出的矿井水,通过排水系统不断地排至地面,以保证矿井安全生产和作业人员的生命安全。
否则就会影响矿井正常生产,甚至发生淹井事故,造成生命、财产的巨大损失。
因此矿井排水系统是必不可少的主要的生产系统之一。
2.矿井排水的特点
由于矿井涌水的复杂性和危险性,以及矿井结构布置的不同,故对矿井排水及排水泵房的要求比一般机电硐室的要求严格,对排水设备的可靠性能要求较高,必须保证及时排除矿井涌水。
因为矿井涌水在井下流动的过程中,混入和溶解了许多矿物质,含有一定数量的煤炭颗粒、流砂等杂质,所以要求排水泵要具有较强的抗腐蚀性和耐磨性;
此外,由于排水泵安装在硐室内,硐室空间比地面空间小,安装和维修都不方便,为了保证矿井的安全,矿井水泵房要求安装使用、备用、待修的水泵台数较多;
再者,矿井排水设备的耗电量很大,一般会占到全矿井总耗电量的25%~35%,有的矿井占到40%,个别矿井会更多。
上述都是矿井排水的特点。
3.矿井排水方式
矿井排水方式很多,不同的矿井应根据矿井的具体条件,考虑其可靠性和经济性,合理选择排水方式。
1)压入式、吸入式及压、吸并存式排水方式
(1)压入式排水方式
被排的水面高度高于水泵的吸水口高度。
优点:
①水泵启动时不需要真空泵、射流泵等启动设备。
启动非常方便,启动前,只要打开吸水侧闸阀,水就会自动灌满泵体,然后启动电动机,逐渐打开排水侧的闸阀,就可以排水了。
②由于压入式排水被排水面高度高于水泵吸水口高度,所以泵内部存在一定的压力,工作时一般不会产生气蚀现象,同时也可以提高排水系统效率。
压入式排水要求泵房和机电设备有很高的可靠性,水泵司机有很强的业务素质,水仓周围岩层没有裂隙。
缺点:
一旦泵房、水仓隔墙及机电设备发生较大故障,或者操作人员操作失误,就容易发生水淹泵房和矿井的重大事故。
因此,要慎重采用。
(2)吸入式排水方式
被排的水面高度低于水泵的吸水口的高度。
安全性能高,工作可靠,不会造成水淹泵房事故。
①水泵启动时需要启动设备;
②排水效率较压入式排水方式低。
(3)压、吸并存的排水方式
以泵房标高为准设有上、下两个水仓,上部水仓的标高比水泵吸口高,下部水仓的标高比水泵吸口低,一部分水泵采用压入式排水,另一部分水泵采用吸入式排水。
这种压、吸并存的排水方式,既可以发挥压入式排水的优点,又可以保证泵房安全。
一旦发生故障时,上水仓的水可以排放到下水仓去,全部采用吸入式排水,不会造成跑水淹泵房事故。
2)移动式和固定式排水方式
(1)移动式排水方式
指水泵随着工作面的移动或水位的变化而移动的排水方式,如排出立井、斜井下山掘进工作面以及恢复淹没矿井的积水,一般情况下只为矿井的局部服务。
(2)固定式排水方式
指水泵位置长期固定不变,矿井的涌水都由此泵房水泵排出的排水方式。
这种排水方式是矿井的主要排水方式。
矿井固定式排水方式还分为直接排水和分段排水。
①直接排水方式:
各水平水仓中的水直接排送到地面。
如图(a)
可靠性强,水平之间互不依赖。
管路多,泵房多,维修量大。
a—由各水平直接排送地面
②分段排水方式:
一种是下水平的水排到上一水平,再由上水平排到地面。
另一种是上水平的水顺大巷流到下水平的水仓,再由下水平的泵直接排到地面。
如图(b)和(c)
b—下水平水排到上部水仓,
再统一排向地面
c—上水平水全部放到下水平,
统一向地面排水
管路少,维修量小。
水平之间互相影响,排水依赖,可靠性差。
③斜井排水一般是通过钻孔下排水管,而不是顺着斜井敷设管路。
目前我国钻孔直径已达到380mm以上,钻孔深度可达270多米。
由钻孔下排水管的斜井排水系统
第二百七十八条主要排水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。
工作水泵的能力,应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量(包括充填水及其他用水)。
备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。
工作和备用水泵的总能力,应能在20h内排出矿井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%。
水文地质条件复杂的矿井,可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置。
对水泵的要求,是从两个方面考虑保证安全的。
第一是从正常涌水量考虑,为了不间断地排出矿井正常涌水量,工作水泵的排水能力必须大于矿井正常涌水量能力,规定了工作水泵的能力,应能在20小时排出24小时的正常涌水量,即Q泵工=24Q正/20=1.2Q正,也就是工作泵的能力是正常涌水量的1.2倍。
第二是从最大涌水量考虑,工作和备用泵的总能力,应能在20小时排出24小时的最大涌水量,即Q泵工+Q泵备=24Q最大/20=1.2Q最大,也就是工作泵和备用泵总的能力是最大涌水量的1.2倍。
所谓最大涌水量是指受大气降水的影响,矿井涌水量增加到最大程度时的水量。
不包括矿井大突水时的水量,确切应叫矿井最大突水量。
因为有些矿井受大气降水的影响很大,雨季时矿井最大涌水量和正常涌水量相差数量很大,若一律按70%规定,则不能保证安全,故又提出按最大涌水量计算的规定。
目的是为了防突水灾害。
(二)水管:
必须有工作和备用的水管。
工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h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内排出矿井24h的最大涌水量。
(三)配电设备:
应同工作、备用以及检修水泵相适应,并能够同时开动工作和备用水泵。
有突水淹井危险的矿井,可另行增建抗灾强排能力泵房。
第二百七十九条主要泵房至少有2个出口,一个出口用斜巷通到井筒,并应高出泵房底板7m以上;
另一个出口通到井底车场,在此出口通路内,应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。
泵房和水仓的连接通道,应设置可靠的控制闸门。
泵房是矿井排水系统的主要工程,泵房设置是否得当是关系到排水设施能否长期正常运转的重大问题。
为了解决泵房通风降温和泵房被淹时撤人,规定了主要泵房至少有两个出口,一个出口用斜巷通到井筒,作为回风和设置水管、电缆用。
为了提高泵房的通风能力,规定了高出泵房底板7m以上。
另一个出口通到井底车场,可以作为水泵安装时的运输道,由于井底车场标高较低,作为进风通道也有利于泵房通风。
为了防止泵房被淹和失火,又规定了在此出口通路内,京戏设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。
为了防止水仓水进入泵房,影响水泵的正常运转,又规定了泵房和水仓的连接通道,应设置可靠的控制闸门。
第二百八十条主要水仓必须有主仓和副仓,当一个水仓清理时,另一个水仓能正常使用。
新建、改扩建矿井或生产矿井的新水平,正常涌水量在1000m3/h以下时,主要水仓的有效容量应能容纳8h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(Q+3000)
式中V——主要水仓的有效容量,m3;
Q——矿井每小时正常涌水量,m3。
但主要水仓的总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水量。
采区水仓的有效容量应能容纳4h的采区正常涌水量。
矿井最大涌水量和正常涌水量相差特大的矿井,对排水能力、水仓容量应编制专门设计。
水仓进口处应设置箅子。
对水砂充填、水力采煤和其他涌水中带有大量杂质的矿井,还应设置沉淀池。
水仓的空仓容量必须经常保持在总容量的50%以上。
水仓是井下排水的重要设施,水仓设置是否合适,关系排水系统排水能力能否正常发挥。
矿井涌水中带有大量杂质很容易占据水空间,必须经常清理才能保证水仓的有效容量,所以规定了主要水仓必须有主仓和副仓,当一个水仓清理时,另一个水仓能正常使用。
第二百八十一条水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路,必须经常检查和维护。
在每年雨季以前,必须全面检修1次,并对全部工作水泵和备用水泵进行1次联合排水试验,发现问题,及时处理。
水仓、沉淀池和水沟中的淤泥,应及时清理,每年雨季前必须清理1次。
井下排水设施是矿井安全生产的重要保证设施,其中水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路是排水设施的重要组成部分,必须经常进行维护和检查,以保证其正常运转。
雨季是地表洪水泛滥、地下含水层得到补充、水量充足的时期,洪水淹井事故时有发生。
为确保汛期安全生产,将可能产生的最大涌水量排出矿井,在雨季前必须对排水设施进行全面检修一次,同时对全部工作水泵和备用水泵进行一次数联合排水试验,以便发现问题及时处理,为防汛工作做好充分的准备。
1.单台泵的排水系统
吸水井内的水经底阀、吸水管进入水泵,获得压力后,通过闸阀和逆止阀沿排水管排至地面的水池。
目前,固定式排水设备系统中,多数已不采用底阀。
1—水泵及电机:
泵使水具有能量,达到排水的目的。
2—放气阀:
放掉泵内的气体。
3—压力表:
水泵出口处的压力值,读数是指高于大气压的压力。
压力表测量的最大压力应低于表盘上的最大压力。
4—闸阀:
(截止阀)就是将其两侧的设备或管路接通或断开,泵起动时必须关闭,保证电机空载启动,泵运转时起调节流量的作用。
5—逆止阀:
防止排水管中的水逆流,避免水流冲击损坏水泵叶轮和底阀。
一般安装在离水泵很近的闸阀上方。
若突然停电,排水管中的水下垂,压力大,易损坏泵零件。
6—底阀和滤水罩:
底阀是当水泵启动前向吸水管中灌水时,防止吸水管中的水流出,保证水泵的正常启动,水泵停止工作时保证其中的存水不会漏掉(逆止阀)。
底阀插入水面以下深度不得小于0.5m,距吸水井底不得少于0.5m。
7—吸水管:
是水泵的吸水通道。
8—真空表:
水泵进入口的真空压力,读数是指低于大气压力的压力,是负压值。
9—放水阀(旁通管闸门):
为泵注水用。
10—排水管:
是水泵的排水通道。
11—水池:
排水池。
12—吸水井:
积水井。
2.充水装置
1)底阀:
故障多,处理麻烦,阻力大,耗电多。
易被水中的杂质、污泥堵住,处理时必须把它提出水面,挡帘盖不严,易漏压力水,无法开机,现多采用无底阀排水方式。
2)储水箱:
在吸水管侧加装储水箱。
(在实际工作中不在储水箱放气阀放气,而是在泵上的放气阀放气,储水箱的气在底水笼头处排出)
3)真空泵:
利用真空泵把泵内空气抽出,达到充水的目的(六家矿主泵房)。
水泵启动前,开动真空泵抽出水泵内的空气,由于泵体上、下口均已经被水密封,因此水泵内的空气越来越稀薄,即气压越来越低,形成负压,吸水池中的水在大气压的压力作用下,随着负压的升高逐渐进入到吸水管和泵体内,直到充满泵体,这时关闭真空泵,开动水泵就可以排水了。
4)射流器:
水泵的射流启动是利用喷射泵来实现的。
喷射泵构造图
1—吸水室;
2—喷嘴;
3—混合营;
4—螺母
当从排水管引来的高压水由喷嘴高速喷射出时,高速的喷射水流连续不断地带走了吸水室中的空气,使得与吸入室相连接的泵体内部形成一定的真空度,产生负压,在大气压的压力下使泵体内部逐渐地充满了水,这时便可以启动电机带动水泵进行排水
如图所示。
首先打开阀门11和阀门10,这时来自排水管路中的高压水通过喷射泵5,将泵体内的空气带走,高压水和空气通过连接管路流入到水池中,这样经过很短的时间,水泵体中就形成了真空,在大气压的压力作用下,水池(或水仓)中的水被压入泵体,当连接管路中排出的全部是水时,即可关闭阀门10和阀门11,启动水泵进行排水。
喷射泵排水系统示意图
1—水泵;
2—闸阀;
3—逆止阀;
4—排水管;
5—喷射泵;
6—真空表;
7—电动机;
8—水龙头;
9—放水管;
10—高压阀;
11—低压阀
3.三台泵排水系统(以储水箱充水为例)
第二部分矿井排水设备
一、矿用水泵的分类及构造
二、排水管路及元件
三、离心式水泵的构造
四、离心式水泵轴向力的产生及其平衡
五、离心式水泵的工作原理及性能
(一)矿用水泵的分类
矿用水泵可以用来输送清水、污水、水煤浆和泥浆等,其扬程一般都在l000m以下,也有一些扬程在1000m以上的。
矿用水泵的类型较多,分类方式也多,一般有如下几种分类方式。
1.按水泵叶轮数目分类
按水泵叶轮的数目分类,有单级泵和多级泵。
(1)单级泵。
它只有—个叶轮,扬程较低,—般在8~lOOm之间。
(2)多级泵。
它由多个叶轮组成,泵的总扬程为所有叶轮产生的扬程之和,扬程较高,一般在70~l000m,高扬程泵的扬程最高可达到l800m或更高。
2.按水泵传动轴的安装位置分类
按水泵传动轴的安装位置方式分类,可分为:
卧式水泵和立式水泵。
吊泵
1—闸阀;
2—压力表;
3—弯头;
4—上部梯子;
5—下部梯子;
6—直嘴旋塞;
7—支持弯头;
8—活动操作台;
9—输水管;
10—电动机;
1l—泵工作部分;
12—吸水软管;
l3—底阀;
l4—逆止阀;
15—吊架;
l6—吊挂绳轮
卧式水泵的传动轴均为水平安装。
立式水泵的传动轴为垂直安装,立式水泵又分为吊泵、深井泵和潜水泵。
深井泵
1—泵轴;
2—锥形套;
3—叶轮;
4—泵壳;
5—轴承衬套;
6—输水管;
7—联轴器;
8—传动轴;
9—轴承衬套;
10—轴承体;
11—电机轴;
l2—泵座;
13—电动机;
14—调整螺母
吊泵多为多级式立式离心式水泵,常用于立井(竖井)井筒掘进时的排水。
潜水泵有可靠的密封结构,可以防止水进入电动机。
把泵和电动机装配在一起,做成可移动式的潜水泵,可以潜入水中进行排水。
恢复淹没的矿井时就可以用潜水泵。
3.按叶轮的进水方式分类
按叶轮的进水方式分类,可分为:
单侧进水式水泵和双侧进水式水泵。
(1)单侧进水式水泵,简称单吸泵,如图a所示。
单吸泵的叶轮上只有一侧进水口,因此叶轮两侧产生压力差,进而产生轴向力,需要采取平衡装置进行调节。
由于它的过流部分结构简单,因此可用于泥浆泵、砂泵、立式轴流泵和小型标准泵。
(2)双侧进水式水泵,简称双吸泵。
双吸泵的叶轮两侧都有进水l:
1,不产生轴向力,不需要平衡装置,且流量比单吸泵大一倍。
一般大口径泵、卧式泵采用双吸,如图b所示。
a单吸式水泵叶轮
b双吸式水泵示意图
4.按排水的介质分类
按排水的介质情况分类,可分为:
清水泵、渣浆泵(有的叫砂泵)和泥浆泵。
(二)矿用水泵的构造
矿用水泵种类繁多。
结构各异,但不论何种泵,都由泵体、泵轴、叶轮、轴承、泵盖及密封装置等几大部分组成。
(一)排水管路
排水管路就是由许多节钢管或铸铁管材采用各种连接方式连接起来的水流通道。
可以将积水从积水池(水仓)输送到指定位置。
由于排水管路要承受较高的压力,一般在1~9MPa之间,因此,常选用钢管作为主排水管路。
钢管的种类较多,有无缝钢管、有缝钢管。
而无缝钢管又分为:
冷轧(冷拔)和热轧无缝钢管,其材质一般为10~45号碳素结构钢。
每根钢管的长度,出厂时在4~12m范围之间,特殊要求时也可以超过l2m。
在排水压力不高的条件下,有时也用一些铸铁管作为排水管。
排水管路的连接方式:
排水管路的连接方式常用的有四种,即:
法兰盘连接、焊接、快速接头连接和螺纹连接。
1.法兰盘连接
法兰盘连接,在排水管路中采用法兰盘连接的方式最为普遍,应用最多的一种。
用铸钢、锻钢或钢板加工的法兰盘,焊接在钢管两端,工作压力低一些的采用搭焊;
工作压力高一些的采用对焊。
法兰盘的对接处加有起密封作用的垫片,垫片的材料为橡胶、石棉、软铝等,按照设计要求选用。
垫片具有一定的弹性或塑性。
用螺栓将两个相邻的法兰盘连接起来,拧紧程度要适当,不可过松。
螺栓的规格、数量根据管子管径和工作压力的大小而定。
在安装管路的时候,有时需要一些附件,如弯头、三通、四通、管支座等,很难保证将事先焊接在钢管上的法兰盘的孔与管路附件的孔正好对准,这时可以采用活法兰盘连接。
活法兰盘可以随意转动,调整上、下或左、右两个连接法兰盘之间的螺栓孔的位置,将它们连接起来。
2.焊接连接
焊接就是在两根钢管之间,套上一个钢匝,分别与两根钢管焊接在一起。
此种连接方式在立井(竖井)斜井管路中均可使用,尤其适用于敷设在垂直钻孔中的管路。
但此种连接方式不能在存有可燃性和易燃性气体的地点使用。
3.快速接头连接
安装前,预先将管端用低碳钢焊条焊在要安装的钢管两端,清除焊渣和喷溅点,涂上漆。
安装时,使两管端对正,再套上密封圈,装上管卡,用扳手拧紧螺栓,直到两个管卡平面接触无缝隙后方可。
此种连接方式可用于平巷和倾斜巷道中的管路安装,有时也可用在立井中。
其优点是安装较为方便。
须注意的是密封圈在存放时应避光、避压,以免老化和变形,影响密封性能。
(二)管件及附件
1.管件
排水管路在敷设过程中,因受到环境限制或配管要求,需要使用弯头、三通、四通、异径管等管件。
2.附件
管路附件常用的有阀门、管卡、固定管座、伸缩管、伸缩器等。
1)阀门
阀门是排水系统中不可缺少的主要附件。
排水系统中常用的阀门有:
闸板阀(简称闸阀)、逆止阀和底阀。
(1)闸阀
闸阀的作用就是将其两侧的设备或管路接通或断开。
在水泵的出水口侧与排水管之间必须安设闸阀。
当水泵启动时,须关闭闸阀,这样可以降低启动功率,当水泵正常排水工作后,再打开闸阀,水泵停止运转时,要关闭闸阀。
有时可以通过调节闸阀的开启高度来调节负荷,防止电机的负荷过重及控制流量的大小。
在多条管路,多台水泵的排水系统中,用安装闸阀来控制或选择任何几条管路或任何几台水泵的运行。
在有几个水仓或多个吸水井的配水巷中,也需要用闸阀来选择工作的水仓或水井。
闸阀根据闸板的不同可分为楔形闸板闸阀和带金属楔闸板闸阀。
常用的闸阀是手动操作的,也有电动和液动闸阀。
根据阀体材质的不同,阀体的外表面涂上不同颜色,阀体材质不同涂的颜色不同,阀体的材质涂色见表。
阀体材质
识别涂色
灰铸铁、可锻铸铁
黑色
球墨铸铁
银色
碳素钢
中灰色
耐酸钢、不锈钢
天蓝色
合金钢
中蓝色
注:
l.耐酸钢、不锈钢阀体可不涂色;
2.铜合金阀体不涂漆。
(2)逆止阀(止回阀)
逆止阀的作用就是防止排水管路中的水逆流。
一般都将其安装在离水泵很近的闸阀上方。
阀门的一端有活轴,另一端可以绕活轴旋转开启或关闭。
当水泵停止工作时,水流会顺着箭头所指的方向移动,这时逆止阀的阀门靠自重和水压而自动关闭,阻止水流通过,避免水流冲击损坏水泵叶轮和底阀。
当水泵正常工作时,水流会按箭头所指的相反方向流动阀门打开,水流正常通行。
(3)底阀
底阀安装在吸水管的底部,其插入水面以下深度不得小于0.5m,距吸水井底不得少于0.5m。
它的作用是当水泵启动前向吸水管中灌水时,防止吸水管中的水流出,保证水泵的正常启动;
水泵停止工作时保证其中的存水不会漏掉。
实际上,底阀就是吸水管端的逆止阀。
目前,排水设备中大都采用无底阀排水方式,以减小排水阻力。
2)管卡
管卡的作用是用来固定管道的,防止管路弯曲变形和大的位移,但管路可以在管卡之间微量窜动。
管卡应牢固地固定在所处位置。
3)固定管座
固定管座用于承载管道的重量,其结构和强度必须满足实际要求,否则将使管道受到损坏。
4)伸缩管
当伸缩管外体侧的管路膨胀或收缩时,外体可以沿内管移动,从而起到防止热胀冷缩而引起管路变形的作用。
5)其他附件
灌水漏斗、旁通管、放气阀门、滤网等都属于其他附件。
泵的种类很多,根据作用原理分为叶片式(离心式、轴流式、混流式)、容积式(往复式、回转式、齿轮泵、螺杆泵)、其它型式(喷射、水锤式)。
煤矿采用最多的是离心式水泵,多级泵主要是D型泵(主排水)、单级泵主要以B型泵为主(辅助排水)。
离心式水泵构造简单,机体轻巧,操作简便,易于调节和维护保养,它直接和电机联接传动(n=1480r/min、2950r/min),具有很高的效率。
在矿井排水中得到了广泛的应用。
离心式水泵型号的含义:
4B91表示:
吸水口直径4英寸、单级离心泵、扬程91m。
MD450—60×
6表示:
煤矿用、多级离心泵、额定流量为450m3/h、单级扬程60m、水泵的级数是6级。
离心式水泵的品种繁多,构造各异,典型的有:
(一)单级悬臂式离心水泵
单级悬臂式离心水泵结构简单,使用维护方便。
此种水泵的流量从4.5m3/h到360m3/h,扬程从8m到98m,吸水口径从40mm到200mm。
因此在煤矿中得到了广泛的应用。
如掘进工作面的排水,空气压缩机冷却水的供水以及其他辅助用水等方面,大都使用此种泵。
单级悬臂式离心式水泵的型号有:
B型、BA型、BAZ(BZ)型和BE型等。
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