第二章矿井排水设备

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1、矿井排水设备万英盛2009.6.30矿山机械精品课程 目 录第一节 概述 第二节 离心式水泵的工作理论和特性曲线 第三节 离心式水泵的结构 第四节 相似理论第五节 离心式水泵在管路中的工作本章小结矿山机械精品课程第一节 概述一、 排水设备的任务和分类涌入矿井的水统称为矿水。矿水主要来源于地表水、地下水（含水层水、断层水和采空区水等）、充填后的废水（水砂黄泥充填的矿井。矿井涌水量：在单位时间内涌入矿井的总水量称为矿井涌水量，用Q表示，其单位是m3/h。最大涌水量：雨季和溶雪期地表水丰富，涌水多，称这时的涌水量为最大涌水量，用Qmax表示，所对应的涌水时间为最大涌水时间，用Tmax表示。正常涌水量

2、：其它季节的涌水量大致均匀，称这时的涌水量为正常涌水量，用Qz表示，所对应的涌水时间为正常涌水时间，用Tz表示。矿山机械精品课程矿山机械精品课程v4、分类v矿井排水设备分为固定式和移动式。v固定式排水设备根据其服务范围又分为主排水设备、区域排水设备和辅助排水设备。v5、对排水设备的要求v排水设备是煤矿四大固定设备之一。一般煤矿每开采1t煤，要排出27t的矿水，有些煤矿甚至多达3040 t的矿水。排水设备的电动机功率，小的几千瓦或几十千瓦，大的几百千瓦或上千千瓦。为确保矿井安全生产，排水设备安全、可靠、经济、合理地运行具有十分重要的意义。v排水设备的选用及其布置方式必须符合煤矿安全规程等相关的技

3、术规定和要求。见教材P299矿山机械精品课程6、排水设备的组成 排水设备一般由水泵、电动机、吸水管、排水管、管路附件及仪表等组成 。如图1所示。图1 排水设备示意图1、水泵，2、电机，3、启动设备，4、吸水管，5、滤水器，6、底阀，7排水管，8、调节阀门，9、逆止阀，10、旁通管，11灌引水漏斗，12、放水管，13、放水阀，14、真空表，15放气栓，16、压力表矿山机械精品课程二、离心式水泵的组成及工作原理1、组成： 离心式水泵主要由叶轮、叶片、外壳、泵轴和轴承等组成 。 2、离心式水泵的工作原理水泵启动前，应先用水注满泵腔和吸水管，以排除空气。启动后，泵轴带动叶轮旋转，叶轮中的水在离心力的作

4、用下被甩向叶轮叶轮周围压向泵壳，通过排水管排至地面，与此同时，叶轮中心进水口处，由于水被抛至轮缘而形成真空，吸水井中的水在大气压的作用下，通过滤水器、底阀及吸水管进入水泵，填补叶轮中心的真空，叶轮连续旋转，吸水井中的水就不断被吸入和甩出，形成连续不断的排水。矿山机械精品课程矿山机械精品课程3、离心式水泵的分类按叶轮数目分1)单级水泵 泵轴上仅装有-个叶轮2)多级水泵 泵轴上装有几个叶轮按水泵吸水方式分1)单吸水泵 叶轮上仅有-个进水口2)双吸水泵 叶轮两侧各有-个进水口按泵壳的结构分 1)螺壳式水泵2)分段式水泵 垂直泵轴心线的平面上有泵壳接缝3)中开式水泵 在通过泵轴心线的水平面上有泵壳接缝

5、按泵轴的位置分1)卧式水泵 泵轴呈水平位置2)立式水泵 泵轴呈垂直位置按比转数分 1)低比转数水泵 比转数nS=4O802)中比转数水泵 比转数nS=8O1503)高比转数水泵 比转数nS=150300矿山机械精品课程单单 级级 泵泵 多多 级级 泵泵（ 2 2 1 1 3 3 ）按按 叶叶 轮轮 数数 目目 分分低低 压压 泵泵低低 于于 0 0 . . 2 2 M M P P a a中中 压压 泵泵0 0 . . 2 2 1 1 M M P P a a高高 压压 泵泵高高 于于 1 1 M M P P a a按按 产产 生生 的的 扬扬 程程 分分单单 吸吸 泵泵 双双 吸吸 泵泵按按 叶

6、叶 轮轮 吸吸 入入 式式 分分窝窝 壳壳 式式 导导 叶叶 式式按按 导导 流流 形形 式式 分分离离 心心 式式 水水 泵泵 的的 分分 类类矿山机械精品课程4、离心式水泵的工作参数 1） 流量 水泵在单位时间内所排出水的体积，称为水泵的流量，用符号Q表示，单位m3/s , m3/h。 2）扬程 单位重量的水通过水泵后所获得的能量，称为水泵的扬程，用符号H表示，单位为m。吸水扬程(吸水高度)泵轴线到吸水井水面之间的垂直高度，称为吸水扬程，用符号HX 表示，单位为m。排水扬程（排水高度）泵轴线到排水管出口处之间的垂直高度，称为排水扬程。用符号Hp表示，单位为m.实际扬程（测地高度）从吸水井水

7、面到排水管出口中心线间的垂直高度，称为实际扬程。用符号Hsy表示，单位为m，即Hsy=Hx+Hp总扬程总扬程H为实际扬程、损失扬程和在水在管路中以速度v流动时所需的（速度水头）扬程之和，称为水泵的总扬程,即22ghwHsyH矿山机械精品课程1000pxQHXP3）功率水泵在单位时间内所做的功的大小叫做水泵的功率。水泵的轴功率电动机传给水泵轴的功率，即水泵的轴功率（输入功率）水泵的有效功率 水泵实际传递给水的功率，即水泵的有效功率（输出功率）用符号表示。矿山机械精品课程ZPQH10004）效率：水泵的有效功率与轴功率之比，叫做水泵的效率，用符号表示。 5）转速 水泵轴每分钟的转速，叫做水泵的转速

8、。矿山机械精品课程6）允许吸上真空度或汽蚀余量 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，叫做水泵的允许吸上真空度。用符号Hs表示。 水泵吸水口处单位重量的水超出水的汽化压力的富余能量，叫做水泵的汽蚀余量。矿山机械精品课程第二节 离心式水泵的工作理论及特性曲线一、离心式水泵理论压头及特征曲线1. 水在叶轮中的运动分析4）水不可压缩（即=常数） 设叶轮的几何参数为： D1、D2叶轮叶片内缘、外缘直径； r1、r2叶轮叶片内缘、外缘半径； b1、b2叶轮叶片内缘、外缘处的宽度； 1、2叶轮叶片内缘、外缘处的叶 片安装角。矿山机械精品课程v 当水进入叶轮后，由于叶轮作等速圆周运动，叶

9、片迫使水质点以同一转速旋转，故水质点具有与叶轮相同的圆周速度,称为牵连速度（圆周速度），用符号 u表示，其方向与叶轮圆周相切，大小随半径r变化。任意半径处圆周速度u=r；v 在水质点随叶轮作等速圆周运动的同时，还要以一定的速度沿着叶片所形成的流道向外流动，即沿着叶片表面流动，其方向与叶片相切，称为相对速度，用符号w表示。v 速度是矢量，牵连速度u和相对速度w的矢量和，就是水流经叶轮的绝对速度c，即：wuc矿山机械精品课程在叶轮内任何一个位置，都可以画出这三个速度的大小和方向，它们构成一个三角形，称为速度三角形。矿山机械精品课程2222222usinCCCctgCurr矿山机械精品课程v2. 离

10、心式水泵的理论压头方程式v由于水流经叶轮时情况非常复杂，为了便于分析，假设：v1)水在叶轮内的流动为稳定流动，即速度图不随时间变化；v2)水是不可压缩的，即密度为一常数；v3)水泵在工作时没有任何能量损失，即原动机传递给水泵轴的功率完全用于增加流经叶轮水的能量；v4)叶轮叶片数目无限多且为无限薄。v 这样水流的相对运动方向恰好与叶片相切；叶片的厚度不影响叶轮的流量；在叶轮同一半径处的流速相等、压力相同。v在上述条件下求出的压头，叫做离心式水泵的理论压头。矿山机械精品课程MPZ)(11221122lclcgQlmclmcMl水泵工作时，叶轮传递给水的理论功率为lPllHQ=水泵的轴功率PZ可用叶

11、轮入口间水流上的外力矩M和叶轮的角速度之乘积来表示，即 因为没有损失，故 根据动量矩定理可知：作用在叶轮上的外力矩等于每秒钟流经叶轮出入口间水的动量矩的增量，即LLZlQMHPP:则矿山机械精品课程v式中：11221112222221112121)coscos(cos:ururrCrCgH，QMHgosrlrl。cc、llLLL因得中将上式代入计算公式为距轴的垂直距离和出口绝对速度进口绝对速度则 )coscos(1111222cucugHl即为离心式水泵的理论压头方程式，又称为欧拉公式。矿山机械精品课程于是 )(11122uulcucugHulcugH221由此方程式可以看出：1)水从叶轮中所