《精编》矿山排水设备--泵与风机

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1、第十二章矿山排水设备 第一节矿山排水设备概述 第三节矿用离心式水泵 第二节离心式水泵在管路中工作 第四节排水设备的运行和维护 第五节矿山排水设备选型设计 第一节矿山排水设备概述 一 矿山排水系统 1 矿水 矿水分为自然涌水和开采工程涌水 矿井涌水量 单位时间涌入矿井的矿水总量 其随地质构造 气候条件 开采方法等多种因素的影响 一年中有最大涌水量和正常涌水量 含水系数 单位煤炭产量的涌水量 2 排水系统矿水分为自然涌水和开采工程涌水 1 直接排水系统 2 集中排水系统 3 分段排水系统 3 水仓作用 储水和沉淀矿水 1 必须能容纳8小时的涌水量 2 水仓中水的流动速度要小于0 005m s 3

2、有主水仓和副水仓 4 水仓地板铺设轨道 4 水泵房作用 安装水泵和电机等设备的硐室 大多数泵房布置在井底车场附近 1 便于矿水沿排水沟流向水仓 2 排水设备运输方便 3 靠近井口 缩短管路 节约能耗 4 通风条件好 改善了泵与电机的工作环境 5 供电线路短 节约供电损耗 二 矿山排水系统的组成 1 水泵 2 电机 3 启动设备 4 管路和管路附件 5 各种仪表 第二节离心式水泵在管路中的工作 一 排水管路特性 对于泵 即 管路系统的管路特性 泵的管网特性曲线图 1 泵的气蚀现象 二 离心泵的吸水高度 2 吸水高度 泵的几何安装高度 列吸水池液面0 0及泵入口断面1 1之间的能量方程式有 吸上真

3、空度 3 水泵允许吸上真空度 水泵允许安装高度 水泵允许吸上真空度 水泵样本中给出的允许吸上真空度 是在标准工况下测得的 当水泵的使用条件与规定条件不同时 应换算 例 在海拔500m某地安装一台水泵 其输水qV 135L s 输送水温t 30 该泵样本上提供的允许吸上真空高度 Hs 5 5m 吸水管内径d 250mm 设吸入管路总损失 hs 0 878m 求 Hg 应为多少 解 由表查得海拔500m力时大气压强pa 9 51 104Pa 由附录 查得水温为t 30 时的饱和蒸汽压强pV 4 2365kPa 查表得30 水的密度 995 6 m3 修正后的吸上真空高度为 又因为 所以 泵的几何安

4、装高度应为 4 气蚀余量 1 装置气蚀余量 装置气蚀余量与吸入管路机构和管路中流速有关而与水泵结构无关 2 临界气蚀余量 必须气蚀余量 单位重量流体从水泵入口到泵内压力最低点的压力降称为临界气蚀余量 必须气蚀余量 3 允许气蚀余量 欲使水泵不发生气蚀 装置气蚀余量应大于临界气蚀余量 必须气蚀余量 4 允许气蚀余量与临界气蚀余量得关系 对应的允许吸上真空高度 三 离心式水泵工况分析及调节 1 水泵工作点 2 运行工况点的稳定性 稳定工作的条件 泵零流量的扬程大于管路的测地高度 2 运行工况点的稳定性 泵零流量的扬程大于管路的测地高度 1 稳定工作的条件 引起不稳定工作的原因 a 转速变化 b 泵

5、本身特性曲线的形状 2 经济工作的条件 3 水泵工况点的调节 1 闸门节流调节 优缺点 简单 可靠 方便 调节装置初投资很低 节流损失很大 调节量 严重 单向 小于额定流量的方向 2 减少叶轮数目 前提条件 多级泵 多个叶轮串联 优缺点 调节工作量大 对效率的影响较小 3 切削叶轮直径 若叶轮叶片切割量较小 则 2y和 不变 且切割前 后的出口速度三角形相似 前提假设 切割前 后性能参数的对应关系 或 切割前 后性能参数对应关系的本质 并不是切割前 后运行工况点之间的关系 而是切割前 后对应工况点之间的关系 或 对中高比转速的离心泵 其切割前 后的对应工况点均在同一条过坐标原点的切割抛物线上

6、对于上述情况 即认为 D2b2 则 切割前 后对应工况点应遵循的规律 3 叶片切割后 应对叶轮进行动 静平衡试验 4 叶片切割中前盖和后盘的处理问题 四 离心泵的联合工作 设计制造一台新的高压泵或风机比较闲难 而现有的泵或风机的容量已足够 只是扬程不够时 1 泵的串联运行 在改建或扩建后的管道阻力加大 要求提高扬程以输出较多流量时 3 串联运行的特点 串联各泵所输送的流量均相等 而串联后的总扬程为串联各泵所产生的扬程之和 即 2 串联运行的目的 一般来说 泵串联运行的主要目的是提高扬程 但实际应用中还有安全 经济的作用 1 什么是串联运行 前一台泵向后一台泵的入口输送流体的运行方式 C Hc

7、qV H qV 4 串联运行工况点 5 串联运行时应注意的问题 2 经济性 尽量选用同种型号性能的泵 否则流量较大的泵必然在低流量下工作 经济性不好 1 宜适场合 前泵的扬程排至后面泵时应有剩余扬程 3 启动程序 离心泵 启动时 首先必须把两台泵的出口阀门都关闭 启动第一台 然后开启第一台泵的出口阀门 在第二台泵出口阀门关闭的情况下再启动第二台 4 泵的结构强度 由于后一台泵需要承受前一台泵的升压 故选择泵时 应考虑到两台泵结构强度的不同 5 串联台数 串联运行要比单机运行的效果差 由于运行调节复杂 一般泵限两台串联运行 由于外界负荷变化很大 流量变化幅度相应很大 为了发挥泵与风机的经济效果

8、使其能在高效率范围内工作 往往采用两台或数台并联工作 以增减运行台数来适应外界负荷变化的要求时 并联运行的工作场合 1 什么是并联运行 两台或两台以上的泵向同一压力管路输送流体时的运行方式 2 并联运行的目的 一般来说 并联运行的主要目的包括 增大流量 台数调节 一台设备故障时 启动备用设备 3 并联运行的特点 泵并联后的性能曲线的作法 把并联各泵的性能曲线H qV上同一扬程点的流量值相加 4 并联运行工况点 qVC C 5 并联运行时应注意的问题 1 宜适场合 管道特性曲线 并联效果越好 3 经济性 对经常并联运行的泵 为保证并联泵运行时都在高效区工作 应使各泵最佳工况点的流量相等或接近 在

9、选择设备时 按B点选择泵 4 并联台数 从并联数量来看 台数愈多并联后所能增加的流量越少 即每台泵输送的流量减少 故并联台数过多并不经济 第四节矿山排水设备的运行和维护 一 离心式水泵的运行 一 离心式水泵的启动 1 启动前向泵内灌水 产生吸上真空度 灌水方式有人工灌水 旁通管灌水 射流泵注水 2 关泵启动 减小启动电流 减轻对电网的冲击 二 运行中注意事项 1 经常注意电压 电流的变化 2 检查轴承温度和润滑现象 3 检查防松装置是否齐全 4 注意泵的噪音及振动情况 6 注意观察出口压力表 真空表的读数 5 检查填料密封情况 填料箱温度和平衡装置回水管的水量 三 水泵的停机 关闭排水阀 真空

10、表 长时间不工作是 应放空水 二 排水设备常见故障 1 泵内存有空气真空表和压头降低 2 吸水管堵塞 真空表读数比正常值大 压力表小 3 排水管堵塞 压力表比正常值大 真空表比正常值小 4 泵叶轮堵塞 压力表和真空表比正常值小 6 泵内产生气蚀 5 排水管破裂 压力表读数降低 真空表读数突然上升 三 水泵的性能测定 一 测定原理和方法 以前 我们曾从理论上对泵的性能曲线进行分析 但由于流体在叶轮内的流动情况非常复杂 至今还不能用理论计算的方法获得泵的性能曲线 因此 通过试验手段开展对泵性能的研究 或对已有的产品确定其实际的工作性能就显得极为重要 试验目的 确定泵的工作性能曲线 从而确定它的工作

11、范围 以便向用户提供经济 合理地使用和选择的可靠数据 通过试验得到的性能曲线来校核设计参数 检验是否达到了设计所要求的技术指标 以便修改设计或改进制造质量 1 扬程的测定 现场测出泵的进出口压力和流量即可计算水泵扬程 同时记录相应工况的转速和轴功率即可得不同工况下的一组参数 从而绘出泵机组的运行特性曲线 必要时要进行相似换算 二 测定装置和仪表 1 压力测量仪表 目前矿用水泵出口压力较高一般采用金属压力表和真空计来测量泵的进 出口压力 测量稳定压力时 最大工作压力不应超过量程的2 3 测量脉动压力时 最大工作压力不应超过量程的l 2 测量高压时 最大工作压力不应超过量程的3 5 为了保证测量的

12、准确度 最小工作压力不应低于量程的1 3 按照此原则根据被测最大压力算出一个数值后 从压力表产品目录中选取测量范围稍大于该值的压力表 选择矿井主排水泵出口压力的压力表时 其量程最大刻度应不小于1 3倍工作压力 精度不低于0 5 1 5级 注意压力的保护问题和安装位置 压力表安装应注意如下事项 压力表必须经过校验合格后才能安装 压力表尽可能安装在温度为0 一40 相对湿度小于80 振动小 灰尘少 没有腐蚀性物质的地方 压力表所在的地方光线要充足或具有良好的照明 为了便于观察仪表值和确保安全 压力表必须垂直安装 在一般情况下 安装高度与一般人的视线平齐 即1 5m一1 6m左右 对于高压压力表应高

13、于一般人头 即1 7m 1 8m左右 压力表和真空表安装好后 需有明显的标志 2 流量测量装置和仪表 孔板流量计 喷嘴流量计 孔板流量计 喷嘴流量计 文丘里管流量计 文丘里管流量计 电磁和超声流量计 3 功率和转速的测量及计算 4 水泵效率的计算 三 测定注意事项 1 要同时记录各项参数 以避开各种因素的干扰 2 工况点要分布均匀 3 每改变一个工况要停留2 3分钟 待水流稳定后再测量下一组数据 第二节风机的现场测定 一 测定原理 风机产生的全压P等于风机出口的全压减去入口的全压 即 风机进出口截面的全压等于静压及动能之和 风机全压计算公式 现场测出风机的进出负压压力和流量及气体密度即可计算风

14、机的全压 至于静压可有全压减去静压得到 同时记录相应工况的转速和轴功率即可得不同工况下的一组参数 从而绘出风机机组的运行特性曲线 必要时要进行相似换算 二 测定装置和仪表 利用测压孔测定静压 为测量风机入口截面处的负压 可在该截面的壁面上安装测压板 如图所示 在板上打测压孔 通过连通管与显示仪表相接 测压孔的直径可取D 2 3mm 孔的型式对测量值有影响 设计和加工时应予注意 测定静压场时 可用静压喷管 如图所示 气流通过内部收缩通道时 其压强作用在周围的测孔上 并且通过引出管内的气体传至显示仪表 显示静压值 这种喷管的优点是对气流方向不敏感 偏斜 40 对读数无影响 当用皮托管测定静压时 因为它对方向较敏感 使用时应特别注意 静压喷管1 受压孔 2 引出管