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1、矿山流体机械矿山流体机械110 排水设备排水设备10.1 概述概述10.2 离心泵工作理论离心泵工作理论一、离心式水泵的工作参数一、离心式水泵的工作参数二、离心式水泵工作理论二、离心式水泵工作理论三、三、涡轮机（涡轮机（泵与风机泵与风机）的相似理论的相似理论一、矿井水的来源及性质一、矿井水的来源及性质二、矿井排水设备组成二、矿井排水设备组成三、对排水设备的要求三、对排水设备的要求四、矿井排水设备的分类四、矿井排水设备的分类、工作原理工作原理及主要组成部分及主要组成部分五、矿井排水系统五、矿井排水系统六、水仓、水泵房和管子井六、水仓、水泵房和管子井2022/9/4210 排水排水设设备备10.3
2、 离心泵在管路上工作离心泵在管路上工作一、排水管路压头特性一、排水管路压头特性二、运转工况点的确定二、运转工况点的确定三、水泵汽蚀与吸水高度三、水泵汽蚀与吸水高度四、水泵启动与停止四、水泵启动与停止五、水泵正常工作条件五、水泵正常工作条件六、离心泵联合工作六、离心泵联合工作七、矿用离心泵的调节七、矿用离心泵的调节10.4 水泵性能测定原理水泵性能测定原理一一、水泵性能测定的目的、水泵性能测定的目的二二、测定原理方法、测定原理方法2022/9/4310.5 排水设备选型设计排水设备选型设计一、选型设计必备的资料和具体任务一、选型设计必备的资料和具体任务二、选择水泵的型式和台数二、选择水泵的型式和
3、台数三、计算管径、选择管材三、计算管径、选择管材四、四、设计设计计算管路特性计算管路特性五、确定工况点五、确定工况点、工况参数、工况参数六、验算、吸水高度计算六、验算、吸水高度计算七、耗电量、排水费用计算七、耗电量、排水费用计算八、选择最佳设计方案八、选择最佳设计方案10 排水设备排水设备2022/9/4410 排水设备排水设备10.1 概述概述一、矿井水的来源及性质一、矿井水的来源及性质二、矿井排水设备组成二、矿井排水设备组成三、对排水设备的要求三、对排水设备的要求四、矿井排水设备的分类四、矿井排水设备的分类、工作原理工作原理及主要组成部分及主要组成部分五、矿井排水系统五、矿井排水系统六、水
4、仓、水泵房和管子井六、水仓、水泵房和管子井2022/9/4510.1 概述概述一、矿井水的来源及性质一、矿井水的来源及性质2022/9/461.矿井水的来源：矿井水的来源：地表水、地下水地表水、地下水2022/9/472.用涌水量反映矿井水的大小用涌水量反映矿井水的大小p 绝对涌水量&相对涌水量p 最大涌水量（期）&正常涌水量（期）3.含水系数含水系数K用同时期内相对于煤炭产量的涌水量作为比较各矿井涌水量大小的参数。其中：q绝对涌水量，m3/h；T同期内煤炭产量，t。4.矿井水的性质矿井水的性质p密度比清水大，一般为10151020kg/m3；p强酸性矿井水对机械设备具有强烈腐蚀作用，可采取的
5、措措施施：水中加石灰等碱性物质中和；采用耐酸泵、管路防腐处理。2022/9/48二、矿井排水设备组成二、矿井排水设备组成 矿矿井井排排水水设设备备由由水水泵泵、电电动动机机、启启动动设设备备、管管路路及及管管路附件、仪表等组成。路附件、仪表等组成。矿井排水设备示意图矿井排水设备示意图1-离心式水泵；2-电动机；3-启动设备；4-吸水管；5-滤水器；6-底阀；7-排水管；8-调节闸阀；9-逆止阀；10-旁通管；11-引水漏斗；12-放水管；13-防水闸阀；14-真空表；15-压力表；16-放气栓2022/9/49三、对排水设备的要求三、对排水设备的要求矿矿井井排排水水设设备备分分为为固固定定式式
6、（根根据据其其服服务务范范围围又又分分为为：主主排排水水设设备备、区区域域排排水水设设备备、辅辅助助排水设备）和移动式。排水设备）和移动式。1.对固定排水设备的要求（煤矿安全规程）对固定排水设备的要求（煤矿安全规程）装在井下专门峒室内的固定式排水设备，即使在短时间内遇到破坏，也可能淹没坑道。（1）井下主排水设备应有工作水泵（n1台，20h内排出矿井24h的正常涌水量）、备用水泵（n270%n1，工作和备用水泵的总能力应在20h内排出矿井24h的最大涌水量）和检修水泵（n325%n1）。可据水文地质条件情况在主泵房内预留一定数量水泵的安装位置。（2）必须有工作和备用水管（排水能力）（3）配电设备
7、应同工作、备用和检修水泵相适应，并能够同时开动工作和备用水泵；主泵房的供电线路不得少于两条回路，每一条回路应能担负全部负荷的供电。（4）工作的水泵机组必须工作可靠。（5）主排水设备应有预防涌水突然增加致使设备被淹没的措施。（6）较高的运行效率。（7）尽量采用体型小的泵，以减小泵房尺寸，结构上应适于在井下安装、拆卸、运输和维修。（8）电气设备应是防爆型的（KB，Ex）。2022/9/4102.对移动式排水设备的要求对移动式排水设备的要求 其特点是随着掘进工作面的推进或水位下降而移动。其特点是随着掘进工作面的推进或水位下降而移动。（1）水水泵泵应应适适合合流流量量变变化化不不大大而而扬扬程程有有较
8、较大大变变化化的的需需要要，有有较较好好的的吸吸水水性性能能，保保证证把把局局部（水窝）的水排干。部（水窝）的水排干。（2）垂直泵轴平面上的外形尺寸较小，适于在横截面小的巷道中工作；）垂直泵轴平面上的外形尺寸较小，适于在横截面小的巷道中工作；（3）移动方便迅速。）移动方便迅速。四、矿井排水设备的分类、工作原理及主要组成部分四、矿井排水设备的分类、工作原理及主要组成部分1.常用的矿用水泵常用的矿用水泵（1）单级、单吸水泵）单级、单吸水泵（2）卧式、单吸、多级分段式水泵）卧式、单吸、多级分段式水泵（3）卧式、多级螺壳水泵）卧式、多级螺壳水泵（4）深井泵）深井泵（5）吊泵）吊泵矿井排水设备多采用离心
9、式。矿井排水设备多采用离心式。2022/9/4112.离心式水泵的分类离心式水泵的分类（1）叶轮压头：低压、中压、高压。（2）叶轮数目：单级、多级。（3）吸入方式：单吸、双吸。（4）叶轮结构：开式、半开式、闭式。（5）泵壳结构：整体外壳式、分段外壳式和螺壳式水泵。（6）按照泵轴的位置：立式和卧式水泵。单级、单吸离心泵单级、单吸离心泵1叶轮；2泵壳；3主轴；4压出室；5吸入室1吸水管；2、4叶轮；3、5导叶；6压出室单单吸吸、多级多级离心泵离心泵2022/9/4123.离心泵的基本结构离心泵的基本结构离离心心泵泵的的主主要要部部件件有叶轮、吸水室(进水段)、螺壳(出水段)以及多级分段式水泵中的导
10、水和返水圈，这些部件统称作通通流流部部件件。除此之外，还有密封环、填料箱和平衡盘等重要的辅辅助助部部件件。离心泵离心泵结构组成结构组成2022/9/413D型泵构造简图型泵构造简图1前段；2中段；3叶轮；4导水圈；5轴；6螺栓；7后段；8平衡板；9平衡盘平衡盘；10尾盖；11轴承架；12大口环；大口环；13小口环；小口环；14轴套；15轴承；16弹性联轴节；17填料压盖；18填料2022/9/414旋转叶轮与相邻固定部件之间有环形缝隙，高压区的水通过缝隙向低压区泄漏：旋转叶轮与相邻固定部件之间有环形缝隙，高压区的水通过缝隙向低压区泄漏：（1）通通过过叶叶轮轮入入口口密密封封环环间间隙隙泄泄漏漏
11、的的水水被被重重新新吸吸入入叶叶轮轮，形形成成绕绕流流叶叶轮轮前前盘盘的的循循环环流流动；动；（2）在单级泵中，叶轮后盘外侧空腔中的压力水通过缝隙向泵外泄漏；）在单级泵中，叶轮后盘外侧空腔中的压力水通过缝隙向泵外泄漏；（3）在在多多级级分分段段式式泵泵中中，由由于于密密封封间间隙隙两两侧侧水水压压不不等等而而发发生生从从下下游游级级往往上上游游级级方方向向的的串水。串水。循循环环水水、外外泄泄水水和和级级间间串串水水都都会会消消耗耗能能量量。间间隙隙越越大大，容容积积损损失失也也越越大大。但但间间隙隙过过小小会会影影响响叶叶轮轮的的正正常常转转动动。因因此此，通通常常采采用用可可更更换换的的密
12、密封封环环（也也称称口口环环），既既保保证证有有适适当当的的间间隙隙，又又便便于于磨磨损损后后修修复复。安安装装在在叶叶轮轮进进口口的的前前端端盖盖与与叶叶轮轮前前盘盘之之间间的的口口环环直直径径大大，称为称为大口环大口环；安装；安装在在叶轮后盘侧的泵壳与叶轮轮毂之间的口环直径小，称为叶轮后盘侧的泵壳与叶轮轮毂之间的口环直径小，称为小口环小口环。有有的的泵泵体体和和叶叶轮轮的的材材料料耐耐冲冲刷刷，或或者者泵泵送送流流体体的的有有特特殊殊性性，不不易易造造成成泵泵体体和和叶叶轮轮之之间间间隙的磨损。因此不需要设置密封口环。间隙的磨损。因此不需要设置密封口环。2022/9/4152022/9/4
13、16 在多级泵中为了把前级叶轮出流动水导入下级叶轮入口，在级与级之间装置导水圈与返水圈。导水圈装在叶轮的外缘外围，叶轮的出口与导水圈的入口相吻和并接受其中散流出来的水，把水导入返水圈。导导水水圈圈是由均布在环形空间中的若干叶片组成，扭曲形的叶片把环形空间分隔成若干流道。对于每一个流道，按其作用可以分为前段、后段两部分，前段主要是接受叶轮中流出的高速水流，并以近似匀速送入后段；后段是扩散型流道，水流通过该段流速下降，部分动能转换成压力能。由于导水圈不仅起导流作用，而且主要起扩散作用，故又称扩散流道（diffuser）。返返水水圈圈也是由若干叶片和紧贴它的壁面所形成的静止流道。每个流道分别与导水流
14、道接口，使水流经返水圈导入下一级叶轮入口。水流在导水圈和返水圈中的能量损失，占泵总阻力损失的相当一部分。为了减少损失，又适应流速变化较大的需要，流道应逐渐变化。此外，导水圈中叶片的数目，应比叶轮叶片数目多1或少1而互互为为质质数数。否则，会出现叶轮叶片与导水圈叶片同时重叠的情况，从而造成流速脉动，产生冲击和振动。多多级级螺螺壳壳式式水水泵泵，级间不用导水圈和返水圈，而是经螺壳和外部流道将叶轮出流的水导入下一级叶轮的进水室。2022/9/417反导叶反导叶叶轮叶轮+正导叶正导叶径向导叶径向导叶2022/9/418离心叶轮离心叶轮2022/9/4191前盘；前盘；2叶片；叶片；3后盘；后盘；4轮毂
15、轮毂D型水泵叶轮剖视图型水泵叶轮剖视图叶轮的结构形式叶轮的结构形式(a)闭式叶轮闭式叶轮 (b)半开式叶轮半开式叶轮(c)全开叶轮全开叶轮(效率低，排污、含大量固体颗粒效率低，排污、含大量固体颗粒)1前盖板；前盖板；2后盖板；后盖板；3叶片；叶片；4轮毂轮毂2022/9/420闭式叶轮（整体铸造）闭式叶轮（整体铸造）半开半开式叶轮式叶轮2022/9/421混流泵混流泵立式轴流泵立式轴流泵2022/9/4224.离心泵的工作原理离心泵的工作原理离心式水泵简图离心式水泵简图1-叶叶轮轮；2-叶片；叶片；3-泵轴泵轴；4-外壳；外壳；5-吸水管；吸水管；6-滤滤水器底水器底阀阀；7-排水管；排水管；
16、8-漏斗；漏斗；9-闸阀闸阀灌灌注注引引水水，叶叶轮轮旋旋转转在在入入口口形形成成负负压压，提提高高水水流流动动能能（动动压压）（叶叶轮轮进进口口至至出出口口绝绝对对速速度度的的增增大大）和和压压力力能能（静静压压）（离离心心力力的的作作用用和和从从叶叶轮轮进进口口至至出出口口相相对对速速度度减减小小），螺螺壳壳回回收收一部分一部分动压动压。2022/9/423五五、矿井矿井排水排水系统系统1.集中排水系统集中排水系统 矿井排水系统由矿井深度、开拓系统以及各水平涌水量的大小等因素来确定。常见排水系统有集中排水系统集中排水系统和分段排水系统分段排水系统两种。(a)立立井单水平开采井单水平开采(b)立立井井多多水平开采水平开采2022/9/424钻孔下排水管排水系统钻孔下排水管排水系统(c)斜井集中排水斜井集中排水2.分段式排水系统分段式排水系统深井单水平开采深井单水平开采多多水平水平大涌水量大涌水量开采开采下下水平水平涌水量小涌水量小2022/9/425选择何种排水系统，可选择何种排水系统，可从从以下几个方面进行比较：以下几个方面进行比较：泵房开拓量，初期投资；泵房开拓量，初期投资；设备
