《井下水泵房自动排水系统设计最终版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《井下水泵房自动排水系统设计最终版（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、井下水泵房自动排水系统设计摘 要煤炭行业是我国的支柱产业。随着煤炭行业高产高效的开展，矿井平安问题己成为制约煤炭生产的关键因素。井下涌水是危及矿井平安的重要因素。一旦发生井下透水事故，不仅影响井下生产，甚至会使矿井淹没，危及生产工人生命。井下水泵房排水系统担负着整个矿井积水排除的任务，其平安可靠性直接影响矿井生产的效率和平安。目前，我国大多矿井水泵房仍然普遍使用传统的人工操作排水系统。这种排水系统由于自动化程度低，应急能力差，存在很大的平安隐患。随着我国煤炭行业的开展，井下排水系统自动化己成为亟待解决的问题。本论文从我国煤矿生产实际出发，针对现有排水系统存在的弊病，结合现代工业技术和控制理论，
2、设计了适于煤矿井下使用的自动排水系统。利用工业专用可编程控制器PLC和超声波液位检测装置，组成自动监控系统，根据水仓水位变化情况，实现自动排水。依据液压传动理论和流体力学原理，选择了两种可控闸阀，以适应不同环境下的井下排水系统，解决了井下排水系统自动控制的难题，并通过理论和试验验证了其可行性。关键词:水泵房，井下排水，可控闸阀，PLC，最优控制WELL WATER PUMP AUTOMATIC DRAINAGE SYSTEM DESIGNABSTRACTThe coal trade is a pillar industry of our country.With the development
3、 of coal trade in its high prodution and efficiency,the security problem of mine has been the key obstacle to coal prodution.Water pouring is an important factor endangering mine.Once the water leak accident takes place in mine,coal production will beld back;even the mine will be flood,jeopardizing
4、labors life.Pumping collected water from mining area is the job of drainage system in pumping house under mine,which has closely relations to mining security and effciency.At present,the chiefly drainage systems in mining pumping house in our country aer traditional ones,which are operated by hand.T
5、here are potential safety hazard in this kind of drainage because of its low automation and failure in dealing with emergency.Therefore,it is urgent to solve the problem of drainage automation under mine.Based on practice of coal producing,and making use of modern industrial techniques and control t
6、heory,automatic drainage system studied in our research is made to adapt to coal mine,Composed of industrial controller and ultrasonic level detecting instriment,monitored and control system can make drainage equipments working automatically,according to the alternation of water wells level.In order
7、 to meet various requirements of drainage systems in different situations,two kinds of controlled gate valves are studied and exploited based on hydraulic theory and fluid mechanics principles,and their feasibilities have been checked by experiments.So the puzzle problem in automation of drainage un
8、der mine is solved.KEY WORDS: The pump room, underground drainage, controllable valve, PLC, optimal control目 录摘 要1ABSTRACT2目 录4第一章 概论1井下排水系统概述11.1.1 井下涌水现象及排水的重要性11.1.2 井下排水系统的组成21.2 现有井下排水系统存在的问题41.2.1 操作程序41.2.2 存在的问题4第二章 井下自动排水系统总体方案设计5离心式水泵工作原理52.1.1 离心式水泵工作特性52.1.2 水锤现象62.1.3 引水设备7井下自动排水系统总体方案设
9、计8井下自动排水系统82.2.2 工作方式与工作环节9检测与控制132.3.1 信号检测132.3.2 控制器与控制过程13可控闸阀14小结15第三章 可控闸阀选择16闸阀工作方式16可控闸阀性能要求173.3 液控闸阀设计173.3.1 设计思路173.3.2 机械机构183.3.3 机械特性分析19电磁先导式通断阀设计213.4.1 功能原理及设计思路213.4.2 结构设计223.4.3 工作原理233.4.4 性能特点233.5 小结23第四章 基于PLC 的泵房自动控制排水系统254.1 系统情况概述254.2 系统设备及组成264.2.1 系统前端检测元件264.2.2 水位与系统
10、参数检测284.2.3 控制电路294.2.4 水泵房监控装置组成314.3 系统功能的实现324.4 实际运行情况33第五章 井下自动排水监控系统运行和维护34监控系统要求34主要执行元件及其控制35系统运行与维护36结 论41参考文献43致 谢44第一章 概论井下排水系统是煤矿生产中四大系统之一，担负着井下积水排除的重要任务。然而，目前我国普遍使用的井下排水系统依然是传统的人工操作方式。本章通过分析这种排水系统的组成及工作过程，指出其存在的问题，为井下自动排水系统提供依据。下排水系统概述1.1.1 井下涌水现象及排水的重要性在煤矿地下开采的过程中，由于地层中含水的涌出，雨水和江河中水的渗透
11、，水砂充填和水力采煤矿井的井下供水，将要有大量的水昼夜不停地聚集于井下。矿井涌水与采区的水文地质及当地的气象条件有关系，涌水量在不同的季节也呈现不同。在一些大水矿井，矿井涌水量可到达每秒17立方米，甚至超过每秒20立方米。另外，煤炭开采过程中，由于地层结构被破坏，岩层断裂，使采区与储水层连通，发生突水事故，涌水量会突然增加。如果不能及时地将这些积水排送到井上，井下的生产就可能受到阻碍，井下的平安就会得不到保障，严重者会造成重大事故。给人民的生命、国家的财产都带来了极大的威胁。因此，井下排水就显得尤为重要。井下排水系统的任务就是把流入井下煤矿巷道中的矿井积水排送至地表。根据统计，每开采1吨煤就要
12、排出2一7吨矿井水。井下排水设备所配备电机的功率，小的几千瓦到几十千瓦，大的几百千瓦到上千千瓦、在我国煤炭行业中，井下排水用电量占原煤生产总耗电量的18%一41%，一般为20%左右。因此，井下排水设备运转的可靠性(平安运转)与经济性(效率高、电耗量小)，具有十分重要的意义。矿井水的成分很复杂，它对水泵和水管的腐蚀性，不仅与游离硫酸的存在有关系，而且也和硫酸镁、硫酸铁和硫酸铝的存在有一定关系。矿井水的物理性质和酸度，可用氢离子浓度(又叫氢离子指数)PH值的大小来表示。由于酸性矿井水对金属具有腐蚀破坏作用，所以井下排水设备的钢铁零件，一旦遇到酸性矿井水时，将会很快遭到破坏。因此，当PH值小于5时，
13、就必须采用耐酸泵等防酸措施。1.1.2 井下排水系统的组成井下排水系统一般采用离心式水泵，一些小型煤矿或浅水井临时排水系统也采用潜水泵1。离心式水泵排水系统主要由离心式水泵、电动机、起动设备、仪表、管路及管路附件等组成，如图1一1所示。图1一1离心式水泵排水系统滤水器和底阀滤水器安装在吸水管的下端，插入吸水井下面，不得低于0.5111。其作用是防止井底沉积的煤泥和杂物吸入泵内，导致水泵被堵塞或被磨损。在滤水器内装有舌型底阀，其作用是使灌入水泵和吸水管中的引水，以及停泵后的存水不致漏掉。但是现在的排水系统中，为了提高排水效率，减小水泵腐蚀，一般不用底阀，而用射流泵或真空泵为水泵和吸水管注水。闸阀
14、调节闸阀的优点是流动阻力和关闭压力较小，安装时无方向性，能够方便地来调节水泵的流量和扬程等。其缺点是密封面容易擦伤，检修较为困难，高度尺寸较大，在安装位置受到限制时，安装不便，结构较复杂，价格较高。放水闸阀安装在调节闸阀上方的排水管路的放水管上，其作用为：调节水泵的流量和扬程，起动时将它完全关闭，以降低起动电流。调节闸阀的优点是流动阻力和关闭压力较小，安装时无方向性，能够方便地来调节水泵的流量和扬程等。其缺点是密封面容易擦伤，检修较为困难，高度尺寸较大，在安装位置受到限制时，安装不便，结构较复杂，价格较高。为检修排水管路时放水用。逆止阀逆止阀安装在调节闸阀的上方，其作用是当水泵突然停止运转(如
15、突然停电)时，或者在未关闭调节闸阀的情况下停泵时，能自动关闭，切断水流，使水泵不致受到水力冲击而遭到损坏。灌引水漏斗、放气栓和旁通管灌引水漏斗是在水泵初次起动时，向水泵和吸水管中灌引水用。在向水泵和吸水管中灌引水时，要通过放气栓(又叫气嘴)将水泵和吸水管中的空气放掉。当排水管中有存水时，也可通过旁通管向水泵和吸水管中灌引水，此时要将旁通管上的阀门翻开。此外，还可通过旁通管，利用排水管中的压力水的反冲作用，冲掉积存于水泵流通局部和附着于滤水器上的杂物，但此时须通过连接在底阀上的铁丝或链条将底阀提起。压力表和真空表压力表安装在水泵的排水接管上，为检测排水管中水压大小用。常用的压力表为普通弹簧管压力表，根据其结构特征可分为径向无工操作排水系统，以离心式水泵系统为主。这种排水系统的操作以离心式水泵的工作特性为根底，泵站的起停时间判断，完全依赖于工人的经验和已有的操作规程。如图l一1所示，当水仓水位到达设定的高水位时，工人翻开射流泵(或真空泵)，为水泵抽真空，同时观测真空表的读数。真空度到达要求后，起动水泵机组，使水泵运转。当水泵出口压力表读数到达要求时，开起闸阀
