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1、矿井自动主排水系统设备的选型设计矿井自动排水系统结构比较复杂，设备类型众多,本章将对水泵、引水设备、 自动阀门等主要设备进行选型设计。由于水泵电机的供电电源取自高压开关柜， 在设计完成后，将对高压开关柜作简要叙述。4.1初始数据某矿井原始资料：1）单水平开采，竖井，井深450m2）正常涌水量550 ma/h3）最大涌水量1000 ma/h4）矿水污染较严重，密度1020 kg/ma4.2选型设计1. 选择排水系统由于是单水平开采，故采用直接排水系统。2. 预选水泵：主泵房的排水设备，必须有工作、备用和检修水泵。其中任一台水泵的排水 能力应能在20h排出24h的正常涌水量，两台水泵同时工作的总能
2、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%。正常涌水期，水泵必须的排水能力：Q 1.2q =1.2 x 550 = 660（3 / h）（式 2-1）最大涌水期，水泵必须的排水能力：Q 12q= 1.2 x1000 = 1200（澎/ h）（式 2-2）式中：q 正常涌水量（ma/h）q 最大涌水量（ma/h）Q：X 工作水泵必须的排水能力（ma/h）Q：ax 工作与备用水泵必须的排水总能力（ma/h）作为估算可认为水泵必须产生的扬程H1（m）H = k（H + 5.5） = 1.1x（450 + 5.5） = 501.1（m）（式 2-a）式
3、中：Hh-井筒深度（m）；k扬程损失系数，竖井，k=1.1 ；斜井，k=1.201.a5由于矿水污染严重，应考虑选择 MD型耐磨泵，综合上述几点，可选用 MD500-57型号泵，其单级扬程Hi =57。水泵级数i = H = 5011 = 8.8,故选级数i=9。Hi 57MD型泵是目前国内较为理想的煤矿用排水泵。其各型号见表2-1，型号含义 如图2-a所示：泵级数泵单级扬程（m）流量（ma/h）图水泵型号含义比较QV1 ,Qvimax和Qe可知，在正常涌水时期需要水泵台数Q 660 cn =vi = 1.32 总 2i Q 500在最大涌水时期需要投入工作的水泵台数n1 + n2 = J =
4、 1200 = 2.4。3Q 500除此之外，尚需一台检修水泵。故工作水泵七二2，备用水泵n2=i，检修水泵 气=1，共四台水泵。3、管路趟数的选择根据各涌水期投入工作的水泵台数，可选用三趟管路，正常涌水期两台水泵 同时工作，各用一趟管路排水，另一趟备用；最大涌水期三台泵同时工作，启用 备用管路，三趟管路并联排水。4.3引水设备离心式水泵只有在泵壳内充满水的情况下允许启动，通常采用的方法是打开 逆止阀旁通道上的截止阀（或注水电磁阀）让排水管道中的压力水注入泵体，泵 体内的空气从放气旋塞排出。这种方法要求水泵必须装设底阀。在排水过程中， 底阀产生一定的水力损失使水泵的电耗增加、效率降低。为了取消
5、底阀、增加吸 水高度、便于自动控制，还可采用以下充水装置。一、用真空泵抽真空吸水在多台大泵集中排水的情况下，可设置两台真空泵专为大泵抽真空吸水。一 般采用SZ型、SZB型、SZH型水环式真空泵。在本系统中采用的是SZ水环式真 空泵。其大致的工作原理为：在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮顺时针方 向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形 状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环 的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片 数目相等的若干
6、个小腔。如果以叶轮的下部0为起点，那么叶轮在旋转前180 时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终 了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩； 当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。水环泵是靠泵腔容积的变化来实现 吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。SZ水环式真空泵的性能参数如表所示。在正常情况下，为了加快充水过程两台真空泵同时对一台水泵抽气。当一台 真空泵发生故障时，另一台仍能担负抽气的任务。抽气管经过电磁阀与每台水泵 进水端的放气孔相接，管路接头处要保证严密。由于真空泵在工作时会发热，及 一部分工作液(水环)随气体一起排走
7、，所以应不断地向真空泵补充清水。在图 2-4中，启动真空泵时，由清水水箱经管路6给真空泵补充清水。当真空表的读 数达到要求时即可启动大水泵。表SZ水环式真空泵的性能参数型号真空最大吸气量压缩机最大排气量(m3/h)电机功率(Kw)转 速 r/m in水耗量L/min最大 真 空度%当真空度为当压力为(Mpa)0%40%60%80%90%00.050.080.10.15真空泵压缩机SZ-11.50.640.40.12-1.51-45.514401084SZ-23.41.650.950.25-3.42.621.5-7.51114403087SZ-311.56.83.61.50.511.59.28.
8、57.53.522379807092SZ-42717.6113-272620169.5759074010093接进水管放气孔1-抽气管；2-电磁阀；3-真空表；4-水环式真空泵；5-补水 水管；6-排气软管图2-4真空泵的安装示意图二、利用射流喷管抽真空吸水目前，我国煤矿主要排水设备通常由离心式水泵、电动机、起动设备、仪表、 管路、滤水器、底阀、闸阀、逆止阀、充水装置等组成。离心式水泵通常只有在 泵体内充满水的情况下才允许起动，才能上水。经常采用的方法是打开逆止阀旁 通管上的截止阀，让主排水管路中的压力水注入泵体，泵体内的空气从放气孔排 出，这样的方法要求水泵必须装设底阀。但在排水过程中，底阀
9、产生一定的水力 损失，使水泵的电耗增加，效率降低，而且底阀易出现不闭合、胶垫烂等现象而 造成漏水，无形中增加了维修量，降低了水泵排水的可靠性，于是，根据现场实 际（来水管处地方窄小），利用射流管抽真空技术制作了充水装置，投用后效果良 好。射流管的尺寸、整体安装位置如图2-5： A即为射流管充水装置。1，2为截止 阀，分别控制主管路给水和泵体内排空气；3为真空表，用来监视泵体及管路内 真空度，真空度达到上水要求，即可开泵；4为主闸阀：5为逆止阀，开泵时，先 开启截止阀2再开启截止阀1，主管路高压水经截止阀1射向射流管A，观察真空表， 一般真空度达到0.05 MPa以往前运动，并在喷嘴口处形成一定
10、的真空度，这样泵 体和吸水管内的空气被吸进混合室，两股合成气水混合物，经过喷管的颈口及扩 散管排出，再流入水仓。要注意射流管所造成的真空度的高低不仅与喷管本身的合理尺寸有关，而且 也与水泵排水管内存水的压力有关。排水管内存水压力越大，水泵充水的时间就 越短，压力越小充水的时间就越长，甚至吸不上水来。1, 2.截止阀3.真空表 混合室8.颈口 6 f零衣主闸阀5.逆止阀6.滤网（去底阀）7.图2-5射流喷管的尺寸及安装位置I，三、真空泵与射流管的比较使用射流管抽真空吸水与使用真空泵一样，也能省去底阀提高水泵的效率及 吸水高度，而且它具有结构简单，不占用泵房空间，维修量小等优点。它的主要 缺点就是
11、不能解决第一次启动前的充水，因为第一次启动之前，排水管中无存水， 喷管无水源，除非向排水管注入足够的水否则必须保留一台水泵带有底阀。4.4自动阀门本设计中主要用到了电动闸阀，电动球阀两种阀门。下面就这两种阀门进行 简单的介绍。电动闸阀电动闸阀是安装在水泵的出水口处主排水管上的，用于控制排水管开关的阀 门。闸阀是指关闭件（闸板）沿通路中心线的垂直方向移动的阀门。闸阀在管路 中主要作切断用。闸阀是使用很广的一种阀门，一般口径DN案0mm的切断装置都 选用它，口径很小的切断装置也可选用闸阀，闸阀有以下优点： 流体阻力小； 开闭所需外力较小； 介质的流向不受限制； 全开时，密封面受工作介质的冲蚀比截止
12、阀小； 体形比较简单，铸造工艺性较好。闸阀也有不足之处： 外形尺寸和开启高度都较大，安装所需空间较大； 开闭过程中，密封面间有相对摩擦，容易引起擦伤现象; 闸阀一般都有两个密封面，给加工、研磨和维修增加一些困难。表2-3 Z2410/ZTX系列电动闸阀主要技术参数公称直径DN（mm）25 800公称压力PN（MPa）1.62.54.06.4连接标准法兰连接按JB/T79.1JB/T79.2标准阀体材料代号ZG230-450ZG1Cr18Ni9TiZG0Cr18Ni12M02Ti密封面材料代号H Y适用介质水、蒸汽、油品等硝酸类腐蚀性介质醋酸类腐蚀性介质适用温度（C）425550200设计中使用
13、了 Z2410/ZTX系列电动闸阀，它是由多回转电动执行器与Z41/42 闸阀组合在一起。闸板及填料外密封可靠、开关平稳。流道通畅、流阻小。广泛 用于化工、石油、冶金、能源等行业。用来实现远控操作。主要技术参数及性能 如表2-3所示。电动球阀电动球阀在系统中应用较多，在图2-2水泵排水系统中可以看出，真空泵抽真 空，射流管方式抽真空都用到了电动球阀。电动球阀结构比较简单，价格也较低， 应用方便灵活，不过其口径都较小，不能替代电动闸阀的位置,一般只应用于控制 管径较小的管路的开断。本设计中使用了 Q5100/TZX系列电动O型调节球阀。Q5100/TZX系统电动O 型调节球阀是一种转角为90的旋
14、转类调节阀，密封性能优良，流通能力大，流阻系数小，结构简单、维修方便、使用寿命长，配用DKJ-ILIII执行器引配日 本工装，西德欧姆龙等高性能执行机构。产品通常用于密封要求严格的场合，除 控制气体、液体、蒸汽介质外，还适宜控制污水和含有纤维性杂质的介质，广泛 用于石油、化工、冶金、轻工、造纸、电站、制冷等工业领域。主要技术参数及性能如表所示。表2-4 Q5100/TZX系列电动O型调节球阀主要技术参数公称直径DN（mm）1520253240506580100125150200250300350400公称压力 PN（MPa）1.66.4连接标准法兰连接按JB/T79.2JB/T79.2标准球芯转角90 C阀体材料ZG230450ZG1Cr18Ni9Ti ZG0Cr18Ni12M02Ti适用温度（C）-40180 （常温）-40450 （高温）执行机构DKJTLIII型 PS AUTOMATION CMBH LNAR-KOSOUnic-Z电动执行机构输入信010mA420mA 15VDC
