排水设备.ppt

1,第五章给排水系统,本章主要介绍水泵在管路中工作时的基本规律和调节方法，并以矿井排水为例介绍水泵的选型方法。具体内容有第一节管路系统及其阻力特性第二节汽蚀与吸水高度的确定第三节泵的正常、合理工作条件第四节泵的联合工作第五节水泵工况点的调节第六节排水设备的操作和故障诊断第七节水泵的性能测试第八节矿井排水概述第九节排水设备的选型设计,2,一、管路系统,,第一节管路系统及其阻力特性,3,二、管路特性方程,三、管路特性曲线,,,,,,,第一节管路系统及其阻力特性,特性曲线意义泵的性能曲线，只能说明泵自身的性能，但泵在管路中工作时，不仅取决于其本身的，而且还取决于管路系统的性能，即管路特性曲线。由这两条曲线的交点来决定泵在管路系统中的运行工况。,4,四、泵的工况点及其确定方法,第一节管路系统及其阻力特性,5,一、汽蚀及其危害由于压力的变化而导致的液流内的汽泡的产生、发展和溃灭引起的材料破坏，称为汽蚀。汽蚀机理机械破坏、化学及电化学作用。汽蚀危害（1）材料破坏（2）噪声和振动（3）性能下降,第二节汽蚀与吸水高度的确定,6,二、吸水高度,吸水高度（或称水泵安装高度）是指泵轴线的水平面与吸水池水面标高之差。,,,,第二节汽蚀与吸水高度的确定,7,三、允许吸上真空度及允许吸水高度,允许吸上真空度,,,第二节汽蚀与吸水高度的确定,是指为保证水泵内部压力最低点不产生汽蚀时，在泵入口处可允许达到的最高真空度，m液柱.,8,四、汽蚀余量,汽蚀余量是指在水泵进口处，单位重量的水所具有的大于饱和蒸汽压的剩余能量。定义为,第二节汽蚀与吸水高度的确定,汽蚀余量分为装置汽蚀余量和临界汽蚀余量。,2．临界汽蚀余量临界汽蚀余量是指泵内最低压力点的压力为饱和蒸汽压时，水泵进口处的汽蚀余量，其实质是水泵进口处的水流到泵内最低压力点压力降至饱和蒸汽压时的水头降。,1．装置汽蚀余量装置汽蚀余量就是水泵进口处的实际汽蚀余量。,由,可知,9,3．允许汽蚀余量,允许汽蚀余量是将临界汽蚀余量适当加大，以保证水泵正常工作不发生汽蚀情况下的汽蚀余量。,,第二节汽蚀与吸水高度的确定,五、装置汽蚀余量与允许吸上高度的关系,三、汽蚀余量（续）,10,一、泵的稳定工作条件,,,,第三节泵的正常、合理工作条件,二、泵的经济工作条件,三、不发生汽蚀的条件,实际装置的汽蚀余量应大于泵的允许汽蚀余量。,11,联合工作的方法有串联和并联两种。,目的加大扬程。特点流量相等。工况点求法等效泵法。,第四节泵的联合工作,一、串联工作,串连是指前一台泵或风机的出口向另一台泵或风机的入口输送流体的工作方式。,12,二、并联工作,目的加大流量。特点扬程相等。工况点求法等效泵法。,第四节泵的联合工作,并联是指两台或两台以上的泵与风机向同一压力管路输送流体的工作方式,13,第四节泵的联合工作,管路系统装置中，若要增加泵的台数来增加流量时，究竟采用并联还是串联应当取决于管路特性曲线的陡、坦程度，这是选择并联还是串联运行时必须注意的问题。当管路特性曲线平坦时，采用并联方式增大的流量大于串联增大的流量，在并联后管路阻力并不增大很多的情况下，一般采用并联方式来增大输出流量。,三、泵联合工作方式的选择,14,第五节水泵工况点的调节,分类一、节流调节,改变管路特性或改变泵的扬程特性的方法来达到。,15,例5-2,第五节水泵工况点的调节,16,例5-2,第五节水泵工况点的调节,17,二、减少时轮数目,第五节水泵工况点的调节,18,三、削短时轮直径,第五节水泵工况点的调节,19,第六节排水设备的操作,一、启动和停止1.泵的启动排气、轻载启动、（打开出水阀门）,,,,,,4,20,第七节水泵的性能测试,水泵性能测试是测定其特性曲线，即扬程特性曲线、功率特性曲线和效率特性曲线。本节只讨论运行水泵的性能测试问题。一、测定原理和方法,21,一、测定原理和方法（续）,根据测得的参数，换算为水泵在额定转速下的工况，其换算公式如下,对于各工况点的效率可以从下式求出,第七节水泵的性能测试,22,二、性能参数的测量及计算方法,1．扬程,2．流量的测量流量测取的方法很多。主要有容积法、流量计法、速度法和堰流法。常用的仪表和装置有孔板或喷嘴冰堰；超声波流量计和均压管等。,第七节水泵的性能测试,23,（1）孔板、喷嘴测量装置,第七节水泵的性能测试,24,（2）水堰,在容器中安装一板状障碍物（称堰口板），让水从障碍物上流过，则其上游的水位被抬高，这种装置叫水堰。按堰口形状可分为全宽堰、矩形堰和三角堰三种，通过水堰上游的水位高度，则可求得流量。,第七节水泵的性能测试,25,（3）超声波流量计,超声波测流量的原理是在流体内超声波向上游和下游的传播速度由于叠加了流体流速而不相同，因此，可以根据超声波向上、下游传播速度之差测得流体流速。测定传播速度之差的方法很多，主要有测量超声波发送器上、下游等距离处接收到的超声波信号的时间差、相位差或频率差等方法。,第七节水泵的性能测试,26,（4）均压管,均压管是一根开有若干个感压小孔的金属管，可用来测量管道中流体的平均总压。若与管壁上的静压测孔相配,可一次测出管道中的平均动压,据此可计算出平均速度和流量。,第七节水泵的性能测试,27,第八节矿井排水概述,28,一、矿水,涌入矿井的水简称矿水，矿井涌水分为矿井自然涌水与矿井开采工程涌水。矿井涌水量就是单位时间涌入矿井水仓的总水量。涌水高峰时的水量称为最大涌水量。一年内持续时间较长的涌水量称为正常涌水量。同一时期内相对于单位煤炭产量的涌水量称为含水系数。矿水的特点密度大、含一定的固体颗粒、弱酸性。,第八节矿井排水概述,29,二、排水系统,排水方法自流法、压力法。排水系统,第八节矿井排水概述,30,排水系统,第八节矿井排水概述,二、排水系统（续）,31,三、水仓,用来专门储存矿水的巷道叫水仓，作用一是储存、集中矿水。二是沉淀矿水。分类主水仓、副水仓。,第八节矿井排水概述,32,四、水泵房,水泵房是专为安装水泵、电机等设备而设的硐室，大多数主水泵房布置在井底车场附近。,第八节矿井排水概述,33,四、水泵房（续）,第八节矿井排水概述,34,五、排水设备,排水设备主要包括水泵、配套电机、管路及其附件。一般情况下,排水设备上应设如下附件。1.带过滤网的底阀2.闸阀3.逆止阀4.真空表5.压力表,第八节矿井排水概述,35,第九节排水设备的选型设计,一、设计的原始资料和任务1．设计的原始资料（1）井型（竖井、斜井）、矿井年产量、服务年限及井口标高；（2）开采水平数及各开采水平的标高；（3）同时开采水平数、各水平正常和最大涌水量及持续时间；（4）水的密度和泥砂含量及化学性能（如PH值）；（5）沼气等级、供电电压；（6）井筒及井底车场布置图。2．设计任务（1）确定排水系统；（2）选择排水设备；（3）绘制水泵房、管子道及管子间的布置图。,36,二、选型设计的步骤和方法,选型设计时要贯彻执行煤矿安全规程和煤炭工业设计规范，在保证及时排除矿井涌水的前提下，使排水总费用最小，选择最优方案。推荐按如下步骤进行。1．确定排水系统2．预选水泵的型号与台数根据煤矿安全规程的要求，水泵必须有工作、备用和检修水泵，其中工作水泵应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。备用水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的70％。工作和备用水泵的总排水能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的25％。,第九节排水设备的选型设计,37,2．预选水泵的型号与台数（续）,（1）水泵必须具备的总排水能力根据煤矿安全规程的要求，在正常涌水期，工作水泵具备的总排水能力为在最大涌水期，工作和备用水泵具备的总排水能力,第九节排水设备的选型设计,二、选型设计的步骤和方法（续）,38,（2）水泵所需扬程的估算,第九节排水设备的选型设计,2．预选水泵的型号与台数（续）,二、选型设计的步骤和方法（续）,39,（3）列出符合条件的泵的型号、级数、台数,①水泵型号的选择。②水泵级数的确定。水泵级数可根据估算的所需扬程和已选出的水泵单级扬程计算式中Hi单级水泵的额定扬程，m。③水泵台数的确定。根据煤矿安全规程）的规定，若工作水泵的台数为n1，则备用水泵的台数为,第九节排水设备的选型设计,2．预选水泵的型号与台数（续）,二、选型设计的步骤和方法（续）,40,3．选择管路系统,（1）管路趟数的确定根据煤矿安全规程的规定，水管必须有工作的和备用的，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。（2）泵房内管路布置的选择,第九节排水设备的选型设计,二、选型设计的步骤和方法（续）,41,（3）初选管径,第九节排水设备的选型设计,二、选型设计的步骤和方法（续）,3．选择管路系统（续）,42,（4）选择管材，确定壁厚,通常情况下，井深不超过200m，多采用焊接钢管；井深超过200m时多采用无缝钢管。,第九节排水设备的选型设计,二、选型设计的步骤和方法（续）,3．选择管路系统（续）,43,（5）计算管路特性,（6）确定工况点将求得的两条管路阻力特性曲线画在与配套的水泵扬程流量曲线上。,,第九节排水设备的选型设计,二、选型设计的步骤和方法（续）,3．选择管路系统（续）,44,4.校验计算,（1）由旧管工况点验算排水时间（2）经济性校校（3）稳定性校核5.计算允许吸水高度,第九节排水设备的选型设计,二、选型设计的步骤和方法（续）,45,6.电机功率计算,为确保运行可靠，电动机功率应由新管工况点确定，或,第九节排水设备的选型设计,二、选型设计的步骤和方法（续）,46,7.电耗计算,（1）全年排水电耗,第九节排水设备的选型设计,二、选型设计的步骤和方法（续）,设各泵在各时期的工况点均相同,则,47,7.电耗计算,（2）吨水百米电耗校验,第九节排水设备的选型设计,二、选型设计的步骤和方法（续）,设各泵在各时期的工况点均相同,则,48,解从给定的条件，只需要在井底车场副井附近设立中央泵房，将井底所有涌水直接排至地面。,例5-3有一矿井副井（竖井）地面标高为＋18.5m,第一水平井底标高为－500m。正常涌水量为700m3/h。最大涌水量为1100m3/h，持续时间70d。涌水为中性，重度为1000N/m3，水温为15℃,属低沼气矿井，年产量120万吨，试选择一可行的排水方案。,（1）预选水泵的型号与台数,①水泵必须具备的总排水能力,正常涌水期,最大涌水期,②水泵所需扬程的估算,49,③初选水泵,从泵产品目录（见附录）中选取D450-6010型号泵，其额定；流量Qe＝450m3/h，额定扬程He＝6010m。则,工作泵台数,备用泵台数,检修泵台数,因此，共选5台泵。,（2）选择管路系统,①管路趟数根据泵的总台数，选用典型的五泵三趟管路系统，两条管路工作，一条管路备用。正常涌水时，两台泵向两趟管路供水，最大涌水时，三台泵同时工作就能达到在20h内排出24h的涌水量,50,②管路材料由于井深远大于200m，确定采用无缝钢管。,③排水管内径,从附表2预选的钢管，则排水管内径,④验算壁厚,因此所选壁厚合适。,51,⑤选择吸水管径,根据选择的排水管径，吸水管选用无缝钢管。,验算流速,（3）设计管路特性,①管路布置管路布置可参照图5-34b所示的方案。这种管路布置方式任何一台水泵都可以经过三趟管路中任一趟排水，如图5－35所示。,②估算管路长度排水管长度可估算为,吸水管长度可估算为,52,③阻力系数的计算,计算沿程阻力系数。对于吸、排水管分别为,局部阻力系数，对于吸、排水管路附件其阻力系数如下表所示。,,,53,,54,④管路特性方程,新管,旧管,⑤绘制管路特性曲线，确定工况点根据求得新、旧管路特性方程，取八个流量值求得相应的损失，如表5-7所示,表5-7,管路阻力系数，由式（5－5）可知,55,利用表5-7各点数据绘出管路特性曲线如图5-36所示，M1和M2分别为为新旧管工况点，由图中可知新管工况点参数为QM1522m3/h，HM1538m,ηM10.79，HsM1＝5.4m，NM1980kW，旧管工况点参赛为QM2500m3/h，HM2547m,ηM20.8，HsM2＝5.85m，NM2960kW,因ηM1、ηM2均大于0.7，符合规范要求。,56,（4）校验计算,①由旧管工况点验算排水时间正常涌水时，若采用2泵2管排水，则,最大涌水时，采用3泵3管排水，所以各泵各时期的工况点均相同。旧管工况点参赛为QM2500m3/h，HM2547m,ηM20.8，HsM2＝5.85m，NM2960kW,,②经济性校核,57,③稳定性校核,（5）计算允许吸水高度,则允许吸水高度为,④管内流速校核,58,（6）电动机功率计算,根据产品样本取,59,7.电耗计算,（1）全年排水电耗,因各泵在各时期的工况点均相同,则,60,7.电耗计算,（2）吨水百米电耗校验,,因各泵在各时期的工况点均相同,则,61,第五章作业及参考答案,5-1，5-2，5-7，5-12，5-16，5-17，5-18，5-19,62,（4）校验计算,①由旧管工况点验算排水时间正常涌水时，若采用2泵2管排水，则,实际工作时，只要3台水泵同时工作即能完成在20h内排出24h的最大涌水量。,最大涌水时，采用4泵3管排水，并联等效管的总损失系数为,作并联等效管路特性曲线与4泵并联等效泵的扬程曲线，交点为等效泵工况点。以该工况点的流量,带入下式，得,