水力采煤供水与输煤管道设计的几个问题.pdf

水力采煤供水与输煤管道设计的几个问题 第六图书馆 根据现行国家标准和煤矿安全规程提出了对水采矿井采区管道设计中的管材选择和计算管壁厚度时对安全系数的计取意见;介 绍了计算供水管道摩阻损失的经典方法,对煤水管道水力特性的计算主张优选用物理意义明确、适应范围广阔和计算程序简捷的设计 方法。由于本文篇幅较长,将分期连续在本刊刊出。根据现行国家标准和煤矿安全规程提出了对水采矿井采区管道设计中的管 材选择和计算管壁厚度时对安全系数的计取意见;介绍了计算供水管道摩阻损失的经典方法,对煤水管道水力特性的计算主张优选用物 理意义明确、适应范围广阔和计算程序简捷的设计方法。由于本文篇幅较长,将分期连续在本刊刊出。管道设计 管壁厚度 输煤 管道 水力采煤 供水水力采煤与管道运输戴天全北京煤炭设计研究院1999第六图书馆 1 9 9 9年 9月 水 力 采 煤 与 管 道 运 崤 3期 戴天 全 6 0 “ 枞 开 完 捕娶根 据现 行 圆牢标 准和 煤矿安全规程 提 出 了对水采矿井 泉区 管道设钎 中的 管 材 选 择 和 在 计 算 管 壁厚 度 时 对 安 奎 景 敷 的计 取 恚 见 ； 介 绍 了计 算 供 水 管 道 摩 阻 损 失 的 经 典 方 法 。 对壤 水 管 道 水 力 特 性 的计 算主 张优 先 选 用 物 理 意 殳 明 确 、 适 应 范 围广 I 警道安 装方式与其材 质选择 的关系 1 ． 1 由于 在 水采 矿 井 的 井 筒 、 大巷 和采 区上 山 内 的 主 、 干供 水 管 道 ， 以及 全 部 井 下 煤 水 管 道一律 采用焊接 和 固定 安装方式 不 能采用 法 兰盘 联 接 。 炭 紊钢 和低 台 金 结 构 钢 的 钢 号 超过 3 0以上 ， 随 含炭量增加焊接性能越来越 差 ， 焊 前 须 预 热 ， 焊 后 应 热 处 理 ， 在 井 下 较 难 保证焊接 质量 ， 故宜 慎用 I ． 2回采巷道 的跟枪 管和高 瓦斯矿 井的 采 区内管道一律 采用快速接头联接和不 固定安 装 方 式 ， 管 与 接头 是 在 地 面 焊 制 ． 为 减 小管 壁 厚 度 ， 即减 轻管 子搬 运 重 量 ， 必要 时 最 高 可 选 用 4 5号 钢 的 钢 管 。 1 ． 3现 行 国 家 标 准 GB 8 1 6 3 8 7 对输 送 流 、4 牝 体用的热轧无缝钢管 只推荐 用表 1所列的四 种 钢 号 。 2供水警道管壁厚度计 算 2 ． 1 有 关 规 定 1 国 标 GB 8 1 6 3 8 7规 定 流 体 用 钢 管 进 行 水 压 试 验 的 试 验 压 力 P 2 S R／ D MP a 。其 中 为管道 的公称壁厚 ram j D 为 管 道 的 公 称 外 径 ram ； R 为许 用 应 力 ， 钢 的 屈服 强 度 的 6 0 N／ ram 2 煤矿安全规程 规定 快速接头联接 的 高 压 水 管 和 煤 水 管 在 安 装 和 使 用 前 ， 都 必 颓 经过 耐 压 试验 。 焊 接 的高 压水 管 和 煤 水 管 ． 在使用前也必须经过耐压试验 。试验压力不 得 小 于 工 作 压 力 的 1 ． 5倍 襄 1 输送 声 I 俸 用无 垃钢 蕾的 力 学性艟 品 种 钢号 抗拉强 度 N／ m m 屈服点 ． N／ ram0 钢 管壁厚 ≤1 5 n l m 钢 管壁厚 1 5 mm 3 莱 抖 腆 力 群 维普资讯 第六图书馆 I 9 9 9年 9片 水 力 采 煤 供 水 与精 煤 管 道 设 计 的 几 十 问题 蒂 3期 2 ． 2安全 系 数 和 附 加厚 度 的计 取 在 上 述 的 两 项 规 定 中 ． 实 际 上 只 要 是 按 第 一 项 的 公 式 计 算 出的 管 壁 厚 度 就 基本 上 能 满足 第二 项规定 的要 求 ， 绝不要 错误地 采 取 S一1 ． 5 PD／ 2 R 。 因为 1 从 表 2的 计 算 图 式 可 知 ． 图 中 的 力 P 是 钢管 在承 受使用 水压 P时 有把钢 管拉 扁和沿两条纵缝 A、 B把钢管撕裂趋 势的“ 撕 拉 力” 要使选用壁厚 为 S． 其钢 号的屈服 点 为 的钢 管 承 受 水 压 P 后 不 发 生塑 性 变 形 ． 裹 2 钢 管叠 厚计 算田 式 必 须 满 足 2 L S ≥ Pr 。 E 2 接 上 述 2 ． 1 1 规 定 许 用 应 力 R≈ 0 ． 6 ，那 么 ， 用 关 系 式 2 L S a , 一 P 和 P ， 一 PL D 计 算 出壁 厚 SPD／ 2 R 的 钢 管 在 承 受 工 作 水 压 P 时 ， 抗 塑 性 变 形 的 能 力 就 具 备 了 1 ． 6 7 1 ／ o ． 6 倍 富 裕 量 ， 已基 本 上 能 满 足 上 述 2 ． 1 2 规 定用 1 ． 5 P作 耐 压 试 验 的 要 求 。 但 直 接 用 公 式 S P D／ 2 R 算 出 的 壁 厚 在 用 1 ． 5倍 于 P 的 水 压 作 耐 压试 验 时 ． 钢 管 仍很接 近于发生塑性 变形 的临界 点 。在式 的 右端 应 当 有 一 个 大 于 1 的 富 裙 系 数 另 外 ． 钢管 的 壁 厚 在 轧 制 上 有 偏差 ， 式 的 右 端 还 应 加一个纠正偏差的附加厚度 c 不包括锈蚀 、 电蚀 和 磨 蚀等 原 因的 附 加 厚 度 ， 印 s K c 1 Ⅲ 建 议 按 2 L S a , 1 ． 2 1 ． 5 P 来 确 定 值 ． 即 一 1 ． 1 。 GB 8 1 6 3 8 7规 定 输 送 流 体 用 无 缝 钢 管 壁 厚 允 许 的 负 偏差 为 1 2 ． 5 。 即 p n c o． 1 2 5 K 2 将 式 2 代人式 1 得计取安全 系数 和附 加厚 度 后 的 壁 厚 4 s 1 ． 2 4 PD 3 3供水管道摩阻损失 对清 水 和低 浓 度污 水 管 道 的 水 力摩 阻 损 失 均可 用 下 式计 算 ， 1 ，z ‘ 4 式 中L 清 水 管 道 的 测 压 管 压 力坡 m／ m i ， 摩 擦 系 数 ； d 管 道 内 径 m { V 断 面 平 均流 速 m／ s ； 广重 力 加速 度 m／ s 该 公式 是 1 8 5 7年 由 Dr a c y提 出 的 。 在 以 往的设计 中 ， 对 摩擦系数 ，的 确定多 用 前苏 联 学 者提 出 的 公式 。实 际 上 摩 擦 系 数 ，与 水 流 状 态 雷 诺数 Re 及 管 壁 的 粗 糙 情 况 糙 度 之 间 的关 系可 以不 用 公式 计 算 。 国际 上 较 公认 的 方 法 是 算 出 雷 诺 敬 R e 却 ／ 和 管 道 相 对 糙 度 k ／ a的 数 值 后 ， 直 接 用 圆 1所 示 的 Mo o d y图 查 出 f 值 。该 图是 从 紊 流 理 论 导 出 的 理 论 公式 ， 并 加 以 图表 化 而 成 ， 用 之 可 极 维普资讯 第六图书馆 l 9 9 9年 9月 水 力 采 煤 与 管 道 运 输 第 3期 球搞损 戋系数 ，二 Ⅳ ， 2 相对 糙翠 雷 诺靛 一 图 1 清水管 道 摩擦损 失 系数计 算 图 大地 简化 计算 过程 。国产 D一1 5 0 4 0 0 mm 无 缝 钢 管 的 绝 对 糙 度 一 0 ． 0 7 ～ 0 ． 0 8 mm ． 进 口商 业 钢 管 0 ． 0 4 ～ O ． 0 5 mm。清 水 的 牯 度 0 ． O 0 1 k g ／ ms ， 清 水 密 度 P i 0 0 0 k g ／ m 。 相 同 管 径 的 管 道 超 过 一 定 长 度 时 摩 擦 损 失 以外 的 水 头 损 失 ， 包括 阀 门 、 弯头 、 三 通 、 异 径 管 等 水 头 损 失 ， 在 多 数 情 况 下 可 以略 击 不 计 。该 长 度与 管 径 的 关 系在 长 度 超 过 表 3 所 列 的 关 系 值 时 ， 磨 擦 损 失 毗外 的 总 水 头 损 失一般不超过整个管系摩擦损失的 1 0 略 击不 计 对 包括 水泵 的选 型等 在 内 的供 水或 煤 水 系统 的设 计 计 算可 以 说 没 有 什 么 影 响 在 裹 3 不计 局部 损失 的管 径与 管长 对应值 阀 门 、 弯 头 、 三 通 、 异 径 管 等 较 多的 管 系 中 ． 需 要 计取 其 水头损 失时 ， 可 查阅本文参 考文献 [ 1 ] 或有关的给排水设计手册 。 ． 待 续 4 h 口口 q 口口 口、d 口 ． 2 本 刊 重 要 声 明 水 力采煤 与管道运输 杂志 已编入 中 国学 术期刊 光盘版 ， 同 ， 时加入“ 中国期刊网” ． 作者稿酬已一次付清，如不同意文章上网 ． 请来 3 函声明， 本刊将做适当处理a 岳矿 矿 矿 矿 矿 矿 ， 庐 矿 矿 矿 矿 矿 矿 矿 ， 庐 驴 矿 驴 矿 矿 矿 ， ． 驴 护 矿 矿 ， ． 矿 矿 矿 护 矿 矿 驴 矿 维普资讯 第六图书馆