-700矿井主排水系统设计
一、设计依据
二、排水设备的选择
1、工作水泵的排水能力
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:
QB ≥
2424
q z =⨯220=264m 3/h 2020
在最大涌水期,工作和备用水泵具备的总排水能力为:
Q B max ≥
2424
q max =⨯260=312m 3/h 2020
3
式中:Q B —工作水泵具备的总排水能力,m /h ;
Q B max —工作与备用水泵具备的总排水能力,m 3/h ;
q z —矿井的正常涌水量,m 3/h ;
q max —矿井最大涌水量,m 3/h 。
2、水泵所需扬程的估算
由于水泵和管路均未确定,因此就无法确切知道所需的扬程,一般可由下面公式来进行估算:
H B =
H C
=
-500--700+4
=275. 7m
0. 74
ηg
式中:H B —水泵扬程,m ;
H C —测地高度,一般取H C =井底与地面标高差+4,m ;
ηg
—管路效率。当管路架设在斜井,且倾角a ≤20︒时, ηg =0. 77~0. 74;
3、初选水泵的型号,
考虑矿井原有排水系统设备及材料互换统一,用电合理躲峰的原则,依据计算的工作水泵排水能力Q B 和估算的所需扬程H B 及原始资料给定的矿水物理化学性质和泥砂含量,从泵产品样本中选取MD450—60×6型矿用耐磨离心泵,其额定流量Q=450m3/h,额定扬程H e =360m ,转数
1480r /m i n ,电机功率 ,效率高达80%。则:
工作泵台数 n 1=
Q B 264
==0. 586,取n 1=1。 Q e 450
备用泵台数 n 2≥0. 7n 1=0. 7⨯1=0. 7,取n 2=1。 检修泵台数 n 3≥0. 25n 1=0. 25⨯1=0. 25,取n 3=1 水泵总台数 n =n 1+n 2+n 3=1+1+1=3台
四、 排水管路的确定 1、管路趟数
根据泵的总台数,在满足《煤矿安全规程》的前提下,在井筒内布置以不增加井筒直径的原则,选用三泵两管路的布置方式,其中一条管路工作,一条管路备用。
2、选择排水管
因为管径的大小涉及排水所需的电耗和装备管道的基本投资,若管径偏小,水头损失大,电耗高,但初期投资少;
若管径选择偏大,水头损失小,电耗低,所需的初期投资费用高。综合两方面考虑,可以找到最经济的管径,通常用试取管内流速的方法来求得。
d
'
p
=0. Q g
υp
=0. 4501. 5~2. 2
=0. 2692~0. 3256m
式中:d ' p —排水管内径,m ;
Q g
3
—通过管子的流量,m /h ;
υp
—排水管内的流速,经济流速取υp =1. 5~2. 2m /s
从标准YB231—70钢管规格表中预选Φ273⨯10钢管,则排水管内径
d p =273-2⨯9=255mm
。
3、验算壁厚
δ≥0. 5d p (
z +0. 4p
-1) +C
σz -1. 3p
80+0. 4⨯0. 011⨯275. 7
-1)+0.1 = 0.95cm
80-1. 3⨯0. 011⨯275. 7
δ=0.5×25.3(
因此所选壁厚合适。 式中:d p —标准管内径,cm ;
σz —许用应力,无缝钢管取σz =8MPa ;
p —管内水压,估算P =0. 011H
B
,MPa ;
C —附加厚度,无缝钢管取C =0. 1~0. 2cm
4、选择吸水管
d ' x =d ' p +0. 025
=(0. 269~0. 326) +0. 025=0. 294~0. 351m
由d ' x 和d ' p 从标准YB231—70钢管规格表中选取Φ299⨯9的无缝钢
mm
管,内径d p =299-2⨯9=281。
验算流速
υx =
Q 3600⨯
4
=
2
d x
4503600⨯
4
=2. 01m /s
⨯0. 2812
5、计算管路特性 ①估算管路长度
排水管长度可估算为l p =H C +(40~50) =820~830m ,取l p =820m , 吸水管长度可估算为l x =7m 。
③阻力系数R t 计算
计算沿程阻力系数。对于吸、排水管分别为:
λx =
0. 0210. 021
==0. 03260. 3
d x (0. 281) 0. 3
λp =
0. 0210. 021
==0. 0316 0. 30. 3
d p (0. 253)
局部阻力系数,对于吸、排水管路附件其阻力系数分别列于表1、表2中。
表1 吸水管路附件其阻力系数
∑ε
x =4. 094
表2 排水管路附件其阻力系数
∑εp =10. 186
管路阻力损失系数R t ,其值为:
R t =
8(λx
l p ∑εx ∑εp +1l x
+λ+4+) p 554d x d p d x d p
π2g
=
873304. 09410. 186[0. 0326⨯+0. 0316⨯++]
π2⨯9. 807(0. 281) 5(0. 253) 5(0. 281) 4(0. 253) 4
=0. 0827⨯(203. 54+15855. 25+938. 47+3577. 42) =1700. 64s 2/m 5=2. 21⨯10-4h 2/m 5
式中:L x 、L p —吸、排水管的长度,m ;
d x 、d p —吸、排水管的内径,m ;
λx 、λp —吸、排水管的沿程阻力系数,对于流速υ≥1. 2m /s ,其值可
按舍维列夫公式计算如下:
λ=
0. 021
d 0. 3
∑εx 、∑εp —吸、排水管附件局部阻力系数之和,可查阻力损失系数
表得,
2
g =9. 807m /g g —重力和速度,。
④管路特性方程
H =H c +KR t Q 2=289+1700. 64Q 2(m )
⑤绘制管路特性曲线,确定工况点,
根据管路特性方程,取六个流量求得相应的损失(表3所示)。 表3
利用表3中各点数据绘出管路特性曲线(如图3所示),
图3 管路特性曲线与泵特性曲线
管路特性曲线与扬程特性曲线的交点M ,即为工况点,由图中可知,工况
3
Q =328m /h ,H M =420m ,ηM =0. 79,H sM =5. 4m ,N M =520kW ,M 点参数为
因ηM 大于0.7,允许吸上真空度H sM =5. 4m 符合《煤矿井下排水设计技术规定》要求。
五、 校验计算
1、由工况点验算排水时间
正常涌水期和最大涌水期每天必须的排水时间为
Tz =
24q z 24⨯530
==14. 13h η1Q M 2⨯450 24q max 24⨯590
==7. 86h
(n 1+n 2) Q M 4⨯450
T max =
式中:Q K —工况点流量m /s
q Z —正常涌水量m 3/n
q max —最大涌水量m 3/n
无论正常涌水期和最大涌水期,每昼夜的排水时间均不超过20小时,符合《煤矿井下排水设计技术规定》规定。
2、经济性校核
工况点效率应满足ηM ≥0. 85ηmax 。
ηM =0. 79≥0. 85ηmax
故经济性满足要求。 3、稳定性校核
单级平均额定扬程必须大于管路的测地高度。
H c =289
4 、计算允许吸水高度
4433
p =0. 235⨯10Pa p =9. 8⨯10Pa γ=9. 8⨯10N /m n a 取,,,则允许的吸水
高度为:
H x ≤H xm -10+
p a
γ
-
p n
γ
+0. 24-
l x ∑εx +128(λ+) Q m x 254
π∙g d x d x
9. 8⨯10480. 0326⨯74. 094+143282
=5. 4-10++0. 24-[+⨯() ]3254
36009. 8⨯10π⨯9. 807(0. 257) (0. 257)
=1. 83m
六、电动机功率计算
根据工况参数,可算出电机必须的容量为:
N ' d =K d
γQ M H M
1000⨯3600⨯ηM
9. 8⨯103⨯450⨯360
=1. 1⨯
1000⨯3600⨯0. 79=614kW
根据产品样本取N d =630kW 。 七、电耗计算 1、全年排水电耗
E =
γQ M 2H M 2
[n z T z r z +n max T max r max ]
1000⨯3600ηM 2ηc ηd ηω
9. 8⨯103⨯450⨯482
=[2⨯15. 5⨯295+4⨯18. 1⨯70]1000⨯3600⨯0. 8⨯1⨯0. 95⨯0. 95 =5. 824⨯106kW ⋅h /Y
式中:n z 、n max —年正常和最大涌水期泵工作台数;
r z 、r max —正常和最大涌水时期泵工作昼夜数; T z 、T max —正常和最大涌水时期泵每昼夜工作小时数;
ηd 、ηω、ηc —电机效率,电网效率,传动效率。
2、吨水百米电耗校验
e t ⋅100=
H M 2
3. 673ηM 2ηc ηd ηωH c
=
328
3. 673⨯0. 8⨯1⨯0. 95⨯0. 95⨯289
=0. 428
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