【文章內容簡介】 性，才能保證設備的正確設計和型號的正確選擇，進而保證系統工作的可靠性，安全性。 本設計以以上為指導思想。 本設計要完成的主要任務 在這次畢業(yè)設計中，主要完成以下任務 。 ，包括 排水方案確定，排水管路計算及水泵選型，水泵安裝圖設計，水泵基礎 設計。方案的選擇是設計的第一步，在方案選擇時，由于是在井下，除了要 保證 整個系統中排水設備 占用的空間足夠小， 還要有足夠的空間方便進行 維修。要讓維修方便，就必須要保證好機組間的距離，太大 了 占用空間，太小了又不方便工人維修，一般 間距設置 在 mm ~ 之間。 2. 主電路設計：電動機選型計算及啟動方案選擇，短路、過載保護設計計算 。主回路的設計，電路的各種保護功能應該齊全，電動機選型合理，功率太小無法排水，太大則不節(jié)能，功率損失大。 3. 控制回路設計：可編程序控制器選型設計，觸摸屏選型，軟件程序設計。 電器部分的設計是這次設計的核心部分，要注意電器的正確選型，有三個變化量：水位高低，涌水量和排水量。為了使系統達到在最佳節(jié)能方式下工作，必須使涌水量等于排水量。 4. 水位控制系統設計：保護回路設計，電器元件選型。 在排水系統 中，水位控制系統是很重要的部分，在高低水位時，系統都要自動報警，因此必須安裝有水位控制器。 貴 州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 4 頁 第二章 排水系統設計 排水方案的確定 煤礦排水系統作為煤炭生產過程中的一個重要環(huán)節(jié)。因此，排水系統的可靠性高低一定程度 上決定了整個煤礦生產過程中工作人員的生命安全。 在國家節(jié)能減排政策的要求下，還得綜合考慮整個煤礦排水系統的經濟性、環(huán)保性、節(jié)能性和實用性。一方面，要求設計施工人員在選擇排水器材時要綜合考慮購買排水器材的費用、使用過程中的能源消耗費用以及管理和維護器材的成本費用，因此在選擇器材時要選用性價較高的排水器材。另一方 面必須設置得有備用 水泵 和備用 水管 ，只有這樣，才能保證在工作 機組 出故障、 不能工作甚至在煤礦礦井涌水量超常的情況下能利用備用機組進行排水或 檢修。其次還要求設計人員在設計過程中選用功率適當的電動機、性能優(yōu)良的水泵和符合要求的管道。還要按要求降低系統運行過程中的噪音，保證系統機組啟停時無有害沖擊，管路中閥門的阻尼要小，盡量減少在排水過程中產生的振動。 根據《煤礦安全教程 20xx》中 第二百七十八條 規(guī)定，煤礦 中 水泵 設置 必須有工作、備用和檢修的水泵。工作水泵的能力，應能在 20h 內排出礦井 24h 的正常涌水量（包括充填水及其 他用水）。備用水泵的能力應不小于工作水泵能力的 70%。工作和備用水泵的總能力，應能在 20h 內排出礦井 24h 的最大涌水量。檢修水泵的能力應不小于工作水泵能力的 25%。水文地質條件復雜的礦井，可在主泵房內預留安裝一定數量水泵的位置。 水管 設置 必須有工作和備用的水管。工作水管的能力應能配合工作水泵在 20h 內排出礦井 24h 的正常涌水量。工作和備用水管的總能力，應能配合工作和備用水泵在 20h內排出礦井 24h 的最大涌水量。 而在實際應用中，單臺水泵的排水量往往達不到礦區(qū)的要求，以及使用單臺水泵的可靠性差等原因，因此，需 要利用多臺離心泵并聯同時運行。水泵在并聯運行時，即使使用的是同一廠家同一型號的水泵，也不能完全認為單臺泵性能完全相同，實際運行中負荷有變化，且管路中的阻力損失不能忽略，這些影響到水泵的運行特性。所以掌握水泵實際并聯運行特性的變化規(guī)律，有著十分重要的現實意義。并聯運行后每臺泵輸送的流量減少，揚程卻要升高一些，這是因為并聯后共用管路流量增大，阻力也相應增大，貴 州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 5 頁 需要相應提高揚程來克服阻力損失。因此，并聯水泵臺數過多并不經濟。 因此，在本畢業(yè)設計中，采用三臺工作水泵，一臺備用、檢修水泵，以及其自己的獨立的排水水管，簡 稱“三用一備”單泵單管排水系統。設置三臺工作水泵和自己獨立的排水管路，出水水管直徑減小，在煤礦礦井中布置水管容易，同時避免了各水泵在排水過程中的互相干擾，而且水泵排水能力能根據礦井實際情況提高和改變，同時系統的可靠性增加。在現代給水排水工程中采用采用“三用一備”給水排水系統的比較多，技術較成熟。因此本設計采用“三用一備”單泵單管 的 煤礦排水系統。 管材的選擇及排水系統水力計算 管材的選擇 排水水管有兩種，分別為工作水管（即工作水泵使用的水管）和備用水管（即工作水泵使用的水管）。因為使用的水泵型號一致，每臺水泵 的排水流量一致，所以兩者管徑一致。 排水過程中 大多數時間使用的是工作水管， 只有 當其出現堵塞等故障時就得利用備用水泵和備用水管，以保證在檢修時不影響排水系統排水能力。 如果沒有選擇合適的管材，根本就難以完成這樣的設計 。目前我國給水排水管管材琳瑯滿目，大體上可分為金屬管和非金屬屬管兩大類。應用較多的金屬管分為鋼管和球墨鑄鐵管。其中鋼管有焊接鋼管和無縫鋼管。焊接鋼管又分為螺旋縫焊和直焊鋼管，其中直焊鋼管較為常見。無縫鋼管分為冷軋管和熱軋管，冷軋管最大 mmDN 200? ，熱軋管最大 mmDN 600? 。鋼管中還有不銹鋼管，但由于造價較高，未曾推廣使用。 這些管材中，鑄鐵管承受工作壓力一般為 ~ ，且耐腐蝕，價格較便宜，因為材質硬而脆。非金屬管材有混凝土管、鋼筋混凝土管、玻璃鋼管、石棉水泥管、塑料管和復合塑料管等?；炷凉芎弯摻罨炷凉軆r格較低，節(jié)省鋼材，耐腐蝕、耐高壓，但重量較大，質地脆，裝卸運輸較困難，維護難度大。石棉水泥管和玻璃管易損壞。塑料管有 PE 管、 PVCU 管、 ABS 管等。 PE管衛(wèi)生條件好，柔韌性好，抗沖擊強度高，工 作壓力有 、 、 、 MPa 、 的檔次；公稱外徑有mmD N 1000~16? ；缺點是易燃，受熱易變形。 PVC 管不導電，不導熱且阻燃，目前主貴 州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 6 頁 要規(guī)格有 mmD N 700~15? 十多種；管材公稱壓力有 和 兩種規(guī)格；管道連接方法有承插式連接、粘結劑粘結兩種。 ABS 工程塑料耐腐蝕性極強，耐沖擊性極好，韌性強；主要規(guī)格有公稱直徑 mmD N 400~15? 十多種；管道許可壓力為 、 、 三種規(guī)格；使用溫度 CCT ?? 70~20?? ；管道的連接方法主要是 用冷膠溶接法；缺點是不耐高溫，不阻燃。 PVC 和 ABS 材料質量輕，密度為鋼鐵的 7/1 左右。無縫鋼管的機械強度較最好，可以承受內外高壓，公稱壓力一般可達 5Mpa；管材可焊性較好，能適用于復雜的地形，適用于建筑內要求較高的排水管路。鋼管最大的缺點是易腐蝕。現在鋼管均采用鍍鋅鋼管，鍍鋅管分冷鍍管和熱鍍管。冷鍍管由于鍍的鋅不致密、不均勻、穩(wěn)定性較差，一般使用壽命不到 5年，就會出現“紅水”、“黑水”現象。熱鍍管保護層均勻致密，附著力強。 結合水管管材的優(yōu)缺點，以及煤礦排水水管對管 道承受壓力、工藝性、強度和防腐蝕的要求，選用熱軋、熱鍍鋅的無縫鋼管。 排水系統的水力計算 設計依據：流量為 hm/903 ，揚程為 100m。 ⑴管徑確定 根據流量公式 udqg 42?? ]1[ 2（ 1） 式中 gq 水泵排水流量 sm/3 ； d 水管管徑 mm ； u 流體流速 sm/ 。 得 uqd g?4? 2（ 2） 因為采用三用一備單泵單管排水系統，所以單臺工作泵流量 smhmq g /0 0 8 ?? 貴 州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 7 頁 根據 [建筑給排水手冊 ]，取 smu /? 所以 uqd g?4? ??? ? 圓整后取 mmDN 100? 符合 [ 建 筑 給 排 水 手 冊 ] 中的 40~~25 DNDN , smu /~? ，smuDNDN /,70~50 ?， DN80 及以上的管徑， smu /? 。 ⑵ 沿程水頭損失計算 根據水力學基本原理，管理的沿程水 頭損失可以按水力坡降進行計算。公式如下： HHHH IX ???? ]2[ 2（ 3） IHHI ?? ]3[ 2（ 4） 0 5 gjh qdCI ??? ]4[ 2（ 5） 式中 IH 管道沿程損失 mKPa/ ； H? 水泵富余揚程，一般為 mm 30~10 ； I 水力坡降，即管道單位長度水頭損失（ mKPa/ ）。 gjh qdC , 值查閱有關手冊 取 m20??H ， 因選取的水管為 熱軋、熱鍍鋅的無縫鋼管， 根據 [建筑給排水手冊 ]以及擁有的參數，查 得 100?hC ， 100?jd ， ?gq ，所以 qd105 CI ? 008 ??? ? 2（ 6） IHHI ?? ?? ? 2（ 7） 貴 州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 8 頁 HHHH IX ???? ??? ? 2（ 8） 水泵 選型 選泵 的 依據 水 泵 選型，應根據 設計的 工藝流程 和 排水要求，從 以下幾 個方面加以考慮 ： 流量是選泵的重要性能數據之一，它直接關系到整個 排水系統 的 排水 能力。 在工藝設計中 計算出水泵 正常、最小 和 最大三種流量。選 泵時，以最大流量為依據，兼顧正常流量，在沒有最大流量時，通?？扇≌Ａ髁康?。 水泵的理論 揚程是選泵的又一重要數據，一般要 按 放大 5%— 10%余量后 得到 的揚程來 進行水泵 選型。 (3)液體性質，包括液體介質名稱，物理性質，化學性質和其它性質，物理性質有溫度 C密度 D，粘度 U，介質中固體顆粒直徑和氣體的含量等，這涉及到系統的揚程，有效氣蝕余量計算和合適泵的類型 ； 化學性質，主要指液體介質的化學腐蝕性和毒性，是選用泵材料和選用那一種軸封型式的重要依據。 (4) 排水 系統的管路布置條件 。 吸 入 側 的 最低液面，排出側 的 最高液面等一些數據和管道規(guī)格及其長度、材料、管件規(guī)格、數量等 都要加以考慮， 以便進行 水泵 揚程計算和汽蝕余量的校核。 但是其中最主要的 依據是所需要的流量。 選泵原則 水泵的選擇應該以以下幾個為原則： (1)使所選泵的型式和性能符合裝置流量、揚程、壓力、溫度、汽蝕流量、吸程等工藝參數的要求。 (2)必須滿足介質特性的要求。 (3)機械方面可靠性高、噪聲低、振動小。 貴 州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 9 頁 (4)經濟上要綜合考慮到設備費、運轉費 ， 維修 費和管理費 等，力求使 的 成本 最低 (5)離心泵具有轉速高、體積小、重量輕、效率高、流量大、 結構簡單 、輸液無脈動、性能平穩(wěn)、容易操作和 維修 方便等特點。 綜上所述，水泵的選擇原則就是 要 滿足 在 最不利工況的條件下 水泵 同樣能 夠 正常工作，并且在 考慮各種工況 下 ，盡可能節(jié)約投資，減少能耗 。 對水泵臺數和型號進行選定，滿足對水量和水壓的要求。從經濟和管理上對水泵臺數和工作方式進行確定，做到投資，維修費最低，正常工作能耗最低 。 水泵選型 本設計中 使用 了 三臺工作水泵，一臺備用水泵，但每臺水泵 都 設置 了獨立的排水管路。為了便于 采購 及系統的管理 ， 選取相同型號的四臺水泵。水泵 主要有葉片泵、齒輪泵、離心泵 三種類型 ，這些水泵的原理及優(yōu)缺點參見《液壓元件與系 統》。 在選取水泵的時候主要考慮兩個參數，即排水流量 Q 及揚程 H。設計依據是hmQ /90 3? ， mH 100? 。由于存在沿程損失，局部阻尼損失等，所以水泵的實際流量和揚程要比設計流量和揚程大。 水泵在運行時，流量減小系數 %70~%60?Q? ，這里取 %60?Q? ，則每臺工作水泵的流量 hmQ /50%603903 3` ???? ? 。根據上一章節(jié)，得 mHH X ?? 。 立式水泵雖然節(jié)約安裝面積，但由于煤礦礦井安裝空間有限，吊裝困難，所以選擇臥式離心水泵。 綜合上述因數考慮，參照 [臥式水泵隔振及安裝 ]，選取 IS8050315 型臥式離心水泵。其參數為：流量 hmQ /60~30 3? ，揚程 mH 123~128? 。與之匹配的電機型號為Y200L22，電動機參數為：額定轉速 min/2900 rnN ? ，額定功率 KWPN 37? 。 為了自動控制方便，這里將水泵進行以下分組編號，如表 21。 表 21 水泵分組 首先啟動機組 聯動啟動第一臺機組 聯動啟動第二臺機組 備用機組 1 號 2 號 3 號 4 號 貴 州大學本科畢業(yè)論文（設計）