矿山主排水泵安装高度的影响因素与计算方法.pdf

2 0 1 0年第 3期 中 州 煤炭 总第 1 7 1 期 矿山主排水泵安装高度的影响因素与计算方法 张书 征 ( 云南能源职业技 术学院 ， 云南 曲靖6 5 5 0 0 1 ) 摘 要 ： 水 泵 的安 装 高 度 即 为水 泵 的最 大 吸水 高 度 ， 提 高 水 泵 的 安 装 高 度 ， 对 延长 水 泵 工作 时 间 、 减 少 启 动 次 数 和防止发生汽蚀具有重要作用。分析 了安装地点的大气压力 、 必需汽蚀余量 、 吸水管路的阻力 以及水温对我 国矿 山主排泵 D型 离心 式水泵安装高度 的影响， 给 出了不 同安装地点和 不同水温下水 泵安装高度 的计算方 法 ， 并 提 出 了提 高 水 泵 安 装 高 度 的措 施 。 关键词 ： D型 离心 式水 泵； 水泵安装高度 ； 必需汽蚀余量 ； 大 气压力 ； 温度 中图分 类号 ： T D 4 4 2 ． 1 文献标识 码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 3— 0 5 0 6 ( 2 O l 0 ) 0 3— 0 0 1 9— 0 2 我 国矿 山主排水 泵 大多 采 用 D型 离 心 式水 泵 ， 为保证 矿 井安全 生 产 ， 主 排 水 泵必 须 采 用 吸 入 式排 水方法排水 。为保证水泵正常工作 ， 水泵的吸水高 度不 能超过 最大 吸水 高 度 ， 即不 能 超 过 水 泵 的安 装 高度 。正 确确定 水 泵安 装 高 度 ， 对 防 止 水 泵发 生 汽 蚀， 保证水泵安全 、 正常运转和延长其使用寿命都具 有 重要 意 义。 同时 ， 最 大安装 高度 也决 定 了水仓 、 吸 水井 、 水 泵 基础 和泵房 地板 的相对 标 高 ， 即决定 了水 仓 、 吸水 井 的挖掘 深度 和水 泵基础 的浇筑等 。因此 ， 水泵安 装高 度对水 泵 的安装 、 运行 具有 重要 影 响 ， 被 称 为水 泵安装 技 术 关 键 ， 应 予 以 准确 确 定 。水 泵 最 大安装 高度 主要 受水 泵 安 装 地 点 的大 气 压 力 、 必 需 汽蚀余 量 、 吸水管水 头损 失 、 水温 等 因素 的影 响 。 1 水泵 安装 高度 的影 响因素 1 ． 1大气 压 力 大气 压力决 定 于其上 空 大气柱 中空 气质 量 的多 少 ， 是大气 柱厚 度 和 密 度 的反 映 。任 何 地 方 的大 气 压 力总 是随着 海拔 高度 的增 加而递 减 。水泵 的吸水 高度 、 必 需汽蚀 余 量 以及 克 服 吸 水 管路 阻 力 的能 量 都来 自大气压力 ， 所 以 ， 当地 的大气 压力 对水 泵 的安 装 高度有 较大 的影 响 。在 海拔 高度 为 +1 5 0 0 m 时 ， 由于海拔 高度 的影 响 ， D 2 8 0水 泵 在额 定 工况 下 ， 其 安装 高度 将降 低 1 m 以上 。大气压 力一 般人 为难 以 改 变 收 稿 日期 ：2 0 0 9—1 2— 2 2 作者简介 ：张书征 ( 1 9 6 6 一)， 男 ， 河 南商丘人 ， 讲 师 ， 1 9 8 9年毕业 于 昆明工学院， 主要从事矿 山机械流体教学与应用研究 工作。 I ． 2必 需 汽 蚀 余 量 必需 汽蚀余 量 N P S H 又 叫泵 的 汽蚀 余量 ， 是 规 定 的泵要 达到 的 汽蚀 性 能 参 数 。N P S H 越 小 ， 水 泵 抗 汽蚀 性 能越好 。必需 汽蚀 余量 主要 由泵 的设计 结 构决定 ， 并 随水 泵 流 量增 加 而 增 大 。对 于选 定 的水 泵 ， 必 需汽 蚀 余 量 随 所 设 计 水 泵 工 况 点 的右 移 ( 即 随水泵流量 的增大 ) 而增大 ， 水 泵的安装高度将 降 低 。 1 ． 3吸水管 水 头损失 吸水管 路水 头损失 包括 沿程 水头 损失 和局部水 头 损失 。沿程 水 头损失 的 大小受 管径 、 长度 、 相对粗 糙 度 和流速 的影 响 。局 部水 头损 失 的大小 受局部 管 件 的结 构 、 数 量 、 流 速 以 及 局 部 管 件 之 间 的连 接 影 响。吸 水管路 水 头损 失 的存 在 ， 使水 泵 的安 装 高度 降低 。 1 ． 4 水 温 汽蚀 余量 是泵 吸人 口处单 位 质量液 体所具 有 的 超过汽化压力 的富余能量 。水温越高 ， 饱和蒸汽压 力 越大 ， 水泵 的安 装高 度 降低 。如 7 0～8 0 c 《 二 水温下 水 泵 的安装 高度 有 可 能 是负 值 。一 般 情 况 下 ， 当水 温 低 于 2 0℃ 时 ， 吸水 高度 将 有 一定 的增 大 ， 可 不 予 考 虑 ； 水 温高 于 2 0 c C时 ， 吸水高度 将 降低 ， 应 考虑温 度对 安 装高度 的影 响 ， 特别 是水温 过高 时 应 予重点 考 虑 2水泵安装 高度 的计算 水泵 的安 装 高度可 按式 ( 1 ) 计算 ： 矗 r ⋯ ： P 一 3一 P — hNPS H h 一Ah 矗 ⋯ ：— 一 3一— 一 一 y ( 1 ) 1 9 2 0 1 0 年第 3 期 中州煤炭 总第 1 7 1 期 式 中 ， 日 ⋯ 为水泵 最大安装 高度 ， m； 尸 为 吸水井 水 面 的大气 压 力 ， P a ； 为水 的重 度 ， N ／ m ； Ⅳ P S 为 水泵工 况点 的必 需汽蚀 余量 ， m； P 为工 作水温 下 的 饱和蒸 汽 压 力 ， P a ； h 为吸 水管 水 头损 失 ， m； A h为 保证水泵不发生汽蚀而留的安全余量 ， 一般取 0 ． 5 I T I。 当海拔 高度 低 于 3 0 0 m、 水 温 低 于 2 0℃ 时 ， 一 般按 标准 大气 压力 1 0 1 3 2 5 P a和 2 0℃水 温时 计算 水泵 安装 高 度 ， P ／ y=1 0 ． 3 3 m， P ／ y= 0 ． 2 4 I l l ， 则 式 ( 1 ) 可变 为 ： H⋯ = 1 0 ． 3 3一^ ．s 日3—0 ． 2 4一h 一Ah ( 2 ) 当海拔高 度 大于 3 0 0 I F I 、 水 温 高于 2 0℃ 时 ， 吸 水井水 面大气 压力和不 同温度 下水 的饱 和蒸汽 压力 的大小 则需要通 过计算来 确定 。 2 ． 1 吸水 井水面 大气压 力 P 的确定 吸水 井水 面 的大 气压 力 P 的计 算与 确定 方 法 较多 ， 较精 确 的计 算 一 般 采 用 拉 普 拉斯 压 高方 程 。 另外 ， 还 可以用气压 计 测定 或 根据 海 拔 高度 查 表等 方法 确定 。 2 ． 1 ． 1 利用拉普 拉斯压 高方程计 算 拉普拉斯 压 高 方 程 的 数 学 表 达 式 为 Z 一Z ．= 1 8 4 0 0 ( 1 + t ／ 2 7 3 ) l g ( P ． ／ P ) 。其 中 ， P 。 为 ， 高度 上 的大气压 值 ； P 为 z 高度 上 的气 压 ； t 为 z 到 。 ： 间 的空气柱平均温度。若把大气分成若干层 ， 分别求 出各 层 的平 均温度 ， 代 人公 式 依 次求 出各 层 气 压 随 高度 的分布情 况 ， 将 各层 的结 果累计起 来 ， 就 得到整 个气 层的压 高关系 。 笔者 以标 准大气 压力 1 0 1 3 2 5 P a ( 北 纬 4 5 。 海平 面上 、 温度为 1 5 c C时 的压 力 ) 为基 准 ， 用 拉 普 拉 斯 压高公式 对海拔 高度 8 8 0 m、 温度 为 1 5℃ 的大气 压 力 进行计算 ， 得到 的大气压 力值 为 9 1 2 8 1 P a 。而实 际测定 的结 果 为 9 1 1 9 0 P a 。不 考 虑风 速 、 温度 、 空 气 湿度 以及 测量误 差 等 的影 响 ， 计 算 结果 与测 量误 差仅 为 0 ． 1 ％ 。 所 以， 用拉 普拉 斯 压高公 式 计算 当地 海 拔 高度 是较精 准的 ， 能够 满 足水 泵 安装 地 点 大气 压力 计 算 精 度要求 。 2 ． 1 ． 2利用气 压计或 查表方 法确定 在计算水泵安装高度前， 可用气压计对安装地 点 的大气力 值进行 测量 ， 来 确 定安 装 地 点 的大气 压 力值 ， 也可根据 安装 地 点 的海 拔高 度查 表确 定 大气 压力值 。海拔 高度每增 加 1 0 0 m， 大气 压力约减 少 1 k P a ， 表 1为海拔高度与大气压力值之间的关系。 ． 20 ． 表 l 海 拔 高 度 H 与 大气 压 力 P 之 间 的关 系 H／ m 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 P ／k P a 9 7 ． 8 9 5 8 9 5 ． 3 9 4 ． 0 9 3 ． 0 9 2 ． 0 2 ． 2 水 的饱和蒸 汽压 力 P 的确定 水 的饱和蒸 汽压力一 般根据 实际测定 的水温查 表确定 。表 2为水 在不 同温度下 的饱和蒸 汽压力 。 表 2水在 不 同温 度 下 的饱 和蒸 汽 压 力 温 度／ o c压力 ／ k P a 温度 ／ ℃ 压 力／ k P a 温 度／ ℃ 压 力／ k P a O 0 ． 6l 2 5 l 1 1 ． 3 1 2 O 2 2 2 ． 6 4 4 0 1 0 ． 6 5 6 8 1 2 1 ． 4 0 2 0 2 3 2 ． 8 0 9 0 2 0 ． 7 0 5 8 1 3 1 4 9 7 0 2 4 2 ． 9 8 5 0 3 O．758 0 I 4 1 ． 598 O 2 5 3．1 67 O 4 O．8l 3 4 1 5 1 ． 705 O 2 6 3 ．361 0 5 0 ． 8 7 2 4 l 6 1 81 8 O 2 7 3 ． 5 6 5 0 6 0 ． 9 3 5 0 l 7 1 ． 9 3 7 0 2 8 3 ． 7 8 0 0 7 1 ． 0 0 2 0 l 8 2 ． 0 6 4 0 2 9 4 ． 0 0 6 0 8 1 ． 0 7 3 O l 9 2 ．1 9 7 0 3 0 4 ． 2 4 8 0 9 1 ． 1 4 8 0 2 O 2 3 3 8 O 1 0 I ． 2 2 8 0 2 I 2 ． 4 8 7 0 3 提高水泵安装高度的措施 ( 1 ) 吸人式水 泵 的安装 高度 主要 受 当地 大气 压 力 、 必需 汽蚀余 量 、 吸水 管 水 头损 失 和水 温 的影 响 。 当地大气压力一般不变 ， 必需汽蚀余量主要依靠在 设计 中改进 泵 的吸人 口至 叶轮 附近 的结构 设计 、 采 用前 置诱导 轮 、 采 用双 吸 叶 轮及 设计 工 况采 用 稍大 的正 冲角等措 施 ， 降低必需 汽蚀余量 ， 增大水 泵安装 高度 。 ( 2 ) 在吸水 管路设 计 中 ， 采用增 大 吸水 管直 径 、 选择相 对粗糙 度较 小 的管 子 ， 并合 理 确定 吸 水管 长 度 。减少 局部管 件 ， 如采 用 无底 阀排水 等来 增 大安 装 高度 。正确安 装 吸水 管路 ， 正 确 进行 局部 管 件之 间的连接 ， 防止局部 管件之 间 的干扰 等综合 措施 ， 也 可 以增大水 泵 的安装 高 度 。当水 温 过 高时 ， 应 采取 适 当措施 ， 降低水温 ， 以增大 水泵安装 高度 。 参考 文献 ： [ 1 ] 张景成 ， 张立秋． 水泵与泵站[ M] ． 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 出 版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 栾鸿 儒． 水泵 及水 泵 站 [ M] ． 北京 ： 中 国水 利水 电出版 社 ， 2 0 0 7． [ 3 ] 张景松． 流体机械 [ M] ． 徐州 ： 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 5 ． ( 责任编辑 ： 郭 海霞)