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毕业设计说明书水泵设计说明书（可编辑）
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摘 要
认真分析题目要求，根据矿井安全生产的政策，法规和规程的规定，借鉴以往设计经验，结合煤炭行业发展现状，确定以严格遵守《矿井安全规程》和《煤矿工业设计规范》所规定的有关条款为依据，以安全可靠为根本，以投入少、运行费用低为原则的设计指导思想。根据设计任务书所提供资料，拟估矿井条件，确定矿井对排水系统的具体要求：通过多种渠道掌握给排水行业最新信息，初步选择排水方案并对设备选型进行相关计算，初选几套方案，然后确定初选方案的设备工况，做出水泵工况曲线，校验水泵的稳定工作条件、经济运行条件，排除不合理方案。对所剩方案进行经济核算，以吨水百米费用和初期基建投入为指标筛选出最终方案。根据确定的方案选择系统配套附件，根据各设备外形尺寸及安装要求，并考虑其运行条件，最终确定泵房及管路的布置图。最后对水泵的入水室，出水室形状对水泵性能产生的影响进行专题论述。

关 键 词： 矿井涌水，工况点，设备布置，入水室，出水室

摘 要 i
第1章 绪 论 1
1.1　对排水系统的要求 1
1.2　矿水 1
1.2.1 矿水来源 1
1.2.2 涌水量 1
1.3　设计的指导思想 2
1.4有关的方针政策 2
第2章 设计必备的原始资料和设计任务 5
2.1设计的原始资料 5
2.2 设计任务 5
第3章 初步考虑排水系统 6
第4章 设备选型 8
4.1 定水泵参数、选择水泵型号和台数 8
4.1.1 水泵必须的排水量 8
4.1.2 估算水泵必须的扬程 9
4.1.3 预选水泵 9
4.1.4 稳定性效验 11
4.1.5 确定泵的台数 12
4.2 选择水管 13
4.3 绘制管道系统图 17
4.4 估算管道长度 17
4.5 水泵装置的工况 18
4.5.1 求管路特性方程式并绘制管路特性曲线 18
4.5.2 确定工况点 25
4.6 筛选方案、校验计算 25
4.6.1 验算吸水高度 25
4.6.2 验算排水时间 27
4.6.3经济流速的校核 28
4.6.4 选择电动机 29
4.6.5 计算水泵的装置效率 30
4.6.6 选择配电设备 30
第5章 确定泵房、水仓和管子道尺寸并绘制泵房布置图 32
5.1　估算泵房尺寸 32
5.1.1泵房的长度 33
5.1.2 泵房宽度 33
5.1.3 泵房高度(Hb) 34
5.2 经济计算 34
5.2.1 劳动定质及工资 34
5.2.2 电费计算 36
5.2.3 折旧费 37
5.2.4 维修费 41
5.2.5 其他支出 43
5.2.6排水费用指标 43
5.3 确定泵房、水仓和管子道尺寸 45
5.3.1 基础尺寸 46
5.3.2 泵房尺寸 46
5.3.3 水仓、水沟和吸水井的尺寸 48
5.3.4泵房内水管敷设 50
5.3.5 起重梁 51
5.3.6 管子道和管子间 52
5.3.7 水泵的充水装置 52
5.3.8水泵的排水量测量装置（水堰法） 52
表5.16 排水设备技术特征表 55
第6章 水泵的入水室，出水室形状对水泵性能产生的影响 56
6.1 离心式水泵的主要结构 56
6.1.1 叶轮 56
6.1.2 泵轴 56
6.1.3吸入室）进水室 56
6.1.4 导叶 56
6.1.5压出室 56
6.2 入水室和出水室的分析 57
6.2.1 压水室的类型和作用原理 57
6.3 环形压水室的设计 60
6.4 吸水室的设计和计算 60
6.4.1直锥形吸水室(图6.4) 61
6.4.2 环形吸水室(图6.4) 62
6.4.3 半螺旋形吸水室(图6.5) 62
6.5 提高泵效率的措施 64
6.6 水泵性能测试原理 65
6.6.1测定原理 65
总结 68
参考文献 69
致谢 70

第1章 绪 论

1.1　对排水系统的要求
在矿井建设和生产过程中，随时都有各种来源的水涌入矿井。只有极少数例外的矿井是干燥。将涌入矿井的水排出，只是和矿水斗争的一方面，另一方面是采取有效措施，减少涌入矿井的水量。特别是防止突然涌水的袭击，对保证矿井安全生产有重要意义。
矿井排水设备不仅要排除各时期涌入矿井的矿水，而且在遭到突然涌水的袭击有可能淹没矿井的情况下，还要抢险排水。在恢复被淹没的矿井时，首要的工作就是排水。排水设备始终伴随着矿井建设和生产而工作，直至矿井寿命截止才完成它的使命。因此，排水设备是煤矿建设和生产中不可缺少的，它对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。
为了使排水设备能在安全、可靠和经济的状况下工作，必须做好确定排水方案，选择排水设备，进行布置设计，施工试运转，直到正常运行各环节的工作。

1.2　矿水
在矿井建设和生产过程中，涌入矿井的水流称为矿水。
1.2.1 矿水来源
矿井水的来源分为地面水和地下水，地面水是江、河、湖、溪、池塘的存水及雨水、融雪和山洪等，如果有巨大裂缝与井下沟通时，就会造成水灾。地下水包括含水层水、断层水和老空水。地下水在开采过程中不断涌出。
1.2.2 涌水量
矿水可以用单位时间涌入矿井内的体积来度量，称为绝对涌水量。一般用“q”表示，其单位为m3/h。涌水量的大小与该矿区的地理位置、地形、水文地质及气候等条件有关；同一矿井在一年四季中涌水量也是不同的，如春季融雪或雨季里涌水量大些，其他季节则变化不大，因此前者称最大涌水量，而后者称为正常涌水量。
为了对比不同矿井涌水量的大小，通常还采用同一时期内，相对于单位煤炭产量（以吨计）的涌水量作为比较参数，称它为相对涌水量，或称为含水系数。若以K表示相对涌水量，则： K=24q/T （m3/t）
式中：q——绝对涌水量，m3/h；
T——同期内煤炭日产量，t。

1.3　设计的指导思想
排水系统的选择、设备的选型，以选出的整个系统在整个矿井服务期限内均能按有关规定的要求排除矿井涌水为原则，尽可能做到安全可靠，投资少，运行费用低，自动化程度高，维护方便。
排水系统是煤矿生产的重要环节，排水泵属煤矿大型固定设备，独立性强，备用系数大。它的稳定运行与否将直接影响到矿井的安全。
煤矿排水的电耗占原煤生产电耗的10%~30%，涌水量大的矿井可达60%（改造指南）。全国国有重点煤矿吨煤排水电耗6.7~7.5kw.h。
在世界能源日益紧张的今天，我国部分地区也出现了“电荒”、“油荒”的现象，节能省电在排水系统选型中变得尤为重要。
为了改善煤矿生产条件，提高设备运行的安全性、稳定性，设计过程中还要注重科技发展新成果的合理应用。

1.4有关的方针政策
在设计中必须遵守《矿井安全规程》（以下简称规程）和《煤矿工业设计规范》（以下简称规范）所规定的条款。
《规程》对井下排水有如下的规定
第242条 主要排水设备（包括水泵，水管和配电设备）应符合下列要求：
（一）水泵：必须有工作，备用和检修的水泵。其中工作水泵的能力，应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量（包括填充水和其他用水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%；并且工作和备用水泵的总能力应在20小时内排出矿井24小时内的最大涌水量；检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。
水文地质条件复杂或有突水危险的矿井，可以根据具体情况，在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另外增加排水能力。
（二）水管：必须有工作和备用的水管，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。
涌水量小于300m3/h的矿井，排水管也不得少于两趟。
（三）配电设备：应与工作，备用和检修水泵相适应，并能够同时开动工作和备用的水泵。
第243条 主要泵房至少设置两个出口，一个出口通过斜巷于井筒相通，称为安全出口，这个出口应当高出泵房地面7米以上；另一个出口通到井底车场，为人员及设备出口，在这个出口的通道内，应设置容易关闭的既能放火又能防水的密闭门。泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门，在闸门关闭时，泵房还必须留有形成独立的通风巷道。
第244条 主要水仓必须有主仓和副仓，其中一个仓工作，另一个水仓清扫或备用。
新建、改建的井或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000 m3/h及其以下时，主要水仓（含副仓和主仓）的有效容量应能容纳8小时的正常涌水量。
正常涌水量大于1000m3/h的矿井，主要水仓有效容量可按下式计算：
V=2(qz+300) m3
式中：V—主要水仓的有效容量，m3；
qz—矿井正常涌水量，m3/h。
但主要水仓的有效容量不得小于4小时的矿井正常涌水量;
采区水仓的有效容量应能容纳4小时的采区正常涌水量。
矿井最大涌水量同正常涌水量相差特大的矿井对水仓容量应编制专门设计，报矿务局总工程师批准。
水仓进口处应设置篦子。对水砂充填、水力采煤和其它涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置沉淀池。
第245条 水泵、水管、闸阀和排水用的配电设备等必须经常检查和维护，在每年雨季以前，必须全面检查一次所有零件都应补充齐全，并对全部工作水泵和设备用水泵进行一次同时运行试验。
水仓、沉淀池和水沟的淤泥应由矿长组织力量每年至少清理两次，在雨季前必须清理一次。
《规范》规定：
第2—136条 主排水泵的选择，必须能使工作水泵总能力在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。备用水泵的台数应不小于工作水泵台数的70%，并且工作水泵和备用水泵的总能力应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。检修水泵的台数按工作水泵台数的25%设置（以上计算有尾数时，均取偏上整数）。
对于正常涌水量为50m3/h及以下，且最大涌水量为100m3/h及以下的矿井可选用两台水泵，其中一台工作，一台备用。水文地质条件复杂的矿井，可根据情况增设水泵或在主排水泵房内预留安装水泵的位置。
第2—138条 主排水管至少敷设两条，其中一条出现故障时，其余管路能在20小时的正常涌水量，全部管路的总能力应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。
正常涌水量在50及以下的斜井一般敷设一条管路，其能力应在20小时内排出矿井矿井24小时的最大涌水量。
第2—139条 确定水泵扬程时，应考虑排水管淤积而增加的阻力，将计算的管路损失乘以1.7系数。
第2—140条 矿井水PH值小于5时，排水设备应采取防酸措施。
第2—142条 每台水泵排水量小于100，两台水泵的吸水管可共用一口吸水井，但其滤水器边缘间的距离不得小于吸水管直径的两倍。100及以上则应有独立的吸水井。
水泵的电动机容量大于100kw.时，主排水泵房应设起重梁，敷设轨道与车场相通，在进口位置应有转车空间。

第2章 设计必备的原始资料和设计任务

2.1设计的原始资料
⑴ 竖井开拓，井口标高 +58m，水平标高 -353m；
⑵ 正常涌水量 380 m3/h，最大涌水量480.00m3/h；
⑶ 正常涌水期按300天，最大涌水期65天；
⑷ 矿水中性，矿水密度 1020 kg/m3 ；
⑸ 服务年限 40 年；
⑹ 矿年产量 100 万吨；
⑺ 矿井电压 6KV 。
2.2 设计任务
⑴ 确定合理的排水系统。
⑵ 选择排水设备。
⑶ 经济指标概算。
⑷ 绘制水泵房布置图。
⑸论述水泵入水室，出水室形状对水泵性能产生的影响。

第3章 初步考虑排水系统

设计原始资料：
某矿井，年产量100万吨，竖井开拓，井口标高+58m，水平标高-353m，正常涌水量380.00m3/h，最大涌水量480.00m3/h，矿水中性，矿水密度1020kg/m3，最大涌水期按65天计算，服务年限为40年。
由设计原始资料可知，该矿井的排水系统应采用单水平开采的系统。单水平开采系统有以下几种，如图3.1所示：

图3.1 单一水平开采的排水系统
a-直接排水 b-直接串联 c-间隔串联 d-分段排水 e-通过钻孔直接排水

图3.1所示的（e）为斜井开拓的排水系统，由于设计是竖井开拓，故排除此方案。图（a）、（b）、（c）、（d）的开拓方式均是竖井开拓。由此，可供选择的排水系统有以四种：
图（a）采用直接排水方式在开采水平设水泵房，将矿井涌水集中到水仓排至地面，这种排水系统的水平和泵房数量少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量要减少一半以上，需用的人员也少。
图（b）设置在同一水泵房内的两台水泵直接串联时，若其正常工作的转向是相反的，而且有功率足够大的两端出轴的电动机同时拖动两台串联工作的水泵。否则，只能采用两套独立的水泵机组串联工作。在后者情况下必须调整好两台水泵的工况。无论哪一种情况都必须增加在高压下工作水泵的外壳强度和填函密封的能力。
图（c）设置中间水泵房，但不设置中间水仓，上下水泵间隔串联工作，该方案操作程序复杂，而且处于下部的水泵仍有受到全部水柱压力的可能，唯一的优点就是不需要中间设仓。
图（d）采用分段排水，在井筒中部设置一套排水系统，可有效降低主排水设备的扬程，从而降低主排水设备的规模。缺点是当一套排水设备发生故障是，会影响整个矿井的排水，而且设备数量较多，井筒中的管路复杂，不利于安装和维护。
根据原始资料并依据《矿井安全规程》和《煤矿工业设计规范》，本着尽量减少水泵数量的原则,并且考虑基建、维护、运行成本的简易程度，选用图（a）的方案作为本设计的排水方法.

第4章 设备选型

4.1 定水泵参数、选择水泵型号和台数
选择水泵的型式和台数应符合《矿井安全规程》和《煤矿工业设计规范》的规定。若有两种或两种以上符合要求时，应选其中尺寸小，效率高的水泵，而且水泵的台数应尽可能少。只有在不得已的情况下，才采用两台水泵并联排水。
4.1.1 水泵必须的排水量
依据《矿井安全规程》，水泵必须的排水量应为：
　　　 (4-1)
由于该矿井，，所以该煤矿所选工作水泵组的工作能力应为：

工作水泵组和备用水泵组的总工作能力：

备用水泵的工作能力：

取二者较大值：

检修泵组的工作能力：

式中：

4.1.2 估算水泵必须的扬程
　　　　　（4-2）　
式中：　

4.1.3 预选水泵
根据以上参数，参照《泵产品样本》可初步确定该矿井所需水泵的型号为： D280-65, D500-57其详细资料如下：

表4.１ 水泵参数表
型 号
流量Q
(m3/h)
扬程
H(m)
单级扬程
H(m）
单级零扬程
H(m)
级数
D280-65
280
455
65
72
7
D500-57
500
456
57
70
8
参照《泵产品样本》可知D280-65×7,D500-57×8的参数如表4.2所示。

表4.2 所选泵参数表
型号
流量
Q
(m3/h)
扬程
H
(m)
转速
n
(r/min)
轴功率
Pa
(kW)
配带电动机
电机功率
(kW)
效率
η
(%)
必需汽蚀余量
(m)
叶轮名义直径
(mm)

泵重
(kg)
D280-65×7
280
455
1480
475.3
680
73

3.7

430
1734
D500-57×8
500
456
1480
767
1050
81
5
430
3300

以上两种泵的性能曲线如图4.1所示：

4-1a．D280-65型泵的性能曲线图

4-1b. D500-57 型水泵曲线图

4.1.4 稳定性效验
为保证水泵稳定工作：0.9H0≥HC，其中Ho=

表4.3 水泵扬程参数表
型 号
HC
Ho

稳定性
D280-65×7
417.5
504
453
稳定
D500-57×8
417.5
560
504
稳定

4.1.5 确定泵的台数
由于该矿，所以需要设置三组水泵，各水泵的排水量如表4.4所示：
表4.4 水泵的排水量

工作水泵

备用水泵

检修水泵

排水量

456
319.2
114
由表4.5可知，所需水泵的台数为：
表4.5 各种水泵的台数

D280-65×7
D500－57×8

2
1

2
1

1
1

5
3

式中：
分别为工作、备用和检修水泵的台数。
——水泵的额定流量　。
式中对于D280-65×7型号水泵，其正常涌水期所需的水泵台数为：；最大涌水期所需水泵台数为；即最大涌水期所需备用水泵台数为1台，所以D280-65×7型号水泵工作泵2台，备用1台，检修1台，一共是4台。

4.2 选择水管
根据《煤矿安全规程》的要求和水泵台数小于4台，设置两趟管道，一趟工作，一趟备用，水泵台数为4台或4台以上的设置三趟管路，正常涌水期开启两趟，一趟备用，最大涌水期三趟管路全部开启！
排水管选择计算：
（1）根据《矿井安全规程》相关规定，计算排水管管径时，经济流速 ；则排水管管径根据公式 计算可得：
表4.6 排水管径范围
型 号
D280-65×7
D500－57×8
额定流量 (m3/h)
280
500

0.257~0.212
0.353~0.283

式中：
——排水管计算内径，m。
（2） 管壁厚度的计算及验算
根据表4.7取各水管内径（取标准管径）如下表所示；每一种型号的水泵对应取两种管径得到四套方案：

表4.7 所选四种管径
型 号
D280-65×7
D500－57×8
内径（mm）
250或225
350或300

排水管壁厚的验算:

表4.8 热轧无缝钢管 （YB231-70）（mm）
外径
32
38
42
45
50
54
57
60
63.5
68
70
73
壁厚
2.5-8
2.5-8
2.5-10
2.5-10
2.5-10
3-11
3-13
3-14
3-14
3-16
3-16
3-19
外径
76
83
89
95
102
108
114
121
127
133
140
146
壁厚
3-19
3.5-24
3.5-24
3.5-28
3.5-28
4-28
4-28
4-32
4-32
4-32
4-32
4.5-36
外径
152
159
168
180
194
203
219
245
273
299
325
351
壁厚
4.5-
36
4.5-36
5-45
5-45
5-45
6-50
6-50
7-50
7-50
8-75
8-75
8-75
外径
377
402
426
459
465
480
500
530
550
560
600
630
壁厚
9-75
9-75
9-75
9-75
9-75
9-75
9-75
9-75
9-75
9-75
9-75
9-75
壁厚系列
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6
7

7.5
8
8.5
9
9.5
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
22
24
25
26
28
29
30
34
35
36
38
40
42
45
48
50
56
60
63
65
70
75

自标准GB/T 17395-1998查得内径为250mm的无缝钢管管壁厚度中最小为8mm。对于D280-65×7型泵当内径取250时，对应的壁厚为：
(4-3)
可以满足达到最小壁厚的要求，排水管采用φ273×13，此为方案一。
对于D280-65×7型泵当内径取225时，对应的壁厚为：
（4-4）
自标准GB/T 17395-1998查得外径为245mm的无缝钢管管壁厚度最小为8mm。取壁厚δ＝10mm。可以满足最小管壁要求，排水管采用φ245×10，此为方案二。
对于D500－57×8型泵 当排水管内径取标准管径300mm时，其对应的管壁厚度为：
（4-5）
自标准GB/T 17395-1998查得内径为300mm的无缝钢管管壁厚度中有8、10、12、14、16、18mm等等。取壁厚δ＝12mm，可以满足壁厚要求，此时（外径），排水管采用φ324×12，此为方案三。
对于D500－57×8型泵 当排水管内径取标准管径350mm时，其对应的管壁厚度为：
（4-6）
自标准GB/T 17395-1998查得内径为350mm的无缝钢管管壁厚度中有8、10、12、14、16、18mm等等。取壁厚δ＝14mm，满足要求，此时（外径）。可以满足壁厚的要求，排水管采用φ378×14，此为方案四。
式中：

综上可得，各水泵的排水管规格如表4.9所示：

表4.9
型 号
D280-65×5
D300－65×5
方案一
方案二
方案三
方案四
排水管规格外径（mm）
φ273×13
φ245×10
φ324×12
φ378×14

吸水管直径确定
根据《矿井安全规程》第2－138条,吸水管径常按经济流速dx = +25（mm）计算，则根据排水管径，对应的四套方案计算可得：

表4.10
型 号
D280-65×5
D300－65×5
方案一
方案二
方案三
方案四
排水管规格外径（mm）
φ273×13
φ245×10
φ324×12
φ378×14
吸水管径内径（mm）
dx = +25
250+25=275
225+25=250
300+25=325
350+25=375
式中dx吸水管内径(计算),mm.

4.3 绘制管道系统图
管道系统图如图4.2所示。

图4.2 1-底阀；2-水泵；3，6-闸阀；4-逆止阀；
7，10，11，12，13，14-弯头；5，8，9-三通；15-排水管

4.4 估算管道长度
排水管道长度可估算为：
，
取；
吸水管长度 ；
其它管件的等效长为：=30m
管路总水管长为L=482+30+5=517m

4.5 水泵装置的工况
4.5.1 求管路特性方程式并绘制管路特性曲线
由上文计算可知排水管和吸水管的长度，不计管径差异，近似地按排水管径计算其特性，则：总管长为517，其中前面取的其它等效管长=30是根据下面的管件局部阻力系数计算得出，
排水管道管件局部阻力系数如表4.11所示
表4.11 管件局部阻力系数
名 称
简 图
局 部 阻 力 系 数 ξ
闸板阀

x/d
1/8，1/4，3/8，1/2，5/8，3/4，7/8，1
ξ
97.8，17，5.52，2.06，0.81， 0.26，0.07，0.01
止回阀

70，60，55，50，45，40
ξ
1.7，3.2，4.6，6.6，9.5，14
底阀
（带滤网）

mm
75，100，150，200，250，300，350，400
ξ
8.5，7.6，6，5.24.4，3.7，3.4，3.1
渐缩管

0.1
扩大管

α

ξ
0.2 ， 0.5 ， 0.6~0.7 ， 0.8~0.9

弯头

ξ

弯头

三通

由于管道的沿程阻力系数λ值，由管径和管壁粗糙度决定，其值见表4.12

表4.12 管道沿程阻力系数值
管子直径

200
225
250
275
300
沿程阻力系数λ
0.0304
0.0293
0.0284
0.0276
0.0270
管子直径

325
350
400
450
500
沿程阻力系数λ
0.0263
0.0258
0.025
0.0241
0.0234

根据管路系统图，查表4.11得ξ值如表4.13所示：

表4.13
名称
数量
局部阻力系数
方案一
方案二
方案三
方案四
吸水管件
带过滤网的底阀
1
3.7
3.7
3.4
3.4

1
0.294
0.294
0.294
0.294
收缩管
1
0.1
0.1
0.1
0.1
排水管件
闸板阀（）
1
0.26
0.26
0.26
0.26
逆止阀
1
1.7
1.7
1.7
1.7
转弯流三通
1
1.5
1.5
1.5
1.5
闸板阀（）
1
0.01
0.01
0.01
0.01

4
0.294
0.294
0.294
0.294
直流三通
2
0.7
0.7
0.7
0.7
30º度弯头
2
0.098
0.098
0.098
0.098

通过查表法进行工况曲线的确定其管路曲线方程，故管路特性方程式:
（4-7）
是在百米长的管路中查其对应的管路损失。根据下面图4.3所示：

图 4.3 计算管路损失图解

方案一：对于D280-65水泵在选取管φ273×13做为排水管时有：

表4.14 管路特性参数

0
100
200
250
300
350

0
0.22
0.8
1.3
1.7
2

417.5
418.6
421.6
424.2
426.3
427.8

59.6
59.8
60.2
60.6
60.9
61.1

图4.4 方案一的工况曲线

方案二：对于D280-65水泵在选取管φ245×13做为排水管时有：

表4.15 管路特性参数

0
100
200
250
300
350

0

0.34
1.4
1.8
2.7
3.4

417.5
419.3
424.7
426.8
431.5
435.1

59.6
59.9
60.7
61
61.6
62.2

图4.5 方案二的工况曲线

方案三：对于D500-57水泵在选取管φ324×12做为排水管时有：

表4.16 管路特性参数

0
200
250
300
350
400
450
500
550

0
0.28
0.42
0.6
0.75
0.95
1.4
1.6
1.8

417.5
418.9
419.7
420.6
421.4
422.4
424.7
425.8
426.8

52.2
52.4
52.5
52.6
52.7
52.8
53.1
53.2
53.4

图4.6方案三的工况曲线
方案四：对于D300-65水泵在选取管φ378×14做为排水管时有：

表4.17管路特性参数

0
200
250
300
350
400
450
500
550

0
0.16
0.22
0.3
0.4
0.45
0.6
0.68
0.9

417.5
418.3
418.6
419
419.6
419.8
420.6
421
422.2

52.2
52.3
52.33
52.4
52.5
52.5
52.6
52.63
52.8

图4.7 方案四的工况曲线

4.5.2 确定工况点
由四个方案对应的图可知，四个方案都能满足需要，四个方案各自工况点对应的工况参数如表4.18所示。
表4.18 泵的工况点
型号
扬程Ｈ（m）
功率Ｐ（KW）
效率η（%）
（m）
流量（）
方案一
427
628.8
77.5
5.2
380
方案二
434
628.8
78
5.4
370
方三
436
893.41
79
5.1
530
方案四
424
904.86
78
4.9
545

4.6 筛选方案、校验计算
4.6.1 验算吸水高度
确定水泵的吸水高度，应以管路没有发生污垢时的工况为计算依据，即以新管为依据。
Hx=-(10-）－ (-0.24) ― (+)Q2 （4-8）
上式为吸水高度的计算公式。
式中：
沿程阻力系数：;;
等效阻力系数：；；

表4.19按海拔而定的大气压力
海拔高度/m
-600
0
100
200
300
400
500
600
700
大气压力/m
11.3
10.3
10.2
10.1
10.0
9.8
9.7
9.6
9.5
注：1m1×
表4.20按水温而定的饱和水蒸气压力
水温/℃
0
5
10
15
20
30
40
饱和水蒸气压力/m
0.06
0.09
0.12
0.17
0.24
0.43
0.75
50
60
70
80
90
100

1.25
2.0
3.17
4.8
7.1
10.33

注：1m1×

根据上面两个表格，由于井筒深度为411，所以大气压力，=10.5×；取温度为20°，对应的饱和水蒸汽压力为=0.24；而矿水密度为1020 ，所以矿水的重度γ=1020×9.81。根据公式（7）可得各方案的吸水高度，如表4.21所示：
表4.21 泵允许吸水的高度
方案
方案一
方案二
方案三
方案四
允许吸水的高度
4.38
4.35
4.37
4.38

由表4.21可知，上面四个方案的吸水高度都大于经验数值3.5m，不容易发生汽蚀现象，因此泵工作可靠，都能满足要求。
4.6.2 验算排水时间
正常涌水期和最大涌水期时的排水时间分别为：
(4-9)
则方案一的排水时间为：
（1） 正常涌水时：（h）
（2） 最大涌水时：（h）；
方案二的排水时间为
（1） 正常涌水时：（h）
（2） 最大涌水时：（h）；
方案三的排水时间为：
（1） 正常涌水时：（h）
（2） 最大涌水时：（h）；
方案四的排水时间为：
（1） 正常涌水时：（h）
（2） 最大涌水时：（h）；

表4.22 排水时间
方案
排水时间（h）

方案一
12
10.11
方案二
12.32
10.38
方案三
17.2
10.87
方案四
16.734
10.57

经校验排水时间均小于20h，符合《煤矿安全规程》规定。
4.6.3经济流速的校核
对方案一：
吸水管流速：（m/s）
排水管流速：（m/s）;
对方案二：
吸水管流速：（m/s）
排水管流速：（m/s）；
对方案三：
吸水管流速：（m/s）
排水管流速：（m/s）；
对方案四：
吸水管流速：（m/s）
排水管流速：（m/s）
对以上四种方案中，吸，排水管的经济流速为1.2︿2.2,很显然方案二超出了这一范围，方案一，三，四都满足要求！可以把方案一排除。
综合上面的几个校核参数，综合考虑流速，工况点效率，排水时间，允许吸水高度，选用电机功率等因素，筛选两个方案为：方案二，方案四！
4.6.4 选择电动机

下图时对应的电机的图4.8：

图4.8 电动机尺寸图

对于井下，由于要考虑到会有可燃气体的出现，所以选用异步防爆电机，具体情况如下：
对于方案二（即D280-65×7型泵方案）根据求得的所需功率=628.8Kw，水泵转速为1480转，选择电机YB 560L-4：
功率P=710Kw，效率，，，；
安装尺寸：A=900,B=1120,C=280,D=110,E=210,F=28,G=100,H=560,K=42;
外形尺寸：L=2450,AB=1130,AD=980,HD=1120 ,质量M=4200Kg。
对于方案四（即D500-57×8型泵方案）根据求得的所需功率=904.86Kw，水泵转速为1480转，选择电机YB 6304：
功率P=1000Kw，效率，，，；
安装尺寸：A=1000,B=1250,C=280,D=130,E=250,F=32,G=119,H=630,K=42;
外形尺寸：L=2400,AB=1200,AD=1050,HD=1260 ,质量M=5200Kg。
4.6.5 计算水泵的装置效率
方案二：电机效率为，传动效率，工况效率为，管路效率为
则装置效率为：
方案四：电机效率为，传动效率，工况效率为，管路效率为
则装置效率为：
4.6.6 选择配电设备
配电设备包括控制设备和启动设备。由于一般情况下主要水泵房与井下中央变电所联建在一起，水泵的直接起动设备都放在变电所内故而应与变电所的配电设备选择同一系列。起动水泵时在变电所操作，泵房内设停止按钮。为了便于控制，可在泵房和变电所之间设联络信号。对于降压起动设备或饶线型电动机的转子控制的选择根据相关文献规定，通常电压在600V以下，电机容量在150KW以下时，采用QC—83防爆启动器QJs型自降压起动器，容量在150~300KW时，可采用XTO系列自减压起动器或GTTX-61型系列综合起动器；若为6KW高压鼠笼型电动机，可采用GKF-H1起动柜和QKSJ系列电抗器；或采用QZQ-6A型、KRG-6A型高压综合起动器。饶线型电动机可采用BP系列频敏变阻器和BU1型油浸起动变阻器。
根据前文表述为：
表4.23 方案二对应的电机参数
电机型号
功率P（KW）
额定电压（KV）
转速n（r/min）
质量m（Kg）
效率（/%）
YB560L-4
710
6
1480
4200
94.5

表4.24方案四对应的电机参数
电机型号
功率P（KW）
额定电压（KV）
转速n（r/min）
质量m（Kg）
效率（/%）
YB630-4
1000
6
1480
5200
95

两个方案的配电设备都选一样的，即：FB-6型气压负荷开关，GKW-1型配电箱。

第5章 确