第三篇礦山排水設(shè)備5/15/20231.第十一章概述

排水過程：涌入礦井的水順著巷道一側(cè)的水溝流到水倉1，然后經(jīng)分水溝流入泵房4一側(cè)的吸水井2中，水泵3運(yùn)轉(zhuǎn)后，水經(jīng)排水管5排至地面。排水的主要設(shè)備：是水泵。目前我國煤礦采用最多的是離心式水泵5/15/20232.概述

排水過程：涌入礦井的水順著巷道一側(cè)的水溝流到水倉1，然后經(jīng)分水溝流入泵房4一側(cè)的吸水井2中，水泵3運(yùn)轉(zhuǎn)后，水經(jīng)排水管5排至地面。排水的主要設(shè)備：是水泵。目前我國煤礦采用最多的是離心式水泵任務(wù)將礦水及時(shí)地排送至地面，為井下創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，確保安全生產(chǎn)。

5/15/20233.第一節(jié)礦山排水系統(tǒng)

一、礦水礦井涌水包括：地下水、地表水、充填廢水及灌漿水等。涌水量：涌水的多少。在雨季和融雪季節(jié)，涌水量就大些，這個(gè)季節(jié)叫最大涌水期。相對(duì)應(yīng)的涌水量稱之為最大涌水量。其它季節(jié)大致是一定的叫正常涌水期之分，相對(duì)應(yīng)的涌水量稱之為正常涌水量。計(jì)算礦井的涌水量有兩種方法：絕對(duì)涌水量為：?jiǎn)挝粫r(shí)間涌入礦井水倉的總水量，也叫礦井涌水量。用ｑ表示。相對(duì)涌水量為：同一時(shí)期噸煤涌水量，稱為含水系數(shù)，用Ks表示。，式中：ｑ—礦井涌水量，m３/h；Ar—同期內(nèi)煤炭日產(chǎn)量，ｔ。5/15/20234.礦山排水系統(tǒng)

礦水性質(zhì)：溫度,隨井深增高,密度比清水大、具有酸性,礦水滲流過程中溶解了各種礦物資，并且含有泥沙、煤屑等雜物，因而密度比清水大，此外可能具有酸性（對(duì)金屬有腐蝕作用）

二、礦井排水系統(tǒng)1.礦井排水系統(tǒng)

礦井排水系統(tǒng)：用水泵將礦井涌水排至地面的系統(tǒng)。礦井排水系統(tǒng)分：1）集中排水系統(tǒng)：集中排水系統(tǒng)：是將全礦涌水集中到最低水平，然后由主排水設(shè)備一次排到地面。集中排水系統(tǒng)分：

特點(diǎn)：只需一套排水設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)：比較簡(jiǎn)單，開拓量小，基建費(fèi)用低，管道敷設(shè)簡(jiǎn)單，管理費(fèi)用也低5/15/20235.礦山排水系統(tǒng)

①豎井單水平開采（排水），②豎井多水平開采。

5/15/20236.礦山排水系統(tǒng)③斜井開采（排水），優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約管材、降低了生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用、提高斜井井筒利用率、增加提升能力5/15/20237.礦山排水系統(tǒng)2)分段排水系統(tǒng)分段排水系統(tǒng)：是將全礦涌水集中到幾個(gè)水平，然后分別將水排。5/15/20238.礦山排水系統(tǒng)分段排水系統(tǒng)分：5/15/20239.礦山排水系統(tǒng)

三、水倉作用：1、儲(chǔ)存集中礦水：容納8小時(shí)的正常涌水量2、沉淀：設(shè)主、副兩個(gè)水倉，以便清理。

四、水泵房

水泵房專為安裝水泵、電機(jī)等設(shè)備而設(shè)置的硐室，大多數(shù)主泵房布置在井底車場(chǎng)附近，其原因：1、便于礦水沿排水溝流向水倉。2、設(shè)備運(yùn)輸方便。3、縮短了管路長度。4、通風(fēng)條件好。5、供電線路短。5/15/202310.水泵房水泵房地面標(biāo)高應(yīng)比井底車場(chǎng)軌面高0.5m，向吸水側(cè)留1%的坡度。出口平臺(tái)高出泵房底板7m坡度25~30度5/15/202311.水泵房水泵房地面標(biāo)高應(yīng)比井底車場(chǎng)軌面高0.5m，向吸水側(cè)留1%的坡度。5/15/202312.水泵房

水泵房排水設(shè)備的布置方式取決與泵和管路的多少，通常應(yīng)盡量減少泵房的斷面。1、水泵房長度式中：ｎ—水泵臺(tái)數(shù)L0—水泵機(jī)組（泵和電機(jī)）的基礎(chǔ)長度，ml1—水泵機(jī)組的凈空間距離，一般為1.5—2.0m。2、水泵房的寬度式中：b0—水泵基礎(chǔ)寬度，mb1—水泵基礎(chǔ)邊到軌道側(cè)墻壁的距離，一般為1.5—2mb2—水泵基礎(chǔ)另一側(cè)到吸水井側(cè)墻壁的距離，一般為0.8—1.0m3、水泵房的高度應(yīng)滿足檢修時(shí)起重的要求，一般3.0—4.5m，或根據(jù)水泵葉輪直徑確定：5/15/202313.水泵房水泵葉輪直徑確定：并應(yīng)設(shè)起重3—5t的工字梁，取3m，可不設(shè)起重量。水泵基礎(chǔ)的長和寬應(yīng)比水泵底座最大外形尺寸每邊約大200—300mm，大星水泵基礎(chǔ)應(yīng)高于泵房地板200mm。5/15/202314.第二節(jié)礦山排水設(shè)備一、礦山排水設(shè)備的組成分類礦井排水設(shè)備分為固定式和移動(dòng)式。固定式排水設(shè)備根據(jù)其服務(wù)范圍又分為主排水設(shè)備、區(qū)域排水設(shè)備和輔助排水設(shè)備。5/15/202315.1、組成水泵、電機(jī)及電控設(shè)備、管路及附件、監(jiān)測(cè)儀表等。2、各部分功用濾水器裝在吸水管的末端，其作用是防止水中雜物進(jìn)入泵內(nèi)。濾水器中的底閥是為防止灌入泵內(nèi)和吸水管內(nèi)的引水以及停泵后的存水涌出而設(shè)置的。閘板閥安裝在靠近水泵的排水管上，用來調(diào)節(jié)水泵流量和在啟動(dòng)、停止水泵時(shí)關(guān)閉閥門，使水泵空載啟動(dòng)和防止管路出現(xiàn)水擊。逆止閥安裝在閘板閥的上方，用來防止當(dāng)水泵突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生水擊，保旁通管跨接在逆止閥和閘板閥的兩端，當(dāng)水泵再次啟動(dòng)時(shí)，可通過它向泵內(nèi)灌注引水。在檢修水泵和排水管路時(shí)，將放水管上的閘閥打開，將排水管路中的水放回水井。灌水漏斗的作用是在水泵啟動(dòng)前向泵內(nèi)灌注引水。此時(shí)，泵內(nèi)空氣經(jīng)放氣閥放出。壓力表和真空表用來監(jiān)測(cè)水泵的運(yùn)行狀態(tài)。5/15/202316.礦山排水設(shè)備二、離心式水泵的工作原理圖（一）工作原理圖15-2為一單吸單級(jí)離心式水泵構(gòu)造簡(jiǎn)圖。它主要的工作部件是葉輪、軸、外殼和軸承等。葉輪固定于軸上，由軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。泵殼上的吸水口和排水口分別與吸水管和排水管相連接。在啟動(dòng)離心式水泵前，應(yīng)先將泵殼和吸水管內(nèi)灌滿水，然后再啟動(dòng)電機(jī)，使葉輪旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，水在離心力的作用下被甩出葉輪，經(jīng)螺線形泵殼中的流道而進(jìn)入排水管道。與此同時(shí)，葉輪中心處因缺水而形成真空狀態(tài)，水井中的水便在大氣壓力的作用下，沿吸水管道進(jìn)入葉輪，形成連續(xù)流動(dòng)。5/15/202317.礦山排水設(shè)備三、離心式水泵的工作參數(shù)1.流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)水泵排出水的體積，單位。2.揚(yáng)程H：?jiǎn)挝恢亓康乃ㄟ^水泵后獲得的能量，又稱壓頭，單位m。3.轉(zhuǎn)速n：水泵葉輪每分鐘旋轉(zhuǎn)的周數(shù)，單位r/min4.功率：軸功率和有效功率。單位kw1）軸功率N：原動(dòng)機(jī)傳遞給泵軸上的功率，又稱輸入功率。2）有益功率Nx：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過水泵的液體所獲得的能量，又稱輸出功率。5.效率η：有益功率與軸功率的比值，

6.允許吸上真空度Hs：水泵不發(fā)生汽蝕時(shí)，允許的吸水高度最大值。單位m。5/15/202318.礦山排水設(shè)備四、離心式水泵的分類

1.按葉輪數(shù)目：?jiǎn)渭?jí)和多級(jí)；2、按吸入方式：?jiǎn)挝投辔?、按泵軸位置：臥式和立式；4、按拆裝方式：分段和水平中開式；5、按葉輪結(jié)構(gòu)：閉式和開式。5/15/202319.礦山排水設(shè)備單級(jí)泵：只有一個(gè)葉輪的泵。

5/15/202320.礦山排水設(shè)備多級(jí)泵：有兩個(gè)以上葉輪在一根軸上串聯(lián)的泵。5/15/202321.礦山排水設(shè)備多級(jí)泵：有兩個(gè)以上葉輪在一根軸上串聯(lián)的泵。5/15/202322.雙吸泵單吸式泵：葉輪一側(cè)有吸入口的泵。雙吸式泵：葉輪兩側(cè)都有吸入口的泵。

5/15/202323.臥式泵：軸水平放置的泵5/15/202324.立式泵：軸垂直放置的泵5/15/202325.立式泵：軸垂直放置的泵5/15/202326.水平中開式泵5/15/202327.

5/15/202328.

5/15/202329.閉式和開式葉輪5/15/202330.閉式和開式葉輪

閉式葉輪泵：葉輪有前蓋板的泵。半開式葉輪泵：葉輪沒有前蓋板的泵。全開式葉輪泵：葉輪沒有前、后蓋板的泵。5/15/202331.渦殼式泵：具有螺旋形泵殼的離心泵。

導(dǎo)葉式泵：具有固定導(dǎo)葉（導(dǎo)水圈）的分段離心泵。5/15/202332.渦殼式泵：具有螺旋形泵殼的離心泵。

導(dǎo)葉式泵：具有固定導(dǎo)葉（導(dǎo)水圈）的分段離心泵。5/15/202333.第十二章離心式水泵的工作理論

流體在離心式水泵葉輪中的流動(dòng)水在水泵的葉輪中的流動(dòng)情況相當(dāng)復(fù)雜，利用數(shù)學(xué)方法準(zhǔn)確求出壓頭特性（泵轉(zhuǎn)速一定時(shí)，流量與壓頭之間的關(guān)系）是很困難的。只能采用近似方法，使其結(jié)果能基本反映實(shí)際情況，這就是建立一個(gè)理想葉輪模型，其條件為：1)假設(shè)葉片為無限多，水流的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向與葉片切線方向一致；2)不考慮任何損失，認(rèn)為葉輪內(nèi)水流為理想流體運(yùn)動(dòng)；3)水流為定常流動(dòng)的流體。

1.

理想葉輪模型5/15/202334.4、水不可壓縮（即ρ=常數(shù)）（一）水的質(zhì)點(diǎn)在葉輪內(nèi)的流動(dòng)1、表征葉輪的形狀的幾何參數(shù) D1、D2—葉輪葉片內(nèi)緣、外緣直徑；r1、r2—葉輪葉片內(nèi)緣、外緣半徑；b1、b2—葉輪葉片內(nèi)緣、外緣處的寬度；β1、β2—葉輪葉片內(nèi)緣、外緣處的葉片安裝角。5/15/202335.2、水在葉輪中的運(yùn)動(dòng)（是一復(fù)合運(yùn)動(dòng)）可分解為圓周運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩者的合成稱為絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。圓周運(yùn)動(dòng)與葉輪圓周速度相同的牽連運(yùn)動(dòng)。任意半徑處圓周速度u=rω；相對(duì)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)（水）相對(duì)于葉片的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)水為理想流體時(shí)，葉片無限多，無限薄的情況下，葉片間流道中的流體成為微小流束。流體的每一質(zhì)點(diǎn)只能沿著流道運(yùn)動(dòng)，其軌跡與葉片型線一致。當(dāng)然，在流道入、出口處的流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向也與該處的葉片切線方向一致。在同一半徑上的各質(zhì)點(diǎn)流速是相同的，用相對(duì)速度w表示。絕對(duì)運(yùn)動(dòng)：絕對(duì)速度C5/15/202336.離心式水泵的基本理論絕對(duì)速度與圓周速度的夾角為α稱葉片工作角。相對(duì)速度與反向圓周速度的夾角為β，稱葉片安裝角。

5/15/202337.離心式水泵的基本理論絕對(duì)速度與圓周速度的夾角為α稱絕對(duì)流動(dòng)角（或葉片工作角）。相對(duì)速度與反向圓周速度的夾角為β，稱為相對(duì)流動(dòng)角。葉片的切線和所在圓周速度間的夾角為β，稱葉片安裝角。當(dāng)葉片無限多時(shí)，相對(duì)流動(dòng)角即是安裝角。（理想葉輪）5/15/202338.離心式水泵的基本理論

二、離心式水泵的基本理論假設(shè)條件（理論研究的需要）水在離心泵葉輪中的流動(dòng)情況是非常復(fù)雜的，為簡(jiǎn)化問題，突出主要矛盾，需要建立一個(gè)理想葉輪模型。①葉輪葉片無限多，厚度無限薄，水在葉輪流道中的流線和葉片形狀完全一樣。②工作介質(zhì)為理想流體，在葉輪內(nèi)流動(dòng)時(shí)無任何損失。③葉輪內(nèi)工作介質(zhì)的流動(dòng)是穩(wěn)定的、均勻的。④工作介質(zhì)是不可壓縮的。根據(jù)假設(shè)，輸出功率=輸入功率

輸出功率:

5/15/202339.離心式水泵的基本理論式中:γ—礦水的重度，N/m3QT∝—泵的理論流量，m3/sHT∝—葉片無限多時(shí)一個(gè)葉輪產(chǎn)生的理論壓頭，m輸入功率：式中：M－加于葉輪出、入口間水流上的外力矩

ω—葉輪的角速度水泵的理論揚(yáng)程：

根據(jù)動(dòng)量矩定理得出：

5/15/202340.離心式水泵的基本理論水泵的理論揚(yáng)程為：

式中:分別為進(jìn)口和出口的扭曲速度,m/s由上式可知，水泵理論揚(yáng)程有如下特點(diǎn)：1、揚(yáng)程，僅與流體在葉片進(jìn)、出口處的速度有關(guān)，而與流動(dòng)過程無關(guān)；2、揚(yáng)程，與被輸送的流體的種類無關(guān)；3、揚(yáng)程，與葉輪外緣圓周速度成正比，而。5/15/202341.離心式水泵的基本理論當(dāng)：

水泵的理論揚(yáng)程為：

三、理論揚(yáng)程（壓頭）性能曲線1）理論揚(yáng)程性能曲線理論揚(yáng)程性能曲線：是表達(dá)理論揚(yáng)程與理論流量的關(guān)系曲線。水泵的理論流量等于葉輪出口面積乘以垂直于該面積的平均流速，即：5/15/202342.離心式水泵的基本理論出口扭曲速度：式中:β2—葉輪葉片的出口安裝角離心水泵理論揚(yáng)程與理論流量的的關(guān)系式：式中：對(duì)給定的泵，在一定轉(zhuǎn)速下，均為常數(shù)，理論揚(yáng)程與理論流量的變化呈線性關(guān)系，則：為理論揚(yáng)程特性曲線公式。如圖：5/15/202343.離心式水泵的基本理論β>90°時(shí)，B<0，HT∝隨著QT∝的增大而增大（前彎葉輪）β=90°時(shí),B=0，HT∝＝A，與QT∝?zé)o關(guān)；（徑向葉輪）β<90°時(shí),B>0，HT∝隨著QT∝的增大而減小（后彎葉輪）5/15/202344.離心式水泵的基本理論水泵的理論揚(yáng)程，又稱全壓，是理論壓力能與理論動(dòng)能之和。即：水經(jīng)過葉輪所增加的動(dòng)能為：當(dāng)（水徑向流入葉輪）時(shí)，由于葉輪入口截面等于出口截面，所以，因此：理論動(dòng)能在全壓中所占比例：

5/15/202345.離心式水泵的基本理論后彎葉輪當(dāng)β2<90°（效率高）徑向葉輪當(dāng)β2＝90°（理論）前彎葉輪當(dāng)β2>90°（效率低）5/15/202346.離心式水泵的基本理論后彎葉輪當(dāng)β2<90°（效率高）(實(shí)踐中用的較多。一般β2=90°-25°葉片數(shù)為5-7片)徑向葉輪當(dāng)β2=90°（理論）前彎葉輪當(dāng)β2>90°（效率低）5/15/202347.四、離心式水泵的實(shí)際壓頭曲線

1、葉片數(shù)目有限時(shí)對(duì)揚(yáng)程的影響相對(duì)速度分布：受環(huán)流（環(huán)流的形成—來自流體質(zhì)點(diǎn)的慣性。）的影響，葉片迎面上的流體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)速度減小，背面處的流體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)速度加大，形成不均勻的相對(duì)速度。

形成原因：理想葉輪相對(duì)速度的均勻分布與環(huán)流合成的結(jié)果。

葉片數(shù)目有限情況下，絕對(duì)速度向葉輪旋轉(zhuǎn)的相反方向偏移。一般k=0.6～0.9。環(huán)流對(duì)壓頭的影響：5/15/202348.離心式水泵的實(shí)際壓頭曲線葉片數(shù)目有限時(shí)對(duì)揚(yáng)程的影響5/15/202349.離心式水泵的實(shí)際壓頭曲線葉片數(shù)目有限時(shí)對(duì)揚(yáng)程的影響5/15/202350.離心式水泵的實(shí)際壓頭曲線2、有能量損失時(shí)對(duì)理論壓頭的影響葉輪是水泵中唯一傳遞能量的部件。其它諸如水泵的吸水室、導(dǎo)水圈和返水圈以及壓水室等通流部件都是組成水泵必不可少的部分。這些部件或起導(dǎo)流作用或起能量形式的轉(zhuǎn)化作用，不但不會(huì)給流體增加能量，反而因存在著各種阻力而消耗能量。流體在葉輪和其它通流部件中流動(dòng)時(shí)的水力損失可歸納為摩擦擴(kuò)散損失和沖擊損失。1）摩擦和擴(kuò)散損失摩擦損失指流體在葉輪和其它通流部件中的沿程損失。

擴(kuò)散損失指流體在導(dǎo)向器和泵殼擴(kuò)散時(shí)（將動(dòng)壓轉(zhuǎn)換為靜壓過程中）的能量損失。5/15/202351.離心式水泵的實(shí)際壓頭曲線

摩擦和擴(kuò)散損失

2）沖擊損失指流體在水泵全部流動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)彎、擴(kuò)大和收縮等造成的損失。就葉輪來講是指流體對(duì)葉片入口處的沖擊和流量變化時(shí)葉輪內(nèi)的渦流損失。這種損失出現(xiàn)并與額定流量相差越多損失越大，隨流量的平方增加。由于Q<Qe時(shí)，流體以大于葉片安裝角的角度沖向葉片，把流體擠壓到葉片工作面上并在背面上形成渦流區(qū)；當(dāng)Q>Qe時(shí)，流體與葉片相遇時(shí)的角度小于葉片安裝角，流體被壓向葉片迎面，在工作面上形成了封閉的渦流區(qū)之故。5/15/202352.離心式水泵的實(shí)際壓頭曲線沖擊損失5/15/202353.離心式水泵的實(shí)際壓頭曲線5/15/202354.離心式水泵的實(shí)際壓頭曲線5/15/202355.五、離心式水泵的效率水泵的能量損失包括：水力損失、容積損失、機(jī)械損失。1、機(jī)械損失和機(jī)械效率式中：N—水泵軸功率，W

ΔN—機(jī)械損失功率，WHT—葉片有限時(shí)水泵的理論壓頭，mQT—葉片有限時(shí)水泵的理論流量，m3/s2、容積損失和容積效率克服間隙阻力時(shí)，消耗掉的能量5/15/202356.容積損失和容積效率克服間隙阻力時(shí)，消耗掉的能量及泄漏的流量。3、水力損失和水力效率沖擊損失：實(shí)際流量大于或小于額定流量時(shí)的損失。摩擦損失：水經(jīng)流通部件時(shí)產(chǎn)生的粘性力損失。4、水泵的總效率5/15/202357.六、水泵實(shí)際特性曲線

η－Q：效率曲線；H-Q：揚(yáng)程曲線；N-Q：功率曲線；Hs－允許吸上真空度曲線5/15/202358.第二節(jié)比例定律及比轉(zhuǎn)數(shù)

相似理論（研究相似流體的理論）:根據(jù)相似理論，若兩個(gè)流動(dòng)之間，相互對(duì)應(yīng)的流動(dòng)參量（即與流動(dòng)有關(guān)的各物理量，如：密度、粘度、速度、壓力等）有著一定的比例關(guān)系，并且按照同樣的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，則稱這兩個(gè)流動(dòng)是互為相似的流動(dòng)。確定兩者之間存在著相似關(guān)系的原理稱為相似原理。相似原理告訴我們：兩個(gè)流動(dòng)相似，一定要滿足力學(xué)相似條件，即滿足幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似。同時(shí)滿足，彼此之間幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似的水泵稱相似水泵。一、相似條件1、幾何相似（邊界相似）指流動(dòng)幾何相似和邊界性質(zhì)相同。彼此相似的水泵的葉輪和主要通流部件中的流體流動(dòng)幾何相似，彼此相應(yīng)的幾何尺寸成相同比例，對(duì)應(yīng)的同名角相等。5/15/202359.第二節(jié)比例定律及比轉(zhuǎn)數(shù)

表征邊界性質(zhì)的葉輪和主要通流部件的固體壁面水力性質(zhì)相同，幾何形狀相似。即對(duì)應(yīng)尺寸的比值為一常數(shù)，對(duì)應(yīng)的同名角相等。即：2、運(yùn)動(dòng)相似指流動(dòng)的各相應(yīng)點(diǎn)的速度方向相同，大小成比例。彼此相似水泵上各對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的速度三角形相似。即5/15/202360.第二節(jié)比例定律及比轉(zhuǎn)數(shù)

3、動(dòng)力相似指流動(dòng)的各相應(yīng)點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)所受諸同名力成比例。對(duì)于彼此相似的水泵主要是要求其雷諾準(zhǔn)則，即雷諾數(shù)Re=uD/?（式中u—葉輪外緣速度，D—葉輪外緣直徑，?—運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)）相等或不大于5倍。實(shí)際上要做到Re相等，有時(shí)有實(shí)際困難，考慮到管流時(shí)粘滯力不再與Re有關(guān)，而且自動(dòng)保持動(dòng)力相似，所以不嚴(yán)格要求Re相等。但也應(yīng)盡量做到阻力系數(shù)接近，相差不宜過大。即

注意：相似條件中以幾何相似為必要條件，運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似為充分條件。5/15/202361.第二節(jié)比例定律及比轉(zhuǎn)數(shù)

二、比例定律1）相似水泵相應(yīng)工況下的參數(shù)關(guān)系流量關(guān)系設(shè)對(duì)應(yīng)工況的流量值分別5/15/202362.第二節(jié)比例定律及比轉(zhuǎn)數(shù)

揚(yáng)程關(guān)系設(shè)對(duì)應(yīng)工況的壓頭值分別為：5/15/202363.第二節(jié)比例定律及比轉(zhuǎn)數(shù)

由于兩水泵相似，所以：

3、功率關(guān)系5/15/202364.第二節(jié)比例定律及比轉(zhuǎn)數(shù)

即：三、比例定律對(duì)于同一臺(tái)或兩臺(tái)對(duì)應(yīng)尺寸相等的相似水泵，若排送的液體重度相等，可得比例定律。即

5/15/202365.第二節(jié)比例定律及比轉(zhuǎn)數(shù)

四、比轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)是水泵相似的一項(xiàng)派生準(zhǔn)則。因?yàn)楸壤芍环从沉艘幌盗邢嗤蛳嗨扑眯阅軈?shù)之間的關(guān)系。并未涉及非相似水泵性能參數(shù)之間的關(guān)系。在水泵的選擇和設(shè)計(jì)中，為了比較不同系列水泵的性能參數(shù)，往往需要一個(gè)不依賴于泵的幾何尺寸，而反映其流量和揚(yáng)程關(guān)系的綜合參數(shù)，這個(gè)參數(shù)稱為比轉(zhuǎn)數(shù)。設(shè)兩臺(tái)彼此相似水泵的尺寸，轉(zhuǎn)速和額定工況參數(shù)分別為D2、n、H、Q和D2′、n′、H′、Q′。5/15/202366.比例定律及比轉(zhuǎn)數(shù)

以上兩式中消去比值D2/D2，得：將上式兩端同乘以3.65有5/15/202367.比例定律及比轉(zhuǎn)數(shù)

式中3.65來源于水輪機(jī)，當(dāng)時(shí)它的表達(dá)式將此關(guān)系和γ=1000kg/m3代入即得上式。此時(shí)，ns表示在相似條件下，額定工況或效率最高時(shí)產(chǎn)生1單位流量和1單位壓頭的標(biāo)準(zhǔn)水泵的轉(zhuǎn)速，稱為比轉(zhuǎn)數(shù)。很明顯，彼此相似的水泵的標(biāo)準(zhǔn)水泵的轉(zhuǎn)速—比轉(zhuǎn)數(shù)相等。不相似的水泵比轉(zhuǎn)數(shù)不等。用途：1、比轉(zhuǎn)數(shù)可以反映水泵的性能及葉輪形狀；在相同轉(zhuǎn)速下，比轉(zhuǎn)數(shù)大，流量大而壓頭小，流量大，導(dǎo)致葉輪出口流道寬度大；5/15/202368.比例定律及比轉(zhuǎn)數(shù)

壓頭小，則葉輪出口直徑小，葉輪流道短。故比轉(zhuǎn)數(shù)大的葉輪流道寬而短，而且性能曲線比較陡。相反，比轉(zhuǎn)數(shù)小的葉輪流道窄而長，性能曲線比較平坦。2、比轉(zhuǎn)數(shù)可以對(duì)水泵進(jìn)行分類；3、比轉(zhuǎn)數(shù)可以選擇水泵的葉輪型式；4、應(yīng)用于設(shè)計(jì)計(jì)算中。5/15/202369.第十三章離心式水泵的構(gòu)造

第一節(jié)離心式水泵的主要部件

轉(zhuǎn)動(dòng)部分、固定部分、密封裝置、傳動(dòng)裝置5/15/202370.第十三章離心式水泵的構(gòu)造

第一節(jié)離心式水泵的主要部件

一、轉(zhuǎn)動(dòng)部分1、葉輪作用：是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳遞給液體，使液體流經(jīng)葉輪后增加能量。結(jié)構(gòu)：分閉式、半開式和全開式。閉式葉輪：效率高，適用于輸送不含固體顆粒的液體。半開式葉輪：效率較低，適用于排污濁或含有大量固體顆粒的液體。全開式葉輪：效率更低，用于泥漿泵。

5/15/202371.離心式水泵的主要部件

雙吸葉輪：流量是單吸的兩倍，無軸向力，適用于大流量或提高抗汽蝕的場(chǎng)合。

5/15/202372.離心式水泵的主要部件

葉片：圓柱和雙曲線型2、泵軸：45#鋼煅造，與水接觸部分裝有軸套，軸套銹蝕和磨損后可以更換。作用：傳遞扭矩，支承轉(zhuǎn)動(dòng)部件。3、平衡盤在多級(jí)水泵出水段外側(cè)，裝平衡盤，平衡軸向推力。二、固定部分1、吸入段作用：以最小的阻力損失，將液體從吸入管路引入葉輪。（1）錐型管吸入段，特點(diǎn)：流動(dòng)阻力小，液體能在錐形管吸入段中加速，速度分布均勻，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，適合單級(jí)懸臂式泵。（2）圓環(huán)形吸入段，泵軸傳過環(huán)形吸入段,泵軸背面產(chǎn)生旋渦,進(jìn)口速度分布不均勻。阻力損失較大。

5/15/202373.離心式水泵的主要部件

（3）半螺旋形吸入室，一般用在雙吸泵。

5/15/202374.離心式水泵的主要部件

2、壓出段出水段：位于最后一級(jí)葉輪的后面。作用：是將最后一級(jí)葉輪流出的高速水流收集起來引向泵的排出口，同時(shí)在擴(kuò)散管中將水的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能。結(jié)構(gòu)：螺旋形蝸室和環(huán)形壓出室。

5/15/202375.離心式水泵的主要部件

環(huán)形壓出室

5/15/202376.離心式水泵的主要部件

2、壓出段出水段：位于最后一級(jí)葉輪的后面。作用：是將最后一級(jí)葉輪流出的高速水流收集起來引向泵的排出口，同時(shí)在擴(kuò)散管中將水的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能。結(jié)構(gòu)：螺旋形蝸室和環(huán)形壓出室。前者一般用在單級(jí)和雙吸泵，后著多用于多級(jí)泵。

3、中段

由導(dǎo)水圈和返水圈組成，導(dǎo)水圈：是與泵殼固定在一起帶有葉片的靜止園環(huán)。作用：是導(dǎo)水圈把由葉輪流出的高速水流收集起來，再通過返水圈把水均勻地引向下一級(jí)葉輪。5/15/202377.離心式水泵的主要部件

結(jié)構(gòu)：它的入口面有與葉輪葉片數(shù)目多（或少）一片的正向?qū)~，另一面有與正向?qū)~對(duì)應(yīng)數(shù)量的返水圈。

5/15/202378.離心式水泵的主要部件

三、密封部分1、固定段間的密封：各固定段之間靜止結(jié)合面采用紙墊密封。2、葉輪和固定部分間的密封

1）密封環(huán)：安裝在葉輪處。作用：保證葉輪和不要產(chǎn)生循環(huán)流。結(jié)構(gòu)：圖24，多級(jí)泵才有小口環(huán)1－葉輪，2－大口環(huán)（大密封），3－小口環(huán)（小密封），4－泵殼5/15/202379.離心式水泵的主要部件

5/15/202380.離心式水泵的主要部件

。2、軸端與固定部分間的密封：裝在泵軸伸出泵殼處。作用：是為防止水漏出泵外，空氣吸入泵內(nèi)破壞真空影響正常工作的結(jié)構(gòu)：

圖13-13填料函1－壓蓋，2－填料，3－水封環(huán)，4－填料箱填料：油浸棉線編制

5/15/202381.離心式水泵的主要部件

5/15/202382.第二節(jié)離心式水泵的軸向推力及其平衡

一、軸向推力的產(chǎn)生原因作用在一個(gè)葉輪上的軸向推力有2個(gè)：1.作用在葉輪兩側(cè)的壓力不等，而產(chǎn)生的指向吸水側(cè)的軸向推力。方向向左。2.由于液體有軸向進(jìn)入葉輪，徑向流出葉輪，因而軸向有動(dòng)反力，方向向右。5/15/202383.離心式水泵的軸向推力及其平衡

二、軸向推力的危害造成破壞性磨損、發(fā)熱、負(fù)荷加大、效率降低、無法正常工作。三、軸向推力平衡方法

1開平衡孔應(yīng)用：用在單吸、單級(jí)泵中。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：平衡效果不佳，增加了泵的泄漏損失。

圖13-15帶平衡孔的葉輪5/15/202384.離心式水泵的軸向推力及其平衡

2、帶平衡葉片的葉輪應(yīng)用：通常用在雜質(zhì)泵中。缺點(diǎn)：這種平衡方法使泵的效率有所降低。圖13-16帶平衡葉片的葉輪1－葉輪，2－螺殼，3－軸套5/15/202385.離心式水泵的軸向推力及其平衡

3、采用雙吸葉輪（如圖）應(yīng)用：用在流量較大的單級(jí)離心泵上。優(yōu)點(diǎn)：可自行平衡軸向力。圖雙面吸入葉輪5/15/202386.離心式水泵的軸向推力及其平衡

（4）對(duì)稱布置葉輪（如圖30）應(yīng)用：這種方法一般用在2～4級(jí)的離心泵上。優(yōu)點(diǎn)：可自行平衡軸向力，平衡效果好。缺點(diǎn)：級(jí)與級(jí)之間的流道長，泵殼的鑄造復(fù)雜，成本高。圖13-17對(duì)稱排列的葉輪5/15/202387.離心式水泵的軸向推力及其平衡

5、平衡裝置（1）平衡盤是多級(jí)離心泵采用最普遍的一種軸向推力平衡裝置。特點(diǎn)：能夠自動(dòng)平衡軸向推力，因而大型水泵都應(yīng)用這種平衡盤結(jié)構(gòu)。如圖結(jié)構(gòu)：1－葉輪，2－支承環(huán)，3－泵體，

平衡原理：5/15/202388.離心式水泵的軸向推力及其平衡

（5）平衡鼓平衡鼓：是裝在末級(jí)葉輪后面與葉輪同軸的圓柱體，其外圓表面與泵體上的平衡鼓套之間有一很小的徑向間隙方。缺點(diǎn)：軸向推力不能完全得到平衡，因此要采用止推軸承來承受剩余的軸向推力。平衡原理：圖31平衡鼓裝置1－葉輪，2－平衡鼓3－殼體5/15/202389.第三節(jié)礦山常用離心式水泵離心式水泵主要類型為：多級(jí)泵D型泵、單級(jí)泵B型泵和吊泵。

一、D型泵：

單吸、多級(jí)、分段式離心泵運(yùn)用：該泵是礦井的主要排水設(shè)備。級(jí)數(shù)：最多11級(jí)；揚(yáng)程范圍：67.5～800m；流量范圍：32.4～580。組成：工作原理：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、占地小，可改變級(jí)數(shù)適應(yīng)不同的揚(yáng)程。但安裝檢修不方便型號(hào)意義：5/15/202390.礦山常用離心式水泵型號(hào)意義：5/15/202391.D280－43×3泵

1－進(jìn)水段（吸入室），2－中段，3－出水段，4－尾蓋，5－軸套，6－葉輪，7－導(dǎo)葉（導(dǎo)水圈），8－泵軸，9－填料壓蓋，10－填料，11－水封環(huán)，12－大口環(huán)，13－平衡盤，14－平衡環(huán)，15－軸承，16－聯(lián)軸節(jié)，17－拉緊螺栓，18－放氣拴，19－小口環(huán)5/15/202392.B型泵

二、B型泵單級(jí)，單吸，懸臂式離心泵

運(yùn)用：該泵主要用在井底水窩等輔助排水。流量范圍為4.5~360m3/h，揚(yáng)程為8~98m組成：（圖）以6B33A為例：工作原理：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件通用性好。缺點(diǎn)：支承方式為懸臂式，懸臂支架支承轉(zhuǎn)輪，受力情況不好，占地面積大。型號(hào)意義：5/15/202393.B型泵

1－進(jìn)水口，2－葉輪，3－鍵，4－軸，5－放氣閥孔，6－填料，7－出水口，8－裝壓力表孔，9－軸承，10－軸承支架，11－聯(lián)軸節(jié)5/15/202394.

三、吊泵單吸、多級(jí)、立體式離心泵運(yùn)用：種泵專門用于立井鑿井。該種泵的流量為50，揚(yáng)程范圍為250—270m。組成：以NBD吊泵為例1－下段，2－中段，3－葉輪，4－錐形套筒，5－螺母，6－泵軸，7－螺釘，8－窩形套，9－上段，10－機(jī)殼，11－橡膠套筒，12－支承軸箱，13－填料，14－聯(lián)軸器，15－出水口5/15/202395.四、IS型泵

5/15/202396.第十三章離心式水泵在管路中的工作

第一節(jié)排水管路特性

水泵在管路上工作時(shí)，排水所需的實(shí)際壓頭（揚(yáng)程）與通過管路的流量的關(guān)系稱為管路特性。一、水泵管道特性方程根據(jù)伯努利方程，水泵必須的揚(yáng)程：阻力損失=沿程損失+局部損失5/15/202397.排水管路特性

管路特性方程式為：管路效率:管路效率：是評(píng)價(jià)排水過程中的經(jīng)濟(jì)效果的。5/15/202398.二、管道特性曲線

管道特性曲線見圖：是舊管路時(shí)，管路特性方程式為：

5/15/202399.第二節(jié)離心泵的汽蝕和吸水高度

一、水泵汽蝕

吸水系統(tǒng)如圖所示，當(dāng)吸入壓力低于汽化壓力時(shí)，水被汽化產(chǎn)生汽泡，從而產(chǎn)生汽蝕的現(xiàn)象。包括機(jī)械剝蝕和化學(xué)腐蝕,最終產(chǎn)生麻點(diǎn),影響水泵正常運(yùn)行。5/15/2023100.第二節(jié)離心泵的汽蝕和吸水高度

二、吸水高度民主列0-0與S-S過流斷面伯努利方程：5/15/2023101.離心泵的汽蝕和吸水高度

吸水口處的吸上真空度：三、允許吸上真空高度為防止水泵汽蝕，對(duì)水泵吸水高度必須有所限制。以Hmax表示臨界吸上真空度，考慮0.3m的富裕量，允許吸上真空度為

：幾何安裝高度（吸水高度）為：

5/15/2023102.離心泵的汽蝕和吸水高度

允許吸上真空度的修正值：

四、汽蝕余量NPSH或Δh1、裝置汽蝕余量：是指在水泵吸入口處，單位重量液體所具有的超過飽和蒸汽壓力的富余能量：由上式可知：Δh由液面打氣壓力、液體溫度、水泵的幾何安裝高度、吸水管損失決定，與水泵本身無關(guān)。咗上述條件不變時(shí)，Δh隨著流量的增加而下降。

5/15/2023103.離心泵的汽蝕和吸水高度

裝置汽蝕余量Δh越大，出現(xiàn)汽蝕的可能性就會(huì)越小，但不能保證水泵一定不出現(xiàn)汽蝕。2、臨界汽蝕余量：有效汽蝕余量并不能說明不泵是否產(chǎn)生氣泡或發(fā)生汽蝕。有效汽腐蝕余量?jī)H指液體在水泵吸水口處所具有的超過飽和蒸汽壓力的富裕能量，但水泵吸水口處的液體壓力并不是手泵內(nèi)壓力最低處的液體壓力。液體從水泵吸入口流至葉輪進(jìn)口的過程中，能量沒有增加，但它的壓力卻還要繼續(xù)降低。單位重量液體從水泵吸入口到葉輪葉片進(jìn)口最低處的壓力為飽和蒸汽壓力時(shí)的壓力降，稱為臨界汽腐蝕余量，也稱泵的汽蝕余量。汽蝕基本方程：5/15/2023104.離心泵的汽蝕和吸水高度

式中：c1—葉片進(jìn)口前的液體質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)速度，m/s

μ—水力損失引起的壓降系數(shù)，一般取μ=1.0-1.2w1—葉片進(jìn)口前液體質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)速度，m/sλ—液體繞流葉片端部引起的壓降系數(shù)，在無液體沖擊損失的額定工況點(diǎn)下λ=0.3-0.43、允許汽蝕余量[Δh]，JB1040-67實(shí)際裝置汽蝕余量應(yīng)大于允許汽蝕余量：4、允許汽蝕余量與允許吸上真空度的關(guān)系5/15/2023105.離心泵的汽蝕和吸水高度

允許吸水高度為：5/15/2023106.第三節(jié)離心泵工況分析及調(diào)節(jié)

一、水泵工況點(diǎn)水泵揚(yáng)程特性曲線與管路特性曲線按同一比例繪制在同一坐標(biāo)圖上，其交點(diǎn)就是要求的工況點(diǎn)。5/15/2023107.第三節(jié)離心泵工況分析及調(diào)節(jié)

一、水泵工況點(diǎn)水泵揚(yáng)程特性曲線與管路特性曲線按同一比例繪制在同一坐標(biāo)圖上，其交點(diǎn)就是要求的工況點(diǎn)。5/15/2023108.離心泵工況分析及調(diào)節(jié)

二、水泵正常、合理工作條件

包括：穩(wěn)定工作條件、經(jīng)濟(jì)工作條件、不發(fā)生汽蝕工作條件。1.穩(wěn)定工作條件

當(dāng)時(shí)，可能出現(xiàn)兩種情況:1）是兩曲線沒有交點(diǎn)，此時(shí)泵的揚(yáng)程小于管道所需揚(yáng)程，泵排不出水，是在死水區(qū)工作；2）是兩線有兩個(gè)交點(diǎn)，為不穩(wěn)定工況，流量在0與Qm之間，工作不穩(wěn)定。穩(wěn)定工作的條件是：5/15/2023109.離心泵工況分析及調(diào)節(jié)

2.經(jīng)濟(jì)工作條件工業(yè)利用區(qū)為：圖5/15/2023110.離心泵工況分析及調(diào)節(jié)

3.不發(fā)生汽蝕工作條件

三、工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)目的：1、使水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其工況點(diǎn)始終滿足正常工作條件；2、使水泵的流量和揚(yáng)程滿足實(shí)際工作的需要。調(diào)節(jié)途徑：1、改變管路特性曲線；2、改變水泵本身的特性曲線。一）改變管路特性曲線5/15/2023111.離心泵工況分析及調(diào)節(jié)

一）改變管路特性曲線1、閘門調(diào)節(jié)法注意：這種方法不能作為長期調(diào)節(jié)用，只能在特殊情況下作為臨時(shí)措施。例如，配置的電動(dòng)機(jī)功率過緊，為防止電機(jī)過載，在更換電機(jī)前繼續(xù)排水，可暫時(shí)關(guān)小閘閥減小排量，使電機(jī)在允許負(fù)荷下運(yùn)行。5/15/2023112.離心泵工況調(diào)節(jié)

2、管路并聯(lián)（節(jié)能）調(diào)節(jié)方法注意1）防止電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷；2）防止產(chǎn)生汽蝕。5/15/2023113.離心泵工況調(diào)節(jié)

二）改變水泵特性曲線調(diào)節(jié)法1、改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法由比例定律可知，改變轉(zhuǎn)速，其性能參數(shù)也將發(fā)生相應(yīng)的變化。

特點(diǎn)：這種方法沒有額外的能量消耗，經(jīng)濟(jì)上合理。但改變轉(zhuǎn)速的方法比較復(fù)雜，需要增加附加設(shè)備，費(fèi)用較高，因此應(yīng)用不很廣泛。

5/15/2023114.改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法5/15/2023115.離心泵工況調(diào)節(jié)

2、切削葉輪直徑調(diào)節(jié)法（1）切割定律（2）切割量切割拋物線方程式切割后的葉片外徑：

5/15/2023116.離心泵工況調(diào)節(jié)

切割后的葉片外徑：切削量：注意：1）切削時(shí)應(yīng)只切葉片，前后盤應(yīng)保留；2）切削量不能太大。3）低比轉(zhuǎn)數(shù)的泵車削量在兩個(gè)圓盤葉片上都相等，如果有導(dǎo)水圈或葉輪出口處有泄漏環(huán)則只車削葉片，不車削圓盤。

4）高比轉(zhuǎn)數(shù)的泵，葉輪兩邊車削成兩個(gè)不同半徑，前盤直徑大于后盤直徑。5/15/2023117.離心泵工況調(diào)節(jié)

切割后的葉片外徑：5/15/2023118.離心泵工況調(diào)節(jié)

3、減少葉輪數(shù)目調(diào)節(jié)法注意：減少葉輪應(yīng)從排水側(cè)減起。如條件允許最好把相應(yīng)的中段也去掉，把泵軸縮短。（因?yàn)檫@樣才不會(huì)使效率下降太多。）減少葉輪數(shù)目后（1）節(jié)約揚(yáng)程，使管路效率大大提高；（2）允許吸上真空度增大，提高了運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。管路效率

減少葉輪數(shù)目前后的性能比較：（圖）5/15/2023119.減少葉輪數(shù)目前后的性能比較：5/15/2023120.第四節(jié)離心式水泵的聯(lián)合工作一、水泵的串聯(lián)工作是一臺(tái)泵的出口向另一臺(tái)泵的入口排水的工作方式。（1）串聯(lián)的任務(wù)及目的：是為了增加揚(yáng)程。

（2）串聯(lián)工況點(diǎn)：管道所需揚(yáng)程為兩臺(tái)泵揚(yáng)程之和。管道中的流量與兩臺(tái)泵的流量都相等。

1）構(gòu)造等效水泵2）求等效水泵的特性曲線：按照“等流量線下，揚(yáng)程相加”的原則3）求等效水泵的工況點(diǎn)M等4）求串聯(lián)工況點(diǎn)：M1、M25/15/2023121.離心式水泵的聯(lián)合工作串聯(lián)工作應(yīng)注意點(diǎn)：1）泵間隔串聯(lián)時(shí)，前一臺(tái)泵的揚(yáng)程排至后一臺(tái)時(shí)，應(yīng)有剩余揚(yáng)程；2）串聯(lián)時(shí)，應(yīng)選用泵型號(hào)相同和特性曲線相近的水泵；3）串聯(lián)時(shí)，若有一臺(tái)泵壞了，整個(gè)系統(tǒng)就得停止工作。兩臺(tái)不同型號(hào)泵的串聯(lián)工作5/15/2023122.離心式水泵的聯(lián)合工作二、水泵的并聯(lián)工作兩臺(tái)泵的輸出口連在一起工作。（1）并聯(lián)的任務(wù)及目的：是為了增大流量。

（2）并聯(lián)工況點(diǎn)1）構(gòu)造等效水泵2）求等效水泵的特性曲線按照“等揚(yáng)程線下，流量相加”的原則3）求等效水泵的工況點(diǎn)M等4）求并聯(lián)工況點(diǎn)：M1、M2（3）并聯(lián)效果5/15/2023123.離心式水泵的并聯(lián)工作兩臺(tái)不同型號(hào)并聯(lián)工作

Ⅰ、Ⅱ－分別為兩泵的特性曲線、Ⅰ+Ⅱ－兩泵的合特性曲線5/15/2023124.第五節(jié)排水設(shè)備的運(yùn)行及管理一、離心式水泵的操作