矿井排水系统设计及输送机选型设计

1专业课课程设计带式输送机、水泵的选型设计系别：机械设计工程系专业：机械设计、制造及其自动化班级：机械设计2009-02班时间：2013.2.25—3.15（三周）教师：刘英林常宗旭学生：王国华学号：2009000199机械设计工程系矿山机械教研室2目录第一部分..........................................................错误!未定义书签。水泵的设备选型设计........................................错误!未定义书签。1述概......................................................错误!未定义书签。2设计的原始资料....................................错误!未定义书签。3排水方案的确定....................................错误!未定义书签。4水泵的选型与计算.............................................................35管路的选择...........................................错误!未定义书签。6工况点的确定及校验.........................................................7第二部分....................................................................................16带式输送机的选型设计..............................................................161概述................................................................................162设计的原始资料..............................................................163输送带宽度的计算...........................................................164运行阻力的计算..............................................................205输送带张力的确定...........................................................246输送带强度的校核...........................................................277电动机功率的计算...........................................................28参考文献....................................................................................293第一部分矿井排水设备选型设计目的：设计选择满足工作要求、运转可靠、经济的排水设备。一、具体任务：1、确定排水系统；2、选定排水设备；3、确定工况参数；4、绘制设备布置图二、必备资料：1、工作地点；2、排水高度710m和正常排水量Q=550m3/h；3、水的性质(中性)；4、泵房、水仓和管路位置图；5、供电电压三、设计步骤（一）、拟定排水系统在我国煤矿中，目前通常采用集中排水法。集中排水开拓量小，管路敷设简单，管理费用低，但由于上水平需要流到下水平后再排出，则增加了电耗。当矿井较深时可采用分段排水。涌水量大和水文地质条件复杂的矿井，若发生突然涌水有可能淹没矿井。因此，当主水泵房设在最终水平时，应设防水门。在煤矿生产中，单水平开采通常采用通常采用集中排水，两个水平同时开采时，赢根据矿井的具体情况进行具体分析，综合基建投资、施工、操作和维修管理等因素，经过技术和经济的比较后，确定最合理的排水系统。按竖井考虑，根据给定条件，可选用单水平开采方案4的直接排水系统，只需要在井底车场附近设立中央泵房，将井底所有涌水直接排至地面。（二）预选水泵①工作水泵n1，20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。②备用水泵n2，≥70%工作水泵，且n1+n2应在20h内排出矿井24h的最大用水量。③检修水泵n3，≥25%工作水泵。1、水泵总排水能力的计算正常涌水量：QB≥1.2qz=1.2x550=660m3/h最大涌水量：Qmax≥1.2qmax=1.2x950=1140m3/h（取最大涌水量为950m3/h）2、水泵所需扬程的估算由于水泵和管路均未确定，无法确切知道所需的扬程，所以需进行估算，即BH=syH/g=（710+4）/0.9=793m式中BH——估算水泵所需扬程，m；syH——侧地高度，即吸水井最低水位至排水管出口间的高度差，一般可取syH=井底与地面标高差+4（井底车场与吸水井最低水位距离），m；g——管路效率。管道效率的选取如下表一所示：表一：排水管倾角90°≥30°20°~30°20°5α管道效率ηg0.9~0.890.83~0.80.8~0.770.77~0.743、水泵的型号及台数的选择3.1、水泵型号的选择根据计算的工作水泵排水能力，初选水泵。从水泵产品目录中选取D450-60X10型号泵，其各种参数如下表二所示：表二：型号级数流量Q(m3/h)总扬程H(m)转速n(r/min)轴功率(kW)电机功率(kW)效率η(%)允许吸上真空度Hs(m)泵质量(kg)D450-60X10104506001480919.11050786.537803.2、水泵级数的确定i=HB/Hi=793/60=13.2取级数为14级式中i——水泵的级数；Hi——单级水泵的额定扬程，m。3.3、水泵工作台数的确定则：工作泵台数n1≥QB/Qe=660/450=1.47,取n1=26备用泵台数n2≥0.7n1=0.7X2=1.4和n2≥QMAX/Qe-n1=1140/450-2=0.54,故取n2=2。检修泵台数n3≥0.25n1=0.25X2=0.5故取n3=1因此共选择五台泵。（三）选择管路系统1、管路趟数管路趟数应根据《煤矿安全规程》的有关规定、所选水泵台数确定。管路至少应有两趟，一般也不宜超过四趟。在此，根据泵的总台数，选用典型的五泵三趟管路系统，二条管路工作，一条管路备用。正常涌水时，两台泵向二趟管路供水，最大涌水时，只要三台泵同时工作就能达到在20h内排出24h的最大涌水量，故从减少能耗的角度可采用三泵向三趟管路供水，从而可知每趟管内流量等于泵的流量。2、管材的选择由于井深远远大于200m，确定采用无缝钢管。3、排水管内径的确定'44500.01880.01880.269~0.32636001.5~2.2pppQQdmmvv式中pd——排水管内径，m；Q——排水管中的流量，3/mh；pv——排水管内的流速，通常取经济流速pv＝１.５～２.２（ｍ／s）来计算。从附表二中预选Φ299×8无缝钢管，则排水内径pd=（299-2×8）mm=283mm7表三热轧无缝钢管（YB231-70）外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm893.5～24.01464.5～36.02737.0～50.0953.5～24.01524.5～36.02998.0～75.01023.5～28.01594.5～36.03258.0～75.01083.5～28.01685.0～45.03518.0～75.01144.0～28.01805.0～45.03779.0～75.01214.0～32.01945.0～45.04029.0～75.01274.0～32.02036.0～50.04269.0～75.01334.0～32.02196.0～50.04599.0～75.01404.5～36.02457.0～50.04809.0～75.0常用壁厚尺寸系列2.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.51011121314151617181920222528303236405056606370754、验算壁厚p0.40.5d11.3pCp(cm)0.8(cm)0.55115.0)12960.0111.3-802960.0110.480(9.295.08式中pd——所选标准内径，cm；z——管材许用应力。焊接钢管z=60MPa，无缝钢管z=80MPa；p——管内水压，考虑流动损失，作为估算0.011pa；C——附加厚度。焊接钢管0.2Ccm，无缝钢管0.1~0.2Ccm。所选标准壁厚应等于或略大于按上式计算所得的值。吸水管壁厚不需要验算。由上式计算结果可知，所得壁厚小于所选择钢管的壁厚，因此所选壁厚合适。5、吸水管径根据选择的排水管径，吸水管选用Φ325×8的无缝钢管。（四）工况点的确定及校验1、管路系统管路布置参照图1-2所示的方案。这种管路布置方式任何一台水泵都可以经过两趟管路中任意一趟排水，排水管路系统图如图1-2所示。9图一五泵三趟管路2、估算管路长度排水管长度可估算为Lp=Hsy+（40～50）m=714+（40～50）m=（754～764）ｍ取Lp=760m，吸水管长度可估算为Lx=7m。3、阻力系数Rt的计算计算沿程阻力系数。对于吸、排水管分别为：局部阻力系数，吸、排水管及其阻力系数分别列于表四、表五中。表四：吸水管附件及局部阻力系数0294.0)325.0(021.0x021.03.03.0dx0301.0)299.0(021.0p021.0p3.03.0d10附件名称数量局部阻力系数底阀13.790。弯头10.294异径管10.14.094x表五：排水管附件及局部阻力系数附件名称数量局部阻力系数闸阀20.26×2=0.52止回阀11.7四通11.5×2=390。弯头45×0.294=1.47扩大管10.5直流三通440.72.830。弯头220.29430/900.196∑ζ=10.186管路阻力系数Rt。由流体机械教材式（5-55）可知：11`5255.1251msRt52657.9mhRt式中Rt——管路阻力系数，25/sm；Lx、lp——吸、排水管的长度，m；Dx、dp——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v≥1.2m/s，其值可按舍维列夫公式计算，即λ=0.021/d3x、p——吸、排水管附件局部阻力系数之和，根据排水管路系统中局部件的组成，见表四和表五。4、管路特性方程新管：H1=Hc+KRtQ2=714+9.657×10-5Q2旧管：H2=Hc+KRtQ2=714+1.7×9.657×10-5Q245552283.01)186.101(283.07600306.0309.0094.4309.070299.081.98Rt12式中K——考虑水管内径由于污泥淤积后减小而引起阻力损失增大的系数，对于新管K=1，对挂污管径缩小10%，取K=1.7，一般要同时考虑K=1和K=1.7两种情况，俗称新管和旧管。5、绘制管路特性曲线并确定工况点根据求得的新、旧管路特性方程，取9个流量值求得相应的损失，列入表六中。表六管路特性参数表Q/（m3·h-1）200250300350400450500550H1/m717.8720.0725.8725.8729.5733.5738.1743.2H2/m720.6724.3728.8734.1740.2747.2755.0763.713图