煤矿供排水知识介绍

煤矿供排水知识介绍单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍一、矿井供水系统基本知识一）常见的矿井供水系统形式1、利用高差供水（高位水池、水塔等）2、加压泵供水（普通加压泵供水、变频加压泵供水）3、如果矿井分层、分盘区开采，且各煤层、各盘区之间标高差别较大时，为了保证采掘工作面供水压力，要建立分区供水系统。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍二）变频器在恒压供水方面的应用1、变频调速的特点及分析用户用水量一般是动态的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。恒压供水系统对于用户是非常重要的。在生产生活供水时，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响生活质量，严重时会影响生存安全，如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，用水区域采用恒压供水系统，能产生较大的经济效益和社会效益。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍随着电力技术的发展，变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍2、恒压供水的变频应用方式通常在同一路供水系统中，设置多台常用泵，供水量大时多台泵全开，供水量小时开一台或两台。在采用变频调速进行恒压供水时，就用两种方式，其一是所有水泵配用一台变频器；其二是每台水泵配用一台变频器。后种方法根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，最终达到管网恒压的目的，就一个闭环回路，较简单，但成本高。前种方法成本低，性能不比后种差，但控制程序较复杂，是未来的发展方向，我公司开发BC2100系列恒压供水控制系统就可实现一变频器控制任意数马达的功能。下面讲到的原理都是一变频器拖动多马达的系统。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍3、PID（比例积分微分）控制原理根据反馈原理：要想维持一个物理量不变或基本不变，就应该引这个物理量与恒值比较，形成闭环系统。我们要想保持水压的恒定，因此就必须引入水压反馈值与给定值比较，从而形成闭环系统。但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统，现在控制和PID相结合的方法，在压力波动较大时使用模糊控制，以加快响应速度；在压力范围较小时采用PID来保持静态精度。这通过PLC加智能仪表可时现该算法，同时对PLC的编程来时现泵的工频与变频之间的切换。实践证明，使用这种方法是可行的，而且造价也不高。要想维持供水网的压力不变，根据反馈定理在管网系统的管理上安装了压力变送器作为反馈元件，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压都较慢，故系统是一个大滞后系统，不易直接采用PID调节器进行控制，而采用PLC参与控制的方式来实现对控制系统调节作用。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍4、变频控制原理用变频调速来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比，节能效果十分显著（可根据具体情况计算出来）。其优点是：1）、起动平衡，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；2）、由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命；3）、可以消除起动和停机时的水锤效应；一般地说，当由一台变频器控制一台电动机时，只需使变频器的配用电动机容量与实际电动机容量相符即可。当一台变频器同时控制两台电动机时，原则上变频器的配用电动机容量应等于两台电动机的容量之和。但如在高峰负载时的用水量比两台水泵全速供水量相差很多时，可考虑适当减小变频器的容量，但应注意留有足够的容量。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍虽然水泵在低速运行时，电动机的工作电流较小。但是，当用户的用水量变化频繁时，电动机将处于频繁的升、降速状态，而升、降速的电流可略超过电动机的额定电流，导致电动机过热。因此，电动机的热保护是必需的。对于这种由于频繁地升、降速而积累起来的温升，变频器内的电子热保护功能是难以起到保护作用的，所以应采用热继电器来进行电动机的热保护。在主要功能预置方面，最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率。升、降速时间在采用PID调节器的情况下，升、降速时间应尽量设定得短一些，以免影响由PID调节器决定的动态响应过程。如变频器本身具有PID调节功能时，只要在预置时设定PID功能有效，则所设定的升速和降速时间将自动失效。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍5、恒压供水系统特点1）、节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行；2）、节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象；3）、运行可靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。4）、联网功能：采用全中文工控组态软件，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。5）、控制灵活：分段供水，定时供水，手动选择工作方式。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍6）、自我保护功能完善：如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍二、矿井排水系统基本知识一）管路特性曲线和离心泵的工作点当离心泵安装在特定管路系统操作时，实际的工作压头和流量，不仅遵循特性曲线上二者的对应关系，而且还受管路特性所制约。1．管路特性方程式和特性曲线当离心泵安装到特定的管路系统中操作时，若贮槽与受液槽两液面保持恒定，则泵对单位重量(1N)流体所做的净功为（2－26）式中单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍He――输送机械对1N流体做的静功，J/N或m；Δz――下游与上游截面间的位压头差，m；Δp/ρg――下游与上游截面间的静压头差，m；Δu2/2g――下游与上游截面间的动压头差，m；∑Hf――两截面之间压头损失，m。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍在特定的管路系统中，于一定条件下操作，上式中一项Δu2/2g常可忽略，Δz与Δp/ρg均为定值，令对于直径均一的管路系统，压头损失可表达为（2－27）＝式中单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍λ――摩擦系数(frictionfactor)，无因次；l――管路长度(pipelinelength)，m；le――局部阻力的当量长度(equivalentlengthoflocalresistance)，m；d――管路直径(pipelinediameter)，m；ξ――局部阻力系数(localresistancecoefficient)，无因次；Qe――流体流量(fluid-flow)，m3/s；g――重力加速度(accelerationofgravity)，m/s2。对特定的管路，若忽略λ随Re的变化，且式2-21中d、l、le、ξ均为常数，于是可令单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍则式2-21可简化为（2－27a）将式2-21a代入式2-20a，得到（2－28）式2-22表明管路流体的压头与流量之间的关系，称为管路特性方程式。He与Qe的关系曲线，称为管路特性曲线。此曲线的形状由管路布局和流量等条件来确定，与泵的性能无关。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍2．离心泵的工作点离心泵在管路中正常运行时，泵所提供的流量和压头应与管路系统所要求的数值一致。此时，安装于管路中的离心泵必须同时满足管路特性方程与泵的特性方程，即管路特性方程He=K+GQe2泵的特性方程H=f(Q)联解上述两方程所得到两特性曲线的交点，即离心泵的工作点M。对所选定的泵以一定转速在此管路系统操作时，只能在此点工作。在此点，H＝He，Q＝Qe。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍二）离心泵的流量调节(Theflowadjustmentofcentrifugalpump)通常，所选择离心泵的流量和压头可能会和管路中要求的不完全一致，或生产任务发生变化，此时都需要对泵进行流量调节，实质上是改变泵的工作点。由于工作点是由泵及管路特性共同决定的，因此，改变任一条特性曲线均可达到流量调节的目的。1．改变管路特性曲线----改变泵出口阀开度改变离心泵出口管路上阀门开度，便可改变管路特性方程式2-33中的G值。从而使管路特性曲线发生变化。例如关小阀门，使G值变大，流量变小，曲线变陡。阀门调节快捷方便，流量可连续变化，但能耗加大，泵的效率下降，不够经济。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍二）离心泵的流量调节(Theflowadjustmentofcentrifugalpump)通常，所选择离心泵的流量和压头可能会和管路中要求的不完全一致，或生产任务发生变化，此时都需要对泵进行流量调节，实质上是改变泵的工作点。由于工作点是由泵及管路特性共同决定的，因此，改变任一条特性曲线均可达到流量调节的目的。1．改变管路特性曲线----改变泵出口阀开度改变离心泵出口管路上阀门开度，便可改变管路特性方程式2-33中的G值。从而使管路特性曲线发生变化。例如关小阀门，使G值变大，流量变小，曲线变陡。阀门调节快捷方便，流量可连续变化，但能耗加大，泵的效率下降，不够经济。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍2．改变泵的特性曲线(changecharacteristiccurveofthepump)（1）改变泵的转速――比例定律(proportionlaw)，n的变化小于20％。（2）改变叶轮直径――切割定律(incisionlaw)，切割比例不大于5％（季节性调节）。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍3．离心泵的并联和串联操作当单台泵不能满足生产任务要求时，可采用泵的并联或串联。下面以两台性能相同的泵为例，讨论离心泵的组合操作的特性。（1）离心泵的并联(Theparallelconnectionofcentrifugalpump)设将两台型号相同的泵并联于管路系统，且各自的吸入管路相同，则两台泵的各自流量和压头必定相同。显然，在同一压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。并联泵的工作点由并联特性曲线与管路特性曲线的交点决定。由于流量加大使管路流动阻力加大，因此，并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而并联压头略高于单台泵的压头。并联泵的总效率与单台的效率相同。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍（2）离心泵的串联(Theseriesconnectionofcentrifugalpump)两台型号相同的泵串联操作时，每台泵的流量和压头也各自相同。因此，在同一流量下，串联泵的压头为单台泵压头的两倍。同样，串联泵的工作点由合成特性曲线与管路特性曲线的交点决定。两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍，流量大于单台泵的。串联泵的效率为Q串下单台泵的效率。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍（3）离心泵组合方式的选择生产中采取何种组合方式能够取得最佳经济效果，则应视管路要求的压头和特性曲线形状而定。①如果单台泵所能提供的最大压头小于管路两端的（)值，则只能采用泵的串联操作。②对于管路特性曲线较平坦的低阻型管路，采用并联组合方式可获得较串联组合为高的流量和压头；反之，对于管路特性曲线较陡的高阻型管路，则宜采用串联组合方式。单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍三）供排水系统图读图（附件图纸）单击此处编辑母版标题样式煤矿供排水知识介绍三、煤