给排水系统知识讲座.ppt

给排水系统知识,水泵与特定的管路相连接，与相关的设备一起共同构成特定的排水（或供水）系统。介绍：水泵在管路上工作时的基本规律和调节方法；水泵的选型方法。,一、管路系统,5-1 管路系统及其阻力特性,（1）设备供水管路 管路的进、出口端通常都与其他设备相接，管路进、出口压力取决于设备的工作压力。,（2）建筑供水管路 此管路将低位的水加压送至多个高度不同的用水点。出口为分支管路。,（3）排水管路 将低位的水送至高水位，管路出口通常是通大气或接一液位不高的水池。,水泵在管路上工作时，排水所需的实际压头（扬程）与通过管路的流量的关系称为管路特性。,二、管路特性,1.管路特性方程式,水从水泵所获得的总能量不仅用于提高水的位置，还要用于克服管路的阻力，故水泵的工作状况不仅与水泵本身性能有关，也与管路配置情况有关。水在管路中流动所需要的总能量，可由伯努利方程式导出,列吸水面1-1和排水管路出口截面2-2的伯努利方程式。取面1-1为基准面，则,可知，所需H 取决于 HC，R和Q。对于具体的矿井，其HC是确定的，因而当Q一定时，所需H将取决于R。（R的大小与管长、管径、管内壁状况以及管路附件的种类和数量有关),2.管路特性曲线,泵的特性曲线和管路的特性曲线，按相同比例画在同一坐标上，其交点就是水泵的工况点。,泵的工况点及其确定方法,泵运转中，若其过流的局部区域的绝对压力降低到所抽送液体当时温度下的汽化压力时，液体便在该处汽化，形成气泡。气泡被液流带到高压区，又凝结而破裂形成空穴，此时，周围的液体以极高的速度填充空穴，因互相撞击而形成巨大的水击。此时水的动能变为弹性变形能，使局部压力高达几千个大气压，压力升高后，弹性变形能又变为动能而使压力降低，不断循环往复，直至能量耗完为止，这种过程称为汽蚀。,5-2 汽蚀与吸水高度的确定,一、汽蚀及其危害,1.汽蚀的发生过程,（1）金属材料的破坏（2）产生噪声和振动（3）造成水泵流量、扬程和效率的迅速下降，甚至出现断流。,2.汽蚀的危害,以00面为基准面，列吸水井水面00与泵入口截面11间的伯诺里方程：,水泵安装高度，是指泵轴线与吸水井水面的标高差。,二、吸水高度,1.装置汽蚀余量hA是水泵进口处的实际汽蚀余量，用表示。,是指在水泵进口处，单位重量的水所具有的大于饱和蒸汽压的剩余能量。,三、汽蚀余量h,汽蚀余量可分为装置汽蚀余量和临界汽蚀余量。,3.允许汽蚀余量h将临界汽蚀余量适当加大，以保证水泵正常工作不发生汽蚀时的汽蚀余量。,是指泵内最低压力点的压力为饱和蒸汽压时，水泵进口处的汽蚀余量。是水泵发生气蚀的临界条件。,2.临界汽蚀余量hr,临界汽蚀余量是泵设计和使用的重要基本参数，目前还难以准确地用计算方法确定，汽蚀试验是唯一可靠的方法。,或,为使泵不发生汽蚀，装置提供的汽蚀余量应大于或等于泵的允许汽蚀余量，即：,四、允许汽蚀余量与允许吸上高度的关系,当取 时，可得允许的最大吸水高度，则：,为保证泵内压力最低点不发生汽蚀时，在泵进口处允许的最大真空度。,五、允许吸上真空度,当泵吸上真空度Hs达到允许吸上真空度Hs时，则吸水高度达到允许的最大值。,泵吸上真空度,厂家提供,吸水管路特性方程,水泵样本上提供的Hs、h是生产厂家在水温20、大气压为98100Pa条件下得出的。若使用地点的条件与上述条件不符，应按下式进行修正。,注意：,最大允许吸水高度,泵的正常工作条件包括：稳定工作条件，经济工作条件和不发生汽蚀的条件。一、稳定工作条件水泵在运转中工况点是单值的，不能出现无交点或多交点。（1）不稳定的原因 无工况点（H0Hc）多工况点（H0Hc）（2）稳定工作条件（0.90.95）H0 Hc,5-3 泵的正常工作条件,二、经济工作的条件,工业利用区：符合经济条件的区域。,三、不发生汽蚀的条件,泵入口处的真空度,吸水管路特性方程,不发生汽蚀的条件：Hs Hs,调节目的：使水泵在运转过程中，其工况点始终满足正常工作条件；使水泵的流量和扬程满足实际工作的需要。调节途径：改变管路特性曲线；改变水泵的特性曲线。,5-4 水泵工况点的调节,（1）配置的电动机功率过紧，为防止电机过载，在更换电机前继续排水，可暂时关小闸阀减小排量，使电机在允许负荷下运行。（2）吸水困难,5-4 水泵工况点的调节,1.节流调节,原理：增加管路的局部阻力 使管路特性曲线变陡调法：关小闸板阀优点：操作简单、方便缺点：增加阻力，增加功耗应用：短时调节,原理：增大管径，减小阻力，管路特性曲线变缓。方法：两条管路并联使用。优点：减阻、降耗、节能。缺点：负荷增大，易过载。应用：有闲置管路，电机功率富裕。注意 a.防止电动机过负荷；b.防止产生汽蚀。,2.并联管路法,优点：（1）节约扬程，使管路效率大大提高；（2）允许吸上真空度增大，提高了运行的安全性和经济性。注意：不能拆除吸水侧的第一级，如条件允许最好把相应的中段也去掉，把泵轴缩短。（因为这样才不会使效率下降太多。）,3.减少叶轮数目调节法,实际需要的叶轮个数,多级泵的总扬程,4.削短叶轮直径法 切割定律,切割后的叶片外径：,理论切削量：,实际切削量：,注意：（1）低比转数的泵叶轮的切削量，在前后盖板和叶片上都是相等的。（2）高比转数的泵，叶轮两边削成两个不同的直径，前盘大于后盘的。,5.改变转速调节法原理：比例定律。特点：没有额外的能量消耗，经济上合理。方法：变频调速,一、串联工作 1.串联的任务及目的 2.串联工况点,（1）构造等效水泵（2）求等效水泵的特性曲线按照“等流量线下，扬 程相加”的原则（3）求等效水泵的工况点M等（4）求串联工况点：M1、M2,5-5 泵的联合工作,3.串联效果,二、水泵的并联工作1.并联的任务及目的2.并联工况点（1）构造等效水泵（2）求等效水泵的特性曲线 按照“等扬程线下，流量相加”的原则（3）求等效水泵的工况点M等（4）求并联工况点：M1、M23.并联效果,3.串并联方式的确定,5-6 排水设备的操作和故障诊断,一、泵的启动（1）启动前的检查各部件连接是否牢固联轴器间隙是否合乎规定填料的松紧程度是否合适吸水滤网无堵塞（2）人工盘车转动灵活，无卡阻现象。（3）向泵腔和吸水管内灌注引水（4）在关闭闸阀的情况下启动水泵（5）达额定转速后，再逐渐将闸阀打开,5-1 排水设备的操作和故障诊断,5-1 排水设备的操作和故障诊断,四、灌引水,1.从泵上漏斗人工灌水。,可实现无底阀排水水箱有效容积应不小于3倍的泵腔容积多用于小型水泵,2.设置专用封闭水箱，使泵常处于满水状态。,3.射流泵注水,射流泵的工作原理优点：无运动部件，结构简单，运行可靠。对井下水泵，可借助排水管中的高压水作为工作液体，不需增加其它动力设备。可配合自动阀门的使用，实现自动化。,4.真空泵注水5.升压泵注水,二、排水设备的故障诊断和处理,排水设备包括：泵和管路,1.判断故障的基本方法观察泵工作时压力表和真空表的变化，听声音，观察电流表的变化等。出口压力表和进口真空表的值分别为,故障原因可归纳为四个方面：泵内有气，吸水管堵塞，排水管堵塞，排水管破裂。,2.泵和排水系统的故障分析与排除,根据压力表和真空表的读数，可判断故障。,（1）泵内有气两表特征：读数都比正常小，不稳定，甚至降到零。原因有：吸水管连接处不严；填料箱密封不严；真空表接头松动；吸水口淹没水中过少等。,2.泵和排水系统的故障分析与排除,（2）吸水管堵两表特征：真空表读数比正常大，压力表读数比正常小。原因有：吸水管插入太深，底阀与泥接触；滤网被堵；底阀未能全打开等。,（3）排水管堵两表特征：压力表读数比正常大，真空表读数比正常小。原因可能：排水闸阀未打开或开错阀门。,（4）水泵叶轮堵塞两表特征：压力表和真空表读数均比正常读数小。,（6）泵产生汽蚀两表特征：真空表和压力表读数常常不稳定，比正常小，有时甚 至降到零。,（5）排水管破裂两表特征：压力表读数下降，真空表读数突然上升。,二、排水设备的故障诊断和处理,二、排水设备的故障诊断和处理,二、排水设备的故障诊断和处理,5-7 水泵的性能测试,一、测试的意义、目的和内容二、测试原理和方法,5-8 矿井排水概述,一、矿水1.矿水来源涌入矿井的水统称为矿水。矿水主要来源于地面水和地下水。2.涌水量绝对涌水量：单位时间内涌入矿井的水的体积量（q），单位是m3/h；相对涌水量：同时期内相对于单位煤炭产量的涌水量，也称含水系数。以“Ks”表示。单位是m3/t；,3.矿水性质（1）温度 随井深增高。（2）密度 比清水大。=10151025kg/m3（3）化学性质 矿水略带酸性，当PH5时，应采取措施。,4.分类矿井排水设备分为固定式和移动式。固定式排水设备根据其服务范围又分为主排水设备、区域排水设备和辅助排水设备。,二、矿井排水设备的组成1.组成水泵、电动机、启动设备、管路及附件、仪表等。2.各部分功用滤水器闸板阀逆止阀旁通管放水管灌引水漏斗压力表和真空表,三、排水系统,四.水仓作用：储存矿水，总容量按矿井8h的正常涌水量计算。沉淀泥沙，主副两个，以便轮换清理。水流速度小于0.005m/s，流动时间大于6h.每条水仓的长度应大于36000.0056110m。,五.水泵房 位置：在副井井底车场附近，优点有多个。,五.水泵房 位置：在副井井底车场附近，优点有多个。1.便于汇集矿水。2.排水设备运输方便。3.靠近井筒，缩短管路长度。节省管材、降低阻力。4.通风好，设备环境好。5.和变电所相邻，供电线路短。,通道：三个。1.人行运输道，与井底车场相通。2.管子道，与副井相通。3.通变电所。,六.管子道 布置：,5-8 排水设备的选型设计 一、设计的原始资料和任务1.设计的原始资料（1）井筒形式、矿井年产量、服务年限及井口标高；（2）开采水平数及各开采水平的标高；（3）同时开采的水平数、各水平正常和最大涌水量及持续时间；（4）水的密度和泥砂含量及化学性能；（5）沼气等级、供电电压；（6）井筒及井底车场布置图。,5-8 排水设备的选型设计2.设计的任务（1）确定排水系统（2）选择排水设备（3）绘制泵房及管路布置图。（4）提出经济核算结果。二、选型设计的步骤和方法1.确定排水系统2.预选水泵的型号和台数（1）水泵必须的排水能力,5-8 排水设备的选型设计 正常涌水量时,最大涌水量时,（2）水泵必须的扬程,5-8 排水设备的选型设计,根据QB、HB及矿水的pH值从泵类产品样本中选取，最好是一台泵就能达到所要求的排水能力。若采用多级泵，其级数为：,（3）预选水泵的型式,若i介于两整数之间，取偏上的整数当然满足要求，但取偏小的整数有时也能达到要求，应经比较后才能确定。,5-8 排水设备的选型设计,即满足条件,（4）校验水泵稳定性,通过稳定性校验，可淘汰不满足稳定性要求的泵。,（5）确定水泵的台数,正常涌水时工作水泵的台数,备用水泵的台数,检修水泵的台数,3.管路的选择,规程规定，必须有工作的和备用的。一般不宜超过4趟。,（1）管路趟数的确定,（2）泵房内管路布置,5-8 排水设备的选型设计,应综合考虑初期投资和运转费用两方面找出最佳的管径。目前按经济流速的方法来确定管径。,（3）初选管径,排水管内径,排水管的经济流速 vp1.52.2 m/s,吸水管内径,5-8 排水设备的选型设计,依据是承受的压力。通常，井深不超过200m，多用焊接钢管；超过200m，多用无缝钢管。吸水管一般选用无缝钢管。,（4）选择管材、确定壁厚,许用应力。取 MPaC附加厚度。焊接钢管0.2cm，无缝钢管0.10.2cm。根据计算壁后，选择标准壁后。,5-8 排水设备的选型设计,5.确定工况点,4.计算管路特性,在求得管路特性曲线方程后，可取不同的Qi，计算出相应的Hi1和Hi2，据此在QH 坐标图上画出管路的初期特性曲线1和挂垢后的特性曲线2，从而得到工况点M1、M2。,5-8 排水设备的选型设计,6.电机功率的计算,5.计算允许吸水高度,根据求得的新管工况点HsM1及当地的温度用下式进行计算。,求得的Hx不能太小，一般以不小于3.5m为宜，否则水仓设置困难。,电机的功率应由新管工况点确定,5-8 排水设备的选型设计,8.吨水百米电耗,7.电耗计算,（1）全年排水电耗,