第五章《矿山流体机械》课件.ppt

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1、第二篇 矿山排水设备,第五章 离心式水泵的工作理论,本章学习要点,矿山排水设备概述 离心式水泵的工作原理和工作参数离心式水泵的基本理论 比例定律与比转数 离心式水泵在管路中的工作 本章小结,第一节 矿山排水设备概述,如右图所示为矿井排水过程示意图。涌入矿井的水顺着巷道一侧的水沟自流集中到水仓1，而后经分水沟流入水泵房5一侧的吸水井3中，水泵4运转后，水经管路6排至地面。,一、矿水,涌入矿井的水统称为矿水，矿水分为自然涌水和开采工程涌水。其中，自然涌水是指自然存在的地面水和地下水，地面水包括江、河、湖以及季节性雨水和融雪等，地下水包括含水层水、断层水和老空水；开采工程涌水是指与采掘方法或工艺有关

2、的涌水，例如，水力采矿和水砂充填后产生的废水等。单位时间内涌入矿井水仓的矿水总量称为矿井涌水量。由于涌水量受地质构造、地理特征、气候条件、地面积水和开采方法等多种因素的影响，因此各矿涌水量差别很大。即使同一个矿井，在不同季节，其涌水量也不相同。通常在雨季和融雪期会出现涌水高峰，此期间的涌水量称为最大涌水量；其他时期的涌水量变化不大，称为正常涌水量。,为了比较各矿涌水量的大小，常用同一时期内 单位煤炭产量的涌水量作为比较的参数，称为含水系数，用符号Ks表示，则,矿水在穿过岩层和沿坑道流动过程中，会溶解许多矿物质，同时还会夹带各种悬浮状固体颗粒物质。,由于溶解在矿水中的物质不同，矿水有酸性、中性和

3、碱性之分（当矿水中氢离子浓度的pH7时为酸性水，pH7时为中性水，pH7时为碱性水）。酸性矿水对金属零件有腐蚀作用，因此，当矿水的pH5时，应根据情况加石灰中和或采用耐酸的排水设备。,矿水中夹带的固体颗粒物质一方面容易磨损水泵零件，另一方面会造成矿水密度比一般清水大（约为10151025kg/m3），因此，矿水必须经过沉淀池和水仓沉淀后，再由水泵排出。根据统计，每开采1t煤要排出27t矿水，有时甚至多达3040t。而矿山排水设备的电动机功率，小的几千瓦或几十千瓦，大的几百千瓦或上千千瓦。因此，保证矿山排水设备运转的可靠性（安全性）与经济性（高效率、低能耗），具有十分重要的意义。,二、矿井排水系

4、统,（一）集中排水系统,集中排水系统可分为以下两种情况：1立井单水平开采时，矿水可通过井下水沟集中到井底车场内的水仓中，再由排水设备排至地面，如左图所示。2立井多水平开采时，若上水平涌水量不大，可将上水平的水引入下水平的水仓中，然后再排出地面，如右图所示。,集中排水系统的优点是排水系统简单、开拓量小、费用低；缺点是能量损失及电耗较大。斜井的集中排水系统与立井相同，但在地质条件允许时，可通过钻孔直接将水排至地面，但要求钻孔的垂直深度不超过300m，如下图所示。,（二）分段排水系统,分段排水系统可分为以下两种情况：1单水平开采时，若井筒很深，可把下段的水排至上段的水仓中，然后排至地面。2多水平开采

5、时，可在各自水平分别设置主排水设备，把水分别排至地面；也可将下水平的水用辅助排水设备排至上水平，再由上水平的主排水设备将水排至地面，如右图所示。,三、水仓,水仓主要有两个作用：储存、集中矿水，排水设备可以将水从水仓排至地面；沉淀矿水，由于矿水中夹带有大量的悬浮状固体颗粒物质，因此，为减轻排水设备磨损和防止排水系统堵塞，矿水要在水仓中进行沉淀。根据颗粒沉降理论，为了能把大部分细微颗粒沉淀于仓底，水在水仓中流动的速度必须小于0.005m/s，而且流动时间要大于6h，因此，水仓巷道长不得小于100m。,水仓可以布置在水泵房的一侧或两侧。在水泵房一侧的布置方式适用于单翼开采，矿水从一侧流入水仓；在水泵

6、房的两侧的布置方式适用于双翼开采，矿水从两侧流入水仓。,水仓至少有一个主水仓和一个副水仓，以便清理水仓沉淀物时，能保证排水设备正常工作。每次雨季到来前，必须彻底清理一次主泵房的水仓，以保证能够容纳涌水高峰期的全部矿水。为了便于清理水仓的淤泥，水仓和分水井管路上必须装设闸阀，当它关闭时，可以清理水仓。为了便于运输，水仓底板一般都敷设轨道。为了得到可靠的吸水高度，水仓底板应比水泵房地面低56m。在水砂充填和水力采煤的矿井中，还必须在水仓进口处设置专门的沉淀池，以使矿水先进行沉淀再流入水仓。水仓的总容量可按矿井8h的正常涌水量计算，采区水仓容量不得小于采区4h的正常涌水量。,四、水泵房,大多数主水泵

7、房布置在副井井底车场附近，如 下图所示。水泵房的地面标高应比井底车场轨面高0.5m，而且应向吸水侧留有1%的坡度。水泵房内排水设备的布置方式主要取决于泵和管路的多少，通常情况下，为减小水泵房断面面积，水泵应在水泵房内顺着水泵房长度方向轴向排列。,水泵房的高度应满足检修时起重的要求，根据具体情况来确定，一般为3.04.5m，或根据水泵叶轮直径确定：在D350mm时取4.5m，并设有能承受起重质量为35t的工字梁；在D350mm时取3m，可不设起重梁。水泵基础的长和宽应比水泵底座最大外形尺寸每边约大200300mm。大型水泵基础应高于泵房地板200mm。,五、管子道,管子道是一条倾斜2530的斜巷

8、。斜巷与井筒相接处有一段长2m的平台，平台较井底车场钢轨轨面高7m。排水管沿管子道壁架设在管墩上，并用管卡固定，经管子道敷入井筒。管子道中间铺轨，轨中间设人行台阶。当井底车场被淹没时，人员可由此安全撤出。,六、矿山排水设备的组成,矿山排水设备一般由启动设备、电动机、水泵、管路、管路附件和仪表等组成。,启动设备3是供电控制装置，给电动机提供电能。电动机2是驱动装置，驱动水泵1运转。水泵1将电动机输入的能量转换成水的能量，完成排水任务。,带底阀6的滤水器5装在吸水管4的末端，其作用是防止水中杂物进入泵内。滤水器的底阀6用来防止水泵启动前灌入泵内和吸水管内的引水以及停泵后的存水漏入井中。,调节闸阀8

9、安装在排水管7上，位于逆止阀9的下方。其作用是：调节水泵的流量；启动水泵时，关闭调节闸阀8，以减小电动机的启动负荷；停止水泵时，关闭调节闸阀8，以防止出现水击现象，保护水泵不受水力冲击。逆止阀9安装在调节闸阀8的上方，其作用是当水泵突然停止运转（如突然停电）时，或者在未关闭调节闸阀8的情况下停泵时，能自动关闭并切断水流，避免水泵受到水力冲击。,灌水漏斗11的作用是在水泵初次启动前向泵内灌注引水，此时应打开放气栓15将泵内空气放掉。水泵再次启动时，可通过旁通管10向水泵内灌引水。放水闸阀13的作用是在检修水泵和排水管路时，使排水管路中的水通过放水管回到吸水井中。真空表14和压力表16的作用是检测

10、吸水管中的真空度和排水管中的压力。,七、离心式水泵的分类,（一）水泵的分类,按其作用原理不同，水泵可分为叶片式、容积式和其他形式三种类型。叶片式泵是指依靠工作叶轮的旋转运动使流体获得能量，并输送流体的设备。其工作转轴上安装有叶轮。按叶轮结构形式的不同，叶片式泵又可分为离心式、轴流式和混流式三类。容积式泵是指依靠工作容积不断改变使流体获得能量，并输送流体的设备。它可分为往复式和回转式两类。其他形式的泵还包括喷射泵及水锤泵等。,（二）离心式水泵的分类,按叶轮数量不同，离心式水泵可分为单级泵和多级泵。其中，单级泵的泵轴上只有一个叶轮，其扬程较低；多级泵的泵轴上有两个或两个以上的叶轮，其扬程较高。按叶

11、轮进水方式不同，离心式水泵可分为单吸泵和双吸泵。其中，单吸泵的叶轮上只有一个进水口；双吸泵的叶轮两侧都有进水口。按泵壳结合缝形式不同，离心式水泵可分为中开式泵和分段式泵。其中，中开式泵的结合缝在通过轴心线的水平面上；分段式泵的结合缝与轴心线垂直。按泵轴位置不同，离心式水泵可分为卧式泵和立式泵。其中，卧式泵的泵轴水平布置；立式泵的泵轴垂直布置。,第二节 离心式水泵的工作原理 和工作参数,一、离心式水泵的工作原理,如左图所示为单吸单级离心式水泵示意图。水泵的主要工作部件有叶轮1，其上有一定数目的叶片，叶轮固定于泵轴6上，由泵轴6带动旋转。水泵的泵壳2为一螺旋形扩散室。泵壳外部在水平方向上开有吸水口

12、，垂直方向上开有排水口，分别与吸水管3和排水管5连接。,水泵启动前，应先用水注满泵腔和吸水管。当启动水泵后，叶轮即随泵轴旋转，位于叶片流道间的水，在叶片的动力作用下也随之旋转，从而产生离心力。在离心力作用下，水被甩出叶轮，经螺旋形扩散室后，沿排水管输送出去。此时，叶轮进口处则因水被甩出而形成真空，吸水井中的水在大气压力的作用下，被压入叶轮的进口。叶轮不断地旋转，水就不断地被压入和排出，形成连续的水流。,二、离心式水泵的工作参数,（一）流量,水泵的流量是指水泵在单位时间内所排出的水的体积，用符号Q表示，单位为m3/s。,（二）扬程,水泵的扬程是指单位重量的水通过水泵后所获得的能量，单位为m。水泵

13、的扬程主要包括吸水扬程Hx、排水扬程Hp、实际扬程Hsy和总扬程H。,（三）功率,水泵的功率是指水泵在单位时间内所做功的大小，单位为W。水泵的功率可分为轴功率和有效功率两种。1水泵的轴功率P（即水泵的输入功率）是指电动机传递给水泵轴的功率。2水泵的有效功率Px（即水泵的输出功率）是指水泵实际传递给水的功率，其表达式为：,（四）效率,水泵的效率是指水泵的有效功率与轴功率之比，用符号表示，其表达式为：,（五）转速,水泵的转速是指水泵轴每分钟的转数，用符号n表示，单位为r/min。,（六）允许吸上真空度,水泵的允许吸上真空度是指在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵吸水口处所允许的真空度，用符号Hs表示

14、，单位为m。,第三节 离心式水泵的基本理论,一、流体在离心式叶轮中的流动分析,流体在离心式水泵中获得能量的过程，就是在叶轮作用下，其本身的流速大小和流动方向发生变化的过程。当流体进入叶轮后，由于叶轮做等速圆周运动，其叶片将迫使流体质点以同一速度旋转，故流体质点具有与叶轮相同的圆周速度u；同时，流体质点还以一定的速度沿叶片所形成的流道由内向外流动，此速度称为相对速度w，如下图所示。,流体在叶轮中的流动是上述两种运动的复合，如右图所示。复合运动的绝对速度c应为圆周速度u和相对速度w的矢量和，即,流体在叶轮内的复合运动一般用速度三角形来表示。在速度三角形中，绝对速度c与圆周速度u间的夹角用表示，称为

15、叶片工作角；相对速度w与圆周速度u反方向的夹角用表示，称为叶片安装角。为便于分析，通常把绝对速度c分解成径向分速度cr（又称为轴面速度）和圆周分速度cu（又称为扭曲速度），即,对叶轮中流体的运动情况进行研究的目的是为了求得能量的变化。而这种能量的变化只与始末状态参数有关，因而只需研究流体在叶轮进、出口处的速度三角形即可，同时以下角标1、2区分进口与出口处的各项参数，如下图所示。,二、离心式水泵的理论压头方程,由于流体流经叶轮流道时的情况非常复杂，因此，在讨论时，先作若下假设：（1）水泵在工作时没有任何能量损失，即电动机传递给泵轴的功率完全用于增加流经叶轮的流体的能量。（2）叶轮叶片的数目为无限

16、多且为无限薄，这样在叶片间流动的流体就为微元流束，形状与叶片完全一样，在叶轮同一半径处的流速相等，压力相同。（3）流体是不可压缩的，且其流动为稳定流动。在上述假设条件下得出的压头，称为离心式水泵的理论压头。,三、离心式水泵的理论压头与 理论流量的关系,四、离心式水泵的理论压头线,若D2、b2、u2均为定值，则叶片出口安装角2的大小将对理论压头有直接影响。如下图所示为三种不同叶片出口安装角的叶轮示意图。,当叶片出口安装角2一定时，A、B均为常数，因此，离心式水泵的理论压头与理论流量呈线性关系，在QH坐标图上为一条斜率等于B的直线。斜率的大小与叶片安装角有关，即与叶轮的叶片形式有关。前弯叶片：29

17、0，cot20，B0，斜率B0，即HT随着QT的增加而增加，是一条上升的直线。径向叶片：290，cot20，B0，斜率B0，即HT不随QT的增加而变化，是一条与横坐标轴平行的直线。后弯叶片：290，cot20，B0，斜率B0，即HT随着QT的增加而减小，是一条下降的直线。,上述三种叶片形式的理论压头线如下图所示。图中HT0是QT为零时的理论压头，称为初始理论压头，即HT0u22/g。,由右图所示可以看出，在理论流量相同的情况下，前弯叶片产生的理论压头最大，径向叶片次之，后弯叶片最小。若产生相同的理论压头，采用后弯叶片时，需要的叶轮直径最大，径向叶片次之，前弯叶片最小。,理论压头是理论静压头与理

18、论动压头之和。叶轮出口的绝对速度越大，理论压头中动压头所占的比例越大，流体在泵内流动时的能量损失也越大，效率就越低。由于前弯叶片的出口绝对速度c2最大，径向叶片居中，后弯叶片最小。所以前弯叶片叶轮的效率最低，径向叶片居中，后弯叶片最高。因此，实际中通常使用后弯叶片的叶轮，2一般取2025之间。,五、离心式水泵的实际压头特性曲线,（一）叶片数目有限时的修正,在叶片数目有限的情况下，由叶片组成的流道必然是由叶轮入口向出口逐渐加宽的。当叶轮转动时，各流道内的流体除有沿流道从内向外的正常流动（如右图所示a）外，还有环流（如右图所示b）存在。在环流的影响下，流道内同一半径上的相对速度不一样，靠近迎面速度

19、减小，靠近背面速度加大，其速度分布如右图所示c。,（二）能量损失对理论压头的影响,1摩擦损失和扩散损失,2冲击损失,六、离心式水泵的效率,（一）机械损失和机械效率,（二）容积损失和容积效率,当流体流过叶轮时，由于叶轮对流体做功，使流体的能量增大。但获得能量后的流体，并不是全部流到排水管中，而是有少量的高压水通过动静部件间的间隙重新流回低压区，使水泵的实际流量小于理论流量。这种因间隙泄漏而造成的能量损失称为容积损失Q。容积损失的大小用容积效率v来衡量，其表达式为：,（三）水力损失和水力效率,流体流过水泵的进口、叶轮、导向装置、机壳等过流部件时，因摩擦、扩散、冲击而消耗的能量称为水力损失Hh。水力

20、损失使水泵的实际压头H小于理论压头HT。水力损失的大小用水力效率h来衡量，其表达式为：,（四）水泵的总效率,七、离心式水泵的性能曲线,实际中，离心式水泵的性能曲线应包括扬程曲线（即实际压头特性曲线）、轴功率曲线、效率曲线和允许吸上真空度曲线。这些曲线反映了水泵在额定转速下，扬程H、轴功率P、效率和允许吸上真空度Hs随流量Q变化的规律。如下图所示为200D43型水泵的性能曲线图。,水泵的扬程随着流量的增大而逐渐减小。流量为零时的扬程称为初始扬程或零扬程（H0）。水泵的轴功率随着流量的增大而逐渐增大。流量为零时，轴功率最小，所以，离心式水泵在调节闸阀完全关闭的情况下启动最省功。水泵的效率曲线呈驼峰

21、状。流量为零时，效率为零；随着流量的增大，效率急剧增加；达到额定流量时，冲击损失为零，效率最高；若流量继续增大，效率则随之减小。水泵的允许吸上真空度随着流量的增大而逐渐减小，即水泵的流量越大，它所具有的抗汽蚀能力就越小。Hs值是合理确定水泵吸水高度的重要参数。,第四节 比例定律与比转数,一、相似条件,（一）几何相似,如果水泵的叶轮及过流部件的几何形状相同，对应角度相等，对应尺寸的比值为一常数，则它们彼此几何相似（如下图所示两个几何相似的叶轮），其关系为：,（二）运动相似,在几何相似的水泵中，若对应点的流体速度比值为一常数，且方向相同，则它们彼此运动相似（如下图所示对应点的速度三角形相似），其关

22、系为：,（三）动力相似,如果作用在不同水泵相应点上的各个同名力（如惯性力、黏性力、重力、压力等）的比值为一常数，且方向相同，则它们彼此动力相似。在动力相似的条件下，对应点的效率接近，可以认为效率相等，即。,二、相似定律,三、比例定律,四、比转数,将相似定律中的流量关系式两边平方，扬程关系式两边立方，两式相除整理得：,上式是由相似定律得到的，彼此相似的水泵，在相应工况下，其值应为一常数。因此，它可以作为反映同一类型水泵共同特性的综合性能参数，称为比转数，用符号ns表示。我国水泵的比转数习惯用额定工况下该数值的3.65倍计算，即,比转数是有因次的，水泵比转数的单位是m3/4s-3/2。而近年来，国

23、际上不少文献开始使用无因次比转数：,国际泵试验标准ISO2548中，把在无因次比转数公式中乘以2/60得到的数值称为型式数（K），它也是无因次的，表达式为：,国际标准化组织ISO/TC在国际标准中定义了型式数，并规定取代过去的比转数。我国参照国际标准制定的现行国家标准也明确规定采用型式数K，但允许在短期内可同时采用比转数ns。,第五节 离心式水泵在管路中 的工作,一、管路特性曲线,将管路特性曲线方程中Q与H的对应关系绘制在Q-H坐标图上，得到一条顶点为（0，Hsy）的二次抛物线，即为管路特性曲线，如下图所示。需要注意的是，管路特性曲线方程中的各种系数与几何尺寸都是针对新管道的。对于管壁挂垢使管

24、径缩小的旧管道，其管路阻力系数应乘以1.7，即,二、水泵的工况点,水泵和管路是连在一起工作的，所以，如果把水泵的压头特性曲线和管路特性曲线按同一比例画在同一坐标系上，两条曲线有一交点M，此点即为水泵的工作状况点，简称工况点，如右图所示。与M点对应的参数QM、HM、PM、M和HsM等称为工况参数。,三、离心式水泵的汽蚀现象和吸水高度,（一）汽蚀现象,如果水泵在某一流量下运转，则上式中的x2/2g和hx两项基本为定值，于是随着安装高度Hx的增加，水泵吸水口处的绝对压强p1将减小。如果p1减小到低于当时温度下水的饱和蒸汽压强pn时，水就开始汽化。溶解在水中的气体也从水中逸出，形成许多蒸汽与气体相混合

25、的气泡。随着水的流动，低压区的这些气泡被带到高压区时，会突然凝结成水，在气泡消失处形成空穴。于是四周的高压水便以极高的速度去填补空穴，从而产生巨大的水力冲击。,由于气泡不断地形成与凝结，巨大的水力冲击以极高的频率反复作用在叶轮上，时间一长，就会使金属表面逐渐因疲劳而剥落，这就是气泡的机械剥蚀作用；另外，由于气泡中含有一些活泼气体（如氧气），它们会借助气泡凝结时所释放出的热量，对金属起化学腐蚀作用。机械剥蚀与化学腐蚀的共同作用，会使金属表面出现蜂窝状的麻点，并逐渐形成空洞，这种现象称为汽蚀现象。汽蚀发生时，将会使水泵产生强烈的噪声和振动现象。当汽蚀振动的频率与水泵固有频率接近时，能引起共振，使其

26、振幅大大增加。,在产生汽蚀的过程中，由于水流中含有大量气泡，破坏了液体正常的流动规律，增加了能量损失，从而使水泵的流量、扬程、轴功率和效率迅速下降，甚至出现断流状态，如右图所示。因此，决不允许水泵在汽蚀条件下工作。,（二）吸水高度的确定,发生汽蚀的根本原因是水泵吸水口的绝对压强p1低于当时温度下水的饱和蒸汽压强pn。因此，要保证水泵不发生汽蚀，就必须保证p1pn。则水泵吸水口处的最大吸上真空度Hsmax为：,为使水泵运转时不产生汽蚀，一般规定水泵的允许吸上真空度Hs在最大吸上真空度的基础上保留0.3m的安全裕量，即,四、离心式水泵的正常工作条件,（一）稳定工作条件,发生上述两种情况的原因是泵在

27、零流量时的扬 程小于管路实际扬程Hsy。因此，为保证水泵稳定工作，泵的零流量扬程应大于管路实际扬程。考虑到供电电压波动是不可避免的，一般下降幅度在2%3%范围内，反映到泵的扬程上下降5%10%，因此，稳定工作条件为：Hsy0.9H0。,（二）经济工作条件,为了保证水泵运转的经济性，必须使水泵在高效区工作，通常规定运行工况点的效率不得低于最高效率的85%90%，即M(0.850.9)max。根据上式划定的区域称为工业利用区，如右图所示斜线区域。,五、离心式水泵的工况点调节,（一）改变管路特性曲线调节法,1闸门节流调节法,当把排水闸阀关小时，由于在管路中附加了一个局部阻力，则管路特性曲线变陡，如右

28、图所示，于是泵的工况点就沿着扬程曲线朝流量减小的方向移动。闸阀关得越小，附加阻力越大，流量就变得越小。这种通过关小闸阀来改变水泵工况点位置的方法，称为闸门节流调节法。,把闸阀关小时，水泵需额外增加一部分能量用于克服闸阀的附加阻力，所以，闸门节流调节法是不经济的。但由于此方法简单易行，在生产实践中，可用在临时性及小幅度的调节中，特别是全开闸阀使电机过负荷时，可少量关小闸阀使电机电流保持在额定电流之下。,2管路并联调节法,矿井排水管一般至少设两趟，一趟工作，一趟备用。在正常涌水期间，也可将备用管路投入工作，即工作管路和备用管路并联工作，这样可增大管路的过水断面，降低管路阻力，从而改变水泵的工况点。

29、,如右图所示，若某一条排水管路的特性曲线为1，另一条排水管路的特性曲线为2，把两条管路特性曲线上扬程H相等时的流量Q1和Q2相加，便得到管路并联之后的等效特性曲线3。水泵工况点从M1或M2点变为M点，流量由Q1或Q2增大为Q。同时，等效特性曲线3比曲线1和2平缓，说明在水泵实际扬程不变的情况下，管路阻力减小，从而使克服管路阻力的无用耗功减少。因此，这种调节方法是一种有效的节能措施。,采用管路并联调节时，必须注意两个问题：防止电动机过负荷；防止产生汽蚀。其原因如下：管路并联后，水泵的工况点右移，流量增大，轴功率也必将增大，若原配电动机的功率富裕度不大，就有可能造成电动机过负荷；同时，随着工况点的

30、右移，水泵的允许吸上真空度将减小，当其小于吸水口的吸上真空度时，水泵就有可能发生汽蚀。因此，采用管路并联调节时，应先进行验算。,（二）改变扬程曲线调节法,1减少叶轮数目调节法,拆除叶轮时，泵壳及轴均可保持原状不动，但需要在轴上加一个与拆除叶轮轴向尺寸相同的轴套，以保持整个转子的位置固定不动，另外也可采用换轴和拉紧螺栓的方法。两种方法各有优缺点，前者调整方便，操作简单，工作量小，但对效率有一定的影响；后者调整工作量较大，但对效率影响较小。,2削短叶轮叶片长度调节法,六、离心式水泵的联合工作,（一）串联工作,水泵的串联工作是指两台或两台以上水泵顺次连接，前一台水泵向后一台水泵的进水管供水。,如右图

31、所示为两台水泵直接串联工作的简图。显然，两台水泵单独运转时是不能排水的（没有工况点）。两台水泵串联工作时，由泵I吸水管吸水，经泵I增压后，水进入泵II再增压一次，然后排入管道。各泵及管道中的流量和扬程存在如下对应关系：,右图中，水泵I和水泵II的扬程曲线用I、II表示。在同一流量下，把曲线I、II的纵坐标相加，即得串联后的等效扬程曲线III。管路特性曲线III和等效扬程曲线III的交点M为串联运转时的工况点。由于水泵串联工作后可以增加扬程，所以，水泵串联工作常用于单台水泵扬程不能满足需要的场合。,（二）并联工作,水泵的并联工作是指两台或两台以上的水泵同时向一条管路供水。如右图所示为两台水泵并联

32、工作的系统简图。水泵I和水泵II分别由水池吸水，然后分别在泵内加压后，一同输入排水管道。各泵及管道中的流量和扬程存在如下对应关系：,右图中，水泵I和水泵II的扬程曲线用I、II表示。在同一扬程下，把曲线I、II的横坐标相加，即得并联后的等效扬程曲线III。管路特性曲线III和等效扬程曲线III的交点M为并联运转时的工况点。由于水泵并联工作后可以增加流量，所以，水泵并联工作常用于单台水泵的流量不能满足要求或流量变化较大的场合。从右图中可以看出，管道阻力愈小，管道特性曲线愈平缓，并联效益愈高。所以管道特性曲线较陡时，不宜采用水泵并联工作。,本章小结,（一）矿山排水设备概述,1涌入矿井的水统称为矿水

33、。单位时间内涌入矿井水仓的矿水总量称为矿井涌水量。矿水在穿过岩层和沿坑道流动过程中，会溶解许多矿物质，同时还会夹带各种悬浮状固体颗粒物质。2矿井排水系统是根据矿井深度、开拓方式、各水平涌水量的大小以及管理条件等来确定的，它主要包括集中排水系统和分段排水系统两种类型。3水仓是指专门用来储存矿水的巷道。它主要有两个作用：储存、集中矿水和沉淀矿水。水仓可以布置在水泵房的一侧或两侧。水仓至少有一个主水仓和一个副水仓，以便清理水仓沉淀物时，能保证排水设备正常工作。,4水泵房是指专为安装水泵、电机等设备而设置的硐室，大多数主水泵房布置在副井井底车场附近。5管子道是一条倾斜2530的斜巷。排水管沿管子道壁架

34、设在管墩上，并用管卡固定，经管子道敷入井筒。6矿山排水设备一般由启动设备、电动机、水泵、管路、管路附件和仪表等组成。7按其作用原理不同，水泵可分为叶片式、容积式和其他形式三种类型。离心式水泵的分类：按叶轮数量不同，离心式水泵可分为单级泵和多级泵；按叶轮进水方式不同，离心式水泵可分为单吸泵和双吸泵；按泵壳结合缝形式不同，离心式水泵可分为中开式泵和分段式泵；按泵轴位置不同，离心式水泵可分为卧式泵和立式泵。,（二）离心式水泵的工作原理和工作参数,1离心式水泵的工作原理是通过叶轮不断地旋转，产生离心力，从而使水不断地被排出和压入，形成连续的水流。2表征离心式水泵工作性能的参数称为工作参数，它主要包括流

35、量、扬程、功率、效率、转速和允许吸上真空度。,（三）离心式水泵的基本理论,1流体在叶轮内的复合运动一般用速度三角形来表示。在速度三角形中，绝对速度c与圆周速度u间的夹角用表示，称为叶片工作角；相对速度w与圆周速度u反方向的夹角用表示，称为叶片安装角。2离心式水泵的理论压头方程为：,7离心式水泵的性能曲线包括扬程曲线（即实际压头特性曲线）、轴功率曲线、效率曲线和允许吸上真空度曲线。,（四）比例定律及比转数,1彼此相似的水泵之间必须满足几何相似、运动相似和动力相似的条件。2对于同一台水泵，当转速改变时，在相应工况下，其流量之比等于转速之比，扬程之比等于转速之比的平方，功率之比等于转速之比的立方。这

36、称为比例定律。3比转数可以作为反映同一类型水泵共同特性的综合性能参数，用符号ns表示。,（五）离心式水泵在管路中的工作,4离心式水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条件。5由于工况点是由管路特性曲线和扬程曲线的交点所确定的，因此，调节工况点可通过改变管路特性曲线和扬程曲线来实现。其中，改变管路特性曲线调节法主要包括闸门节流调节法和管路并联调节法；改变扬程曲线调节法主要包括减少叶轮数目调节法和削短叶轮叶片长度调节法。6当一台水泵在管路上工作的扬程或流量不能满足排水需要时，可以采用两台或多台水泵联合工作。联合工作的基本方式有串联和并联两种。在进行串、并联运转时，最好采用同类型、同规格的水泵。,