第十六章排水设备

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1、第十六章第十六章 矿井排水设备矿井排水设备第一节第一节 概述概述第二节第二节 离心式水泵的工作理论离心式水泵的工作理论第三节第三节 离心式水泵的结构离心式水泵的结构第四节第四节 离心式水泵的运行离心式水泵的运行第五节第五节 离心式水泵的操作、维护及故障处理离心式水泵的操作、维护及故障处理复习思考题复习思考题第一节第一节 概述概述 一、矿井排水设备的任务、矿井涌水量及矿水性质一、矿井排水设备的任务、矿井涌水量及矿水性质 在煤矿建设和生产过程中，各种来源的水不断地涌入矿井，涌入矿井的水统称为矿水。矿水主要来源于地下水和地表水，水力采煤和水沙充填的矿井，还包括这些废水。为保证井下工作人员的安全、设备

2、的安全和生产的正常进行，要把涌入矿井的矿水及时的排送至地面。矿井排水设备的任务就是将矿水及时的排至地面，确保井下工作人员的人身安全、设备的安全和矿井的安全、正常生产。矿井涌水量是指单位时间内涌入矿井的总水量，其单位是m3/h。矿井的涌水量和地质条件、气候及开采方法等因素有关。据统计，每开采一吨煤，要排出27吨矿水，有的矿井甚至多达3040吨。一般来讲，雨雪季节涌水量最大，称为最大涌水量，其余季节涌水量变化不大称为正常涌水量。有时为了便于比较各矿涌水量的大小，常采用同时期单位煤炭产量的涌水量作为比较参数，称为含水因数。矿水的性质主要是指矿水的物理性质（包括密度、重度、温度等）和化学性质（主要是P

3、H值）。由于矿水中含有矿物质和大量泥沙，所以矿水的重度比清水要大些，一般为：995710055N/m3（密度为10151025 Kg/m3）。含有大量泥沙的矿水会加速水泵零件的磨损，因此，要设置水仓或沉淀池对矿水中的泥沙进行充分沉淀。按溶解在矿水中的氢离子（H+）浓度PH值不同将矿水分为：酸性（PH7）。当PH5时，要求选用耐酸材料的排水设备或对水进行中性处理，以保证设备的使用年限。图16-1 矿井排水设备示意图1-离心式水泵；2-电动机；3-启动设备；4-吸水管；5-滤水器；6-底阀；7-排水管；8-调节闸阀；9-逆止阀；10-旁通管；11-引水漏斗；12-放水管；13-放水闸阀；14-真空

4、表；15-压力表；16-放气栓 二、矿井排水设备的分类、组成及其作用二、矿井排水设备的分类、组成及其作用 矿井排水设备分为固定式排水设备和移动式排水设备。固定式排水设备固定安装在泵房内，根据其服务范围又分为主排水设备（负责把全矿或大部分矿水排至地面）、区域排水设备（负责把区域的水排至地面。有时沿专用钻孔排至地面）和辅助排水设备（负责把下一个开采水平的水排至主排水设备的水仓）。移动式排水设备用于掘进或淹没坑道的排水，它可随水位下降而移动。矿井排水设备一般由水泵、电动机、启动设备、管路及管路附件、仪表等组成，如图16-1所示。三、对排水设备的要求三、对排水设备的要求 排水设备是矿山大型设备之一，为

5、保证矿井的正常生产，要求排水设备必须安全、经济、可靠、合理。1固定式排水设备的要求 （1）水泵：必须有工作水泵、备用水泵和检修水泵。工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70。工作水泵和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25。水文地质条件复杂的矿井，可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置。（2）水管：必须有工作和备用的水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量。工作水管和备用水管的总能力，应能配合工作水泵和备用水泵在20h内

6、排出矿井24h的最大涌水量。（3）配电设备：应同工作、备用以及检修水泵相适应，并能同时开动工作、检修和备用水泵，主排水设备的供电线路不得少于两条回路，每一条回路应能担负全部负荷的供电。（4）泵房出口：主要泵房至少有2个出口，一个出口用斜巷通向井筒，并应高出泵房底板7m以上；另一个出口通向井底车场，在此出口通道内，应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸阀。（5）水管、水泵、闸阀和排水用的配电设备等都必须经常检查和维护。移动式排水设备的要求 （1）水泵应适合流量变化不大而扬程有较大变化的需要，有较好的吸水能力，以保证把水排干。（2）在垂直泵轴平面上的外形

7、尺寸应较小，以适应在横断面较小的巷道工作；还应做到能够方便而迅速地移动。第二节第二节 离心式水泵的工作理论离心式水泵的工作理论一、离心式水泵的分类、工作原理及性能参数一、离心式水泵的分类、工作原理及性能参数（一）分类1按叶轮数目分（1）单级水泵 泵轴上只装有一个叶轮（2）多级水泵 泵轴上装有多个叶轮按叶轮进水口数目分（1）单吸水泵 叶轮上只有一个进水口（2）双吸水泵 叶轮两侧都有进水口 按泵壳接缝形式分 （1）分段式水泵 垂直泵轴轴心线的平面上有泵壳接缝 （2）中开式水泵 在通过泵轴轴心线的平面上有泵壳接缝 按泵轴的位置分 （1）卧式水泵 泵轴为水平位置 （2）立式水泵 泵轴为垂直位置 （二）

8、工作原理 图16-2所示为一单级离心式水泵的结构示意图。它主要由叶轮、泵轴、外壳、和轴承等组成。叶轮是向水传递能量的主要部件，叶轮固定在泵轴上，由电机带动泵轴和叶轮一起转动。外壳为一螺旋形扩散室，吸水口和排水口分别与吸水管和排水管连接。水泵启动前，先灌满引水，然后启动电机。电机带动叶轮旋转，产生离心力，叶轮内的水在离心力的作用下由入口流向出口，经螺旋形扩散室进入排水管被排出。同时，叶轮入口因水被排出而压力降低，形成局部真空，吸水井中的水在大气压力的作用下，通过吸水管被压入叶轮入口，形成连续流动。图16-2 单级离心式水泵结构示意图1-叶轮；2-叶片；3-外壳4-吸水管；5-排水管；6-引水漏斗

9、叶轮是传递能量的主要部件，叶轮在转动过程中，使水的能量提高，即提高水的动压和静压，由于叶轮的流道是由窄到宽，水在叶轮中流动时，除产生损失之外，流速是逐渐降低的，一部分动压会转变为静压。水在螺旋形扩散室流动中，速度也是逐渐降低，也有一部分动压转变为静压。静压主要用来提高水位和克服管路的阻力损失。（三）性能参数 1流量 水泵在单位时间内所排出的水的体积，称为水泵的流量。用符号Q表示，单位为m3/s，m3/h。2扬程 单位重力的水通过水泵后所获得的总能量，称为水泵的扬程，用符号H表示，单位为m。（1）吸水扬程（吸水高度）：水泵轴线到吸水水面的垂直高度，用符号Hx表示，单位m。（2）排水扬程（排水高度

10、）：水泵轴线到排水管出水口中心的垂直高度，用符号Hp表示，单位为m。（3）实际扬程（测地高度）：吸水扬程与排水扬程之和，用符号Hc表示，即Hc=Hx+Hp，单位为m。3功率 水泵在单位时间内所做的功的大小，单位为kW。水泵的功率分为轴功率和有效功率。轴功率（水泵的输入功率）是指电动机传递给水泵的功率，用符号P表示。有效功率（水泵的输出功率）是指水泵传递给水的实际功率，用符号Px表示。4效率有效功率和轴功率的比值，用符号表示。5转速水泵轴和叶轮每分钟的转数，用符号n表示，单位为r/min（转/分钟）。6允许吸上真空度在水泵不发生汽蚀的条件下，水泵吸水口所允许的真空度，称为允许吸上真空度。用符号H

11、S表示，单位为m。二、离心式水泵的性能曲线二、离心式水泵的性能曲线 在水泵的铭牌上和产品样本上可查出离心式水泵的性能曲线和水泵的性能参数，图16-3所示为200D-43型水泵的性能曲线。性能曲线图反映了水泵在额定转速下，主要性能参数随流量Q的变化规律。水泵的性能曲线有四条，即扬程特性曲线（H-Q）、轴功率特性曲线（P-Q）、效率特性曲线（-Q）和允许吸上真空度曲线（Hs-Q）。扬程特性曲线（H-Q）：扬程特性曲线代表流量Q和扬程H之间的关系。从图中可以看出，当流量为0时，扬程最大，这时的扬程叫初始扬程（或零扬程），用H0表示。随流量Q的增加，扬程H逐渐降低。轴功率特性曲线（P-Q）：轴功率特性

12、曲线代表流量Q和轴功率P之间的关系。从图中可以看出，轴功率P随流量Q的增加，轴功率P逐渐增大。流量为0时，轴功率最小，所以水泵应在调节闸阀全部关闭时启动，以避免损坏电机。效率特性曲线（-Q）：水泵的效率曲线类似于抛物线状，中间高，两边低，因为，水泵在额定流量下（如D280-43额定流量为280 m3/h）的冲击损失最小，效率最高，大于或小于额定流量，冲击损失都会增大，效率降低。允许吸上真空度曲线（Hs-Q）：允许吸上真空度曲线表示水泵入口处的真空度和流量之间的关系，反映了水泵抗汽蚀能力的大小，也决定了吸入式水泵吸水高度的大小。随流量的增加，水泵入口处的真空度逐渐减小，水泵抗汽蚀能力下降，水泵的

13、吸水高度就要降低。Hs是合理确定最大吸水高度的重要参数。水泵的性能曲线全面地反映了水泵的性能，在使用和选型中具有重要作用。图16-3 D280-43型离心式水泵性能曲线 三、比例定律三、比例定律 水泵的性能参数和特性曲线是在一定的转速下得到的，当转速改变时，其性能参数和特性曲线也随之改变。比例定律就是反映水泵的性能参数随转速改变的规律。设某台水泵的转速为n、流量为Q、扬程为H、功率为P，若将水泵的转速改变为后，其性能参数的变化规律如下：即流量与转速的一次方成正比，扬程与转速的二次方成正比，功率与转速的三次方成正比，称此为比例定律。利用比例定律，可以方便地将水泵在某一转速下的性能，换算成在另一转

14、速下的性能，从而扩大水泵的使用范围。例例16-116-1 设某水泵在n=2950r/min时，流量Q=45m3/h，扬程H=70m，轴功率P=15kW，若将转速改变为=1480r/min，该水泵的流量、扬程和轴功率各为多少？m3/h m m3/h m kW第三节第三节 离心式水泵的结构离心式水泵的结构 目前，矿井主排水设备常用D型泵，而井底水窝和采区局部排水常用IS水泵。有些厂矿还继续采用一些旧式水泵如DA型、B型泵等。本节重点介绍D型泵和IS泵。一、一、D D型离心式水泵型离心式水泵 D型泵是单吸多级分段式离心式水泵，供输送清水及物理化学性质类似于水的液体，广泛用于矿山排水、工厂及城市给水之

15、用。（一）D型泵的构造图16-4所示为D型泵的结构图。D型泵主要由固定部分、转动部分和密封部分等组成。1转动部分 主要由泵轴、叶轮、平衡盘和轴承组成，叶轮和平衡盘装在泵轴上，泵轴支撑在两端的轴承上，在电动机的带动下一起转动。图16-4 D280-433型离心式水泵结构1-进水段；2-中间段；3-出水段；4-叶轮；5-导水叶片；6-返水叶片；7-放水孔；8-平衡盘；9-平衡环；10-填料压盖；11-水封环 （1）叶轮 D型泵的叶轮结构如图16-5所示，由前盘、后盘、叶片和轮毂组成，由灰口铸铁或铸钢铸造、加工而成。叶轮是水泵传递和转换能量的主要零件。主要是靠离心力的作用把能量传递给水，以提高水的动

16、能（动压）和压力能（静压）。D型泵叶片数目一般为57片，并采用后弯扭曲叶片，以减小动能增大压力能。第一级叶轮的入水口直径较大，以降低水流进入第一级叶轮的速度，提高水泵的抗汽蚀性能，其余各级叶轮入口直径相同。叶轮的质量决定着水泵的效率，是水泵中的易损件。（2）水泵轴 泵轴是传递扭矩的主要零件，支撑在两端的轴承上，它与叶轮和平衡盘用键连接，并加装轴套，以防止磨损和锈蚀，一般用碳素钢或合金钢加工制成。图16-5 叶轮结构示意图1-前盘；2-后盘；3-叶片；4-轮毂 （3）平衡盘 平衡盘和平衡座是用来平衡叶轮产生的轴向推力的。平衡盘用键固定在泵轴上，平衡座用螺钉固定在出水段。图16-6所示为叶轮轴向推

17、力产生原理图。主要原因是作用在叶轮前、后盘上的压力不平衡而产生轴向推力。从叶轮流出的高压水作用在叶轮的前、后盘上，而前盘的吸水口使前盘面积小于后盘，而高压水作用在前、后盘上的压力不等，后盘压力大，前盘压力小，产生向吸水侧的轴向推力。轴向推力很大，如不进行平衡，水泵将不能正常工作。图16-6 轴向推力产生原理图16-7 平衡盘工作原理1-末级叶轮；2-平衡座；3-平衡盘 平衡盘的工作原理如图16-7所示，平衡盘和平衡座是用来平衡轴向推力的平衡装置，其位置见图16-4。平衡盘与平衡座之间L2为平衡室，并经设计的窜水间隙L1与末一级叶轮的高压水相通，平衡盘右侧空间经回水管与吸水管相通，因此，平衡盘左

18、侧压力高，右侧压力低，产生一个和轴向推力相反的平衡力。平衡盘可以自动平衡轴向推力。当水泵启动时，平衡室内水的压力较低，平衡力较小，这时的轴向推力大于平衡力，平衡盘随泵轴向吸水侧移动，平衡室间隙L2减小，从平衡室流出的水量减小，平衡室内的压力增大，平衡力逐渐增大，当平衡力大于轴向推力时，平衡盘右移，平衡室L2间隙增大，流出的水量增大，平衡室内的压力降低，平衡力减小，当平衡力小于轴向推力时，平衡盘又向吸水侧移动，重复上述过程，自动平衡轴向推力。平衡盘平衡轴向推力应注意以下几个问题。尽量减少水泵的起、停次数，以减少平衡盘和平衡座的磨损，因水泵在启动过程中，流量小、扬程大，轴向推力较大，平衡力较小，使

19、泵轴向吸水侧窜动，使平衡盘与平衡座接触而造成磨损。要保证回水管的通畅，如果回水管堵塞，平衡盘两侧就没有压力差，平衡盘将失去作用。泵轴应有14mm的轴向窜量，因平衡盘在平衡轴向推力的过程中随泵轴左右移动，所以，泵轴要有一定的轴向窜量，以保证平衡盘能自动平衡轴向推力。（4）轴承 D型泵的轴承采用单列向心滚柱轴承，用润滑脂润滑。这种轴承允许有少量的轴向位移，以利于平衡盘平衡轴向推力。轴承两侧用“”型耐油橡胶密封圈和挡水圈防水。采用滚动轴承也减小了摩擦阻力。2固定部分 固定部分主要包括进水段（前段）、中段和出水段（末段）等部件，用拉紧螺栓连接。吸水口为水平方向并位于进水段，出水口为垂直方向位于出水段。

20、（1）进水段 进水段内的吸水室接受来自吸水管内的水，并把水均匀的导入第一级叶轮入口，降低流动损失。一般由灰口铸铁铸造加工而成。（2）中段 中段又称导叶,主要由导水叶片和返水叶片组成，其结构见图16-8。导水叶片的导水流道和返水叶片的返水流道把上一级叶轮流出的高压水以最小的损失导图16-8 D型水泵的中间段1-中段；2-导水叶片；3-返水叶片入下一级叶轮入口。导水叶片和叶轮叶片数目相差一个，以避免水流的脉动，产生冲击和振动。一般由灰口铸铁铸造加工而成。（3）出水段 出水段结构主要为一螺旋形扩散室。其作用是收集最后一级叶轮流出的高压水，并以最小的损失把水均匀的引至出口。出水段的流道为螺旋形扩散室，

21、水在流动中损失最小，并有一部分动压转变为静压，效率较高。3密封部分 水泵的密封包括各固定段之间结合面的密封、转动部分的密封（叶轮的密封、吸水侧和出水侧的密封）。固定段之间结合面采用纸垫密封。（1）叶轮的密封 叶轮的密封采用密封环进行密封。密封环又称为口环，叶轮进水口采用大口环密封，叶轮背面轮毂采用小口环进行密封，其结构见图16-9。叶轮是转动零件，叶轮与固定部分会产生磨损。为避免叶轮和固定部分的磨损，在叶轮入口加装大口环，在叶轮背面轮毂加装小口环，以便于磨损后更换口环。叶轮的进水口和背面轮毂与固定部分之间有环行间隙，高压区的水会通过环行间隙流入低压区，使水泵的流量减小、效率降低。在保证叶轮正常

22、转动的 图16-9 D型水泵的密封环1-大口环；2-叶轮；3-小口环情况下，为提高密封效果，大口环和叶轮的配合间隙应尽量小，如大口环直径为200mm时，装配间隙应小于0.35mm，磨损后的最大间隙不超过0.7mm。小口环两侧的压力差不大，要求没有大口环严格。口环磨损超过最大间隙应及时更换，以保证水泵的排水量和效率。（2）吸水侧和排水侧的填料密封 吸水侧填料密封的主要目的是防止空气进入水泵。由于水泵轴穿过进水段处有间隙，间隙又与前段的吸水室相通，而吸水室的压力小于大气压力，如果密封不好，外界大气将进入吸水室，影响水泵的正常 吸水，使水泵的流量减少，严重时产生断流。图16-10所示为D型泵吸水侧填

23、料密封结构示意图。由填料箱、填料、水封环及填料压盖组成。填料一般用浸油石棉绳，弯成圆形装入填料箱，水封环装在填料箱中间，水封环上一般有4个小孔，并由水泵中段引入的压力水进入水封环形成水封，并起到冷却和润滑作用。填料压盖的压紧程度以滴水不成线为宜（一般为1秒1滴水）。排水侧填料密封的目的是防止高压水的泄露。除没有设置水封环之外，其它结构和吸水侧相同。图16-10 D型泵吸水侧填料密封结构图1-填料压盖；2-进水段；3-轴套4-压盖螺栓；5-水封环；6-填料（二）D型泵的特点和型号含义 D型泵的特点 （1）D型泵的流量和扬程范围很大，能够满足矿山排水的需要，并有清水泵（D型）和耐酸泵（DF型）两种

24、类型；（2）水泵的结构合理，效率较高；（3）扬程特性曲线平缓，没有上凸部分，初始扬程较高，有利于水泵稳定工作，效率曲线平坦，工业利用区较大。D型泵虽然能满足矿山排水的要求，但是该系列水泵运行时，对水质要求较高，若水中含沙量和沙的粒径较大时，将影响水泵的正常工作。D型泵的型号含义以老系列200D-435和新系列D280-435为例说明其型号含义：200水泵吸水口直径；D单吸多级分段式清水泵；43单级额定扬程，m；5水泵级数；280额定流量，m3/h。二、二、ISIS型水泵型水泵 IS型水泵是国际标准离心泵，系单级单吸轴向吸入式离心泵。具有结构简单、性能可靠、体积小、重量轻、效率高、振动小等特点。

25、在矿山主要用于井底水窝和采区局部排水。（一）IS型泵的构造 图16-11所示为IS型泵的结构图，主要由泵体和泵盖、叶轮、泵轴、轴承、悬架和悬架支架、密封环、填料密封部分等组成。1泵体和泵盖 泵体和泵盖一般由灰口铸铁铸造加工而成，泵体内有螺旋形流道，用来收集叶轮排出的水，在螺旋行扩散流道内把一部分动能转化为压力能，泵体下部加工有放水孔。泵盖中主要有填料室和窜水孔，少量的高压水通过窜水孔进入填料室，起到密封、润滑和冷却作用。叶轮 叶轮由灰口铸铁铸造加工而成，单侧进水，叶轮与泵体和泵盖之间的间隙用口环密封。采用平衡孔法平衡轴向推力，即在叶轮的后盘有环行凸台，在凸台和叶轮背面轮毂之间钻有48个平衡孔，

26、以平衡轴向推力。图16-11 IS型泵的结构图1-泵体；2-叶轮；3-叶轮螺母；4-密封环；5-止动垫圈；6-泵盖；7-轴套；8-填料环；9-填料压盖；10-悬架；11-泵轴；12-轴承盖；13-悬架支架；14-联轴器部件 泵轴 泵轴由优质碳素钢锻造加工而成。一端固定叶轮，另一端接联轴器部件，并由两个滚动轴承支撑在悬架上。悬架和悬架支架 悬架由铸铁制成，内有轴承室。轴承室用来安装轴承，轴承用轴承压盖压紧。悬架支架用来支撑悬架，并安装在水泵的基础上。密封环 密封环一般由灰铸铁制成，用来减少叶轮与泵体 和泵盖之间的磨损，密封叶轮进水口和平衡环与固定部分的间隙，以减少水的泄露、提高水泵的效率。6密封

27、部分 IS泵的密封部分和D型泵吸水侧的密封相同。（二）IS泵型号含义以IS80-65-160和IS80-65-160A为例介绍其型号含义：IS国际标准离心泵；80泵进口直径，mm；65泵出口直径，mm；160叶轮名义直径，mm；A叶轮直径第一次切割。第四节第四节 离心式水泵的运行离心式水泵的运行 一、排水管路特性一、排水管路特性 水泵是和管路联合工作的，水泵产生的扬程不仅用于提高水位，还要用于克服水在管路中流动的损失（沿程损失和局部损失）。因此，水泵的工作状况不仅与水泵本身的性能有关，而且于管路的配置情况有关。（一）管路特性曲线 如图16-12所示为一台水泵和一趟管路联合工作的排水系统示意图。

28、H为水泵的扬程，1-1断面为吸水井水面，2-2断面为排水口出口断面。注意到排水时泵输送给水的压头（扬程）与水需要泵输给它的压头（扬程）是相等的，根据伯努利方程或水泵扬程的概念，则有 m（16-6）式中 vp排水管的流速，m/s；hx吸水管路的阻力损失，m；hp排水管路的阻力损失，m。根据管路的阻力损失计算，上式可变化为图16-12 排水系统示意图式中 H水泵的扬程，m；Hc测地高度，m；R管路的阻力系数，s2/m5。Q管路中的流量，m3/s；公式（16-7）叫做水泵管路的特性方程式。水泵管路的特性方程式表达了通过管路的流量与所需要的扬程之间的关系。+=该方程表示的曲线是一个二次抛物线，即把方程

29、中的Q与H画在H-Q坐标上，得到的曲线就是管路的特性曲线，见图16-13。图16-13 管路的特性曲线 二、水泵的工况点二、水泵的工况点 （一）工况点 把水泵的扬程特性曲线与排水管路的特性曲线，用同样的比例绘制在同一坐标系上，所得的交点M就是水泵的工况点，如图16-14所示。由于水泵和管路是联合工作的，水泵的流量就是管路中水的流量，水泵的扬程要全部消耗在管路中（包括提高水位、管路中的阻力损失和动能），D型泵的扬程是一条单调下降的曲线，而管路的特性曲线是单调上升的曲线，只有在工况点（工作点）M上，水泵的流量才等于管路中的流量，水泵的扬程等于能量在管路中的全部消耗，所以，水泵只能在工况点（工作点）

30、M工作。过工况点M作横坐标的垂线，得该点所对应参数称为工况参数，如QM、HM、M、PM、HSM。（二）工况点调节 因水泵的工况点是水泵扬程特性曲线和管路特性曲线的交点，所以，水泵工况的调节主要有两条途径：一是改变水泵的特性曲线进行调节；二是改变管路的特性曲线进行调节。1改变水泵特性曲线的调节方法 （）改变转速的调节法 如图16-15所示，H为水泵原特性曲线。当水泵的图16-14 水泵的工况点流量Q和扬程H比实际需要大时，按比例定律计算出调节后的转速，并作出调节后的特性曲线；当流量Q和扬程H不能满足要求时，按比例定律计算出调节后的转速，并作出调节后的特性曲线，应注意转速增大，流量和扬程相应增大，

31、要防止电动机过载和发生汽蚀。采用改变转速调节法，一是可以更换为所需转速和功率的电机，二是采用调速电机时把速度调整为所需转速。采用改变转速调节法是一种最佳的调节方法，效率几乎不变。但应注意流量和扬程都应满足要求，电机的功率要满足要求并留一定余量，流量增大时吸水高度会降低，要防止发生汽蚀。（2）减少叶轮数目调节法 当水泵的扬程过大时，可以减少多级泵的叶轮数目。减少叶轮数目，水泵的扬程特性曲线则相应下降，工况点随之变动。如果排水所需总图16-15 改变水泵转速调节法扬程为H，每一级叶轮产生的扬程为Hi，则所需要的叶轮数目为：i=H/Hi。根据所需的叶轮数目拆除多余的叶轮，但拆除叶轮时应从出水侧进行拆

32、除。若从吸水侧进行拆除会增大吸水阻力，会使水泵效率降低、产生汽蚀。（3）削短叶轮叶片长度调节法 如果水泵的流量和扬程大于实际需要，为减少电耗，可将叶轮的叶片适当削短。切削量按切削定律进行计算。式中 Q、Q切削前、后水泵的流量；、切削前、后水泵的扬程，m；、切削前、后叶轮叶片外径，mm。切削后叶轮的外径为：或 （16-9）将叶轮的直径由 切削为 后，按切割定律换算的水泵的特性曲线高于实际测定绘制的特性曲线，因此，为使换算的特性曲线和实际相符合，应该减少切割量，实际切削量按下式计算：D/2=K/（-）16-10）式中 D/2 实际切削量，mm；K 校正系数，根据比转数查取。改变管路特性曲线调节法

33、（1）闸门节流法 闸门节流法是适当关闭排水管路上的调节闸阀，增大管路的阻力，使管路的特性曲线上移，从而达到减小流量增大扬程的目的。从图16-16可以看出，当调节闸阀适当关闭时，管路的特性曲线上移，工况点由 上移至M，流量减小，扬程增大。适当关闭闸阀后，电机的功率尽管减小了N，但在闸阀处多消耗了一部分压头H，这种调节方法是不经济的。原则上不应采用这种调节方法，只是在某些特殊情况下，如工况点超出了工业利用区电机过载、水泵扬程不够等，为在更换电机、水泵之前继续排水用该方法作为临时措施。（2）管路并联调节法 在矿山排水中，必须有工作管路和备用管路，可以使工作管路和备用管路并联工作，以增大过流断面，降低

34、管路的阻力，使工况点右移，从而增大流量，这种方法叫管路的并联调节法。如图16-17所示，工作管路的特性曲线为1，备用管路的特性曲线为2，并联时把两趟管路的横坐标相加就得到并联时的合成特性曲线3。图16-17 并联管路调节法图16-16 闸门节流调节法采用管路并联实际上就相当于增大了管路的直径，管路的阻力损失系数减小，工况点从或右移至，水泵的流量增大，排水系统的效率提高。但要注意：防止电机过载；防止水泵发生汽蚀。三、离心式水泵的正常工作条件三、离心式水泵的正常工作条件 离心式水泵的正常工作条件有三个：首先是不发生汽蚀条件，二是稳定工作条件，其次是经济工作条件。（一）不发生汽蚀条件 图16-18所

35、示为一吸入式水泵，0-0断面为吸水井水面（自由面），1-1断面为水泵入口断面。水泵吸水是依靠大气压力把吸水井中的水通过吸水管压入水泵，而水泵入口处的压力不能太低，太低则水泵会发生汽蚀，产生振动和噪声，流量、扬程、功率和效率显著下降，严重时会出现断流。因此，水泵不能在汽蚀的情况下进行工作。水泵扬程下降1%，一般认为水泵发生了汽蚀。图16-18 水泵吸水示意图 要使水泵不发生汽蚀，就要使水泵入口处的压力不低于当时水温下的饱和蒸汽压，并留一定的安全余量。我国生产的D型泵，要想不发生汽蚀，图16-18 水泵吸水示意图就要使水泵入口处产生的真空度不大于HS。所以，不发生汽蚀条件为：由伯努利方程知：所以式

36、中 吸水管路的阻力损失，m。最大吸水高度为：m 水泵厂家给出的允许吸上真空度是在压力为101325N/m2（一个标准大气压）和水温为20时测出的。若当地大气压力和水温与上述条件不符，应对Hs按下式进行修正。式中 修正后的允许吸上真空度，m；水泵性能曲线上查取的真空度（压力为 和水温为20时的真空度），m；水泵安装地点的大气压力，；工作水温下水的饱和蒸汽压，。（二）水泵的稳定工作条件图16-19 水泵的经济工作条件与工业利用区 电网电压会在5以内变化，当电网电压降低时，水泵的扬程特性曲线就会下降，当水泵的零扬程H0低于实际扬程Hc时，水泵就排不出水，流量为零。电动机传递给水泵的能量就会转变成热能

37、，使水泵和管路中的水温迅速上升，水泵强烈发热，使水泵很快损坏，所以，水泵不允许长时间在零流量下工作。图16-19 水泵的经济工作条件与工业利用区水泵稳定工作条件是：（三）水泵的经济工作条件 为保证水泵经济工作，水泵的效率不能太低，要求水泵的工况效率M不低于最高效率max的8590%，并依此划定的区域称为工业利用区。即在水泵选择设计时，水泵的工况点应在该区域内，见图16-19。经济工作条件为：(0.850.9)四、提高排水设备经济运行的措施四、提高排水设备经济运行的措施 （一）提高水泵的运行效率 1选用高效水泵 在水泵选择时，就要考虑在现有产品中选择新型高效水泵，如选用D型泵。用新型水泵更换原有

38、的老产品，提高排水的效率，降低吨水百米电耗。2合理调节水泵的工况点 如果水泵的扬程过大，就会使管路的效率下降，排水系统的效率降低，吨水百米电耗增高。可以采用降低水泵转速、减少叶轮数目或削短叶轮叶片长度等方法降低水泵的扬程特性曲线，去除多余扬程，提高排水系统的效率，降低吨水百米电耗。3提高水泵的检修和装配质量 水泵检修和装配质量的高低，直接影响水泵的性能。在水泵检修和装配时，应严格按照规定进行检修和装配，以保证水泵的工作性能。在检修过程中，应对损坏的零件及时的进行维修或更换；在装配过程中，各配合部分的间隙一定要符合规定，各密封部分要密封完好，轴承部分要润滑良好等，总之，要符合检修装配要求和水泵完

39、好标准。（二）减小排水管路的阻力损失 选择管路时应选较大管径 管路的内径不同，阻力损失不同，管径越大阻力损失越小。因此，在选择管路时，应选择较大内径的管子，把工况点设计在工业利用区的右侧，减小排水管路的阻力损失，提高管路的效率，降低吨水百米电耗。但应注意：要防止电机过载；吸水高度会降低，要防止发生汽蚀，特别在高原地区更要注意。2定期清除管路积垢 由于矿水中泥沙的存在，会在管路的内壁产生积垢，积垢越厚管路的内径越小，管路的阻力就会增大。为提高管路的效率，应定期清理管路的积垢。清理管路积垢的方法很多，如盐酸清理法，碎石清理法，蒸汽清理法等。可根据矿井排水的具体情况，找出新的、有效的清理方法。3缩短

40、排水管路的长度 如斜井排水，可改为钻孔垂直排水，虽然增加了一定的钻孔费用，但可以使管路的长度大大缩短，节约一定的管材费，使管路的阻力损失减小，节约电耗。据资料统计，钻孔排水比斜井排水可节约电耗1236.5%。4采用多管并联排水 采用多管并联排水，相当于增大了管路的直径，降低了管路的阻力损失，提高了管路的效率，可以节约电耗，降低吨煤排水电耗。但应该防止电机过载和发生汽蚀。具体参阅“多管并联调节法”。（三）改善吸水管路的特性 改善吸水管路的特性，主要是降低吸水阻力，节约电耗，增大吸水高度（在高原地区特别重要），减少吸水管路的故障等。主要有选择直径较大的吸水管，采用无底阀排水，正确安装吸水管路等措施

41、。1选择直径较大的吸水管 吸水管内径大，水在流动时的流速就小，管路的阻力损失就小，可以达到节约电耗，增大吸水高度的目的。正确安装吸水管路，正确合理地确定吸水管路，以免发生汽蚀；尽量减少吸水管路附件，以减小吸水阻力；在吸水管和水泵入口处应安装一段长度不小于3倍直径的直管，以使水流以均匀的速度进入水泵，如需安装异径管，应安装长度等于或大于大小头直径差的7倍且为偏心的异径管；吸水管任何部位都不能高于水泵入口。3采用无底阀排水 无底阀排水就是去掉底阀（保留滤网或更换无底阀滤水器），而水泵在启动时，利用射流泵或真空泵等，向水泵充灌引水，启动水泵。据测定，吸水管路中的阻力约有70%来自底阀，阻力不仅增大了

42、电耗，降低了吸水高度，而且常使吸水管路产生故障。采用无底阀排水可以解决上述问题。下面以采用射流泵充灌引水为例说明无底阀排水的原理和工作过程。图16-20所示是采用射流泵进行无底阀排水示意图。工作原理：打开高压阀门8和低压阀门7，排水管9中的高压水，经水源管5从喷嘴4中以很高的速度喷出，并经混合室3、颈口2和扩散管1流入大气。混合室中的空气随水流喷出，在喷嘴处形成真空，水泵和吸水管中的空气被抽出。吸水井中的水在大气压力作用下，被压入吸水管和水泵，达到向水泵充灌引水的目的。喷射泵实现无底阀排水的优点：减小了吸水管路的阻力损失，提高了吸水高度，消除了因底阀的存在而引起的故障，节约了电耗；1-扩散管；

43、2-颈口；3-混合室；4-喷嘴；5-水源管图16-20 喷射泵实现无底阀排水示意图6-吸水管；7-低压阀门；8-高压阀门；9-排水管射流泵结构简单、运行可靠，用排水管中的水作为工作水源，不需要增加动力设备；可配合自动阀门实现水泵工作的自动化。采用无底阀排水应注意的几个问题：用射流泵实现无底阀排水时，如果没有其它水源管，泵房内至少要留一台有底阀的水泵，以解决第一次启动和管路漏水或检修喷射泵不能充灌引水的问题；水源管上的高压阀门最好采用板式闸阀，充灌引水时并注意把阀门开大；滤网最好更换为无底阀排水滤网；防止射流泵喷嘴的锈蚀；各处的密封要良好，以免喷射泵工作时漏气，影响水泵吸水；要加强矿水的清洁沉淀

44、，避免矿水中的杂物堵塞水泵吸水口。（四）实行科学化管理 1简化排水系统 将几个排水系统尽量合并，将分段排水改为单段排水。在现有水泵的扬程满足排水要求的情况下，应采用单段直接排水系统。2定期清理水仓、及时清理吸水井 防止水中的杂物进入吸水管和水泵造成堵塞或泄露，减少矿水中的泥沙、煤尘对水泵叶轮的磨损。3合理确定水泵的开、停时间：应根据本矿涌水量和负荷变化情况，合理地确定水泵的工作时间段，应尽量避免在用电高峰开泵，在用电低谷进行工作。第五节第五节 离心式水泵的操作、维护及故障处理离心式水泵的操作、维护及故障处理 一、操作一、操作 （一）水泵启动前的检查 1启动前，检查全部螺栓、管路连接是否紧固；2

45、检查全部仪表、阀门及仪器是否正常；3检查润滑油（脂）是否正常；4检查电动机的接线、转向是否正确；5检查填料压盖的松紧程度，并盘车23转，检查水泵机组转动部分是否灵活、是否有卡阻现象。（二）水泵的启动 通过检查完全正常后，向水泵充灌引水，引水满后，关闭放气栓，启动电动机，电动机转速达到正常后，打开调节闸阀。对于无底阀排水水泵的启动，用射流泵或真空泵向水泵充灌引水，引水是否灌满，应观察真空表，当达到要求的真空度时，启动电动机，电动机转速达到正常后，打开调节闸阀。（三）水泵的运行 1水泵只能允许在规定的参数范围内运行，特别是流量不能超出工业利用区右侧，否则会使电机过载，也易发生汽蚀；2经常注意观察电

46、压、电流是否正常。当电流、电压的变化超出5%时，应停车检查原因，并进行处理；3检查轴承温度是否正常，润滑是否良好；4经常观察压力表、真空表的指示是否正常，以确定水泵的扬程是否满足要求，水泵是否有汽蚀现象；5注意声音及震动情况，检查螺栓及连接部分是否有松动，是否有汽蚀噪声；6检查水泵的填料密封情况，检查填料箱的温度是否正常，填料压紧程度是否合适；7查回水管是否畅通、水量是否正常，检查吸水井水位变化情况，底阀或滤水器应在水面以下0.5m；8填写运行记录。准确填写运行记录，定期总结，一般几个月就可以得到水泵是否需要维修的可靠资料。（四）停泵 停泵时，将排水管上的调节闸阀（吐出阀）关闭，关闭电机，泵停

47、止后，关闭真空表和压力表。如有吸入阀的水泵，当泵停稳后关闭吸入阀。停泵后应注意：如果水泵短期内不工作，应将泵内的水放空，以免锈蚀和冬季冻裂；如果长期停泵，应对水泵进行油封，同时，分开联轴器，每隔一定时期，让电机空转一次，以免电机受潮。紧急停泵时，直接按下停止按钮。二、维护二、维护 为保持水泵高效稳定的工作状况，泵必须经常维护、维修，维修的项目和每次维修的间隔时间取决于水泵的工作条件和水泵的运行状况。定期检查泵的性能（如流量、扬程、振动等），并作好记录，按记录数据去分析泵是否正常工作，是否需要维修，或确定要维修的部位。在一般情况下，工人坚持精确的测试、记录，并定期分析总结记录，每隔几个月就可以得

48、到是否要维护的可靠资料。对主排水水泵的中修一般为6个月，大修 12个月。一般来讲，雨季煤矿井下的涌水量最大，水泵的中修、大修最好在雨季前检修，包括备用水泵。除中修、大修外，下面的维护是经常的。检查水泵底座、泵、电机是否紧固；检查仪表、引线的状况；检查管路是否泄漏、松动或有无其它形式的损坏，如需维修应立即进行检修；检查填料及压紧情况，压盖太紧会影响填料寿命；轴承润滑油每工作1000小时应更换一次，或按厂家规定进行更换。水泵的维修最好根据矿井的具体情况，总结经验，得到更换零部件、中修、大修的可靠间隔时间。如有些矿井，泥沙含量较大，叶轮、平衡盘等磨损就较大，更换叶轮和平衡盘的时间就会短，清理回水管的

49、时间也会短。所以，要根据本矿的实际情况，制定出维修制度，并按维修制度严格维护，确保水泵高效稳定工作，保证安全生产。三、故障处理三、故障处理 水泵在运行中会出现故障，了解离心式水泵常见的故障，分析查找出故障产生的原因，并及时地排除故障，对保证水泵的正常工作具有重要意义。离心式水泵常见故障、产生故障的原因及处理方法见下表表表16-3 离心式水泵常见故障原因与排除方法离心式水泵常见故障原因与排除方法故障现象产生原因排除方法水泵不出水未灌满引水或底阀泄漏填料箱或真空表连接处漏气水泵转速不够底阀未开或滤水器堵塞水泵转向不对吸水高度过大重新灌满水，消除泄漏处理漏气处，重新安装真空表检查电源电压检查底阀，清

50、理滤水器重新接线将吸水高度降到允许值水泵启动后，只出一股水就不上水了吸水管中存有空气吸入的水中有过多的气泡吸水管或吸水侧填料不严密底阀有杂物堵塞排除空气检查滤水器是否浸入水下0.5m处理漏气、拧紧连接螺栓或填料压盖清除杂物泵壳局泵壳局部发热部发热水泵在闸门关闭的情况水泵在闸门关闭的情况下，开动时间较长下，开动时间较长平衡盘回水管堵塞平衡盘回水管堵塞水泵起动后及时打开水泵起动后及时打开闸门闸门清理回水管清理回水管水泵排水泵排水量不水量不足，排足，排水压力水压力降低降低转速不足转速不足吸水管漏气或滤水器堵吸水管漏气或滤水器堵塞塞填料箱漏气或水封管堵填料箱漏气或水封管堵塞塞叶轮堵塞或损伤叶轮堵塞或损

51、伤叶轮与导叶中心末对正叶轮与导叶中心末对正密封环磨损太大，泵内密封环磨损太大，泵内水泄漏过多水泄漏过多调整电压调整电压清除漏气，清洗滤水清除漏气，清洗滤水器器更换填料，疏通水封更换填料，疏通水封管管清洗更换叶轮清洗更换叶轮重新调整叶轮与导叶重新调整叶轮与导叶更换密封环更换密封环填料箱填料箱发热发热填料失水填料失水填料压得太紧填料压得太紧填料压的偏斜填料压的偏斜检查填料是否装正，检查填料是否装正，水封管有无堵塞水封管有无堵塞适当放松填料适当放松填料调正填料调正填料水泵震水泵震动动基础螺钉松动基础螺钉松动电动机与水泵中心不电动机与水泵中心不正正泵轴弯曲泵轴弯曲轴承磨损过大轴承磨损过大转动部分有擦碰

52、现象转动部分有擦碰现象水泵转子与电动机转水泵转子与电动机转子不平衡子不平衡拧紧螺钉拧紧螺钉重新找正电动机和水重新找正电动机和水泵中心泵中心校直或更换泵轴校直或更换泵轴修理或更换轴承修理或更换轴承查出原因，消除擦碰查出原因，消除擦碰检查、修理水泵及电检查、修理水泵及电动机转子动机转子水泵有噪水泵有噪音，流量、音，流量、扬程猛增扬程猛增或排水中或排水中断断流量过大流量过大吸水管阻力太大吸水管阻力太大吸水高度太大吸水高度太大适当关闭闸门适当关闭闸门检查吸水管、底阀检查吸水管、底阀是否正常是否正常适当降低吸水高度适当降低吸水高度轴承过热轴承过热用润滑脂时，油量过用润滑脂时，油量过多多油质不良或油量不足

53、油质不良或油量不足轴承过度磨损，轴瓦轴承过度磨损，轴瓦装得过紧装得过紧泵轴弯曲或联轴器不泵轴弯曲或联轴器不正正平衡盘失去作用平衡盘失去作用重新装配重新装配换油或加油换油或加油修理或调整轴承和修理或调整轴承和轴瓦轴瓦校直泵轴，调正联校直泵轴，调正联轴器轴器检查回水管是否堵检查回水管是否堵塞，平衡盘与平衡环是塞，平衡盘与平衡环是否磨损，并进行疏通或否磨损，并进行疏通或更换更换起动负荷过起动负荷过大大填料压得太紧填料压得太紧叶轮、平衡盘安装不叶轮、平衡盘安装不正确，转动部分与固定部正确，转动部分与固定部分有摩擦或卡碰现象分有摩擦或卡碰现象排水闸门未关闭排水闸门未关闭平衡盘回水管堵塞平衡盘回水管堵塞适

54、度放松填料适度放松填料压盖压盖检查并重新调检查并重新调整整关闭闸门关闭闸门疏通回水管疏通回水管运转中的功运转中的功率消耗过大率消耗过大轴承磨损或损坏轴承磨损或损坏填料压得过紧或填料填料压得过紧或填料箱内不进水箱内不进水泵轴弯曲或轴心没对泵轴弯曲或轴心没对正正叶轮与泵壳或叶轮密叶轮与泵壳或叶轮密封环发生摩擦封环发生摩擦排水管路破裂，排水排水管路破裂，排水量增加量增加更换轴承更换轴承放松填料压盖放松填料压盖或疏通水封管或疏通水封管校直或调正泵校直或调正泵轴轴调整、修理或调整、修理或更换叶轮泵壳叶轮更换叶轮泵壳叶轮密封环密封环检修排水管路检修排水管路复习思考题复习思考题1简述离心式水泵的工作原理。2排水设备主要有哪些部分组成？试述各组成部分的作用。3汽蚀现象产生的原因是什么？最大吸水高度是如何确定的？4简述水泵的正常工作条件。5何谓水泵的工况点？6工况点调节的方法有哪些？7简述D型水泵的结构组成及其特点。8轴向推力是如何产生的？D型水泵是如何平衡轴向推力的？9吸、排水侧的填料装置各起什么作用？有何不同？10离心式水泵为何要在关闭闸阀的情况下启动和停车？11提高排水设备经济运行的措施有哪些？