崔慶畢

(大同煤礦集團 大斗溝煤業(yè)有限公司,山西 大同 037003)

排水系統(tǒng)中水泵揚程的分析計算

崔慶畢

(大同煤礦集團 大斗溝煤業(yè)有限公司,山西 大同 037003)

以一礦井水抽排工作為例，介紹了水泵排水揚程計算過程中管路沿程損失和管道局部水頭損失的計算方法，為排水系統(tǒng)泵的選型設(shè)計提供了有益借鑒。

水泵；排水揚程；冷拔無縫鋼管；水頭損失；沿程損失；局部損失

我國的絕大部分煤炭資源賦存于地下，因而煤礦生產(chǎn)基本上都是在地下進行的。礦井在建設(shè)和生產(chǎn)過程中，地面水和地下水通過裂隙、斷層、塌陷區(qū)等各種通道涌入礦井，為保障煤礦安全、高效生產(chǎn)，礦井水抽排工作顯得尤為重要。在排水工作中，排水設(shè)備的選擇尤為重要，水泵作為排水系統(tǒng)的主要設(shè)備，是排水的動力來源，其提供的動力能否滿足排水要求，成為現(xiàn)場生產(chǎn)實踐中水泵選擇的關(guān)鍵。除了需要滿足排水流量的要求外，水泵還必須滿足揚程要求。在生產(chǎn)實踐中，對水泵揚程(額定壓力)選擇極為關(guān)鍵，一旦揚程不能滿足要求，井下水將不能排放到指定地點。然而，在設(shè)備選型設(shè)計中，不少工作人員把水泵揚程直接等效于排水高度，這在短距離比較光滑的管壁輸送情況下，可能會滿足排水要求；但在煤礦，由于排水輸送距離較遠，且選擇排水管道一般為冷拔無縫鋼管(一般9 m一段，通過法蘭盤連接)，排水阻力較大，水泵揚程除了要滿足水泵運行時的凈揚程外，還要考慮運輸過程中的水頭損失。在管路輸送過程中，水泵的管道系統(tǒng)包括管路及其附件，因而管路水頭損失包括管道沿程水頭損失與局部損失。

文章將以排水高度為310 m、長度為1 060 m、流量為85 m3/h，采用DN100(4寸)新冷拔無縫鋼管作為排水管的礦井水抽排為例,對水泵揚程的計算進行詳細說明。

1 排水揚程計算公式[4]

在抽排工作中，水泵排水揚程的計算公式為：

(1)

式中：H為水泵的需要揚程，m；hst為水泵運行時的凈揚程(排水高度)，hst=310 m；h為管道水頭損失，m；(v2c-v2j)/2g為進、出水的流速水頭差，因管徑、流量一致，故(v2c-v2j)/2g=0；hf為管道沿程水頭損失，m；hj為管道局部水頭損失，m；λ為沿程阻力系數(shù)；ζ為局部水頭損失系數(shù)；l為管道長度，l=1 060 m；d為管道直徑，d=100 mm；v為管道中水流的平均流速，對于圓管

由式(1)可知，要想計算出排水揚程，單單知道凈揚程(排水高度)是不夠的，還需要計算確認管路沿程損失hf與管道局部水頭損失hj。

2 管路沿程損失的計算[6]

管路沿程損失hf的的計算公式如下:

2.1 通過莫迪曲線確定λ值

圖1 莫迪曲線圖

(1)雷諾系數(shù)Re。雷諾系數(shù)Re的計算公式為：

式中：υ為運動黏度，在20 ℃時水的運動粘度υ=1.008×10-6m2/s。那么

表1 鋼材管道管壁絕對粗糙度

2.2 通過計算方式確定λ值[10]

3 管道局部水頭損失的計算[7]

根據(jù)現(xiàn)場實際，查詢給排水設(shè)計手冊，同時咨詢廠家，得出下列水頭局部阻力系數(shù)，如表2所示。故管道局部水頭局部損失為：

4 所需排水揚程

將計算分析得到的結(jié)果代入公式(1)，即可得到排水高度為310 m,長度為1 060 m，流量為85 m3/h,采用DN100(4寸)新冷拔無縫鋼管進行抽排工作時所需水泵揚程為：

H=hst+h+(v2c-v2j)/2g=

5 結(jié)語

在礦井水的抽排工作中，水泵管頭損失與運輸長度、運輸管路及管路附件、排水所含雜質(zhì)均有關(guān)。管路損失與運輸距離成正比關(guān)系，管路越長，管路水頭損失越大；同時也與輸送管路內(nèi)壁粗糙度，管道輸送彎頭數(shù)量有關(guān)，粗糙度越高，彎頭越多，管路水頭損失越大；輸送液體運動粘度越大雷諾系數(shù)越小，沿程阻力系數(shù)越大，管路水頭損失越大。因此，在現(xiàn)場實際中，排水管路鋪設(shè)應(yīng)盡量使其直線鋪設(shè)，并需定期對管道內(nèi)壁除垢，以減小粗糙度，降低管路水頭損失。尤其是礦井水雜質(zhì)含量高，且復(fù)雜多變，因而其運動粘度與密度相對于標(biāo)準(zhǔn)值要高，故在設(shè)計選型時應(yīng)充分考慮此因素影響，在選擇水泵揚程時留有余量，以避免長距離、高揚程的礦井水抽排過程中因管壁結(jié)垢、粗糙度增加而造成排水困難。

[1] 劉鵬亮，張 勇，張 強.礦用水泵揚程的測量方法研究[J].煤礦機械，2015，28(3)：:27-29.

[2] 李福固.調(diào)整礦井主排水泵揚程的方法[J].煤礦機電，2002(3)：49-50.

[3] 馬 悅，高金良，常 魁.管路阻力實測技術(shù)在給水管網(wǎng)建模中的應(yīng)用[J].低溫建筑技術(shù)，2009,31(2)：100-102.

[4] 魏育添，吳應(yīng)德.水泵選型方法的研究[J].蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2000(4)：15-18.

[5] 李志耕，高建平.機井節(jié)能技術(shù)問答[J].地下水，1988(4)：234-239.

[6] 孫 濤.泵站管路損失計算[J].糧油加工與食品機械，1979(10)：36-47.

[7] 王桂秋.管道系統(tǒng)中局部阻力計算[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2000(2)：5-7，18.

[8] 姚雪蕾，袁成清，付宜風(fēng).管道內(nèi)壁粗糙度對沿程阻力系數(shù)的FLVENT數(shù)值模擬分析[J].船海工程，2015(6)：101-106，110.

[9] 廖啟徽.圓管內(nèi)定型湍流的流速分布規(guī)律[J].西安礦業(yè)學(xué)院學(xué)報，1991(3)：71-74.

[10] 孫載正.沿程阻力系數(shù)計算簡化方法[J].山東紡織工學(xué)學(xué)報，1988(2)：16-20.

Application and calculation of the head of water pump in mine water drainage system

CUI Qing-bi

(Dadougou Coal Co., Ltd., Datong Coal Mines Group, Datong 037003, Shanxi, China)

An introduction is made in the paper to the methods for determining the head loss along the total length drainage pipe and the local head loss of the piping system in calculation of the pumping head, with the mine water drainage operation at a coal mine cited by way of example. This provides a useful reference for the design or selection of water pump for mine water drainage system.

water pump; pump head; cold-draw seamless steel pipe; loss of head; head loss along total length of drainage system; local head loss

1001-3571(2016)04-0055-03

TD442+.2

B

2015-12-10

10.16447/j.cnki.cpt.2016.04.015

崔慶畢(1987—)，男，云南宣威市人，助理工程師，從事礦井大型設(shè)備技術(shù)管理工作。

E-mail：504080156@qq.com Tel: 0352-7997863, 13835227148

崔慶畢. 排水系統(tǒng)中水泵揚程的分析計算[J]. 選煤技術(shù)，2016(4)：55-57.