煤矿自动排水控制系统设计说明书本科毕业论文设计(编辑修改稿)

煤矿自动排水控制系统设计说明书本科毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

性，才能保证设备的正确设计和型号的正确选择，进而保证系统工作的可靠性，安全性。 本设计以以上为指导思想。 本设计要完成的主要任务 在这次毕业设计中，主要完成以下任务。 ，包括 排水方案确定，排水管路计算及水泵选型，水泵安装图设计，水泵基础 设计。 方案的选择是设计的第一步，在方案选择时，由于是在井下，除了要 保证 整个系统中排水设备 占用的空间足够小， 还要有足够的空间方便进行 维修。 要让维修方便，就必须要保证好机组间的距离，太大 了 占用空间，太小了又不方便工人维修，一般 间距设置 在 mm ~ 之间。 2. 主电路设计：电动机选型计算及启动方案选择，短路、过载保护设计计算。 主回路的设计，电路的各种保护功能应该齐全，电动机选型合理，功率太小无法排水，太大则不节能，功率损失大。 3. 控制回路设计：可编程序控制器选型设计，触摸屏选型，软件程序设计。 电器部分的设计是这次设计的核心部分，要注意电器的正确选型，有三个变化量：水位高低，涌水量和排水量。 为了使系统达到在最佳节能方式下工作，必须使涌水量等于排水量。 4. 水位控制系统设计：保护回路设计，电器元件选型。 在排水系统 中，水位控制系统是很重要的部分，在高低水位时，系统都要自动报警，因此必须安装有水位控制器。 贵 州大学本科毕业论文（设计） 第 4 页 第二章 排水系统设计 排水方案的确定 煤矿排水系统作为煤炭生产过程中的一个重要环节。 因此，排水系统的可靠性高低一定程度 上决定了整个煤矿生产过程中工作人员的生命安全。 在国家节能减排政策的要求下，还得综合考虑整个煤矿排水系统的经济性、环保性、节能性和实用性。 一方面，要求设计施工人员在选择排水器材时要综合考虑购买排水器材的费用、使用过程中的能源消耗费用以及管理和维护器材的成本费用，因此在选择器材时要选用性价较高的排水器材。 另一方 面必须设置得有备用 水泵 和备用 水管 ，只有这样，才能保证在工作 机组 出故障、 不能工作甚至在煤矿矿井涌水量超常的情况下能利用备用机组进行排水或 检修。 其次还要求设计人员在设计过程中选用功率适当的电动机、性能优良的水泵和符合要求的管道。 还要按要求降低系统运行过程中的噪音，保证系统机组启停时无有害冲击，管路中阀门的阻尼要小，尽量减少在排水过程中产生的振动。 根据《煤矿安全教程 20xx》中 第二百七十八条 规定，煤矿 中 水泵 设置 必须有工作、备用和检修的水泵。 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。 水管 设置 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。 工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在 20h内排出矿井 24h 的最大涌水量。 而在实际应用中，单台水泵的排水量往往达不到矿区的要求，以及使用单台水泵的可靠性差等原因，因此，需 要利用多台离心泵并联同时运行。 水泵在并联运行时，即使使用的是同一厂家同一型号的水泵，也不能完全认为单台泵性能完全相同，实际运行中负荷有变化，且管路中的阻力损失不能忽略，这些影响到水泵的运行特性。 所以掌握水泵实际并联运行特性的变化规律，有着十分重要的现实意义。 并联运行后每台泵输送的流量减少，扬程却要升高一些，这是因为并联后共用管路流量增大，阻力也相应增大，贵 州大学本科毕业论文（设计） 第 5 页 需要相应提高扬程来克服阻力损失。 因此，并联水泵台数过多并不经济。 因此，在本毕业设计中，采用三台工作水泵，一台备用、检修水泵，以及其自己的独立的排水水管，简 称“三用一备”单泵单管排水系统。 设置三台工作水泵和自己独立的排水管路，出水水管直径减小，在煤矿矿井中布置水管容易，同时避免了各水泵在排水过程中的互相干扰，而且水泵排水能力能根据矿井实际情况提高和改变，同时系统的可靠性增加。 在现代给水排水工程中采用采用“三用一备”给水排水系统的比较多，技术较成熟。 因此本设计采用“三用一备”单泵单管 的 煤矿排水系统。 管材的选择及排水系统水力计算 管材的选择 排水水管有两种，分别为工作水管（即工作水泵使用的水管）和备用水管（即工作水泵使用的水管）。 因为使用的水泵型号一致，每台水泵 的排水流量一致，所以两者管径一致。 排水过程中 大多数时间使用的是工作水管， 只有 当其出现堵塞等故障时就得利用备用水泵和备用水管，以保证在检修时不影响排水系统排水能力。 如果没有选择合适的管材，根本就难以完成这样的设计。 目前我国给水排水管管材琳琅满目，大体上可分为金属管和非金属属管两大类。 应用较多的金属管分为钢管和球墨铸铁管。 其中钢管有焊接钢管和无缝钢管。 焊接钢管又分为螺旋缝焊和直焊钢管，其中直焊钢管较为常见。 无缝钢管分为冷轧管和热轧管，冷轧管最大 mmDN 200 ，热轧管最大 mmDN 600。 钢管中还有不锈钢管，但由于造价较高，未曾推广使用。 这些管材中，铸铁管承受工作压力一般为 ~ ，且耐腐蚀，价格较便宜，因为材质硬而脆。 非金属管材有混凝土管、钢筋混凝土管、玻璃钢管、石棉水泥管、塑料管和复合塑料管等。 混凝土管和钢筋混凝土管价格较低，节省钢材，耐腐蚀、耐高压，但重量较大，质地脆，装卸运输较困难，维护难度大。 石棉水泥管和玻璃管易损坏。 塑料管有 PE 管、 PVCU 管、 ABS 管等。 PE管卫生条件好，柔韧性好，抗冲击强度高，工 作压力有 、 、 、 MPa 、 的档次；公称外径有mmD N 1000~16 ；缺点是易燃，受热易变形。 PVC 管不导电，不导热且阻燃，目前主贵 州大学本科毕业论文（设计） 第 6 页 要规格有 mmD N 700~15 十多种；管材公称压力有 和 两种规格；管道连接方法有承插式连接、粘结剂粘结两种。 ABS 工程塑料耐腐蚀性极强，耐冲击性极好，韧性强；主要规格有公称直径 mmD N 400~15 十多种；管道许可压力为 、 、 三种规格；使用温度 CCT  70~20 ；管道的连接方法主要是 用冷胶溶接法；缺点是不耐高温，不阻燃。 PVC 和 ABS 材料质量轻，密度为钢铁的 7/1 左右。 无缝钢管的机械强度较最好，可以承受内外高压，公称压力一般可达 5Mpa；管材可焊性较好，能适用于复杂的地形，适用于建筑内要求较高的排水管路。 钢管最大的缺点是易腐蚀。 现在钢管均采用镀锌钢管，镀锌管分冷镀管和热镀管。 冷镀管由于镀的锌不致密、不均匀、稳定性较差，一般使用寿命不到 5年，就会出现“红水”、“黑水”现象。 热镀管保护层均匀致密，附着力强。 结合水管管材的优缺点，以及煤矿排水水管对管 道承受压力、工艺性、强度和防腐蚀的要求，选用热轧、热镀锌的无缝钢管。 排水系统的水力计算 设计依据：流量为 hm/903 ，扬程为 100m。 ⑴管径确定 根据流量公式 udqg 42 ]1[ 2（ 1） 式中 gq 水泵排水流量 sm/3 ； d 水管管径 mm ； u 流体流速 sm/。 得 uqd g4 2（ 2） 因为采用三用一备单泵单管排水系统，所以单台工作泵流量 smhmq g /0 0 8  贵 州大学本科毕业论文（设计） 第 7 页 根据 [建筑给排水手册 ]，取 smu / 所以 uqd g4   圆整后取 mmDN 100 符合 [ 建 筑 给 排 水 手 册 ] 中的 40~~25 DNDN , smu /~ ，smuDNDN /,70~50 ， DN80 及以上的管径， smu /。 ⑵ 沿程水头损失计算 根据水力学基本原理，管理的沿程水 头损失可以按水力坡降进行计算。 公式如下： HHHH IX  ]2[ 2（ 3） IHHI  ]3[ 2（ 4） 0 5 gjh qdCI  ]4[ 2（ 5） 式中 IH 管道沿程损失 mKPa/ ； H 水泵富余扬程，一般为 mm 30~10 ； I 水力坡降，即管道单位长度水头损失（ mKPa/ ）。 gjh qdC , 值查阅有关手册 取 m20H ， 因选取的水管为 热轧、热镀锌的无缝钢管， 根据 [建筑给排水手册 ]以及拥有的参数，查 得 100hC ， 100jd ， gq ，所以 qd105 CI  008   2（ 6） IHHI    2（ 7） 贵 州大学本科毕业论文（设计） 第 8 页 HHHH IX    2（ 8） 水泵 选型 选泵 的 依据 水 泵 选型，应根据 设计的 工艺流程 和 排水要求，从 以下几 个方面加以考虑 ： 流量是选泵的重要性能数据之一，它直接关系到整个 排水系统 的 排水 能力。 在工艺设计中 计算出水泵 正常、最小 和 最大三种流量。 选 泵时，以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常可取正常流量的。 水泵的理论 扬程是选泵的又一重要数据，一般要 按 放大 5%— 10%余量后 得到 的扬程来 进行水泵 选型。 (3)液体性质，包括液体介质名称，物理性质，化学性质和其它性质，物理性质有温度 C密度 D，粘度 U，介质中固体颗粒直径和气体的含量等，这涉及到系统的扬程，有效气蚀余量计算和合适泵的类型 ； 化学性质，主要指液体介质的化学腐蚀性和毒性，是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。 (4) 排水 系统的管路布置条件。 吸 入 侧 的 最低液面，排出侧 的 最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等 都要加以考虑， 以便进行 水泵 扬程计算和汽蚀余量的校核。 但是其中最主要的 依据是所需要的流量。 选泵原则 水泵的选择应该以以下几个为原则： (1)使所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、吸程等工艺参数的要求。 (2)必须满足介质特性的要求。 (3)机械方面可靠性高、噪声低、振动小。 贵 州大学本科毕业论文（设计） 第 9 页 (4)经济上要综合考虑到设备费、运转费 ， 维修 费和管理费 等，力求使 的 成本 最低 (5)离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、 结构简单 、输液无脉动、性能平稳、容易操作和 维修 方便等特点。 综上所述，水泵的选择原则就是 要 满足 在 最不利工况的条件下 水泵 同样能 够 正常工作，并且在 考虑各种工况 下 ，尽可能节约投资，减少能耗。 对水泵台数和型号进行选定，满足对水量和水压的要求。 从经济和管理上对水泵台数和工作方式进行确定，做到投资，维修费最低，正常工作能耗最低。 水泵选型 本设计中 使用 了 三台工作水泵，一台备用水泵，但每台水泵 都 设置 了独立的排水管路。 为了便于 采购 及系统的管理 ， 选取相同型号的四台水泵。 水泵 主要有叶片泵、齿轮泵、离心泵 三种类型 ，这些水泵的原理及优缺点参见《液压元件与系 统》。 在选取水泵的时候主要考虑两个参数，即排水流量 Q 及扬程 H。 设计依据是hmQ /90 3 ， mH 100。 由于存在沿程损失，局部阻尼损失等，所以水泵的实际流量和扬程要比设计流量和扬程大。 水泵在运行时，流量减小系数 %70~%60Q ，这里取 %60Q ，则每台工作水泵的流量 hmQ /50%603903 3`  。 根据上一章节，得 mHH X 。 立式水泵虽然节约安装面积，但由于煤矿矿井安装空间有限，吊装困难，所以选择卧式离心水泵。 综合上述因数考虑，参照 [卧式水泵隔振及安装 ]，选取 IS8050315 型卧式离心水泵。 其参数为：流量 hmQ /60~30 3 ，扬程 mH 123~128。 与之匹配的电机型号为Y200L22，电动机参数为：额定转速 min/2900 rnN  ，额定功率 KWPN 37。 为了自动控制方便，这里将水泵进行以下分组编号，如表 21。 表 21 水泵分组 首先启动机组 联动启动第一台机组 联动启动第二台机组 备用机组 1 号 2 号 3 号 4 号 贵 州大学本科毕业论文（设计）。