矿井机电常用计算实例文档格式.docx

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600

78

DM280-43×

6

258

280

MD450-60×

240

450

200D40×

335

以上水泵，后四种扬程富裕量较大，经流量、效率对比，MD500-57×

4型水泵，效率高，耐磨性好，且扬程比较接近，初选水泵型号为MD500－57×

4，水泵的额定流量Qe=500m3/h，额定扬程He=228m，额定效率81%，其型号的意义：

该水泵为上海第一水泵厂生产的耐磨型矿用排水泵，不仅效率高，汽蚀性能好，运行平稳可靠，而且采用合金耐磨铸铁材料，适用煤矿输送固体颗粒含量不大于1.5%，粒度小于0.5mm的矿井水。

水泵特性曲线图如3-1所示。

3-1MD500－57×

4水泵特征曲线图

4、水泵稳定性校验

为保证水泵工作稳定性，应符合0.9H0≥HC，其中，H0为水泵零流量时的扬程。

自特征曲线图查得，H0=284m，

0.9H0=255.6m≥HC=175.5m

满足稳定条件0.9H0≥HC的要求，检验合格。

水泵扬程校验

需要水泵总扬程为：

H＝170+5.5+10.127＝185.627（m）

考虑后期水泵磨损使扬程降低，管内壁结垢使阻力增大，所以所选水泵扬程应比计算值大5～8％；

即：

　H泵=（1＋8％）×

H

＝1.08×

185.627＝200.48m

水泵的扬程为：

57×

4=228（m）＞200.48（m）

所以水泵MD500－57×

4的扬程符合要求。

5、确定水泵台数

根据《煤矿安全规程》第二百七十八条规定：

水泵必须有工作、备用和检修水泵。

比较QB、Qmax、Qe可知，正常涌水时期需要水泵的台数：

n1==

=0.84≈1（台）

最大涌水期需要投入工作水泵台数

n1+n2==

=1.31≈2（台）

除些之外还需要一台检修水泵。

即工作水泵台数n1=1，备用水泵台数n2=1，检修水泵台数n3=1，共计三台水泵。

（三）确定管路趟数、计算管径

1、管路趟数确定

1.1管路选择依据

《煤矿安全规程》第二百七十八条规定：

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。

1.2确定管路趟数

正常涌水时期一台泵工作，最大涌水时期两台泵工作，另外一台水泵作为备用检修水泵。

根据各涌水期投入工作的水泵台数，选用两趟排水管路，正常涌水期时可任意使用一趟排水管工作，另一趟备用，最大涌水期时，两管同时排水，单泵单管工作。

2、计算管径选择管材

2.1必需的管内径

按照一泵一管工作方式选择管径。

经济流速选VP=2.2m/s。

（1）排水管径：

dp=

==0.284（m）

自《五金手册》中，选取相近的标准管径，初选管径为Φ299与Φ325无缝钢管，两者对比确定。

（2）吸水管径：

吸水管内径通常比排水管内径大25mm，以降低流速，减少损失，取得较大的吸水高度。

dx1=dp1+25×

10-3

=0.299+25×

10-3

=0.309（m）

dx2=dp2+25×

=0.325+25×

=0.350（m）

自《五金手册》中，选取相近的标准管径，初选管径为Φ325与Φ351无缝钢管，两者对比确定。

2.2选择管材

选择管材主要依据管路将要承受水压的大小，为保证管路的安全性，选择无缝钢管。

必需的厚度包括两部分，一部分为承压厚度，另一部分考虑到运输和其它原因形成的表面损伤需必须事先增加的厚度。

管壁必须的厚度：

δ　=0.5dpC

=0.5×

27.5×

=　0.4783（cm）

dp－标准管内径cm；

σ－为许用应力，查《五金手册》得无缝钢管许用应力σ＝800kg/cm2；

P－为管内液体压强，作为估算P=0.11HPkg/cm2，HP为排水高度；

C－为附加壁厚，无缝钢取C＝0.2cm；

《五金手册》中Φ299、Φ325、Φ351无缝钢管，最小壁厚为0.8cm，大于管子必须厚度0.4783cm，符合要求。

排水管分别选取Φ299×

8和Φ325×

8两种壁厚的无缝钢管，计算对比后确定一种。

吸水管选取Φ325×

8和Φ351×

选取Φ299×

8每米重57.41kg，Φ325×

8每米重57.41kg，Φ351×

8每米重57.41kg。

采用三泵两管管路系统，从-920m至-750m，每趟管子约450m，共计900m。

（四）计算管路特性

1、管路特性方程

管路特性方程可写成

H＝Hc＋KRTQ2（m）

HC－排水高度　　175.5m

　　　RT－管路阻力损失系数s2/m5

　　　Q－通过管路的流量m3/s

　　　K－管内径变化而引起阻力损失变化的系数，对于新管K=1，对于管内挂污管径缩小10%的旧管K=1.7

分别按两种方案计算管路特性方程，方案二为吸水管为Φ351×

8，长度8m；

排水管为Φ325×

8，长度450m计算。

最后分别绘制出管路特性曲线，对比后确定最佳方案。

2、方案一

按吸水管为Φ325×

8，长度8m，排水管为Φ299×

8，长度450m计算管路特性方程；

2.1计算沿程阻力系数

根据舍维列夫公式，吸水管、排水管的沿程阻力系数分别为：

λx==

=0.0299

λp==

=0.0307

式中：

dx－吸水管内径　m

dp－排水管内径m

2.2局部阻力损失系数

（1）吸水管路局部阻力：

无底阀滤水网一个，一个90°

弯头，渐缩管一个，阻力损失系数查手册可得出，统计表如6-1所示；

（2）排水管路局部阻力：

闸阀一个，逆止阀一个，电动闸阀一个，90°

弯头二个，焊缝70个，阻力损失系数查手册可得出，统计表如6-2所示。

吸水管局部阻力损失系数统计表

序号

吸水管：

名称

数量

阻力损失系数（ξx）

1

无底阀滤水网

3

2

90°

弯头

0.206

渐缩管

0.1

=3+0.206+0.1

=3.306

排水管局部阻力损失系数统计表

排水管：

阻力损失系数（ξp）

闸阀

0.5

0.206×

逆止阀

7.5

单流三通

2.0×

5

电动闸阀

斜弯头

1.0×

7

焊缝

70

0.03×

2+0.206×

2+7.5+2.0×

2+1.0×

2+0.03×

70

=17.012

2.3管路特性方程

（1）根据阻力损失系数公式：

RT=（s2/m5）

ldx==

=34（m）

ldp==

=166（m）

RT=

=0.260×

=2826.07（s2/m5）

则管路特性方程式：

H＝HC＋KRTQ2

　＝175.5＋2826.07Q2，其中Q以单位（m3/s）计；

Q以单位（m3/h）计:

H＝175.5＋Q2

＝175.5＋2.18×

10-4Q2

2.4确定工况点

（1）绘制管路特性曲线

参照水泵的流量范围，选取十个流量值，代入管路特征方程分别算出排水所需扬程，列表如下：

水泵流量与扬程对应表表

Q（m3/h）

200

250

300

350

400

550

H（m）

175.5

184.2

189.1

195.1

202.2

210.4

219.7

230.0

241.5

253.9

将以上各点绘在MD500－57×

4型水泵特性曲线图上，连接起来即得到管路特性曲线，它与泵扬程特性曲线的交点即为工况点，工况点所标各参数值即为水泵预计的工况参数值。

工况点分别作垂线与各效率、吸水真空度曲线、功率曲线可得到其流量、扬程、轴功率、效率和允许吸上真空度。

分别Q、H、N、η、HS表示，如下图所示：

水泵工况图

（2）确定工况点

从水泵工况图中可以看出，工况点为K点，于工况点K点分别作垂线与各曲线的交点，即为相应的扬程、效率、轴功率、允许吸上真空度，对应的参数如下表：

水泵工况点参数表表

流量

（m3/h）

扬程

（m）

效率

（%）

轴功率（kw）

允许吸上真空度

505

225

80

390

5.3

（3）验算排水时间

根据工况点的流量，验算正常涌水1台工作水泵一条管路配合时和最大涌水时期两台工作水泵分别和两条管路单泵单管配合时，每昼夜必须的排水时间分别为：

Tz＝

＝＝16.57（h）

Tmax＝

＝＝13.0（h）

Qk－工况点的流量　m3/h

无论正常涌水期和最大涌水期，每昼夜的排水时间均不超过20小时，符合《煤矿安全规程》的规定。

（4）验算管路流体流速

排水管流速校验

MD500－57×

4与Φ299×

8无缝钢管配合排水工作时，实际流速为：

V=

=

=2.23（m/s）

排水管路中流体流速经济流速范围为1.5～2.2m/s，不符合经济性要求。

3、方案二

按吸水管为Φ351×

8，长度8m，排水管为Φ325×

3.1计算沿程阻力系数

=0.0292

=0.0299

3.2局部阻力损失系数

弯头，渐缩管一个，阻力损失系数查手册可得出，统计表如6-4所示；

弯头二个，焊缝70个，阻力损失系数查手册可得出，统计表如6-5所示。

3.3管路特性方程

（1）根据阻力损失系数公式：

=35.0（m）

=201.8（m）

=1876.11（s2/m5）

（2）则管路特性方程式：

　＝175.5＋1876.11Q2，其中Q以单位（m3/s）计；

Q以单位（m3/h）计：

＝175.5＋1.45×

3.4确定工况点

181.2

184.5

188.5

193.7

198.6

204.8

211.7

219.3

227.6

从水泵工况图可以看出，工况点为K点，对应的参数如下表：

548

218

405

5.1

＝＝15.26（h）

＝＝11.98（h）

　无论正常涌水期和最大涌水期，每昼夜的排水时间均不超过20小时，符合《煤矿安全规程》的规定。

校验排水管流速

4与Φ325×

=2.03（m/s）

排水管路中流体流速经济流速范围为1.5～2.2m/s，符合经济性要求。

4、方案比较

水泵MD500－57×

4分别与Φ299×

8无缝钢管配合和与Φ325×

8无缝钢管配合工作时，两种方案流量、扬程及排水时间都能满足排水要求，但与Φ299×

8无缝钢管配合工作时，实际流速为2.23m/s，流速偏大，不在1.5～2.2m/s经济流速范围内，与Φ325×

8无缝钢管配合工作时，实际流速为2.03m/s，在1.5～2.2m/s经济流速范围内，长期运行时，由于第二种方案排水单耗低，经济性好，因此选择第二种方案。

5、电动机选型

5.1必须电动机容量

Nd=

=480.10（kw）

Nd－电动机必需的容量（kw）；

ρ－矿水密度，1020kg/m3；

Q－工况流量m3/h；

H－工况扬程m；

η－泵工况效率

ηc－传动效率，一般取0.95～0.98，直联取ηc=1；

K－富裕系数，当Q<

20（m3/h）时取K=1.5，当Q=20～80（m3/h）时取K=1.3～1.2，当Q=80～300（m3/h）时取K=1.2～1.5，当Q>

300（m3/h）时取K=1.1。

5.2电动机选择

电动机的转速必须等于水泵的转速；

电动机的电源电压采用矿井原有高压电源的电压等级6KV；

电动机的构造能防潮

自电机产品根据电机必需容量及供电电压、水泵转速，选择电动机型号为JSQ158－4型，电压等级6KV，额定功率500kw，转速1480r/min。

N=500kw＞N0=480.10kw

所以所选取电动机功率符合要求。

实例二、皮带机选型计算

1、已知条件:

（1）巷道长度为400米，运输量：

600t/h。

（2）皮带机参数：

采用SD-150皮带

运输量:

Q=630t/h电机功率N=2×

75输送带为6级难燃整芯带，胶带单重:

qd=13kg/m,胶带强度G=1000kg，胶带宽度1000mm,带速:

V=1.9m/S

上托辊采用3节槽形托辊单重:

qg′=13kg/m

下托辊采用平形托辊单重:

qg″=5.76kg/m

上托辊阻力系数:

ω′=0.04

下托辊阻力系数:

ω″=0.035

单位长度货载重量:

q＝＝87.72（kg/m）

运输系统示意图为:

重段阻力:

Wzh1-2=（q+qd+qg＇）×

g×

L×

ω＇

=（13+87.72+13）×

9.8×

400×

0.04=17831（N）

空段阻力:

Wxk3-4=（qd+qg″）×

ω″

=（13+5.76）×

0.035=2574（N）

3、各点张力计算:

最小张力:

Szmin=5（q+qd）×

1.5=5（87.72+13）×

1.5=7402.92（N）

初张力选取:

Sc=12000（N）

S2=Sc=12000（N）

S1=S2+Wzh1-2=12000+17831=29831（N）

S3=S2/1.05=12000/1.05=11429（N）

S4=S3-Wxk3-4=11429-2574=8855（N）

S5=S6=S4/1.052=8032（N）

S7=S2×

1.05=31323（N）

4、电机功率校验:

N＝＝

=82.3（kw）<

150kw满足要求

5、安全系数校验：

m＝==31.92>

14符合要求

6、围包角验算：

α=180×

ln（31323/28343）/（3.14×

0.25）=312.3°

<

470°

符合要求

实例三、双钩绞车能力验算

（一）计算依据

1、井筒参数

提升斜长：

1160m井筒倾角：

170

提升容量：

双钩串车（矸石车）6辆

提升钢丝绳规格：

6×

7+1-φ32-1500m

钢丝绳单位重量：

3.5kg/m

钢丝绳公称抗拉强度：

155kg/mm2

钢丝绳破断拉力：

62600kg

2、提升机铭牌技术数据

型号：

2JK-3/20

卷筒直径：

3m卷筒宽度：

1.5m卷筒数目：

钢丝绳最大静拉力：

13000kg（13t）

钢丝绳最大静拉力差：

8000kg（8t）

机器旋转部分变位重量（不包括电机变位重量）22588kg

3、减速箱技术特征

ZHLR-130传动比：

i=20

最大输出扭矩30000kg.m

4、电动机铭牌技术特征

JRQ158-10

功率：

310KW频率：

50HZ转速：

590转/分定额：

连续

额定电压：

6KV额定电流：

40A接法：

Y绝缘等级：

B级

转子电压：

446V转子电流：

422A飞轮转矩：

340kgm2

过载倍数：

2.0

5、提升性质：

物

提升容器矿车自重：

600kg

提升载荷：

1800×

6=10800kg

天轮规格：

φ1400mm

6、过卷距离：

20m

（二）提升机参数验算

1、矿车钩头牵引力F的验算

＜，符合要求。

2、提升机强度验算

①最大静张力Fj的验算

②最大静张力差Fc的验算

3、钢丝绳安全系数验算

，符合要求。

4、 

提升机动力学参数验算

⑴提升系统总变位质量的计算

⑵速度图的计算

初速度V0=1.0m/s，初加速度a0=0.3m/s2，V1=1.5m/s，主加、减速度：

a1=a3=0.5m/s2

最大提升速度：

①串车在下、上平车场启动加速和终止减速运行

②串车在井筒中加、减速运行

③串车在井筒中等速运行

④一次提升循环时间：

5、提升机动力学参数计算

⑴串车在井底车场运行，a0=0.3m/s2

初加速开始时：

初加速终了时：

初加速阶段等速开始时：

初加速阶段等速终了时：

加速开始时：

加速终了时：

等速开始时：

等速终了时：

减速开始时：

减速终了时：

低速减速开始时：

低速减速终了时：

制动开始时：

制动终了时：

⑻速度图、力图

6、电动机功率验算

⑴按发热条件验算

Pd=（KW）

等效时间：

Td=a（t0+t01+t1+t3+t4+t5）+t2+βθ

a—考虑低速运转时电机散热不良系数，一般取

β—考虑停车间歇时间电机散热不良系数，一般取

Td=（3.33+28.33+7.26+7.26+28.33+3.33）+228.8+×

25=276.1（s）

等效功率：

＜[310KW]，满足要求。

⑵按工作过负荷验算

≤0.80～0.85

式中:

Fmax—力图中最大拖动力7813kg

λm—电动机的过负荷系数λm=2.0

==0.67≤0.80～0.85，满足要求。

7、制动系统的验算

⑴最大工作油压值的计算

Pm—最大油压值，MPa

2.75—换算系数

K1—倾角影响系数

K—制动力矩计算倍数，根据质量系数C计算。

当0＜C＜1时，；

当1＜C＜1.75时，；

Fc—实际使用张力差，N

n—制动器液压缸数量

A—制动液压缸有效面积，mm2

C—系统综合阻力，MPa

，K1=0.65；

，则：

＝4.2（MPa），整定4.5MPa

⑵一级制动时间计算：

t===1.54（s）

⑶一级制动