并联排水管路特性方程的确定.pdf

第 1期 2 01 5年 3月 水 力采煤 与 管道 运输 HYDRAUL I C C OAL MI NI NG ＆ P I P EL I NE T RANS P 0RT AT1 0N No ．1 Ma r ．2 0l 5 D O I ： 1 0 ． 1 4 1 8 7 ／ j ． c n k i ． e n l 3—1 1 8 5 ／ t n ． 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 0 3 并联 排水管路特性 方程 的确定 张 书征 ( 云 南 能 源 职 业 技 术 学 院 ， 云 南曲靖 6 5 5 0 01 ) 摘 要 ： 煤矿主排 水常采 用并联排 水 管路 系统 。管路并 联排 水 ， 需要 正确 建立 管路特 性 方程 进 行 管路 流动 阻力计 算 ， 以准确确 定水 泵工 况点。通过 分析 ， 给 出 了并联 管路特 性 阻力损 失 的 计算公式 ， 正确确定 了水 泵工况点 ， 并校验 了系统运行的可行性 与可靠性 。 关键词 ： 排 水 系统 ； 并联 管路 ； 特性 方程 ； 计算 方法 中图分类号 ： T D 4 4 2 ． 1 文献 标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 6—0 8 9 8 ( 2 0 1 5 ) 0 1— 0 0 0 7— 0 2 在煤矿主排水系统中， 为降低阻力损失 ， 便 于进行工况调节 ， 常采用并 联管 路排水 。并 联排 水管路系统 是指采 用一 台( 或多 台 ) 水 泵 和两趟 以上管路 并 联进 行 排水 的管路 系 统 。采 用 并联 管路排水相 当于增 大 了管 径 ， 降低 排水管 路 的阻 力损失 ， 提高排水管路效 率 ， 降低 排水 能耗 ， 达 到 节能减排 的 目的。 正确计算并联 管路 特性 ， 对 确定 并联 管路 排 水系统水泵运行 的工况 点 ， 确定水 泵 的最大 吸水 高度 ( 水泵 的安装 高度 ) ， 防止 发生 汽蚀 ， 以及 校 验 电动机 的容量等都具有实际意义 J 。 1存 在 的 问题 有关文献 资料 所 载实 际工程 中， 对两 台性 能 相 同和管路 特性相近 的两条 管路 系统并联 排水 ， 一 般不 计算 管路 的特性 ， 而是 采用 扬程 相 同 ， 两 趟管路特性 曲线横坐标 ( 流量 ) 相加 ， 得到并联 管 路 的特性 曲线 ， 从 而确定水泵 的工况点 。 在煤 矿主排 水系统 中 ， 采 用两 趟管 路并联 排 水 时 ， 实 际管 路 系统 应分 为 三个部 分 ： 一 是从 分 流节点 至井 口的两趟并 联管 路 ； 二是从 分流 节点 至水泵 出 口的管路 ； 三是 吸水 管路 ， 并联 管路 系 统 为三部分 管 路 串联 后 的管 路 。不 详 细计 算 管 路 的特性 参数 ， 而按两 趟管路 特性 曲线叠加 得到 管 路 的特性 曲线 ， 显 然存 在误 差 ， 所 得 到 的工况 点也不够 准确 。通过计 算 和实 际验证 ， 一般 工程 中 ， 采用 上 述 方 法 得 到 的结 果 与 实 际 的误 差 在 1 8 ％左右 。因此 ， 在实 际工 程 中， 应 准 确计 算 并 联排水 管路 的特性 ， 以便 求得 水泵工 作正确 的工 况 点 。 2 并联 排水管路特性参数计算 2 ． 1 管路分析 现以一 台水 泵 ， 两 趟 管路 为 例 ， 对并 联 管 路 进行 分析 ， 以准确确 定并联 管路 的特性 。该 系统 主要 由吸水管 路 ， 水 泵 、 水 泵 至节点 的一 段排 水 管路 3以及排 水 管路 1 、 2组成 。两趟 并 联管 路 排水系统如 图 1所示 。 吸水管 至 井 口 图 1 两趟 管路 排水 示 意图 从 图 1可 以看 出， 要 准确 计算该 并联 管路 的 特性 ， 首先要计 算 出排水 管路 1和 2并联后 的等 效管路特性 ， 再计算 水泵及 其 至节点 的排水管 路 3以及吸水管路 的特 性 ， 三 者阻 力之 和 即为该 并 联排水管 路的特性 。 2 ． 2管路 阻力计算 2 ． 2 ． 1 并联 等效 管路 阻力 设管路 1管 阻为 、 流 量为 Q ； 管路 2管 阻 为 R 、 流量为 Q ， 两管路 的排水高度为 。 由于 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年 3月 水力采 煤 与管道 运输 第 1期 从 节 点 分 流 后 ， 两 管 路 的 能 量 相 等 ， 郡 为 H ， 所 以 ， 两管路 的特 性方 程分 别为 ： H =H +R。 Q 和 H =H +R Q 。 设两管路 的损失分 别 为 h 和 h ， 该损 失 包 括 沿 程损 失 、 局部 损 失和 出 口处 的速 度水 头 ， 显 然 ， 。 = ： = R Q i = ， 所 以 ， Q 。 = √ ， ^√／ 。 假设 并联 管路 总流量 为 Q， 则 Q=Q +Q ：= + ， 所 c 去+ 去 把管路 1和管路 2两管路 的特性方程 合并 ， 方 程 可变为 ： 2 H =2 H +2 h 。根据上述推导 ， 方程 可 写 为 = 2 + 2 + 云 Q 2 ， 所 以 ， 日 者+ 去 Q 2 。 设两并联管 路 1和 2的等效 管阻 为 R ， ， 则两 并联 管 路 等 效 特 性 方 程 为 ： 之和 ， 即 R=R +R +尺 ， 则并联管 路的特性方 程 为 ： H=H +R Q ( 2 ) 式 ( 2) 即 为所 求 并 联 管 路 排 水 系 统 特 性 方 程 。在 实际工 程 中 ， 根 据所 计 算 的并 联 管 路 ， 求 出管 阻 R ， 、 和 R ， 即可 方便 地求 出并 联管 路 系 统 的总管阻 ， 进 而依方 程 ( 2 ) 求 出并 联 管路 系统 的总排水阻力 日。 3 结语 在煤矿主排水 系统 中 ， 常常采 用并 联 管路对 水 泵工况进行调节 ， 这 对保证 水泵 正常运 行 和节 能都具有重要作 用 。并联 管路特 性 的计 算 ， 是 正 确确 定水 泵 工况 点 的基础 ， 所 以 ， 在采 用 并联 管 路排 水 时 ， 应通 过计 算 管路 特性 ， 确定 水 泵工 况 点 ， 以校验采用并联 管路排 水 系统运行 的可 行性 和可靠性 J 。 参 考文 献 ： = 日 + R 。 Q ( ) 霎 丽 等 - 工 程 流 体 力 学 M 北 京 式中： R =( — ≥ + — ) ～。 √R R 2 2 ． 2 ． 2 管路特性方程计算 排水管路 的特性方程为管路 1和 2的等效 管 路与水泵 至节 点 间 的排水 管 路 3以及 吸水 管 路 三段管路 串联后 的管 路特性方程 。 设水泵 的排水 高 度 为 ， 水 泵 的扬 程 为 ， 总管阻 为 R， 水泵至 节点 间 的排水 管路 的管 阻为 R‘ ，吸水管 路 的管 阻 为 。根 据 串联 管 路性 质 ， 总管路排 水 阻力 等 于 串联管 路 中各 段 管路 管 阻 8 【 2] 张 书 征 ． 矿 山 流 体 机 械 [ M] ． 北 京 ： 煤 炭 工 业 出版 杜 ， 20l 1． [ 3 ] 国家安全生产监督管理总局， 国家煤矿安全监察局． 煤矿 安 全规程 [ S ] ． 北 京 ： 煤炭 工业 出版社 ， 2 0 1 1 ． 作者 简 介 ： 张 书征 ( 1 9 6 6 ～)， 男 ， 河南省 商丘 市人 ， 副教 授 ， 从 事矿 山机 械教 学及 流体 机械 应 用研 究工作 。 E —ma i l ：z h a n g s h u1 69@ s i na ．c o rn Te l ： 1 89 8 74 3 28 06 收 稿 日期 ： 2 0 1 5—1—2 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m