矿井排水设备的经济流速.pdf
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1、2 0 1 0年第 4期 煤炭工程 矿井排水设备 的经济流速 陈 华 ( 北京圆之翰煤炭工程设计有限公司,北京1 0 008 8 ) 摘要:排水管径决定管路效率 ,工况点位 置及水泵工况点效率 ,最终决定设计 方案的经 济性 ,在经济流速 中寻求最佳流速以保证设计方案的经济性不是 明智 的方法。最佳流速不一定 在经济流速限定范围内,经济流速对优化设计无实际意义。 关键词:经济流速;最佳流速 ;管路效率;工况点效率 ;排水电耗 ;最佳管径 中图分类号:T D 7 4 4 文献标识码 :B 文章编号:1 6 7 1 0 9 5 9 ( 2 0 1 0 ) 0 4 _ ( ) 0 0 7 - ( )
2、 3 矿井排水设 备选 型设计 中 ,经济 流速是个 比较 含糊 的 概念,在通常选型设计方法中,它却是个重要参数。经济 流速决定了排水管径的选型结果,所规定的经济流速范围 似乎成了不可超越的经济指标。本文对经济流速在选型中 的价值 以及 当经济流 速在 1 52 2 m s 范 围内应如何 选取 最佳值进行了探讨 。 1 m s 为分界点 ,分界点以左即01 m s 段 随变 化幅度 大,管内流速 V稍减小,单位重量 W大幅提升;分界点以 右即大于 l m s 段 W随 变化幅度较小 。 结论 :在 大于 1 m s的流速段 ,特别在 1 5 2 2 m s 段范围内,随管内流速 减小,单位
3、重量 提升幅度不大, 投 资费用与其功效相 比较 为经 济。 1 经济流速与管路投资 2经济流速与设计方案的经济性 排水设备选 型设计 中,初选 水泵后 ,排 水管 路 中流量 Q的范围基本 确定 ,排水管路流量计算式 : q = ( 1 ) 式中可见:排水管径 与管内流速 的不同组合保证了管 路流量 Q值 ,其函数关系为: 吃 = ( 2 ) 对一定的流量 Q,d 随 的增大而减小,管内流速 在 0 1 m s 段 ,随着 的减小 ,排 水管径 d 大幅度 增加 ;在 大于 1 m s 段 ,随管 内流速增加 ,d 逐渐减小 ,减小幅度 比 较平缓。南此可见 ,管内流速 在 01 m s 段
4、是不经济的, 应尽量使管内流速 在大 于 l m s的范围 内,经 济流速 1 5 2 2 m s 正在此范 围内。 将式 ( 2 ) 代入排水管单位长度的重量计算公式 : =2 4 6 6 0 ( d + ) ( 3 ) 式 中 排水管单位长度 的重量 ,k g m; 6 排水管壁厚 ,m; 可得到排水管单位重量 与管内流速 的函数关系式 : , _ :8 2 2 + 2 4 6 6 0 ( 4 ) V 分析计算式( 4 ) 可知 : 排水 管单位重量 随管 内流速 的变化规律也是 以 = 排水设备选型设计方案的经济性,体现在总体费用即 初期投资费用与运转费用之和最小,初期投资中管路投资 受
5、设计方案影响最大,其余 的设备、管路附件购置费及安 装费受 设计方案 影响较 小 ;排水 设备 运转费用 中,操作 人 员工资、维修费等经营费用与设计方案经济性关系不大, 排水电耗是应着重考虑的因素。运转中设备不断磨损 ,管 路 污垢 不断沉 积 ,使 排水 电耗逐 年增 加 ,为计算 简便 ,按 每年电耗都相同计算十五年电耗 ,不再计算电耗增加部分。 评价排水设备选型设计方案经济性的总体费用可简化为管 路投资费用与 十五年排水 电耗之和 ,即 : C =l p w C l+1 5 E C 2 ( 5 ) 式中c 设计方案的经济指标,元 ; z 排水管路总长度 ,m; E 排水 电耗 ,度 ;
6、 C 钢管单位重量的价格 ,元 k g ; 电费价 格 ,元 度 。 分 析计算式 ( 5 ) 可 知 : 在确定的矿井条件下 ,1 为确定的值,C 、C 受市场 因素决定 ,决定设计方案 的经济指标 C的因素 只有 W和 。 排水电耗计算式 : E: Q 丝一 1 0 0 0 36 00 叩d 叩 n +n z r ( k w WY) ( 6 ) 收稿 日期 :2 0 0 91 0 2 0 作者简介 :陈华 ( 1 9 6 5一) ,女 ,河北唐 山人 ,高级工程师 ,毕业于唐 山工程技术学 院( 现河北理 工大学 ) ,现北京 圆 之翰煤炭工程设计有限公司从 事煤矿设计 工作 。 7 学兔
7、兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 0年第 4期 式 中Q 工况点流量 ,m h ; 工况点扬程 ,m; , 7 水泵工况点效率 ; 传动效率; 可 d 电机效率 ; 叼 电网效率 ; n 一正常、最大涌水期水泵工作台数,台; 、 l眦正常、最大涌水期水泵每 日工作时问,h ; r z 、r 正常、最大涌水期水泵工作 日数,日。 正常涌水期水泵 每 日工作 时间: = ( 7 ) 式 中q 正常涌水量 ,m 。 h 。 最大涌水期水泵每日工作时间: = ( 8 ) ( ) 式中g 一最大涌水量 ,m 。 h 。 管路效率 仇 : H ( 9 ) 式
8、中 排水垂高,m。 将式( 7 ) 、( 8 ) 、( 9 ) 代入( 6 ) 整理得: E = 2 4 q z r , +q m = r 1 1 0 0 0 3 6 0 0 叼d ( 1 0) 将式( 4 ) 、( 1 0 ) 代人( 5 ) ,则设计方案的经济指标: c - 8 2 2 6 。 C1 + 1 5 C 22 4 +口 r 一 1 1 0 0 0 3 6 0o 7 叼d 7 J, 7 g 在确 定 的矿井 条件下,Q 、 c 。 、 c 2 、 占 、 、 1 、 r z 、 q r 虹 、 7 、 吼、 卵 均为基本确定的值 ,管内流速只影响管路投 资费用,对排水电耗无任何影
9、响。排水电耗是影响经济性 指标 C的主要 因素 ,当水泵工况点效率 与管路效率 叩 乘 积 卵 最大时,排水电耗最小 ,排水设备总体费用最小, 设计方案最经济 。 影响管路效率 叼 水泵工况点效率 的因素。管路效 率 田 计算式( 9 ) 中,工况点扬程日也是工况点处管路阻力, 满足管路特性方程 : H = +R Q ( 1 2 ) 式中R 管路阻力损失系数,其值为: 专 专 + +警 。 式 中l 吸 、排水管的长度 ,m; 、d D 吸 、排水管的内径 ,m; 1 2 m s ,按舍维列夫公式计算 : A = ( 1 4 ) 排水设备管路系统布置方案确定后,z 、z 、 都是确定 的值 ,
10、管路 阻力 系数 主要 取决 于管 路 直径 d ,d 越大 ,阻力 系数 越 小 ,管路特性方 程 中,对应于 不同流量 Q的各点,管路阻力 H都相应减小,管路效率 町 随管路阻力H减小而增大,即随排水管径 d 增大而增大。 水泵工况点效率 田,由管路特性 曲线与水泵特性曲线 交点决 定 ,水泵 特性 曲线 中 ,水 泵扬 程是随 流量增大 逐渐 减小的;对确定的管路 ,其管路特性 曲线中,管路阻力随 流量增大逐渐增大,管路直径越大,管路效率 叼 越高,管 路 阻力随流量增大 幅度越小 ,其 与水泵特 性 曲线 的交点 即 工况点随管路效率 叩 的增大向右下方偏移;在水泵效率最 高点右侧 ,
11、虽然水 泵工 况点 效率 田随流量 增大 有所 下降 , 但 叩 乘积随之增大 ,排水电耗随之降低。 排水管径 d 同时影响管路效率 叼 水泵工况点效率 ,是影 响排水 电耗的决定 因素。在排水设计方案 的经 济性 指标 c中,管路投资所占的比例是极小的,而且排水管径 增大使管路投 资有小 幅增加 ,会使排 水 电耗 大幅 降低 ,使 排水设备投资运转的总体费用大幅降低。排水管径 d 受水 泵正常工作条件及管 路布置 条件 限制 ,满足 限制条件 的最 大排水管径是最佳管径。 设计方案的经济性最终取决于排水管径 d 。 ,水泵选定 后 ,流量是一定 的,对 于确定 的排水 管路 ,管 内流速
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