排水系统中水泵扬程的分析计算

崔庆毕

(大同煤矿集团 大斗沟煤业有限公司,山西 大同 037003)

排水系统中水泵扬程的分析计算

崔庆毕

(大同煤矿集团 大斗沟煤业有限公司,山西 大同 037003)

以一矿井水抽排工作为例，介绍了水泵排水扬程计算过程中管路沿程损失和管道局部水头损失的计算方法，为排水系统泵的选型设计提供了有益借鉴。

水泵；排水扬程；冷拔无缝钢管；水头损失；沿程损失；局部损失

我国的绝大部分煤炭资源赋存于地下，因而煤矿生产基本上都是在地下进行的。矿井在建设和生产过程中，地面水和地下水通过裂隙、断层、塌陷区等各种通道涌入矿井，为保障煤矿安全、高效生产，矿井水抽排工作显得尤为重要。在排水工作中，排水设备的选择尤为重要，水泵作为排水系统的主要设备，是排水的动力来源，其提供的动力能否满足排水要求，成为现场生产实践中水泵选择的关键。除了需要满足排水流量的要求外，水泵还必须满足扬程要求。在生产实践中，对水泵扬程(额定压力)选择极为关键，一旦扬程不能满足要求，井下水将不能排放到指定地点。然而，在设备选型设计中，不少工作人员把水泵扬程直接等效于排水高度，这在短距离比较光滑的管壁输送情况下，可能会满足排水要求；但在煤矿，由于排水输送距离较远，且选择排水管道一般为冷拔无缝钢管(一般9 m一段，通过法兰盘连接)，排水阻力较大，水泵扬程除了要满足水泵运行时的净扬程外，还要考虑运输过程中的水头损失。在管路输送过程中，水泵的管道系统包括管路及其附件，因而管路水头损失包括管道沿程水头损失与局部损失。

文章将以排水高度为310 m、长度为1 060 m、流量为85 m3/h，采用DN100(4寸)新冷拔无缝钢管作为排水管的矿井水抽排为例,对水泵扬程的计算进行详细说明。

1 排水扬程计算公式[4]

在抽排工作中，水泵排水扬程的计算公式为：

(1)

式中：H为水泵的需要扬程，m；hst为水泵运行时的净扬程(排水高度)，hst=310 m；h为管道水头损失，m；(v2c-v2j)/2g为进、出水的流速水头差，因管径、流量一致，故(v2c-v2j)/2g=0；hf为管道沿程水头损失，m；hj为管道局部水头损失，m；λ为沿程阻力系数；ζ为局部水头损失系数；l为管道长度，l=1 060 m；d为管道直径，d=100 mm；v为管道中水流的平均流速，对于圆管

由式(1)可知，要想计算出排水扬程，单单知道净扬程(排水高度)是不够的，还需要计算确认管路沿程损失hf与管道局部水头损失hj。

2 管路沿程损失的计算[6]

管路沿程损失hf的的计算公式如下:

2.1 通过莫迪曲线确定λ值

图1 莫迪曲线图

(1)雷诺系数Re。雷诺系数Re的计算公式为：

式中：υ为运动黏度，在20 ℃时水的运动粘度υ=1.008×10-6m2/s。那么

表1 钢材管道管壁绝对粗糙度

2.2 通过计算方式确定λ值[10]

3 管道局部水头损失的计算[7]

根据现场实际，查询给排水设计手册，同时咨询厂家，得出下列水头局部阻力系数，如表2所示。故管道局部水头局部损失为：

4 所需排水扬程

将计算分析得到的结果代入公式(1)，即可得到排水高度为310 m,长度为1 060 m，流量为85 m3/h,采用DN100(4寸)新冷拔无缝钢管进行抽排工作时所需水泵扬程为：

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

5 结语

在矿井水的抽排工作中，水泵管头损失与运输长度、运输管路及管路附件、排水所含杂质均有关。管路损失与运输距离成正比关系，管路越长，管路水头损失越大；同时也与输送管路内壁粗糙度，管道输送弯头数量有关，粗糙度越高，弯头越多，管路水头损失越大；输送液体运动粘度越大雷诺系数越小，沿程阻力系数越大，管路水头损失越大。因此，在现场实际中，排水管路铺设应尽量使其直线铺设，并需定期对管道内壁除垢，以减小粗糙度，降低管路水头损失。尤其是矿井水杂质含量高，且复杂多变，因而其运动粘度与密度相对于标准值要高，故在设计选型时应充分考虑此因素影响，在选择水泵扬程时留有余量，以避免长距离、高扬程的矿井水抽排过程中因管壁结垢、粗糙度增加而造成排水困难。

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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

崔庆毕(1987—)，男，云南宣威市人，助理工程师，从事矿井大型设备技术管理工作。

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

崔庆毕. 排水系统中水泵扬程的分析计算[J]. 选煤技术，2016(4)：55-57.