机电一体化毕业设计-矿用流体机械设备选型计算Word文档格式.doc
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（1）分析说明设备的结构和工作原理；
（2）完成设备整体选型计算；
（3）完成对各设备的使用、维护和故障诊断；
2、图纸
（1）总体设计完整、图纸表达清晰、标注采用国家最新标准；
（2）完成整机装配图纸设计，保证结构方案确定最优化；
（3）完成各设备的机房布置图；
四、毕业生应提交的毕业设计资料要求
（1）毕业设计说明书必须打印成册；
（2）同时提交电子文档；
（3）电子文档的格式是；
①.说明书必须是Word,DOC和EXCEL,XLS
②.图纸提交的电子文档资料必须是AUTOCAD.Dwg的格式
（4）邮箱地址（E-Mail）:
yqgxe@
2、图纸：
（一）设备图
（1）排水设备布置图————1张（A0）
（2）通风设备布置图————1张（A0）
（3）空压机房设备布置图————1张（A0）
注意：
手工给图不得少于三分之一，其余为AUTOCAD.DWg绘制。
（二）说明书一份————（不少于2万字）
（三）电子文档资料（全部）
五、设计进度安排（从第二周起）
序号
时间
周次
设计任务完成的内容及质量要求
3月17日~3月23日
第4周
查阅资料，了解设备的工作机理及加工技术
4月05日~4月11日
第5周
方案制定
4月12日~4月18日
第6周
各设备的选型设计
4月19日~4月25日
第7周
各设备的选型设计草图绘制
5
4月26日~5月02日
第8周
草图绘制
6
5月03日~5月09日
第9周
绘制机房设备布置图
7
5月10日~5月16日
第10周
8
5月17日~5月30日
第11周
设计、编写说明书
9
5月11日~5月18日
第12周
修改说明
10
打印和装订
11
答辩
六、主要参考文献资料
1、工具书：
（1）《机械设计手册》
（2）《机械零件设计手册》续编
（3）《国外采煤工作面综合机械化设备》
（4）《煤矿机械设计手册》（上、下）上海煤矿机械研究所
（5）《矿山固定机械手册》煤炭工业出版社
2、参考资料：
（1）《煤矿设备管理使用手册》
（2）零件图、说明书
（3）教材
七、签字栏
签字栏
07机电一体化二班
要求设计工作起止日期
2009年3月17日~~~2010年5月18日
教师审核
指导教师（签字）
日期
2010年月日
教研室主任审查（签字）
系主任批准（签字）
目录
1、排水设备选型计算
1.1排水设备的结构和工作原理
1.1.1水泵的工作原理
1.2排水设备的选型计算过程
1.2.1选定排水方式
1.2.2预选水泵的型号与台数
1.2.3选择管路系统
1.2.4计算管路特性
1.2.5校验计算
1.2.6计算允许吸水高度
1.2.7电动机功率的计算
1.2.8电耗计算
1.3排水设备的使用、维护、故障诊断
1.3.1水泵的使用：
1.3.2排水设备的故障诊断及处理
1.3.3水泵的维护
2、通风设备的选型计算
2.1通风设备的结构和工作原理
2.1.1风机的工作原理
2.2通风设备的选型计算过程
2.2.1计算风机必产生的风量和风压
2.2.2选择风机
2.2.3确定工况点
2.3通风设备的使用、维护、故障诊断
2.3.1通风机的使用
2.3.2通风机的常见故障及诊断处理
2.3.3通风机的维护
3、空气压缩机的选型计算
3.1空压机的结构和工作原理
3.1.1空压机工作原理
3.2空压机设备的计算过程
3.2.1计算矿井所需的供气量Q
3.2.2估算空压机必须的出口压力
3.2.3选择空压机的型号和台数
3.2.4选择输气管径
3.3空压机设备的使用、维护、故障诊断
3.3.17L-100/8空压机的使用
3.3.2故障排除
3.3.3空压机的维护
结论
参考文献
工具书：
《机械设计手册》
《机械零件设计手册》续编
《国外采煤工作面综合机械化设备》
《煤矿固定机械手册》煤炭工业出版社
参考资料：
《煤矿设备管理使用手册》
零件图、说明书、教材
致谢
我在设计（论文）期间都是在的教授全面、具体指导下完成进行的。
郭老师渊博的学识、敏锐的思维、民主而严谨的作风使学生受益非浅，并终生难忘。
感谢副教授等在毕业设计工作中给予的帮助。
感谢我的学友和朋友对我的关心和帮助。
毕业设计说明书
矿用液体机械设备选型计算
（一）排水设备选型计算
毕业设计提供的原始数据资料
某竖井井深450m，正常涌水量=200/h,最大涌水期为65天，矿水中性，涌水重度γ=10000N/,试选择一可行的排水方案。
1、排水设备的结构和工作原理
结构：
排水设备主要包括：
水泵、配套电机、管路及其附件。
工作原理：
（1）水泵的工作原理我们以单级单吸离心水泵为例：
单级单吸离心式水泵由叶轮、主轴、机壳等组成。
当叶轮随主轴旋转时，叶片间的液体也随叶轮旋转而获得能量，从叶片之间的开口处甩出，进入机壳，通过出液口排出。
叶片间液体被甩出后，叶轮中心部分的压力就要降低，当压力降低到能将外部液体吸入时，吸入的液体就能从轴向流入叶轮。
叶轮连续旋转，就能连续输出有压液体。
（2）附件：
带过滤网的底阀：
用来滤去水中的木屑等固体颗粒，以防吸入泵内阻塞流道或损坏泵的有关设备。
底阀用来挡住水泵启动前充入吸水管道内的水泄漏，当水泵启动后自动打开底阀。
因底阀会增大吸水阻力，一般只用在中、小型水泵中。
大型水泵通常没有底阀。
此时采用射流历史意义或水环式真空泵进行抽气灌水。
闸阀：
一般情况下吸水管道路上不装闸阀。
但是，当泵的吸水管道与其他管道相连，或者处于正压进水的情况下，吸水管道上应装设闸阀。
排水管路必须装闸阀，用来调节泵的流量，启动时应将此阀关闭。
闸阀也可以控制泵与水管的通路，逆止阀上方两侧的两个阀，两阀一启一闭可以控制由哪一条水管排水。
逆止阀：
按装在闸阀上方，水只能自下而上，而不能从上往下流，从某种意义上说它是一个单向阀。
作用是用来阻止排水管路中的水倒流。
特别是排水高度较大时，由于停电等事故，使水泵突然停止工作时，排水管中水突然返流形成水击，容易损坏水泵。
真空表：
连接在泵的吸入口法卡接头上，用来测定泵的进口真空。
压力表：
连接在泵的出口法卡接头上，用来测定泵的出口的压力。
2、排水设备的选型计算
选型设计时要贯彻执行《煤矿安全规程》和《煤炭工业设计规范》，在保证及时排除矿井涌水的前提下，使排水总费用最小，选择最优方案。
在具备上述原始资料的条件下，设计的步骤如下。
（1）选定排水方式
在煤矿生产中，单水平开采通常采用集中排水，两个水平同时开采时，应根据矿井的个体情况进行具体分析，综合基建投资、施工、操作和维修管理等因素，经过技术和经济比较后，确定最合理的排水系统。
从给定的条件，只需要在井底车场附近设立中央泵房，将井底所有涌水直接排至地面。
（2）预选水泵的型号与台数
根据《煤矿安全规程》的要求，水泵必须有工作、备用和检修水泵，其中工作水泵应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。
备用水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的70%。
工作和备用水泵的总排水能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。
检修水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的25%。
水文地质条件复杂或有突水危险的矿井，可根据具体情况，在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另外增加排水能力。
①水泵必须具备的总排水能力
根据《煤矿安全规程》的要求，在正常涌水期，工作水泵具备的总排水能力为：
正常涌水期≥1.2=1.2×
200=240/h
在最大涌水期，工作和备用的水泵总排水能力为：
最大涌水期≥1.2=1.2×
300=360/h
式中——工作水泵具备的总排水能力，/h
——工作和备用水泵具备的总排水能力，/h
——矿井正常涌水量，/h
——矿井最大涌水量，/h
②水泵所需扬程的估算
由于水泵和管路均未确定，因此就无法确切知道所需的扬程，一般可由下面两个公式中任选一个来估算：
或
=/η
式中——测地高度，即水仓最低水位至排水管出口间的高度差，一般可取=井底与地面标高差+4（井底车场与水仓最低水位距离），m
α——管路倾斜架设时的倾角；
——管路效率。
当管路架设在立井时，=0.9~0.89;
当管路架设在斜井,且倾角α＞30°
时,=0.83~0.8；
当α=30°
~20°
时，=0.8~0.77；
当α＜20°
时，=0.77~0.74。
=/η==504.4m
③初选水泵
水泵型号的选择，依据计算的工作水泵排水能力和估算的所需扬程及原始资料给定的矿水物理化学性质和泥砂含量，从产品样本中挑选所有能够满足排水要求、工作台可靠、性能很好、符合稳定性工作条件、价格低的所有型号的泵。
若PH＜5时，在进入排设备前采取降低水的酸度措施在技术上有困难或经济上不合理时，应选用耐酸泵；
若矿泥砂含量太大，应考虑选择MD型耐磨泵。
符合上述条件的可能有多种型号，应全部列出，待选择了配套管路并经过技术经济性比较后，最终确定出一种型号的泵。
水泵级数的确定。
水泵级数可根据估算的所需扬程和已选出的水泵单级扬程用下式计算：
I=/
式中——单级水泵的额定扬程，m。
应该指出，计算的i值一般来说不是整数，而级数只能是整数，取大于i的整数当然可以满足要求，但取小于i的整数有时也能达到要求，此时应同时考虑两种方案，通过技术经济比较后，方能确定级数。
水泵台数的确定。
根据《煤矿安全规程》的规定，当＞50时，若工作水泵的台数为，则备用水泵的台数为，=0.7和=1.2/Q-（Q为泵的旧管工况流量,求得工况点前可用额定流量预选）两个计算值中取较大值,然后再偏上取整值.检修水泵的台数=0.25偏止取整值,因此水泵的总台数n=++。
由于水文地质条件复杂的矿井，可根据情况增设水泵台数或泵房内预留安装水泵的位置。
从泵产品目录中选取D45-600×
5型号泵，额定流量=320/h,额定扬程=550m。
则：
工作泵台数≥==0.75,取=1.
备用泵以台数≥0.7=0.7×
1=0.7,故取=1。
检修泵台数≥0.25=0.25×
1=0.25,取=1。
因此共选择三台泵。
（3）选择管路系统
根据《煤矿安全规程》的规定，水管必须有工作的各备用的，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。
工作台各备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。
涌水量小于300/h的矿井，排水管也不得少于两趟。
排水管路趟数在满足《煤矿安全规程》的前提下，在井筒内布置以不增加井筒直径为原则，一般不宜超过四趟。
泵房内管路布置的选择
泵房内管路布置主要取决于泵的台数和管路趟数，煤矿中常用的布置方式有三台泵二趟管路和五台泵三趟管路。
①管路趟数根据泵的总台数选择三台泵二趟管路系统，一条管路工作，一条管路备用。
正常涌水时，一台泵向一趟管路供水。
最大涌水时，两台泵同时工作就能达到在20h排出24h的最大水量。
故可用两泵向两趟管路供水，从而可知每趟管内流量=等于泵的流量。
管路布置如图
初选管径
选择排水管径就是针对一定的流量寻找运转费用和初期投资费用两者之和最低的管径。
由于管路的初期投资费用与管径成正比，而运转所需的电耗与管径成反比。
因此若管径选择偏小，水头损失大，电耗高，但初期投资少；
若管径选择偏大，水头损失小，电耗低，但所需的初期投资费用高。
因此，管径是确定运转费用和初期投资费用在总费用中所占比重的决定因素，选择时应综合两方面考虑找出最佳的管径。
通常用试取管内流速的方法来求得，其计算公式为：
==0.0188
②排水管内径由式
==0.0188=0.0188=0.227~0.276m
式中——排水管内径，m；
——通过管子的流量，/h;
——排水管内的流速，通常取=1.5~2.2m/s，在这个速度范围内工作较为经济，故称经济流速。
从附表中预选∮250×
10钢管，则排水管内径=245-2×
10=225mm。
由于钢管规格以外径为基准形成系列，同时对同一外径有多种壁厚，因此，选择管材时，根据井深试选标准管径。
③选择管路材料
选择管材的主要依据是管道所需承受的压力。
由于矿井排出的水一般进入水渠，因此压力与井深成正比。
通常情况下，井深不超过200m，多采用焊接钢管；
井深超过200m时多采用无缝钢管。
确定管壁厚时，将排水管路看成为密闭容器，根据力学中最大变形的理论，用厚壁圆筒分析方法得出钢管壁厚计算公式：
δ≥0.5（-1）+C
由于井深远大于200m，确定采用无缝钢管。
④验算壁厚
由式δ≥0.5（-1）+C=0.5×
22.5（-1）+0.15=0.86cm＜1.0cm，因此选壁厚合适。
式中——所选标准管径，cm；
——许用应力。
取管材抗拉强度的40%，即=0.4，Mpa；
C——考虑运输和其他原因形成的表面损伤的附加厚度。
焊接钢管C=0.2cm，无缝钢管C=0.1~0.2cm。
⑤选择吸水管的管径
根据选择的排水管的管径，为了提高吸水性能，防止气蚀发生，吸水管直径一般比排水管直径大一级，流速在0.8~1.5m/s范围内，因此，吸水管内径应为
=+25×
m
由于钢管规格以外径为基准形成系列，同时对同一外径有多种壁厚，因此，选择管径时，根据井深试选标准管径。
吸水管预选用∮299×
5无缝钢管。
验算流速，校合选型
===1.36m/s在上速的范围内，选管合适。
（4）计算管路特性
①管路布置如上图，可使任何一台水泵都可以经过两趟管路中的任一趟。
②估算管路长度
排水管长度可估算为
=+（40~50）=494~504m，取=500m，
吸水管长度可估算为=7m。
③阻力系数的Rt的计算
计算沿程阻力系数，对吸、排水管分别为
===0.0305
===0.0329
局部阻力系数,对于吸、排水管路附件其阻力系数分别列于下面表中。
吸水管附件名称
数量
系数值
底阀
3.7
90°
弯头
0.294
收缩管
0.1
=4.094
排水管附件名称
闸阀
0.26×
2=0.52
止回阀
1.7
四通
2×
1.5=3
0.294×
5=1.47
直流三通
0.7×
4=2.8
扩大管
0.5
30°
=0.196
=10.186
管路阻力系数Rt=（+++）=（0.0305×
+0.0329×
++）=377.4=2.91×
式中、——吸、排水管的长度，m；
、——吸、排水管的内径，m；
——吸、排水管的沿程阻力系数，对于流速υ≥1.2m/s其值可按舍维列夫公式计算如下：
；
、——吸排水管附件局部阻力系数之和，
其值可查表得。
④管路特性方程
新管=+Rt=454+2.91
旧管=+1.7Rt=454+4.947
⑤绘制管路特性曲线，确定工况点，根据求得的新、旧管特性方程取八个流量值求职得相应的损失。
如下表
Q/
100
150
200
250
300
350
400
450
454．3
454．7
455．2
455．9
456．6
457．6
458．7
459．9
454．5
455．1
456
457．1
458．5
460．1
461．9
464
将得的两条管路阻力特性曲线画在与配套的水泵扬程流量曲线上。
由于一般样本上泵的性能曲线是指单级泵的性能曲线，因此，必须是串联后的扬程流量曲线比例相同。
当管路阻力曲线与泵的扬程曲线按同一坐标画在一起时，其交点即为工况点，从工况点就可以求得新管工况点参数值、、、、和旧管工况点参数值、、、、。
根据《煤矿井下排水设计技术规定》，水泵工况点的效率、一般不低于70%，允许吸上真空度不宜小于5m。
利用表中各点数据绘出管路特性曲线如下图所示，
新旧管网特性曲线与扬程特性曲线的交点分别为和，即为新旧管工况点，由图可知：
新管工况点参数为=480=468m=0.75=5.3m=950kw，旧管工况点参数为=460=470m=0.79=5.7m=980kw，
因、均大于0.7，允许吸上真空度=5.3m，符合《规范》要求。
（5）校验计算
①由旧管工况点验算排水时间
旧管状态时每台水泵的流量最小，因此应按旧管工况点校核。
正常涌水时，若采用一泵一趟管路排水，则：
===10.43h≤20h
最大涌水时，采用2泵2管排水。
最大涌水时，工作水泵台与备用水泵台同时工作的排水时间为：
===7.8h≤20h
②经济性校核工况点效率应满足
≥0.85≥0.85
=0.75≥0.85=0.85×
0.8=0.68
=0.79≥0.68
③稳定性校核
≤（0.9～0.95）i单级零流量扬程。
=454m＜700×
0.9=630m。
（6）计算允许吸水高度
新管时，允许的吸水高度最小，因此根据求得的新管工况点及当地的湿度用下式计算：
≤-10+-+0.24-（+）
取=9.8×
10,=0.235×
10，
上式≤5.3-10++0.24-[+×
（）]=10m
求得的不能太小，一般以不小于3.5m为宜,否则水仓设置困难,这时需考虑采用其他措施补救.而上式满足说明设制合理。
（7）电动机功率的计算
为确保运行可靠，电动机功率应由新管工况点确定，其计算公式如下：
由式=K或
=K
式中K——电动机容量富余系数，一般当水泵轴功率为10～100kw时，取K=1.1～1.2；
当水泵轴功率大于100kw时，取K=1.1。
电动机应根据计算出的功率向上靠样本的电动机功率选取。
根据产品样本向上靠样本的电动机功率选取=1250kw。
（8）电耗计算
①全年排水电耗
由式E=（nTr+nTr）kw
式中n、n——年正常和最大涌水期泵工作台数；
r、r——正常和最大涌水时期泵工作昼夜数；
T、T——正常和最大涌水时期泵每昼夜工作小时数；
、——电机效率，电网效率，传动效率。
由上式得E=×
[1×
10.43×
（365-65）+2×
7.8×
65]=3.420×
10kw
②吨水百米电耗校验
==
==0.395＜0.5kw
吨水百米电耗与水泵效率、传动效率、电动机效率、管路效率的乘积成反比，它反映了矿井排水系统各个环节的总效率，是一种能够比较科学、全面地评价排水设备运行情况的经济指标。
《煤矿井下排水设计技术规定》规定，排水设备吨水百米电耗应小于0.5kw，则该水泵的选取不是低效设备，可以使用。
（9）按排水总费用最小原则确定最优方案
排水总费用主要包括水泵运行费用、设备初期总投资、初期基建总投资和其他费用。
为了寻找最优方案，应对满足可行性条件的每一种方案分别计算上述四项费用。
总费用最小的方案，就是最优方案，即为选型设计时应采纳粹的方案。
经计算后得出，上述的方案：
采用三台泵二趟管路，三个水泵一台工作，一台备用一台检修的方案，合理又经济，所以以上的选型正确。
3、排水设备的使用、维护和故障诊断
水泵的使用：
泵的启动：
启动前，先对泵进行检查，各部件连接牢固，泵轴转动灵活，吸水滤网无堵塞，然后盘车，务使其转动灵活无卡住现象。
继而向泵腔和吸水管注满水，以排出泵腔内的空气，关闭排水管上的截止阀，即可开动电动机。
当泵的转速达到正常转速同时电流表读数回落后，逐渐开启截止阀，并固定在适当的开度，进入正常工作。
泵的停止：
水泵停止时，应先关闭排水闸阀，然后再停电机，这样做是为了防止发生水击。
水泵停开时间较长，则应放掉泵内的存水，以免泵内生锈。
排水设备的故障诊断及处理
故障可分为两类：
一、泵本自身的机械故障。
二、排水系统的故障，因为泵不能脱离排水系统而孤立工作，当排水系统发生故障时，虽不是泵身的故障，但能在泵上反映出来。
判断故障的基本方法是观察泵工作时压力表和真空表读数的变化，既能了解泵是否发生故障，又可进一步抓住它的实质，以达到准确有时地排除故障。
还可以从听声、看电流表的变化等方法帮助判故障。
造成泵故障的原因很多，归纳起来有四个方面，它们是：
泵内有气，吸水管堵塞，排水管破裂。
可归纳为三个字：
气、堵、裂。
（1）泵内有气
两表特征：
真空表和压力表读数都比正常小，常常不稳定，甚至降到零，这是因为泵进入空气之后，压头显著降低，流量也急剧下降的缘故。
故障原因及排
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