礦山排水系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

【摘要】對(duì)煤礦排水系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)分析，并得出了幾個(gè)重要的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】并聯(lián)工作；排水系統(tǒng)；技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析；結(jié)論

1、前言

在礦山排水系統(tǒng)中，但臺(tái)泵單糖管路的工作方式雖然存在，但隨著用水量的變化，多臺(tái)水泵并聯(lián)和多趟管路并聯(lián)組成的排水系統(tǒng)確是最為普遍。礦山排水設(shè)備是煤礦生產(chǎn)的大型設(shè)備，對(duì)礦井的生產(chǎn)、安全和經(jīng)濟(jì)效益都有著重要的影響。因此，對(duì)礦山排水系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析具有極其重要的意義。

2、水泵并聯(lián)工作和管路并聯(lián)工作

2.1水泵并聯(lián)工作

現(xiàn)以2太臺(tái)同性能水泵的并聯(lián)工作情況來分析。圖1是2臺(tái)相同水泵I II的揚(yáng)程特性曲線用I II表示。在同一揚(yáng)程下，把曲線I II的橫坐標(biāo)相加，即得并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的合成特性曲線I+II。

管路特性曲線III與并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的合成特性曲線I+II的交點(diǎn)M即為并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工況點(diǎn)。并聯(lián)后水泵的總流量為QM，揚(yáng)程為HM，顯然，兩臺(tái)相同水泵并聯(lián)實(shí)得合成流量QM大于每臺(tái)水泵單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量Q1，2，而小于每臺(tái)泵單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量之和Q1+Q2，即Q1，2QM

水泵并聯(lián)工作時(shí)，總的排水能力提高了，但由于管路阻力損失正比于流量的平方，因而管路的阻力損失加大，管路的效率由原來的Hsy/H1，2下降為Hsy/HM。其他多臺(tái)水泵的并聯(lián)工作可用同樣的方法進(jìn)行分析。

2.2管路的并聯(lián)工作

現(xiàn)以最簡(jiǎn)單的一種形式為例，即單臺(tái)泵兩條管路并聯(lián)工作（見圖2）。某一趟排水管的特性曲線為1，另一趟排水管特性曲線為2，把兩趟管路特性曲線的橫坐標(biāo)相加，得到管路并聯(lián)后的合成特性曲線3，水泵的工況點(diǎn)由獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的M1點(diǎn)或M2點(diǎn)變?yōu)镸點(diǎn)，水泵的流量由Q1或Q2增大為Q，水泵的揚(yáng)程由H1或H2下降為H3。

采取管路并聯(lián)時(shí)，排水系統(tǒng)的排水能力增大，水泵的揚(yáng)程降低，管路效率提高，無益功耗減少。其他更為復(fù)雜的情況可依此進(jìn)行分析。

3、多臺(tái)泵多趟管路的聯(lián)合工作

為便于分析和討論，對(duì)排水系統(tǒng)做假設(shè)和簡(jiǎn)化：所有的水泵性能相同；所有的管路特性相同；水泵和管路均為并聯(lián)；單臺(tái)泵單趟管路獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的工況點(diǎn)在額定工況點(diǎn)。礦山排水系統(tǒng)不外乎3種情況，以下逐一進(jìn)行分析。

3.1水泵臺(tái)數(shù)i等于管路趟數(shù)n（i=n）

這種情況可按單臺(tái)泵單條管路獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)考慮，沒有采用水泵和管路聯(lián)合工作的必要，而且即便采取聯(lián)合工作的方式，其工作狀況也不會(huì)發(fā)生變化。因此不再做詳細(xì)的討論。

3.2水泵臺(tái)數(shù)i大于管路趟數(shù)n（i>n）

如圖3所示，B1～i為每臺(tái)泵的揚(yáng)程特性曲線，g1～n為每趟管路的特性曲線（表達(dá)方式H=H0+RQ2），B為i臺(tái)水泵并聯(lián)的合成特性曲線，g為n趟管路并聯(lián)的合成特性曲線。圖中，M為此排水系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)總流量為QM，揚(yáng)程HM。聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，每臺(tái)水泵的流量、揚(yáng)程為

Q1～i=QM/i H1～i=HM

顯而易見：在i>n的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，每臺(tái)泵產(chǎn)生的流量Q1～i小于該泵獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的流量Qin；聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)中的每臺(tái)泵的揚(yáng)程H1～i大于該水泵的單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)的揚(yáng)程Hin，即

Q1～iHin

3.3水泵臺(tái)數(shù)小于管路趟數(shù)（i

此種情況與上面繪圖分析方法一樣，如圖4所示。此時(shí)，Q1～i=QM/i，H1～i=HM，Q1～i>Qin，H1～i

4、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

4.1如圖3，4所示，N、η和Hs曲線分別代表水泵的功率曲線、效率曲線和允許吸上真空度曲線。

4.1.1水泵臺(tái)數(shù)等于管路趟數(shù)（i=n）

當(dāng)水泵臺(tái)數(shù)等于管路趟數(shù)（i=n）時(shí)，屬于單臺(tái)泵單趟管路的獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，其工況與設(shè)計(jì)工況相同，技術(shù)性能不發(fā)生任何變化。

4.1.2水泵臺(tái)數(shù)大于管路趟數(shù)（i>n）

（1）穩(wěn)定性方面。由圖3可知：水泵工作的揚(yáng)程HM大于每臺(tái)泵單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)的揚(yáng)程Hin，即HM>Hin，水泵的穩(wěn)定性由H0/Hin增加為H0/HM，因而穩(wěn)定性增強(qiáng)。

（2）氣蝕方面。聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)每臺(tái)泵的流量Q1～i比水泵單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量Qin小，即Q1～i

（3）負(fù)荷方面

由功率曲線可知，聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)每臺(tái)水泵的工況點(diǎn)M’在獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)j的左側(cè)，水泵負(fù)荷下降，不會(huì)出現(xiàn)過負(fù)荷。

4.1.3水泵臺(tái)數(shù)小于管路趟數(shù)（i

（1）穩(wěn)定性方面。由圖4可知：水泵工作的揚(yáng)程HM小于每臺(tái)泵單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)的揚(yáng)程Hin，即HM

（2）氣蝕方面。聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)每臺(tái)泵的流量Q1～i大于水泵單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量Qin，即Q1～i>Qin，水泵的吸水高度和允許吸上真空度Hs下降，因而水泵抗氣蝕能力降低。

（3）負(fù)荷方面。由功率曲線可知，水泵聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)的工況點(diǎn)M’在獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)j的右側(cè)，水泵負(fù)荷增大，有可能出現(xiàn)過負(fù)荷。

4.2經(jīng)濟(jì)分析

排水系統(tǒng)效率ηP與水泵的工況效率ηM’，管路效率ηj，電機(jī)效率ηd有關(guān)，即有ηP=ηM’ηjηd。由于電機(jī)效率變化很小，在分析時(shí)假定其不變。

4.2.1水泵臺(tái)數(shù)等于管路趟數(shù)（i=n）

水泵臺(tái)數(shù)等于管路趟數(shù)的情況下，系統(tǒng)效率不發(fā)生變化。

4.2.2水泵臺(tái)數(shù)大于管路趟數(shù)（i>n）

由于HM>Hin管路效率由H0/Hin下降到H0/HM，同時(shí)，水泵工況偏離額定工況，水泵的工況效率ηM’下降。因此，排水系統(tǒng)的效率顯著降低。

4.2.3當(dāng)水泵臺(tái)數(shù)小于管路趟數(shù)（i

此時(shí)，HM

通過以上的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，可以得出如下幾個(gè)結(jié)論：

（1）水泵工作臺(tái)數(shù)等于管路趟數(shù)是理想的排水系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)單，安全有保證，技術(shù)可行，排水系統(tǒng)的效率高，經(jīng)濟(jì)效益好。

（2）從技術(shù)和安全的角度來看，采取水泵并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)較好，而采取管路并聯(lián)不好。但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，采取水泵并聯(lián)不好，而采取管路并聯(lián)較好。

（3）當(dāng)水泵電機(jī)欠載時(shí)，采取管路并聯(lián)較好，當(dāng)水泵電機(jī)滿載時(shí)，不能采取管路并聯(lián)。而當(dāng)水泵過載時(shí)，采取水泵并聯(lián)可以解決技術(shù)安全方面的問題，但此種方法經(jīng)濟(jì)性極差。

（4）確定排水系統(tǒng)和選型計(jì)算時(shí)，要盡可能滿足水泵和管路的匹配，使水泵的工況在額定工況點(diǎn)附近，又使配置的管路經(jīng)濟(jì)效益較好，這樣才能提高整個(gè)排水系統(tǒng)的效率。