水环真空泵选型设计中泵入口绝对压力的计算_张国庆
第29卷 第1期2009年3月
山 西 煤 炭S HANX I COAL
V o l 29 N o . 1 M ar . 2009
水环真空泵选型设计中泵入口绝对压力的计算
张国庆
(阳煤集团机电动力部, 山西 阳泉 045000)
摘 要:通过水环真空泵的选型计算过程, 对是否将泵排气口正压管路阻力计入泵入口绝对压力的问题进行了分析和工程实例的对比, 提出了水环真空泵入口绝对压力的计算方法。
关键词:水环真空泵; 入口绝对压力; 计算
中图分类号:TD63+7; TD712+. 6 文献标识码:A 文章编号:1672-5050(2009) 01-0027-03
水环真空泵与其它类型的瓦斯抽放设备相比, 具有运行噪音小、拆装、维护方便、适用范围广等优点, 特别是当抽出瓦斯浓度达到爆炸界限时, 也没有爆炸危险, 具有较高的安全性。因此, 在瓦斯浓度经
常变化的矿井已逐步取代罗茨真空泵, 使用日益广泛。在水环真空泵选型计算中, 泵入口绝对压力如何计算, 将直接影响到泵流量的确定, 采用不同的计算方法, 结果会相差很多, 一些问题值得探讨。
h z 井下抽放钻场或钻孔口所需负压, Pa ; h o 地面正压管路系统全部阻力损失, Pa ; h c 用户在瓦斯管出口所需正压, Pa ; K 备用系数, K =1. 2。1. 3 泵入口绝对压力
当前, 水环真空泵入口绝对压力P r 通常是取泵所在地大气压力P 1与瓦斯泵压力的差值。即:
P r =P 1-H B =P 1-[(h i +h z )+(h o +h c ) ] K 。(3) 式中:P r 泵入口绝对压力, Pa ;
P 1 当地大气压, Pa ;
其它符号意义同式(2) 。
目前, 我国水环真空泵性能曲线都是按照工况状态的流量绘制的。水环真空泵性能曲线是在出口压力P 0=101325Pa 、进气温度T 0=273+20K 状态下, 不同直径的叶轮在不同转速时泵吸入口吸气量与吸入口处绝对压力间的关系曲线。所以, 需要将按照公式(1) 计算得到的标准状态下的矿井瓦斯抽放量换算成工况状态下流量, 即:
Q B =Q k
P 0 T 1
P r T 0
3
3
1 水环真空泵选型设计中有关参数的确定
我们知道, 矿井瓦斯抽放量、瓦斯泵压力、泵入口绝对压力是水环真空泵选型设计中重要的3个参数。1. 1 矿井瓦斯抽放量
Q K =
Q c
K 。X
3
3
(1)
式中:Q K 矿井瓦斯抽放量, m /mi n ;
Q c 矿井抽出的纯瓦斯量之和, m /mi n ; X 瓦斯泵入口处瓦斯浓度, X 0. 3; 瓦斯泵效率, 0. 8; K 抽放备用系数, K =1. 2。1. 2 瓦斯泵压力
瓦斯泵压力是从井下钻孔开始, 经过瓦斯抽放管路至瓦斯泵, 再从瓦斯泵送到用户所消耗的全部阻力损失之和, 即:
H B =[(h i +h z ) +(h o +h c ) ] K 。
式中:H B 瓦斯泵压力, Pa ;
h i 井下负压管路系统全部阻力损失, Pa ;
(2)
(4)
式中:Q B 泵入口吸气量, m /mi n ;
Q k 矿井瓦斯抽放量, m /mi n ;
P 0 标准大气压, P 0=101325Pa ; T 0 瓦斯抽放行业标准规定的标准状态的 绝对温度, T 0=273+20, K; P r 泵入口绝对压力, Pa ;
T 1 泵入口抽放气体的绝对温度, 273+t , K ;
收稿日期:2008-07-08
作者简介:张国庆(1970 ), 男, 山西平定人, 本科, 工程师, 从事大型固定设备的运行及检修。
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2009年3月山 西 煤 炭第29卷
t 泵入口抽放气体的温度, 。
经分析计算, 当T 1-T 0 15 时, 温度变化对泵吸气量的影响小于5%, 所以在选型过程中一般可假设T 1=T 0, 忽略温度的影响。因而, 泵入口绝对压力P r 就决定着水环泵入口吸气量的大小。
根据公式(3) 和(4), 当泵所在地大气压力越低, 则泵吸入口绝对压力就越小。为满足矿井瓦斯抽放量的要求, 泵的吸气量应是矿井瓦斯抽放量的P 0/P r 倍。
2 泵入口绝对压力的分析推导
从水环真空泵工作原理可知, 泵在工作过程中叶轮轮毂和水环之间是一个月牙形空间。当叶轮相临两叶片间所包容的容腔逐渐增大时完成吸气过程。当容腔逐渐减小时, 气体将被排出。理论上, 泵吸入多少气体就应排出多少气体。由于吸气口和排气口的压力、温度不同, 其气态参数将发生变化, 但其变化应符合气体状态方程:
P 1 V 1/T 1=P 2 V 2/T 2。
(5)
P 1、V 1、T 1和P 2、V 2、T 2分别为吸气腔和排气腔的气态参数。由式(5) 可知, 温度、压力、流量是本压力腔的气态参数, 每个腔的某一参数改变只能影响本腔另两个参数的改变, 而不会改变另一个腔的气态参数。下面我们应用伯努利方程推导泵入口绝对压力
:
更加合理。
P r P 1-(h i +h z ) K 。
符号意义同式(3) 。
(7)
3 工程实例
某矿井瓦斯抽放站改造工程, 井下负压管路系统总阻力h i =16809Pa , 钻孔抽放口负压h z =1962Pa , 地面正压管路系统总阻力h 0=10293Pa , 矿井瓦斯抽放量619m /mi n , 瓦斯浓度38. 9%, 当地大气压力P 1=92822Pa 。
现用公式(5) 和(6) 分别计算水环真空泵吸入口绝对压力、总吸气量和泵台数。3. 1 公式(3) 算法
P r =P 1-H B =P 1-[(h i +h z )+(h 0+h c )] K =92822-[(16809+1962) +10293] 1. 2=57945Pa 。
P 0 T 1101325 6193
==1082m /min 。P r T 057945
根据计算结果, 选淄博水环真空泵厂2BEC72Q B =Q k
泵。转速为240r/mi n ; 电机功率为630k W; 在绝压58000Pa 下, 泵的工况流量为460m /min 。需水环真空泵3台, 备用2台。3. 2 公式(7) 算法
P r =P 1-(h i +h z ) K =92822-(16809+1962) 1. 2=70297Pa 。Q B =Q k
P 0 T 03
==892m /min 。P r T 070297
3
3
图1 水环真空泵在瓦斯抽放系统中工作
根据计算结果, 选淄博水环真空泵厂2BEC72
泵。转速为240r/mi n ; 电机功率为630k W; 在绝压70300Pa 下, 泵的工况流量为455m /min 。需水环真空泵2台, 备用1台。
可以看到, P r 计算的合理与否, 对总吸气量、瓦斯泵台数影响很大。目前采用的泵吸入口绝对压力计算公式(3) 由于计入排气段正压管路阻力, 从而使吸气口绝对压力计算值更小, P 0/P r 增加, 泵的吸气量增加。尤其当排气口正压阻力较大时, 按照(4) 式计算得到的泵的吸气量将增加更多。由于吸气量计算的不合理, 造成泵的工作台数、备用台数增多、泵站面积增大, 基建投资大幅增加, 在实际运行中将会出现多台设备的闲置和资金的大量浪费。
3
水环真空泵在瓦斯抽放系统中工作如图1所
示。将系统分为两段, 对来流段以吸风方式工作, 对出流段以压风方式工作。如图1, 取两个截面: 截面为系统入口前未受到水环真空泵工作干扰的某一截面, 因未受干扰, 故V 1=0, P 1=P a ; 截面为真空泵入口截面, 此处全压为H 2。就 和 截面应用伯努利方程, 得:
P 1=H 2+ H 1-2。
即:H 2=P a - H 1-2
(6)
式中: H 1-2 系统中吸风段风压损失, Pa 。
此式说明水环真空泵在系统中工作时, 入口绝对压力等于工作地点大气压力与吸风段风压损失之差, 与压风段风压损失无关。
基于上述分析, 目前将泵正压段管路阻力计入泵吸入口绝对压力的计算方法, 值得商榷, 公式(7)
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4 结论
目前, 水环真空压缩机的排气量较小, 还不能满足煤矿瓦斯抽放量较大的实际需求。在大抽气量
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(1000m /min 左右) 且排气压力不高(20kPa 以下) 的情况下, 瓦斯抽放设备仍然选用水环真空泵。选型时分段计算正、负压段的阻力, 当地大气压减去负压段后的绝对压力即为泵入口绝对压力, 将正常
3
的真空泵选型配套电机功率适当增加来满足排气压力和工况的要求。综上所述, 科学、合理地计算水环
真空泵入口绝对压力, 不仅在技术上有其必要, 而且在经济效益方面也很有意义。
Calcul ati on of Inlet Absol ute Pressure ofW ater -circle Vaccu m Pu mp
ZHANG Guo -qi n
(Y angquan Coa lG roup , Y angquan Shanx i 045000, China)
Abst ract :The prob le m about whether the resistance i n the a ir outlet should be counted i n to the i n l e t abso l u te pressure ofw ater-c ircle vaccum pum p is analyed , a calcu lati o n m ethod o f the abso lute pressure is put for w ard .
K ey w ords :w ater-circle vaccum pu m p ; i n let abso l u te pressure ; calculati o n
本文责任编辑 徐树文
(上接第15页)
的采出率。由于这一巷道系统取消了区段煤柱, 其煤
炭采出率不仅高于一般的放顶煤采煤方法, 而且高于分层开采, 同时保留了高产高效的优点。取消了煤柱, 也改变了开采下部煤层时需要通过煤柱应力集中
区的困难条件。同时, 使地面下沉趋于平缓均匀, 减小了不利影响。区段巷道的掘进与维护条件得到改善, 沿顶板布置的回风巷道更有利于通风排放瓦斯。
参考文献
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[2]中国矿业大学(北京校区). 厚煤层错层位巷道布置采全厚采煤法[P].中国专利:ZL98100544. 6, 2002-01-23. [3]陈炎光, 徐永圻. 中国采煤方法[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1991. [4]靳钟铭. 放顶煤开采理论与技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2001.
The Full -hei ghtM i n i ng T echni que i n Thick Sea m i n X ishanM i ne
WANG Jing -jun
(X ishan Coa l&Electricity CO. , T aiyuan Shanx i 030053, China)
Abst ract :I n o r der to ra ise coal producti o n ra ti o n and fu llfill full-he i g htm i n ing , the rational en try layout that is su itable to the th ick sea m in X ishan m ine is put for w ard .
K ey w ords :thick sea m; f u ll-heightm i n i n g ; entry layou; t cross-levels
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