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1、中国矿业业大学本科生毕毕业设计计姓 名：*学 号：*学 院：*专 业：自动化化 设计题目目：煤矿矿井下排排水系统统控制的的系统设设计专 题：指导教师师：*职 称称：高工工20122年 6 月月 徐徐州中国矿业业大学毕毕业论文文任务书书任务下达达日期：毕业论文文日期：毕业设计计题目：煤矿井井下排水水系统控控制的系系统设计计毕业设计计专题题题目：毕业设计计主要内内容和要要求：1. 掌握煤矿矿井下排排水系统统的工作作原理和和过程，设设计水泵泵控制的的实现方方法。2. 完成排水水系统的的自动控控制，实实现“避峰填填谷”功能。3. 使用可编编程控制制器（PPLC）、水水位测量量单元、压压力检测测单元、流
2、流量监测测单元等等多种手手段，实实现自动动控制，最最终达到到无人值值守的目目的。指导教师师签字：郑 重 声 明明本人所呈呈交的毕毕业论文文，是在在导师的的指导下下，独立立进行研研究所取取得的成成果。所所有数据据、图片片资料真真实可靠靠。尽我我所知，除除文中已已经注明明引用的的内容外外，本毕毕业论文文的研究究成果不不包含他他人享有有著作权权的内容容。对本本论文所所涉及的的研究工工作做出出贡献的的其他个个人和集集体，均均已在文文中以明明确的方方式标明明。本论论文属于于原创。本本毕业论论文的知知识产权权归属于于培养单单位。本人签名名： 日日期：中国矿业业大学毕毕业论文文指导教教师评阅阅书指导教师师评
3、语（基础理理论及基基本技能能的掌握握；独立解解决实际际问题的的能力；研究内内容的理理论依据据和技术术方法；取得的的主要成成果及创创新点；工作态态度及工工作量；总体评评价及建建议成绩绩；存在问问题；是否同同意答辩辩等）：成 绩： 指导导教师签签字： 年 月 日日中国矿业业大学毕毕业设计计评阅教教师评阅阅书评阅教师师评语（选题题的意义义；基基础理论论及基本本技能的的掌握；综合合运用所所学知识识解决实实际问题题的能力力；工作量量的大小小；取取得的主主要成果果及创新新点；写作的的规范程程度；总体评评价及建建议成绩绩；存存在问题题；是是否同意意答辩等等）：成 绩： 评阅教教师签字字： 年 月 日日中国矿
4、业业大学毕毕业论文文答辩及及综合成成绩答 辩辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性性错误有原则性性错误没有回答答辩委员员会评语语及建议议成绩：答辩委员员会主任任签字： 年年 月 日学院领导导小组综综合评定定成绩：学院领导导小组负负责人： 年年 月 日摘要煤矿井下下排水设设备对保保证矿井井正常生生产起着着非常重重要的作作用。目目前国内内各矿井井的排水水系统多多采用传传统的继继电器控控制方法法，用人人工进行行监测。传传统方法法控制线线路复杂杂，设备备运行的的可靠性性低，工工人劳动动强度大大，不适适应煤炭炭发展的的需要。本本文设计计的排水水系统采采用PLLC控制制与PCC监视相
5、相结合的的方式，弥弥补了传传统继电电器控制制的缺陷陷与不足足，提高高了工作作可靠性性和稳定定性。在本设计计中首先先对煤矿矿排水系系统进行行概述，然然后根据据排水控控制的要要求，进进行自动动控制方方面的设设计。本本系统采采用西门门子的S7-3000系列PLLC，并并结合各各种传感感器（主主要为水水位传感感器、负负压传感感器、压压力传感感器、流流量传感感器等），完完成系统统设计中中要实现现的控制制功能。有自动、半自动和手动三种操作方式可供选择。为了防止工作水泵及管路磨损过于严重、备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而导致电机和电气设备受潮或有其他故障不能及时发现，本系统采用水泵及管路的“自动轮换”
6、工作机制。又根据“避峰就谷”的原则确定开启水泵台数，以达到节省用电的目的。关键词：煤矿； 排水水系统； 集中中控制; PLLCABSTTRACCTThe draainaage undder coaal mminee weell is verry iimpoortaant equuipmmentt foor eensuurinng nnormmal prooducctioon oof ccoall miine welll. At preesennt, mosst ddraiinagge ssysttemss off alll ddomeestiic ccoall miine welll aado
7、ppt cconvventtionnal meeanss off reelayy coontrrolllingg, iinsppectted arttifiiciaallyy. TThiss kiind meaans of insspecctioon aand conntrool ccant mmeett thhe rrequuireemennt oof ccoall deevellopmmentt foor iits commpliicatted conntrool ccirccuitt, llow relliabbiliity of equuipmmentt ruunniing andd
8、grreatt woorkiing inttenssionn. TThe draainaage sysstemm deesiggnedd inn thhis texxt commbinned conntrool bby PPLC witth sstakkeouut bby PPC, so thaat iit mmadee upp a vaarieety of limmitaatioon aand shoortaage of connvenntioonall meeanss off reelayy cconttrolllinng aand impprovved runnninng rreliia
9、biilitty aand staabillityy.Thhis sysstemm haas ccharractteriistiics of lonng ooperratiing liffe-sspann annd cconvveniientt maainttenaancee.Accoordiing to acttuall coondiitioons of somme ccoall miine welll, at firrst outtlinnes thee miine draainaage sysstemm, tthenn deesiggnedd auutocconttroll paart
10、bassed on draainaage conntrool rrequuestt. TThiss syysteem aadoppts S7-3000 PLLC sseriies prooducced by SIEEMENNS，witth mmanyysennsorrs(mmainnly inccloddingg waaterrlinne ssenssorss,miinuss prresssumee seensoors,preessmme ssenssorss,fllux sennsorrs) to commpleete auttocoontrrol funnctiion demmandded
11、 in thiis ssysttem dessignn. WWithh auutommatiic, semmiauutommatiic aand mannuall woorkiing moddes to chooosee. IIn oordeer tto pprevventt ruunniing watter pummps andd piipellinees ffromm weeariing tooo baadlyy annd pprevventt ellecttrommotiive andd ellecttricc eqquippmennts of staandbby wwateer ppu
12、mpps aand pippeliiness frrom beiing afffectted witth ddampp orr thheirr trroubble nott beeingg fooundd inn tiime, waaterr puumpss annd ppipeelinnes of thiis ssysttem aree coontrrollled to runn inn tuurn auttomaaticcallly. Thee nuumbeer oof rrunnningg waaterr puumpss iss coonfiirmeed bby tthe priinci
13、iplee off avvoiddingg appex andd fiilliing valle iin oordeer tto eeconnomiize eleectrriciity.Keywwordds: cooal minne;ddraiinagge ssysttem; ceentrraliizedd coontrrol; PLLC目录1 绪论论11.1煤煤矿井下下水的形形成及排排水的重重要性111.2国国内外研研究现状状及主要要问题221.2.1课题题研究现现状21.2.2主要要问题331.3本本课题研研究的主主要内容容41.4本本章小结结52 煤矿矿井下排排水系统统组成概概况62.1
14、离离心式水水泵工作作原理662.2射射流泵和和真空泵泵的介绍绍82.2.1真空空泵工作作原理992.2.2射流流泵工作作原理1112.3离离心式水水泵的启启停过程程112.3.1离心心式水泵泵的启动动过程1112.3.2离心心式水泵泵的停机机过程1122.4多多台水泵泵的井下下排水系系统组成成及功能能实现1122.5本本章小结结133 系统统硬件设设计1443.1可可编程控控制技术术143.1.1 PPLC的的主要特特点1443.1.2 PPLC的的基本工工作原理理173.1.3 PPLC实实现控制制功能1193.2 PLCC控制系系统总体体设计2213.2.1控制制系统的的输入/输出参参数统
15、计计223.2.2 PPLC系系统选型型243.3本本章小结结254 传感感器选型型264.1液液位传感感器介绍绍274.1.1超声声波液位位传感器器274.1.2投入入式液位位传感器器284.1.3液位位检测装装置的选选择2994.2电电机及水水泵温度度检测3304.3水水泵压力力检测3314.4水水泵流量量检测3324.4.1流量量检测仪仪器的安安装位置置324.4.2电磁磁流量计计工作原原理及其其特点3344.5水水泵负压压检测3374.6本本章小结结375 控制制系统的的软件设设计3885.1软软件流程程图3885.1.1自动动轮换工工作4005.1.2避峰峰填谷4405.3水水泵的自
16、自动开启启、运行行、停止止故障保保护流程程图4335.4部部分程序序465.5本本章小结结486 总结结与展望望496.1总总结4996.2展展望49参考文献献51英文原文文53中文译文文61致谢677中国矿业大学2012届本科生毕业设计1 绪论论1.1煤煤矿井下下水的形形成及排排水的重重要性在矿井生生产过程程中，经经常有各各种水源源的水涌涌入矿井井，称之之为矿水水。大量量的矿水水威胁到到矿井生生产的正正常运行行，突发发时甚至至会造成成工作人人员的伤伤亡。产生矿井井涌水的的两个必必备条件件是矿井井水源和和涌水通通道。1.矿井井涌水的的水源矿井涌水水的水源源有地表表水和地地下水两两大类。(1)地
17、地表水源源。地表表水源主主要指大大气降水水和地表表水。1）大气气降水。大大气降水水是地下下水的主主要补给给水源。降降水量对对矿井涌涌水的影影响，对对于分布布于河谷谷洼地，并并且煤层层上部有有透水层层、溶洞洞、裂隙隙或塌陷陷的浅井井较为显显著，其其影响具具有明显显的季节节性。雨雨季矿井井涌水量量增大，旱旱季则相相反。2）地表表水。河河流、湖湖泊、水水库和塌塌陷地积积水等地地表水，可可以通过过井筒、塌塌陷裂隙隙、断层层、裂隙隙、溶洞洞和钻孔孔等直接接进入井井下，也也可以作作为地下下水的补补给水源源，使地地下水经经过与井井巷连通通的通道道进入井井巷，造造成水灾灾。（2）地地下水源源。地下下水是矿矿井
18、水最最经常、最最主要的的水源，而而大气降降水和地地表水也也是一般般先补给给地下水水，然后后再流入入矿井。所所以研究究地下水水的水量量分布、补补给条件件、动态态变化规规律等，对对分析矿矿井涌水水极为重重要。根据地下下水的赋赋存状态态和赋存存位置的的不同，可可将矿井井水分为为以下几几种：1）含水水层水。地地层中的的沙层、砂砂岩和灰灰岩层等等，往往往含有丰丰富的地地下水。当当掘进巷巷道揭露露含水层层或回采采工作面面放顶后后所形成成的冒落落裂隙与与这些含含水层相相通时，含含水层水水就涌入入矿井。含含水层水水一般都都具有很很高的压压力，特特别是当当它与地地面水源源相通时时，对矿矿井安全全生产的的影响较较
19、大。2）断层层水。断断层带及及断层附附近岩石石破碎，裂裂隙发育育，常形形成构造造赋水带带。特别别是当导导水断层层与强含含水层或或积水体体相通时时，如发发生断层层突水，就就会形成成水灾。3）老空空积水。井井下采空空区或煤煤层露头头附近的的古井、小小窖常有有积水，如如果开采采时与之之相通，就就会发生生突水事事故。另外，还还有生产产用水。煤煤矿生产产过程中中，如水水采、除除尘、煤煤体注水水、防火火注浆、水水砂充填填等，都都要大量量用水，如如管理不不善、排排水不畅畅也可能能引起水水灾事故故。2.矿井井涌水通通道矿井涌水水通道可可分为人人为形成成的通道道和天然然形成的的通道两两种。(1)人人为形成成的通
20、道道有：1）顶板板冒落裂裂隙带顶板板冒落形形成导水水裂隙。2）地表表岩溶塌塌陷带矿区区开采后后地表下下沉，地地表水和和大气降降水通过过塌陷坑坑直接进进入井下下。3）封孔孔质量差差的钻孔孔打孔孔后封孔孔不严，钻钻孔成为为各类含含水层的的涌水通通道。（2）天天然形成成的涌水水通道有有： 1）孔孔隙、裂裂隙各种岩岩层中的的节理、层层理成为为涌水通通道。 2）岩岩溶岩石中中的溶洞洞、孔洞洞成为涌涌水通道道。 3）断断层破碎碎带通过断断层与含含水层相相连，断断层破碎碎带成为为涌水通通道。井下排水水系统的的任务就就是把通通过各种种途径流流入矿井井的积水水排送到到地表。在在煤矿地地下开采采过程中中，由于于地
21、层中中含水的的涌出，雨雨水和江江河水的的渗透，水水砂充填填和水利利采煤矿矿井的井井下供水水，将更更有大量量的水昼昼夜不停停地汇集集于井下下。如果果不能及及时地将将这些积积水排送送到井上上，井下下的生产产可能受受到阻碍碍，井下下的安全全得不到到保障，严严重者会会造成重重大事故故。煤矿大量量的井下下水在会会对工作作人员和和设备的的安全造造成很大大的威胁胁，如不不采取及及时有效效地治理理措施，会会造成严严重后果果，轻者者淹井停停产，重重者矿毁毁人亡。因因此矿井井主排水水系统是是保证矿矿井安全全的关键键设备之之一，在在煤矿安安全生产产中有着着举足轻轻重的作作用。1.2国国内外研研究现状状及主要要问题1
22、.2.1课题题研究现现状目前国内内外学者者已经在在煤矿井井下排水水系统控控制的研研究中取取得了很很多成就就。就国国内的研研究工作作来看，大大多是从从煤矿井井下排水水系统的的安全可可靠性、节节能的角角度进行行研究。首先是煤煤矿对中中央泵房房水泵自自动控制制系统的的成功改改造，为为我国井井下排水水系统自自动控制制开辟了了一条新新的途径径。这也也验证了了以计算算机进行行单台水水泵的“水泵控控制系统统”改造和和以矿井井监控为为主的“矿井监监控系统统”组成的的“矿井排排水自动动控制系系统”是一种种可行的的方法。随后几年年，根据据煤矿井井下排水水系统消消耗电能能大的特特点，国国内研究究人员分分别从离离心式
23、水水泵，排排水管路路，电动动机三个个方面提提出了对对井下排排水系统统的节能能改造。由由于各类类矿井情情况差别别大，能能源消耗耗尤其是是电能消消耗大，所所以在节节能技术术方面的的研究对对煤矿效效益，以以致可持持续发展展有着很很大的意意义。国内某计计研究院院提出采采用PLLC自动动检测水水仓水位位、管道道压力、流流量等数数据，根根据水仓仓水位高高低和参参考矿井井用电情情况，建建立数学学模型，达达到了水水泵运行行的避峰峰就谷的的效果，有有效地节节省了矿矿井在排排水系统统上的能能耗，缩缩减了煤煤矿的生生产成本本。随着全国国普及用用电分时时段计费费后，国国内专家家就煤矿矿用电问问题提出出了分时时用电以以
24、降低煤煤矿井下下排水的的成本。本本观点避避开水泵泵、管道道和用电电效率等等因素，单单从用电电时段来来考虑，强强调煤矿矿井下排排水应避避开用电电高峰，尽尽量在用用电低谷谷把井下下的水排排净，称称为煤矿矿排水的的“避峰填填谷”技术。国外的研研究大多多从管道道的长期期的维护护和清理理，井水水质量对对排水设设备的影影响等更更加细微微更加长长远的方方面来研研究。俄罗斯研研究人员员根据费费用相等等的原理理，推导导出水泵泵最佳使使用周期期和管道道清理周周期的两两种形式式相似的的计算公公式，为为水泵使使用和管管道清理理从科学学的角度度进行阐阐述，提提高了整整个排水水系统的的安全性性能。酸性矿井井排水及及有害元
25、元素的影影响对井井下排水水系统也也是一项项严峻的的考验。它它不仅关关乎到整整个排水水系统的的正常运运行，更更影响井井下设备备和工作作人员的的安全。因因此研究究酸性矿矿井排水水和有害害元素的的危害的的新工艺艺已是国国外矿井井排水下下大力度度解决的的科研难难题。英英国、德德国、加加拿大、西西班牙等等国根据据本国矿矿井的具具体存在在的环境境问题，特特别是酸酸性矿井井排水进进行了大大量的研研究。并并公开发发表了数数百篇学学术论文文和几部部论文集集和专著著。对世世界矿井井排水中中的环境境研究作作出了巨巨大的贡贡献。1.2.2主要要问题矿井中央央泵房是是矿山企企业的机机电要害害场所，直直接影响响到矿山山企
26、业的的安全生生产，现现在国内内的矿山山企业矿矿井中央央泵房的的自动化化水平还还不是很很高，这这影响了了生产的的安全生生和高效效性，矿矿井中央央泵房无无人值守守自动化化系统可可以有效效解决这这些问题题。井下的水水泵电压压高、功功率大、启启动复杂杂，水泵泵启动前前吸水管管路的充充水，通通常采用用抽真空空吸水的的方法来来完成。现现泵房内内设备的的运行与与管理以以及水仓仓水位的的观察，普普遍采用用人工操操作方式式，操作作过程繁繁琐、劳劳动强度度大、水水泵启动动时间长长、自动动化程度度低、不不适应现现代化矿矿井管理理。 随着我国国颁布分分时缴纳纳电费的的办法后后，煤矿矿排水的的经济效效益也尤尤为突出出。
27、根据据统计，每每开采11吨煤就就要排出出2-7吨矿矿井水，有有时甚至至要排出出30-400吨矿井井水。井井下排水水设备所所配备电电机的功功率，小小的几千千瓦到几几十千瓦瓦，大的的几百千千瓦到上上千千瓦瓦、在我我国煤炭炭行业中中，井下下排水用用电量占占原煤生生产总耗耗电量的的18%-441%，一一般为220%左左右。因因此，煤煤矿排水水系统的的节约用用电也开开始引起起人们的的注意。1.3本本课题研研究的主主要内容容1.水泵泵的启停停控制机机制煤矿井下下排水自自动控制制系统是是以单个个水泵的的自动运运作为基基础的,每个水水泵在启启动前, PLLC模块块先启动动抽真空空系统,检测真真空度。如如果没有
28、有达到所所需的真真空度则则继续等等待并适适时检测测,当达达到所需需的真空空度,则则启动水水泵。然然后检测测水泵出出水口压压力,如如果压力力参数没没有达到到要求,则继续续等待,并适时时检测,当压力力参数满满足要求求,则打打开水泵泵出水口口电动闸闸阀同时时停止抽抽真空系系统。水水泵运行行过程中中, PPLC模模块又适适时检测测水仓液液位,当当水位低低于液位位下限值值时则关关闭水泵泵电动闸闸阀。确确保闸阀阀关闭到到位,水水泵关闭闭完毕。2.水泵泵自动转转换工作作每台水泵泵有两个个数据寄寄存器,分别存存放运行行时间和和运行次次数。每每次启动动水泵,自动启启动运行行时间最最短的无无故障水水泵。当当两台水
29、水泵的运运行时间间相近且且最少时时,则启启动运行行次数较较少的水水泵。自自动累加加水泵的的排水时时间和排排水次数数。 3.“避峰填填谷”机制设定3个个水位限限值： H1(水位下下限) , HH2(报警水水位) , HH3(超限水水位) , 当当前水位位设为HH。当H达到H2时,首先对对电网的的负荷进进行监测测,若处于于用电谷谷段,即启动动水泵；若处于于用电峰峰段,则暂缓缓启动水水泵；当水位位继续上上升至HH3时,则不论论电网负负荷如何何, 必须须立即启启动水泵泵；不论投投入几台台水泵,水位必必须下降降到H1时方方可停泵泵。1.4本本章小结结本章简述述了煤矿矿井下水水的形成成和排水水的重要要性，
30、目目前该领领域存在在的问题题，并介介绍了国国内外研研究现状状，最后后对本课课题所要要做的主主要内容容进行了了简单的的概括。2 煤矿矿井下排排水系统统组成概概况2.1离离心式水水泵工作作原理井下排水水系统一一般采用用离心式式水泵，一一些小型型煤矿或或浅水井井临时排排水系统统也采用用潜水泵泵。离心心式水泵泵排水系系统主要要由离心心式水泵泵、电动动机、起起动设备备、仪表表、管路路及管路路附件等等组成。如如图2-1所示示。1.起动动设备 2.电电动机33.水泵泵 4.抽水管管 5.滤水器器 6.负压表表 7.压力表表8.闸阀阀9.逆逆止阀110.射射流泵 11.排水阀阀 122.静压压水管 13.射流
31、泵泵电磁阀阀 图22-1 离心式式水泵工工作系统统1.滤水水器和底底阀滤水器安安装在吸吸水管的的下端，插插入吸水水井下面面，不得得低于00.5mm 。其其作用是是防止井井底沉积积的煤泥泥和杂物物吸入泵泵内，导导致水泵泵被堵塞塞或被磨磨损。在在滤水器器内装有有舌型底底阀，其其作用是是使灌入入水泵和和吸水管管中的引引水，以以及停泵泵后的存存水不致致漏掉。但但是现在在的排水水系统中中，为了了提高排排水效率率，减小小水泵腐腐蚀，一一般不用用底阀，而而用射流流泵或真真空泵为为水泵和和吸水管管注水。2.闸阀阀（如图图2-22）是指指启闭体体(阀板板)由阀阀杆带动动阀座密密封面作作升降运运动的阀阀门，可可接
32、通或或截断流流体的通通道。当当阀门部部分开启启时，在在闸板背背面产生生涡流，易易引起闸闸板的侵侵蚀和震震动，也也易损坏坏阀座密密封面，修修理困难难。闸阀阀通常适适用于不不需要经经常启闭闭，而且且保持闸闸板全开开或全闭闭的工况况。不适适用于作作为调节节或节流流使用。图2-22闸阀结结构图调节闸阀阀安装在在靠近水水泵排水水管上方方的排水水管路上上，位于于逆止阀阀的下方方。其功功用为:（1）调调节水泵泵的流量量和扬程程；（2）起起动时将将它完全全关闭，以以降低起起动电流流。调节闸阀阀的优点点是流动动阻力和和关闭压压力较小小，安装装时无方方向性，能能够方便便地来调调节水泵泵的流量量和扬程程等。其其缺点
33、是是密封面面容易擦擦伤，检检修较为为困难，高高度尺寸寸较大，在在安装位位置受到到限制时时，安装装不便，结结构较复复杂，价价格较高高。放水闸阀阀安装在在调节闸闸阀上方方的排水水管路的的放水管管上，其其作用为为检修排排水管路路时放水水用。3.逆止止阀逆止阀安安装在调调节闸阀阀的上方方，其作作用是当当水泵突突然停止止运转(如突然然停电)时，或或者在未未关闭调调节闸阀阀的情况况下停泵泵时，能能自动关关闭，切切断水流流，使水水泵不致致受到水水力冲击击而遭到到损坏。4.灌引引水漏斗斗、放气气栓和旁旁通管灌引水漏漏斗是在在水泵初初次起动动时，向向水泵和和吸水管管中灌引引水用。在在向水泵泵和吸水水管中灌灌引水
34、时时，要通通过放气气栓(又又叫气嘴嘴)将水水泵和吸吸水管中中的空气气放掉。当排水管管中有存存水时，也也可通过过旁通管管向水泵泵和吸水水管中灌灌引水，此此时要将将旁通管管上的阀阀门打开开。此外外，还可可通过旁旁通管，利利用排水水管中的的压力水水的反冲冲作用，冲冲掉积存存于水泵泵流通部部分和附附着于滤滤水器上上的杂物物，但此此时须通通过连接接在底阀阀上的铁铁丝或链链条将底底阀提起起。5.压力力表压力表安安装在水水泵的排排水接管管上，为为检测排排水管中中水压大大小用。常常用的压压力表为为普通弹弹簧管压压力表，根根据其结结构特征征可分为为径向无无边、径径向带边边和轴向向带边三三种。表表壳的公公称直径径
35、有600,1000,1150,2000和2550mmm五种。压压力表所所测出的的压力叫叫做表压压力或相相对压力力，它比比绝对压压力小11个大气气压。6.真空空表真空表安安装在水水泵的吸吸水接管管上，为为检测吸吸水管的的真空度度用。根根据其结结构特征征也可分分为径向向无边、径径向带边边和轴向向带边三三种。表表壳的公公称直径径和压力力表一样样，也分分为600,1000,1150，2200和和2500mm五五种。真真空表测测量范围围为0-0.1 MMPa(一个大大气压)。 2.2射射流泵和和真空泵泵的介绍绍离心式水水泵在起起动前必必须将吸吸水管和和泵腔内内注满水水才能进进入运行行状态，否否则水泵泵转
36、动时时将无法法吸水，形形成“干烧”，严重重影响水水泵的使使用寿命命。在无无底阀的的排水系系统中，水水泵每次次起动都都要灌水水，这一一工作由由抽真空空设备完完成，一一般使用用射流泵泵或真空空泵。它它们的工工作原理理不同，但但都能在在系统中中使水泵泵工作腔腔达到一一定的真真空度，保保证系统统正常工工作。水泵房排排水设备备一般安安置在水水井液面面以上，所所以水泵泵启动前前的灌水水一般采采用吸入入式。为为了减小小井水吸吸入阻力力，提高高泵站运运行效率率，吸水水管路不不宜设置置底阀。无无底阀吸吸入式灌灌水，要要采用撞撞门的引引水设备备，对水水泵排水水腔和吸吸水管路路进行抽抽真空，使使水泵运运行前充充满水
37、。引引水设备备一般为为真空泵泵或射流流泵。真真空泵和和射流泵泵中所用用到的阀阀门都是是球阀。球阀（如如图2-3）是是由旋塞塞阀演变变而来。它它具有相相同的启启闭动作作，不同同的是阀阀芯旋转转体不是是塞子而而是球体体。当球球旋转990度时时，在进进、出口口处应全全部呈现现球面，从从而截断断流动。球球阀在管管路中主主要用来来做切断断、分配配和改变变介质的的流动方方向。图2-33 球阀阀结构图图2.2.1真空空泵工作作原理真空泵是是用各种种方法在在某一封封闭空间间中产生生、改善善和维持持真空的的装置。真真空泵可可以定义义为：利利用机械械、物理理、化学学或物理理化学的的方法对对被抽容容器进行行抽气而而
38、获得真真空的器器件或设设备。随随着真空空应用的的发展，真真空泵的的种类已已发展了了很多种种，其抽抽速从每每秒零点点几升到到每秒几几十万、数数百万升升。极限限压力(极限真真空)从从粗真空空到100-122Pa以以上的超超高真空空范围。 由于真空空应用部部门所涉涉及的工工作压力力的范围围很宽，因因此任何何一种类类型的真真空泵都都不可能能完全适适用于所所有的工工作压力力范围，只只能根据据不同的的工作压压力范围围和不同同的工作作要求，使使用不同同类型的的真空泵泵。为了了使用方方便和各各种真空空工艺过过程的需需要，有有时将各各种真空空泵按其其性能要要求组合合起来，以以机组型型式应用用。 凡是利用用机械运
39、运动(转转动或滑滑动)以以获得真真空的泵泵，称为为机械真真空泵。机机械真空空泵按其其工作原原理及结结构特点点分述如如下： 1.变容容真空泵泵 它是利用用泵腔容容积的周周期变化化来完成成吸气和和排气以以达到抽抽气目的的的真空空泵。气气体在排排出泵腔腔前被压压缩。这这种泵分分为往复复式及旋旋转式两两种。 （1）往往复式真真空泵 利用泵腔腔内活塞塞往复运运动，将将气体吸吸入、压压缩并排排出。又又称为活活塞式空空泵。 （2）旋旋转式真真空泵 利用泵腔腔内转子子部件的的旋转运运动将气气体吸入入、压缩缩并排出出。它大大致有如如下几种种分类： 1)油封封式真空空泵 它它是利用用真空泵泵油密封封泵内各各运动部
40、部件之间间的间隙隙，减少少泵内有有害空间间的一种种旋转变变容真空空泵。这这种泵通通常带有有气镇装装置。它它主要包包括旋片片式真空空泵、定定片式真真空泵、滑滑阀式真真空泵、余余摆线真真空泵等等。 2)液环环真空泵泵 将带带有多叶叶片的转转子偏心心装在泵泵壳内。当当它旋转转时，把把工作液液体抛向向泵壳形形成与泵泵壳同心心的液环环，液环环同转子子叶片形形成了容容积周期期变化的的几个小小的旋转转变容吸吸排气腔腔。工作作液体通通常为水水或油，所所以亦称称为水环环式真空空泵或油油环式真真空泵。3)干式式真空泵泵 它是是一种泵泵内不用用油类(或液体体)密封封的变容容真空泵泵。由于于干式真真空泵泵泵腔内不不需
41、要工工作液体体，因此此，适用用于半导导体行业业、化学学工业、制制药工业业及食品品行业等等需要无无油清洁洁真空环环境的工工艺场合合。 4)罗茨茨真空泵泵泵内装装有两个个相反方方向同步步旋转的的双叶形形或多叶叶形的转转子。转转子间、转转子同泵泵壳内壁壁之间均均保持一一定的间间隙。 5）动量量传输泵泵 它依靠高高速旋转转的叶片片或高速速射流，把把动量传传输给气气体或气气体分子子，使气气体连续续不断地地从泵的的入口传传输到出出口。 2.分子子真空泵泵它是利用用高速旋旋转的转转子把动动量传输输给气体体分子，使使之获得得定向速速度，从从而被压压缩、被被驱向排排气口后后为前级级抽走的的一种真真空泵。这这种泵
42、具具体可分分为：（1)牵牵引分子子泵气体体分子与与高速运运动的转转子相碰碰撞而获获得动量量，被驱驱送到泵泵的出口口。 （2)涡涡轮分子子泵 靠靠高速旋旋转的动动叶片和和静止的的定叶片片相互配配合来实实现抽气气的。这这种泵通通常在分分子流状状态下工工作。 （3)复复合分子子泵它是是由涡轮轮式和牵牵引式两两种分子子泵串联联组合起起来的一一种复合合型的分分子真空空泵。 真空泵运运行效率率高，水水泵启动动快，但但需要提提供专门门的驱动动设备。射射流泵结结构简单单，操作作方便，根根据矿井井的地下下环境和和条件，射射流泵的的应用更更为普遍遍。2.2.2射流流泵工作作原理射流泵的的工作原原理是水水射流时时的
43、“虹吸现现象”。水力力射流泵泵装置的的泵送是是通过两两种运动动流体的的能量转转换来达达到的。地地面泵提提供的高高压动力力流体通通过喷嘴嘴把其位位能(压压力)转转换成高高速流体体的动能能喷射流流体将其其周围的的井液从从汇集室室吸入喉喉道而充充分混合合,同时时动力液液把动量量传给井井液而增增大井液液能量,在喉道道末端,两种完完全混合合的流体体仍具有有很高的的流速 (动能能),此此时,它它们进人人一扩散散管通过过流速降降低而把把 部分分动能转转换成压压能,流流体获得得的这一一压力足足以把自自己从井井下返出出地面,其结构构原理如如图2-4。1.进水水口 22.喷嘴嘴； 33.扩散管管； 44.混合合管
44、； 图图2-44射流泵泵系统结结构图 2.3离离心式水水泵的启启停过程程2.3.1离心式式水泵的的启动过过程首先监测测水仓水水位，当当水仓水水位到达达设定的的高水位位时，接接通控制制射流泵泵的电磁磁阀的线线圈，开开启射流流泵，为为离心式式水泵进进行注水水。在射射流泵的的作用下下，水泵泵入口处处的真空空度会增增加，配配水井中中的水会会在大气气压的作作用下注注入离心心泵的腔腔体直至至注满，当当水泵入入口处的的真空度度达到要要求后（水水泵入口口处的真真空度增增加到一一定的数数值时不不在会继继续增加加），接接通水泵泵机组中中的电动动机触点点来开启启水泵。在在电动机机启动过过程中，水水泵出口口处的压压力
45、会逐逐渐增加加。最后后会达到到某一数数值（通通常为该该离心式式水泵的的堵转水水头）而而不再增增加，达达到预先先设定的的压力值值后，为为该水泵泵开启其其出口处处的电动动闸阀，使使得这个个水泵机机组进行行排水。同同时，关关闭射流流泵，停停止为其其引水。2.3.2离心心式水泵泵的停机机过程水位在水水泵的作作用下逐逐渐下降降，直到到达到需需要关闭闭水泵的的水平，即即水位下下降到安安全水位位以下，这这时要先先关闭排排水管的的电动闸闸阀，再再关闭逆逆止阀，防防止排水水管中井井水倒流流，随后后关闭水水泵电机机，使其其停止工工作。2.4多多台水泵泵的井下下排水系系统组成成及功能能实现为了防止止因备用用泵及其其电气设设备或备备用管路路长期不不用