矿井排水设备选型计算机辅助设计

 　　矿井排水设备电动机功率小则几千瓦，大则几百甚至上千千瓦，耗电量极大。本文主要探讨矿井排水设备选型计算机辅助设计。

　《山西矿业学院学报》以马列主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，全面贯彻党的教育方针和“双百方针”，理论联系实际，开展教育科学研究和学科基础理论研究，交流科技成果，促进学院教学、科研工作的发展，为教育改革和社会主义现代化建设做出贡献。

　　煤矿井下排水设备是煤矿开采过程中的高能耗设备。合理选型对于提高排水设备的运行效率至关重要。而人工的水泵选型方法存在着工作量大、设计周期长及查阅不方便等弊端，因此，急需开发出实用、快捷的水泵选型系统。本设计是基于windows 7 操作环境，结合Microsoft Visual Studio 2010软件开发工具和SQL Server 2008数据库开发工具，采用简单人机交互界面，使用c#语言开发的一套水泵选型软件。

　　在煤炭开采过程中，地表水、地下水会不断涌入到井下开采工作面。为保证煤矿安全生产，必须及时将水排出。矿井排水设备的任务就是把所有流入井下巷道中的矿井水排到地面，以保证矿井的正常运转。我国资源有限，对于如此高能耗设备要合理设计来提高矿井排水设备的工作效率，保证设备的可靠性与经济性。水泵的合理选型、泵房的合理确定，对于提高排水设备的效率起着决定性的作用，关系到泵站的建设以及运行费用。

　　对于手工水泵选型，不仅工作量大、选型周期长，而且选型方案不全面，甚至选型方案不合理，因而急需开发出矿井排水设备的计算机辅助程序，大大节省人力、物力，缩短开发周期，提供较全面的选型方案。

　　2. 系统简要介绍

　　1)本系统是以Microsoft Visual Studio 2010软件开发工具和SQL Server 2008数据库开发工具来完成系统的开发的。这两个工具是现在已经存在的且技术成熟的开发工具。同时，VS2010开发工具还带有强大的帮助工具(MSDN)，这使得VS2010开发工具的使用更加方便灵活，使复杂的编码问题简单化。

　　2)本系统是以调用数据库方式获取数据，单机形式进行设备选型的。它的主要功能是用户输入相关的选型参数，如正常涌水量、最大涌水量、排水高度、是否耐酸等，系统可以自动计算选出合适的排水设备(水泵、管件等)，并根据初选设备进行扬程损失以及管路曲线方程的计算，并给出在正常涌水量以及最大涌水量时水泵的工作时间，新旧管路水泵的工况点，可以提供水泵房的参考尺寸，最后给出所选方案的基本信息，大大节约了设计时间，而且本系统操作简单，具有很强的实用性。

　　3)本系统主要设计为单机版的软件，因此系统设计思想较简单。主要是采用面向对象的设计方法，以模块化的形式采用自顶向下、逐层分解、逐步求精的指导思想设计窗体。然后在窗体下按照煤矿安全规程的要求以及矿井排水设备选择要求的计算公式来书写相应的代码以实现用户要求的功能。

　　3. 系统整体框架设计

　　1)实现水泵选型的主要流程：登录-----窗口简介，进入系统-----输入水泵基本信息-----根据涌水量、排水高度等初步选择水泵型号-----显示初选结果、水泵精选-----根据水泵的额定流量、工况，确定水泵所需台数-----输入经济流速，附加壁厚，矿水密度，进行管路选择-----敷设两条管路，一条工作，一条备用-----显示管路选择结果，进行扬程损失计算-----输入所需数据，计算吸水管扬程损失、排水管扬程损失、水泵级数，得出管路特性曲线-----曲线拟合求水泵特性曲线，而后求与管路特性曲线的交点，即工况点-----根据工况点及涌水量计算排水时间-----电动机容量计算-----泵房参考尺寸-----选型结果-----程序结束。

　　2)本系统采用模块设计方法，通过以上对整个系统的分析可知系统的整体框架如图1-1所示。

　　图1-1 系统整体框架

　　本系统主要包括的功能模块有：

　　(1)登录功能模块

　　主要实现用户登录进入选型系统。

　　(2)主窗体功能模块

　　主窗体中对本系统进行了相应的介绍，简述了本系统可以实现的主要功能。

　　(3)水泵初选功能模块

　　该模块中包含用户进行水泵选型时需要输入的一些基本信息，泵产品范围、厂家名称、正常以及最大涌水量、矿水PH值、工作水泵台数、排水高度、扬程损失系数等，并对信息输入格式有相应提示。同时，该窗体可以跳转到主窗口以及水泵精选窗口。

　　(4) 水泵精选模块

　　本模块主要用来显示水泵初选的结果，系统自动给出几个初选方案供用户进行选择，而水泵精选的过程则在由水泵精选窗体到水泵精选结果窗体变化的过程中进行，在水泵精选结果窗口中给出工作水泵的台数，备用水泵的台数，检修水泵的台数，以及最大涌水量时水泵的工作台数。水泵精选结果窗口应包含可以跳转到管路选择窗口以及主窗口的按钮。

　　(5) 管路选择模块

　　该模块功能类似于水泵初选模块，也是需要用户输入一些选择管路需要用到的基本信息，排水管水流速度、矿井水密度、管材选择、管子 附加壁厚等，然后点击相应的按钮来进行管路的选择，给出计算的以及选取的排水管、吸水管直径，壁厚，估算吸水管、排水管水流速度。该窗体可以跳转到主窗口及扬程损失计算窗口。

　　(6)扬程损失计算模块

　　本模块需要用户输入一些在泵房设计时涉及到的各种管件的基本参数，如在泵房设计时用到的逆止阀、闸阀、三通等的个数。系统根据用户输入的这些信息通过公式进行计算，得出吸水管阻力损失和排水管阻力损失的值。然后系统根据这两个值计算出管道特性方程的扬程损失系数，进而得出挂垢前后的管道特性方程。该窗体可以跳转到主窗口及工况点计算窗口。

　　(7)工况点模块

　　该模块直接给出水泵工况点、水泵工作时的效率、水泵工作时的气蚀余量。如果水泵并联，给出并联工况点，然后给出单台工作水泵工况点;如果工作水泵为一台，则并联与单台工作水泵的工况点相同。该模块根据水泵的工况点计算出正常涌水量以及最大涌水量时水泵一天的工作时间。该窗体可以跳转到主窗口及电动机容量计算窗口。

　　(8)电动机容量模块

　　该窗口需要输入年产量，系统给出年耗电量、水泵轴功率、吨煤电耗、电动机容量范围以及配用电动机功率。

　　(9)泵房参考尺寸模块

　　该模块根据水泵型号、水泵台数等，按照中央水泵房基本参数要求直接给出泵房的一些参考尺寸，水泵安装尺寸，以及闸阀、逆止阀、三通的基本尺寸。

　　(10)总结模块

　　该模块是对前面模块的一个总结，给出所选泵的基本信息，水泵工况点，水泵工作时间，水泵的安装尺寸等。

　　4. 系统数据库设计

　　实体关系模型也即E-R模型(Entity Relationship Diagram)，它提供了表示实体、属性和联系的方法，用来描述现实世界的概念模型。构成E-R图的基本要素是实体、属性和联系，分别用：矩形、椭圆和菱形表示。在设计中应该遵循准确性、完整性、一致性的原则。本系统数据库设计采用自底向上法，先定义个局部概念结构，再逐步整合画出E-R图。

　　根据需求分析得出，该系统主要包括用户、水泵、管子、管件、管子沿程阻力系数、水泵进出口法兰等实体。

　　水泵(编号、厂商名称、型号、泵产品所属类型、扬程、扬程范围1、扬程范围2、单级扬程、额定流量、流量范围1、流量范围2、耐酸泵与否、级数、转速、轴功率、轴功率1、轴功率2、效率、效率范围1、效率范围2、必须汽蚀量1、必须汽蚀量2、配电机功率、电机型号)

　　管子(管子厂商名称、管子产品所属类型、标准管径、壁厚、理论重量)

　　管件(异形管件零件名称、管子内径、局部阻力损失系数)

　　管子沿程阻力系数(管子直径(内径)、管子沿程阻力系数值)

　　闸阀(序号、型号、公称通径、压力、温度、适用介质、阀体材料、L、H、D、D1、ZD、电装型号、公称转矩、重量)

　　水泵进出口法兰(序号、泵型号、D1、D2、D3、D4、D5、n3、d33、D5、D6、D7、D8、D9、n4、d44)

　　水泵安装尺寸(序号、泵型号、泵级数、L、L1、L2、L4、L6、L7、L8、H、H1、B1、B2、重量)

　　异径三通，逆止阀等不再列出。

《矿井排水设备选型计算机辅助设计》

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文章名称： 矿井排水设备选型计算机辅助设计

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