摘要：煤矿井下排水设备是煤矿开采过程中的高能耗设备。提高排水设备的运行效率，合理选型是关键。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，使用c#语言开发的一套水泵选型软件。该软件采用简单的人机友好交互界面，使系统的操作更加简单。
关键词：水泵；选型；软件开发；数据库
1. 绪论
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。
根据统计，每开采1吨煤，要排出2—7吨矿井水，甚至多达30—40吨。矿山排水设备的电动机功率，小的几千瓦或几十千瓦，大的几百千瓦或上千千瓦。可见矿井排水设备是能耗高的设备。据有关资料介绍，矿井用泵和风机年耗电量约占全国工业用电的一半，约占全国总用电量的三分之一。由此可见，提高矿井排水设备的运行效率，保证矿山排水设备运转的可靠性与经济性，可以有效的降低排水设备的能耗，对国民经济的发展有着重要的意义。要提高水泵设备的运行效率，设计阶段合理选型和采用新技术设备是关键，水泵选型是整个工程设计中的重要环节，选型合理与否，直接关系到泵站工程投资、建成后运行费用的多少和泵站的安全状况。因此合理进行水泵选型设计对于节约能源，提高生产效率具有重要作用。
手工的矿井排水泵的选型方法存在工作量大、周期长，以及选型方案不全面、不合理等不足，于是开发出切实可用的矿井排水设备的CAS（Computer-aided Selection）系统即水泵的计算机辅助选型系统就成为矿井排水设备选型领域急需解决的重要任务之一。
2. 系统简要介绍
1）本系统是使用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，Microsoft Visual Studio 2010开发工具还带有强大的帮助工具(MSDN)，这使得Microsoft Visual Studio 2010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，如流量、排水高度等，系统能自动计算选出合适的排水设备，并根据初选型号进行扬程损失和管路曲线方程的计算，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、排水高度以及工作水泵台数初步选择水泵型号—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，1、吸水管扬程损失2、排水管扬程损失3、水泵级数4管路特性—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
主要实现用户登录到本系统。
（2）主窗体功能模块
主窗体中对本系统进行了相应的描述，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。同时，该窗体也将用户要输入的基本信息格式显示在其中，以方便用户输入。再有，该窗体也可以返回到系统的主窗体来进一步了解本系统。
（4） 水泵精选结果模块
本模块主要用来显示水泵精选的结果，而水泵精选的过程则在由水泵初选窗体到水泵精选结果窗体变化的过程中进行，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。同时，该窗体还应包含可以跳转到管路选择窗体的按钮。
（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，然后点击相应的按钮来进行管路的选择，给出排水管直径，吸水管直径，以及壁厚，估算吸水管、排水管水流速度。用户需要输入信息的基本类型在该窗体中也有提示，方便用户输入。
（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的个数等。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。
（7）工况点模块
该模块直接给出水泵工况点。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。
（8）泵房参考尺寸模块
该模块直接给出泵房的一些参考尺寸，以及水泵安装尺寸，闸阀、逆止阀、三通的基本尺寸。
（9）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。现以水泵实体为例：水泵实体包括编号、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、是否为耐酸泵、级数、转速、轴功率、轴功率范围1、轴功率范围2、效率、效率范围1、效率范围2、必须汽蚀量范围1、必须汽蚀量范围2、配电机功率、电机型号属性。
水泵实体E-R图如图1-2所示：
图1-2 水泵实体E-R图
5. 总结
本软件是基于windows xp或win7 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，使用c#语言开发，具有水泵初选、水泵精选、管路选择、求取管路特性曲线、工况点、泵房参考尺寸等模块，实现了煤矿排水设备的计算机辅助设计，具有选型方案全面，选型速度快等优点。由于该系统是严格按照矿井排水设备选型计算公式以及《煤矿安全规程》的相关规定编写的，因此，系统的实用性和准确性较强。同时，系统采用简单的人机交互界面，使系统的操作更加简单友好。
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