特殊凿井课程设计-梁宝寺二号井主井井筒冻结制冷系统设计

1土木建筑学院课程设计说明书课程名称特殊凿井设计题目梁宝寺二号井主井井筒冻结制冷系统设计专业方向矿井建设班级2013设计人指导教师山东科技大学土木建筑学院2016年11月1日2课程设计任务书专业矿井建设班级2013学生姓名学号一、课程设计题目梁宝寺二号井主井井筒冻结制冷系统设计二、原始资料1、梁宝寺二号井主井井筒冻结设计概况三、设计应解决下列主要问题1、制冷方式选择2、双级压缩制冷氨系统计算3、附属设备计算4、冷却水系统计算5、盐水系统计算四、设计图纸1、冻结站冻结制冷三大循环系统示意图五、命题发出日期20161101设计应完成日期20161116设计指导人（签章）日期年月日3指导教师对课程设计评语指导教师（签章）日期年月日4目录1、原始条件52、制冷方式选择63、双级压缩制冷氨系统计算64、附属设备计算175、冷却水系统计算216、盐水系统计算237、参考文献2451、原始条件设梁宝寺二号井是肥城矿业集团在梁宝寺矿区规划筹建的第二对矿井。矿井位于嘉祥县境内，年设计生产能力15MT，采用立井开拓方式，布设主井、副井、风井三个井筒，其中主井井筒设计净直径50M，全深11005M井筒采用冻结法施工。主井井筒通过第四系地层厚度为14965M，通过第三系地层厚度为29966M。揭露二叠系地层24136M,顶部风化破碎带1885M，其中强风化带1081M，弱风化带804M。风化带强度极低，裂隙较发育，岩芯破碎。1采用一次冻结全深，三圈加防片孔冻结方案，冻结孔总数为95根，主井井筒冻结管散热能力为222602564KJ/H，冻结管散热系数取1080KJ/（M2H）。62设计层位的盐水温度30（氨的蒸发温度35），冻结管的散热系数1080KJ/M2H。3冷量损失系数1154冷却水温度25（氨的冷凝温度35），5冷冻站只服务于一个井筒。6设计选用8AS25冷冻机，理论吸气容积2800，标准制冷量为1162KW，转数为600R/MIN，电动机功率480KW。7盐水容重1270KG/，盐水比热270KJ/KG，供液管内盐水允许流速15M/S。8冷凝器进出口水的温差4。2、制冷方式的选择已知主井井筒冻结管散热能力为222602564KJ/H，为一个井筒服务时的冷冻站需冷量为Q1MCQT式中盐水系统（包括冷冻站内外的低温设备和管路）的冷量损CM失系数，此处取115。冷冻站需冷量为115222602564/H。KJ已知氨的蒸发温度35，冷凝温度为35。查表可得00950OPMPA，13765MPA，压缩比/13765MPA/009504MPA14488。KPKP0压缩机排气口压力大，温度过高，有可能超过润滑油的燃点，引起油碳化7或造成爆炸事故，所以采用双极压缩制冷。3、双级压缩制冷系数的计算（1）中间压力的计算1）根据蒸发温度和冷凝温度查出相应的压力按公式求得理想的中间压力为03617MPA。查出温度为KOZP376510941ZT5时，相应的压力为03617MPA。假设另一中间温度为5，（比理2Z想中间温度高10）其相应的压力为05259MPA。2ZP2）绘制理想和假设的串联双级压缩制冷热力循环图11，求得各状态下氨的热力参数。热力参数计算结果见表11。双级压缩制冷热力循环图11图11理想和假设的串联双级压缩制冷热力循环图8表11理想的和假想的热力参数理想条件假设条件各状态点参数单位03617MPA1ZP5T05259MPA2ZP5TH116361636，218151880，316791687，4H18601824H517001700H6585585，7418456，8585585，9H424448焓焓10/KJG418456比容，GEV3/KGM0346812160243312163）根据经验理论容积比范围，选用12台8AS25型作低压机，4台8AS25型作高压机；低压机的总理论吸气容积928001233600/H；LV3M高压机的总理论吸气容积2800411200/H；H3高、低压机的理论容积比为HVLN式中高、低压机的理论容积比V计算得560318VN4）根据冷冻试配组，按相应公式计算有关参数，求得理想的和假设的高、低压理论容积比见表12。5）绘制高、低压机理想和假设的理论容积比与中间压力的直角坐标图242，得试配组的高、低压机理论容积比。表12串联双级压缩制冷的理想和假设基本参数基本参数计算公式计算结果符号意义理想084低压机吸气系数假设YRGZLP1C079、理想INPI的和架设的中间压力10理想23211/KGH氨循环量假设LEVG21829/K理想082吸气系数假设YRGZLP1C086理想30983/KGH氨循环量假设2738HLHG31546/K理想13104/H3M高压机理想吸气容积假设HINGV8925/H3理想039高、低压机的容积比假设LHV0266理想的YR和架设的预热系数冷凝压力CP蒸发压力E冷凝温度，CT35蒸发温度ET35C压缩机的余隙系数6）绘制高、低压机理想的和假设的理论容积比与中间压力的直角坐11标图（见图12），得出的中间压力为04372MPA。计算过程因为高低压缩机的理论容积比为0333，根据图中直线的斜率，得（05259）/（03330266）（0361705259）/（0390266）ZP所以得04372MPAZP图12中间压力与容积比关系图（2）根据冷冻机实际配组及其工作条件计算制冷量。1）根据实际中间温度、蒸发温度、冷凝温度及其相应压力为04372MP，绘制热力循环图（图13），求得各状态氨的热力参数，如表1213所示。图13热力循环图表13氨的各状态的热力参数状态点1H234H567H8910H焓值（KJ/KG）163318411689184917055814315814134312）根据已经确定的冷冻机实际配组情况低压机12台，高压机4台。来计算和实际中间压力有关的参数。13低压机的吸气系数YRGZLP1C0437235195700809低压机的氨循环量LEVGKG/H16809235高压机的吸气系数1CYRHTNP3765230021458高压机的氨循环量7238HLHG146952KG/H高压机的理论吸气容积INHGV142843010077/H3M3）计算出串联双级压缩制冷的实际制冷量10COLQGH238649KJ/G（3）计算低、高压机的电动机功率1低压机压缩机的理论功率218603435LDRCGHNNKW低压机的台数12台RCN蒸发时氨的焓；KJ/KG1H从蒸发压力绝热压缩至中间压力时蒸汽焓；KJ/KG2低高机的氨循环量LG860功率的换算系数压缩机的指示效ALIINTTB式中T绝对温度，273；氨的蒸发温度，；ET氨的中间温度，；B系数取0001INT压缩机的指示功率4510837LDIINKW式中压缩机的理论功率KWLDN压缩机的摩擦功率36720485MLPVNKW式中摩擦压力，MPA，立式低压机取0305；MP低压机的活塞理论容积，LV3M压缩机的有效功率53706LYILNKW压缩机的轴功率165671LYCPNKW式中低压机的传动效率，直接驱动取10LP电动机的功率15672LYKN2）高压机压缩机的理论功率438602195HDRGHNNKW压缩机的指示效率273010586INIHICTTB压缩机的指示功率132508649HDIINKW17压缩机的摩擦功率式中摩擦压力，立式高压机取0507。MPMPA36720845MHVNKW压缩机的有效功率149570HYIHMNK压缩机的轴功率1547HYEPNW电动机的功率154072HHEKW4附属设备计算1）冷凝器冷凝器是将氨在蒸发器和压缩机中吸收的热量传递给冷却水的热交换装置，使经压缩机压缩后的过热氨气凝结成液体。采用立式冷凝器，冷凝器单位面积的热负荷取为CQ21670/KJMH18CDQFQ46CHGH24692831958/30M式中双级压缩制冷高压机的氨循环量，KG/HCDQ选用LN250型，11台，总的冷却面积为266222）蒸发器采用立式蒸发器426901/836035FEEQFUQM式中冷冻站最大制冷能力，KJ/H；FQ蒸发器单位面积上的热负荷，取为10450；蒸EQ2/KJMHEU发器工作条件系数，一般取11选用LZL240型的蒸发器，15台，总的蒸发面积为360023）中间冷却器安装在低压机和高压机之间，冷却低压机排出的过热蒸汽氨，避免高压机的排气温度过高，以保持高、低压机的之间压力；是液氨在进入蒸发器之前得到过冷，提高低压机的制冷量；分离低压机排气中夹带的润滑油，起油氨分离器的作用。数量7个。19筒体直径43601785092HININVDWM式中拟用的中冷器的数量，个；IN通过中冷器筒体的蒸汽氨的允许流速，一般为W05075M/S选用XQ100型（直径为1M）的中间冷却器7个。4）高压储液桶容积30812470CAGVM式中高压机氨的循环量，KG/H；G冷凝压力下氨的比容，/KGCV3选用ZA2型氨贮液桶10台，总贮液量为19235）氨油分离器用来除去氨气中夹带的油雾，保证冷凝器和蒸发器的传热效率。20004361789VDNWM式中双级压缩制冷时，为高压机的总吸气容积，/H；0V3M双级压缩制冷时，为高压机的吸气系数；拟用氨油分离0N器的数量，个；油氨分离器内氨气的允许流速，一般取0W08M/S。选用YF125型（直径为06M）氨油分离器16个。6）氨液分离器分离由气体中所带的液滴，防止进入制冷压缩机而造成磨损或冲缸的危险。对保证压缩机的安全运转和提高制冷效率由良好的作用。数量24个4360251409EEFEFFGVDNWM式中双级压缩制冷时，为通过低压机的氨的总循环量，KG/H；G在蒸发压力下的饱和蒸汽氨的比容，/KG；EV3M拟选液氨分离器的数量，个；液氨分离器内气氨的流FNEFW速，一般取05M/S。21选用AF1000型氨液分离器（直径1M）24个。7）集油器用来收存从氨油分离器，冷凝器，贮液筒等设备内汇集来的润滑油，并在低压状况下将油放出，以减少氨的损失和保证操作人员的安全。冻结需冷量高峰时要开16台8AS25冷冻机，总的标准制冷量341680680/KJH安装JY300型集油器6个。8）空气分离器用以排除在制冷系统中的不凝性气体，保证制冷装置长期正常运转和减少制冷剂的损失，提高制冷效果。在设计盐水温度低于25时就应该安装空气分离器。安装6台KF20型空气分离器。5冷却水系统设计1基本资料（1）冷冻站最多开4台高压机（8AS25，每台需冷却量8/H）和3M12台低压机（8AS25），高压机的总循环量为28582KG/H；（2）冷凝器进口处的温度为24，冷凝器的出口温度为28，氨的冷凝温度为35，中间温度为1；（3）氨的中间压力为04372MPA,冷凝压力为13765MPA；2冷却需水量22（1）总需水量W总需水量W按下式计算34180295126/CQTMH式中W冷却水的总需求量；冷凝器的总热负荷；CQ冷凝器的进出口温差T（2）冷冻机的冷却水需用量1W328/6GCWNMH式中冷冻机台数；GCN每台冷冻机的冷却水需用量W（3）冷凝器的实际需水量2W13608/MH（4）新鲜冷却水需用量210036845/TMH23式中冷凝器的进水温度，24；1T从冷凝器流回循环水池的水温，28；2新鲜冷却水进入循环水池的温度，200T3水源井的设计水源井的个数N按照下式进行计算06185WQ式中Q每个水源井的抽水量3/MH所以取为9个，设计9口水源井。选200QJ/8088/8潜水泵（流量N80M3/H）9台。6盐水系统计算（1）基本资料1）冻结站实际最大制冷量426901KJ/G2）氯化钙溶液的比重1270KG/，盐水的比热为270KJ/KG3M3）盐水在管路中的允许流速，供液管内为15，冻结管环行空间/MS内为015（冻结深度小于100M）05（冻结深度大于300M）；干管和/S集、配圈内为1520/MS4）冻结管去、