矿建13级特殊凿井课程设计

1、- 1 - 土木建筑学院土木建筑学院 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 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： 李根孝 指导教师： 林登阁 教授 山东科技大学土木建筑学院山东科技大学土木建筑学院 2016 年年 11 月月 1 日日 - 2 - 课程设计任务书课程设计任务书 专 业： 矿井建设 班级： 2013 学 生 姓 名： 李根孝 学号： 201301021416 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

2、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： 2016.11.01 设计应完成日期： 2016.11.16 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对课程设计评语 指导教师（签章）： 日期： 年 月 日 - 4 - 目目 录录 1、原始条件 5 2、制冷方式选择 6 3、双级压缩制冷氨系统计算 6 4、附属设备计算 17 5、冷却水系统计算 21 6、盐水系统计算 23 7、参考文献 24 - 5 - 1、 原始

3、条件原始条件 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 1.5Mt，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 5.0m，全深 1100.5m 井筒采用冻结法施工。 主井井筒通过第四系地层厚度为 149.65m，通过第三系地层厚度为 299.66m。揭露二叠系地层 241.36m,顶部风化破碎带 18.85m，其中强风化 带 10.81m，弱风化带 8.04m。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 222602

4、56.4kJ/h，冻结管散热系数取 1080 kJ/（m2h） 。 - 6 - 2.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 1080 kJ/m2h。 3.冷量损失系数 1.15. 4.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 8AS-25 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 1270 kg/ ，盐水比热 2.70 kJ/kg，供液管内盐水允许流 速 1.5m/s。 8.冷凝器进出口水的温差 4。 2、制冷方式的选择、制冷方式的选

5、择 已知主井井筒冻结管散热能力为 22260256.4kJ/h，为一个井筒服务时 的冷冻站需冷量为： Q1=mCQT 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 c m 失系数，此处取 1.15。 冷冻站需冷量为 1.1522260256.4/h。kJ 已知氨的蒸发温度-35，冷凝温度为 35。查表可得：=0.0950 o P MPa，=1.3765 MPa，压缩比/=1.3765MPa/0.09504MPa=14.488。 k P K P 0 P 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

6、冷系数的计算、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=0.3617MPa。查出温度为=- koz ppp 1 3765.1*09504.0 1Z T 5时，相应的压力为 0.3617 MPa.。假设另一中间温度为 5， （比理 2Z T 想中间温度高 10）其相应的压力为=0.5259 Mpa。 2Z P 2）绘制理想和假设的串联双级压缩制冷热力循环图 1-1，求得各状态 下氨的热力参数。热力参数计算结果见表 1-1。 双级压缩制冷热力循环图 1-1 图图 1-11-1 理想和假设的串联双级压缩制冷热力循环图理想和假设

7、的串联双级压缩制冷热力循环图 - 8 - 表表 1-11-1 理想的和假想的热力参数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=0.3617 MPa 1Z P =-5 1Z T =0.5259 MPa 2Z P =5 2Z T h h1 116361636 ， 2 h 2 h 1815 1880 ， 3 h 3 h 16791687 ， 4 h 4 h 1860 1824 h h517001700 h h6585585 ， 7 h 7 h 418456 ， 8 h 8 h 585585 ， 9 h 9 h 424448 焓 焓 10 h 10 h /kJ kg 418456 比

8、容 ， g g ev 3 /kg m0.3468 1.216 0.2433 1.216 3）根据经验理论容积比范围，选用 12 台 8AS-25 型作低压机，4 台 8AS-25 型作高压机； 低压机的总理论吸气容积： - 9 - =280012=33600/h； Lv 3 m 高压机的总理论吸气容积： =28004=11200/h； Hv 3 m 高、低压机的理论容积比为： H v L v n v 式中高、低压机的理论容积比 vn 计算得： 5600 0.33 16800 vn 4）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 1-2。 5）绘制高、低压

9、机理想和假设的理论容积比与中间压力的直角坐标 图 2-4-2，得试配组的高、低压机理论容积比。 表表 1-21-2 串联双级压缩制冷的理想和假设基本参数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 0.84 低 压 机 吸气 系数假 设 yr g z L p p )1( c1 0.79 、理想 in P in P 的和架设的中 间压力 - 10 - 理 想 23211/kg h 氨循 环量假 设 LL L e V G V 21829/kg h 理 想 0.82 吸气 系数假 设 yr g z L p p )1( c1 0.86 理 想 30983/kg h 氨

10、循 环量假 设 27 38 HL hh GG hh 31546/kg h 理 想 13104/h 3 m 高 压 机 理想 吸气 容积 假 设 Hin H H GV V 8925/h 3 m 理 想 0.39 高、低压 机的容积 比假 设 L H V V 0.266 理想的 yr yr 和架设的预热 系数 冷凝压力 c P 蒸发压力 e P 冷凝温度， c t 35 蒸发温度- e t 35 C 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 1-2） ，得出的中间压力为 0.4372 MPa。 计算过程： 因为高低压缩机的理论容积比

11、为 0.333，根据图中直线的斜率，得 （-0.5259）/（0.333-0.266）=（0.3617-0.5259）/（0.39-0.266） z p 所以得 =0.4372MPa z p 图图 1-21-2 中间压力与容积比关系图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 0.4372MP，绘制热力循环图（图 1-3） ，求得各状态氨的热力参数，如表 - 12 - 1-3 所示。 图图 1-31-3 热力循环图热力循环图 表表 1-31-3 氨的各状态的热力参数氨的各状态的热力参数 状 态 点 1 h 2

12、 h 3 h 4 h 5 h 6 h 7 h 8 h 9 h 10 h 焓值 （kJ/kg） 1633 1841 1689 1849 1705581431581413431 2）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 yr g z L p p )1( c1 0.437227335 1 0.021 0.095042730 0.809 低压机的氨循环量 LL L e V G V kg/h 16800 0.809 2 22355 1.216 高压机的吸气系数： 1(1) c yrH tn P c P 1.

13、3765273 0 1 0.021 0.4372273 35 0.848 高压机的氨循环量： 72 38 HL hh GG hh 22382 (1841 431) 1689 581 28483kg/h 高压机的理论吸气容积： inH H H GV V - 14 - 28483 0.3000 0.848 =10077/h 3 m 3）计算出串联双级压缩制冷的实际制冷量 110 () coL QG hh 22382(1633 431) 4 2690 10 kJ/kg （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： 21 () 860 22382 (1841 1633) 12 8

14、60 451 L LD RC G hh N n KW -低压机的台数 12 台 Rc n -蒸发时氨的焓；kJ/kg 1 h -从蒸发压力绝热压缩至中间压力时蒸汽焓；kJ/kg 2 h 低高机的氨循环量 L G 860功率的换算系数 压缩机的指示效率: - 15 - 273 35 0.001 35 273 0 0.84 e aLi in Tt bt Tt 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 0.001 int 压缩机的指示功率: 451 0.84 537 LD Li Li N N KW 式中 压缩机的理论功率 KW LD N 压缩机的摩擦功率： 36.

15、72 0.4 2800 36.72 30.50 mL Lm P V N KW 式中 摩擦压力，MPa，立式低压机取 0.30.5； m P 低压机的活塞理论容积， L V 3 m 压缩机的有效功率： 537 30.50 567.5 LyLiLm NNN KW 压缩机的轴功率： - 16 - 567.5 1 567.5 Ly Lc Lp N N KW 式中 低压机的传动效率，直接驱动取 1.0 Lp 电动机的功率： 1.15 567.5 652.625 1.15 LLy KW NN 2） 高压机 压缩机的理论功率： 43 () 860 28483 (1849 1689) 4 860 1325 H

16、 HD RH Ghh N n KW 压缩机的指示效率： 2730 0.001 0 27335 0.886 in inHi c Tt bt Tt 压缩机的指示功率： 1325 0.886 1495 HD Hi Hi N N KW - 17 - 压缩机的摩擦功率： 式中摩擦压力 ，立式高压机取 0.50.7。 m PMPa 36.72 0.6 2800 36.72 45.75 m H Hm P V N KW 压缩机的有效功率： 149545.75 1540.75 HyHiHm NNN KW 压缩机的轴功率： 1540.75 Hy He Hp N NKW 电动机的功率： 1.15 1.15 1540

17、.75 1772 HHe NN KW 4 附属设备计算附属设备计算 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 c q 2 16720/kJ mh - 18 - cD c c Q F q 46 () cDH QGhh 2 246928483(1849 581)/14630 c mF 式中 双级压缩制冷高压机的氨循环量，kg/h cD Q 选用 LN-250 型，11 台，总的冷却面积为 2662 2 m 2）蒸发器 采用立式蒸发器： 4 2 2690 101.1/8360 3

18、539 f ee e Q Fu q m 式中 冷冻站最大制冷能力，kJ/h； f Q 蒸发器单位面积上的热负荷，取为 10450；蒸 e q 2 /kJ mh e u 发器工作条件系数，一般取 1.1 选用 LZL-240 型的蒸发器，15 台，总的蒸发面积为 3600 2 m 3）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： 4 3600 4 10077 0.848 7

19、 0.5 3.14 3600 0.929 HH in inin V D n w m 式中 拟用的中冷器的数量，个； in n 通过中冷器筒体的蒸汽氨的允许流速，一般为 in w 0.50.75m/s 选用 XQ-100 型（直径为 1m）的中间冷却器 7 个。 4）高压储液桶 容积： 3 0.3 0.8 1000 0.3 28483 1.7023 0.8 1000 18.18 c a GV V m 式中 高压机氨的循环量，kg/h；G 冷凝压力下氨的比容，/kg c V 3 m 选用 ZA-2 型氨贮液桶 10 台，总贮液量为 19.2 3 m 5）氨油分离器 用来除去氨气中夹带的油雾，保证冷

20、凝器和蒸发器的传热效率。 - 20 - 0 0 0 00 4 3600 4 10077 0.848 16 3.14 0.8 3600 0.49 V D nw m 式中 双级压缩制冷时，为高压机的总吸气容积，/h； 0 V 3 m 双级压缩制冷时，为高压机的吸气系数；拟用氨油分离 0 0 n 器的数量，个；油氨分离器内氨气的允许流速，一般取 0 w 0.8m/s。 选用 YF-125 型（直径为 0.6m）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 4 3600

21、4 22355 1.216 24 3.14 0.5 3600 0.90 e ef efef Gv D nw m 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； e v 3 m 拟选液氨分离器的数量，个；液氨分离器内气氨的流 ef n ef w 速，一般取 0.5m/s。 - 21 - 选用 AF-1000 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

22、制冷量： 3 4168 101666688000/kJ h 安装 JY-300 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 KF-20 型空气分离器。 5 冷却水系统设计冷却水系统设计 1) 基本资料 （1）冷冻站最多开 4 台高压机（8AS-25，每台需冷却量 8/h）和 3 m 12 台低压机（8AS-25） ，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

23、温度为-1； （3）氨的中间压力为 0.4372MPa,冷凝压力为 1.3765MPa； 2) 冷却需水量 - 22 - （1）总需水量 W 总需水量 W 按下式计算： 3 4180 28483(1849 581) 4180 (24 20) 2160.1/ c Q W t mh 式中 W冷却水的总需求量； 冷凝器的总热负荷； c Q 冷凝器的进出口温差t （2）冷冻机的冷却水需用量 1 W 1 3 128 / 16 8 gcw Wng mh 式中 冷冻机台数； gc n 每台冷冻机的冷却水需用量 w g （3）冷凝器的实际需水量 2 W 21 3 2160.1 128 2032.1/ WWW mh （4）新鲜冷却水需用量 0 W 21 0 20 3 () 2160.1 (28 24) 28 20 1080.05/ W tt W tt mh - 23 - 式中