特殊凿井_课程设计

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 2012 设 计 人： 高凡 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2013 年年 1 月月 7 日日课程设计任务书课程设计任务书专 业： 矿井建设 班级： 2012 学 生 姓 名： 高凡 学号： 201201021503 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

2、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： 2015.11.23 设计应完成日期： 2013.11.29 设计指导人（签章）： 日期： 年 月 日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16 5、冷却水系统计算20参考文献（5 号黑体）附图 1（见模板）1 1、 原始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

3、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 22260256.4kJ/h，冻结管散热系数取 1080 kJ/（m2h） 。2.设计层位的盐水温度-30（氨的蒸发温度-35） ，

4、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3/mh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3m盐水允许流速 1.5m/s。8.冷凝器进出口水的温差 4。2 2、制冷方式的选择、制冷方式的选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： =1QcTm Q式中-盐水系统（包括冷冻

5、站内外的低温设备和管路）的冷凉损cm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 oPMPa，=1.3765 MPa，压缩比/=1.3765MPa/0.09504MPa=14.488。kPKP0P压缩机排气口压力大，温度过高，有可能超过润滑油的燃点，引起油碳化或造成爆炸事故，所以采用双极压缩制冷。3 3、双级压缩制冷系数的计算、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=1.0 =0.3617MPa。查出温度为=-5时，in

6、okPP P0.09504 1.3765int相应的压力为 0.3617 MPa.。假设另一中间温度为 5， （比理想中间int温度高 10）其相应的压力为=0.5259 Mpa。inP2）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。Pc,tcPin,tinPin,tinPe,te焓（ ） 压力 lgPx=1x=oi1i2i2i3i3i iii i i i i i7i i9i 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的串联双级压缩制冷热力循环图表表 1-11-1 理想的和假想的热力参数理想的和假想的热力

7、参数理想条件假设条件各状态点参数单位=0.3617 MPainP=-5int=0.5259 MPainP=5int1h16331633， 2h2h18731951， 3h3h16741684， 4h4h187018245h170617066h584584， 7h7h418456， 8h8h584584， 9h9h393443焓焓 10h10h/kJ kg418418比容，invinvev3/kgm0.34681.2160.24331.2163）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：=280012=33600/h

8、；Lv3m高压机的总理论吸气容积：=28004=11200/h；Hv3m高、低压机的理论容积比为： HvLvnv式中高、低压机的理论容积比 vn计算得：56000.3316800vn4）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吸气系数假设1(1)inLyrePcP0.79理想23211/kg h低压机氨循

9、环量假设LLLeVGV21829/kg h理想0.82吸气系数假设1(1)cHyrtnPcP0.86理想30983/kg h氨循环量假设2738HLhhGGhh31546/kg h理想13104/h3m高压机理想吸气容积假设HinHHGVV8925/h3m高、低压机的容积理想HVLVnV0.39、理想inPinP的和架设的中间压力理想的yryr和架设的预热系数冷凝压力cP蒸发压力eP冷凝温度，ct35蒸发温度-et35C 压缩机的余隙系数比假设0.2666）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标图（见图 1-2） ，得试配组的中间压力为 0.4372 MPa。计算过程：因为

10、高低压缩机的理论容积比为 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）inP所以得 =0.4372MPainP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1-3 所示。压力 lgP焓（i)i10i9i8i7i6i5i4iii1x=0 x=1Pe , tePin , tinPc , tc图图 1-31-3

11、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1h2h3h4h5h6h7h8h9h10h焓值（kJ/kg）1633 1841 1689 1849 17055814315814134312）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。低压机的吸气系数1(1)inLyrePcP 0.4372273351 0.0210.095042730 0.809低压机的氨循环量 LLLeVGV kg/h16800 0.809 2223551.216高压机的吸气系数：1(1)cyrHtnPcP 1.3765273

12、01 0.0210.4372273 350.848高压机的氨循环量：7238HLhhGGhh22382 (1841 431)1689 58128483kg/h高压机的理论吸气容积：inHHHGVV 28483 0.30000.848=10077/h3m3）计算出串联双级压缩制冷的实际制冷量110()coLQG hh 22382(1633 431)42690 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()86022382 (1841 1633)12 860451LLDRCG hhNnKW-低压机的台数 12 台Rcn-蒸发时氨的焓；kJ/kg1h-从蒸发压

13、力绝热压缩至中间压力时蒸汽焓；kJ/kg2h 低高机的氨循环量LG860功率的换算系数压缩机的指示效率:273 350.001 35273 00.84eaLiinTtbtTt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 0.001int压缩机的指示功率:4510.84537LDLiLiNNKW式中 压缩机的理论功率 KWLDN压缩机的摩擦功率：36.720.4 280036.7230.50mLLmP VNKW式中 摩擦压力，MPa，立式低压机取 0.30.5；mP低压机的活塞理论容积，LV3m压缩机的有效功率：537 30.50567.5LyLiLmNNNKW压缩机

14、的轴功率：567.51567.5LyLcLpNNKW式中 低压机的传动效率，直接驱动取 1.0Lp电动机的功率：1.15 567.5652.6251.15LLyKWNN2） 高压机压缩机的理论功率：43()86028483 (1849 1689)4 8601325HHDRHGhhNnKW压缩机的指示效率：27300.001 0273350.886ininHicTtbtTt压缩机的指示功率：13250.8861495HDHiHiNNKW压缩机的摩擦功率： 式中摩擦压力 ，立式高压机取 0.50.7。mPMPa36.720.6 280036.7245.75mHHmP VNKW压缩机的有效功率：14

15、9545.751540.75HyHiHmNNNKW压缩机的轴功率：1540.75HyHeHpNNKW电动机的功率：1.151.15 1540.751772HHeNNKW4 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cq216720/kJ mhcDccQFq46()cDHQGhh 2246928483(1849 581)/14630cmF式中 双级压缩制冷高压机的氨循环量，kg/hcDQ选用 LN-250 型，11 台，总的冷却面积为 26622m2）蒸发

16、器采用立式蒸发器：422690 101.1/83603539feeeQFuqm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/kJ mheu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 36002m3）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。筒体直径： 436004 10077 0.8487 0.5 3.14 3

17、6000.929HHinininVDn wm式中 拟用的中冷器的数量，个；inn通过中冷器筒体的蒸汽氨的允许流速，一般为inw0.50.75m/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： 30.30.8 10000.3 28483 1.70230.8 100018.18caGVVm式中 高压机氨的循环量，kg/h；G冷凝压力下氨的比容，/kgcV3m选用 ZA-2 型氨贮液桶 10 台，总贮液量为 19.23m5）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。0 0000436004 10077 0.84816 3.14 0.8 36

18、000.49VDnwm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00n器的数量，个；油氨分离器内氨气的允许流速，一般取0w0.8m/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436004 22355 1.21624 3.14 0.5 36000.90eefefefGvDnwm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

19、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efnefw速，一般取 0.5m/s。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，总的标准制冷量：34168 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。

20、安装 6 台 KF-20 型空气分离器。5 5 盐水系统设计盐水系统设计（1）基本资料1）冻结站实际最大制冷量42690 10 kJ/kg2）氯化钙溶液的比重 1270kg/，盐水的比热为 2.70 kJ/kg3m3）盐水在管路中的允许流速，供液管内为 1.5，冻结管环行空间/m s内为 0.15（冻结深度小于 100m）-0.5（冻结深度大于 300m） ；干管和/m s集、配圈内为 1.5-2.0/m s4）冻结管去、回路盐水温度差取 4（2）盐水总循环量brW432690 104.5 1270 2.701743.3/fbrbrbrQWtCmh 式中 -盐水流量 ；-冷冻站的制冷能力 KJ/h；brW3/mhfQ-盐水比重 kg/；-盐水比热 kJ/kg；br3mbrC-去回路盐水温差（一般浅井取 2-4 深井取 4-5）t（3）盐水泵的设计盐水总循环量31743.3/mh综合考虑冻结情况，选择 12SH-6A 型盐水泵 12 台，流量为1836，扬程 70m，电机 310kW。3/mh6 6 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