梁寶寺二號(hào)井主井井筒凍結(jié)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、土木建筑學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)課程名稱(chēng)： 特殊鑿井 設(shè)計(jì)題目： 梁寶寺二號(hào)井主井井筒凍結(jié)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)(方向)： 礦井建設(shè) 班級(jí) 設(shè) 計(jì) 人： 指導(dǎo)教師： 山東科技大學(xué)土木建筑學(xué)院2013年 1 月 7 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專(zhuān) 業(yè)： 礦井建設(shè) 班級(jí)： 學(xué) 生 姓 名： 學(xué)號(hào)： 一、 課程設(shè)計(jì)題目：梁寶寺二號(hào)井主井井筒凍結(jié)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、 原始資料： 1、梁寶寺二號(hào)井主井井筒凍結(jié)設(shè)計(jì)概況 三、 設(shè)計(jì)應(yīng)解決下列主要問(wèn)題： 1、制冷方式選擇 2、雙級(jí)壓縮制冷氨系統(tǒng)計(jì)算 3、附屬設(shè)備計(jì)算 4、冷卻水系統(tǒng)計(jì)算 4、鹽水系統(tǒng)計(jì)算 四、 設(shè)計(jì)圖紙： 1、凍結(jié)站凍結(jié)制冷三大循環(huán)系統(tǒng)示意圖 五、命題發(fā)出

2、日期： 2013.1.7 設(shè)計(jì)應(yīng)完成日期： 2013.1.18 設(shè)計(jì)指導(dǎo)人（簽章）： 日期： 年 月 日指導(dǎo)教師對(duì)課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師（簽章）： 日期： 年 月 日目 錄1 原始條件 1 2 凍結(jié)最大需冷量計(jì)算 2 3 制冷方式選擇 2 4 雙級(jí)壓縮制冷氨系統(tǒng)計(jì)算 2 5 氨系統(tǒng)附屬設(shè)備計(jì)算 12 6 冷卻水系統(tǒng)選擇計(jì)算 15 7 鹽水系統(tǒng)選擇計(jì)算 178 參考文獻(xiàn) 18 梁寶寺二號(hào)井主井井筒凍結(jié)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 原始條件設(shè)梁寶寺二號(hào)井是肥城礦業(yè)集團(tuán)在梁寶寺礦區(qū)規(guī)劃籌建的第二對(duì)礦井。礦井位于嘉祥縣境內(nèi)，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.5mt，采用立井開(kāi)拓方式，布設(shè)主井、副井、風(fēng)井三個(gè)井筒，其中主井井筒設(shè)計(jì)凈直

3、徑5.0m，全深1100.5m井筒采用凍結(jié)法施工。主井井筒通過(guò)第四系地層厚度為149.65m，通過(guò)第三系地層厚度為299.66m。揭露二疊系地層241.36m,頂部風(fēng)化破碎帶18.85m，其中強(qiáng)風(fēng)化帶10.81m，弱風(fēng)化帶8.04m。風(fēng)化帶強(qiáng)度極低，裂隙較發(fā)育，巖芯破碎。1.采用一次凍結(jié)全深，三圈加防片孔凍結(jié)方案，凍結(jié)孔總數(shù)為95根，主井井筒凍結(jié)管散熱能力為 22260256.4kj/h，凍結(jié)管散熱系數(shù)取1080 kj/（m2·h）。2.設(shè)計(jì)層位的鹽水溫度-30°（氨的蒸發(fā)溫度-35°），凍結(jié)管的散熱系數(shù)1080 kj/m2·h。3.冷量損失系數(shù)1.15

4、.4.冷卻水溫度25°（氨的冷凝溫度35°），5.冷凍站只服務(wù)于一個(gè)井筒。6. 設(shè)計(jì)選用8as-25冷凍機(jī)，理論吸氣容積2800，標(biāo)準(zhǔn)制冷量為1162kw，轉(zhuǎn)數(shù)為600r/min，電動(dòng)機(jī)功率480kw。7.鹽水容重1270 kg/，鹽水比熱2.70 kj/kg·，供液管內(nèi)鹽水允許流速1.5m/s。8.冷凝器進(jìn)出口水的溫差4。2 凍結(jié)最大需冷量計(jì)算 =1.15×22260256.4 =25599295kj/h-為一個(gè)井筒服務(wù)時(shí)的冷凍站需冷量，kj/h；-鹽水系統(tǒng)的冷量損失系數(shù)，取1.15；-冷凍管的總散熱能力，取22260256.4kj/h3 制冷方式選擇

5、當(dāng)8時(shí)，壓縮機(jī)排氣口壓力大，溫度過(guò)高，有可能超過(guò)潤(rùn)滑油的燃點(diǎn)，引起油碳化或造成爆炸事故，故當(dāng)8時(shí)必須采用雙級(jí)壓縮制冷（引入中間壓力，使<8，<8）。查表得=1.3765，=0.09504。14.4834>8，故選擇雙級(jí)壓縮制冷。4 雙級(jí)壓縮制冷氨系統(tǒng)計(jì)算（1） 氨系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1）設(shè)計(jì)層位的鹽水溫度-30；（2）冷卻水的溫度為+25；（3）凍結(jié)站設(shè)計(jì)總的需冷量255992944kj/h。2、串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷計(jì)算（1）中間壓力的計(jì)算 已知氨蒸發(fā)溫度=-35，冷凝溫度=35。查表得=0.0950，=1.3765。1） 根據(jù)蒸發(fā)溫度和冷凝溫度查出相應(yīng)的壓力按公式求得理想的

6、中間壓力為=1.0 =0.3617 。查出溫度為=-5時(shí)，相應(yīng)的壓力為0.3619 .。假設(shè)另一中間溫度為5，（比理想中間溫度高10)其相應(yīng)的壓力為=0.5259 mpa。2） 繪制理想和假設(shè)的串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷熱力循環(huán)圖1-1，求得各狀態(tài)下氨的熱力參數(shù)。熱力參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1-1。圖1-1表1-1 理想的和假想的熱力參數(shù)各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)單位理想條件假設(shè)條件=0.3617 mpa=-5=0.5259 mpa=5焓焓16331633，18111869，16741685，1861181917071707584584，418465，584584，395441，418465比容，0.34681.2160.2

7、4331.2163） 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)理論容積比范圍，選用12臺(tái)8as-25型作低壓機(jī)，4臺(tái)8as-25型作高壓機(jī)；低壓機(jī)的總理論吸氣容積=2800×12=33600/h高壓機(jī)的總理論吸氣容積=2800×4=11200/h高、低壓機(jī)的理論容積比為： =0.33式中 高、低壓機(jī)的理論容積比 4）根據(jù)冷凍試配組，按相應(yīng)公式計(jì)算有關(guān)參數(shù)，求得理想的和假設(shè)的高、低壓理論容積比見(jiàn)表1-2。5）繪制高、低壓機(jī)理想和假設(shè)的理論容積比與中間壓力的直角坐標(biāo)圖2-4-2，得試配組的高、低壓機(jī)理論容積比。表 1-2 串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷的理想和假設(shè)基本參數(shù)基本參數(shù)計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果符號(hào)意義低壓機(jī)吸氣系數(shù)理想0

8、.81、理想的和架設(shè)的中間壓力理想的和架設(shè)的預(yù)熱系數(shù)冷凝壓力蒸發(fā)壓力冷凝溫度，30蒸發(fā)溫度-35c壓縮機(jī)的余隙系數(shù)假設(shè)0.74氨循環(huán)量理想22382假設(shè)21553高壓機(jī)吸氣系數(shù)理想0.80假設(shè)0.86氨循環(huán)量理想28604假設(shè)27484理想吸氣容積理想12400/h假設(shè)7775/h高、低壓機(jī)的容積比理想0.3690假設(shè)0.23146）繪制高、低壓機(jī)理想的和假設(shè)的理論容積比與中間壓力的直角坐標(biāo)圖（見(jiàn)圖1-2），得試配組的中間壓力為0.3279 mpa。圖1-2 中間壓力與容積比關(guān)系圖（2）根據(jù)冷凍機(jī)實(shí)際配組及其工作條件計(jì)算制冷量。1）根據(jù)實(shí)際中間溫度、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度及其相應(yīng)壓力為0.3279

9、mp，繪制熱力循環(huán)圖（圖1-3），求得各狀態(tài)氨的熱力參數(shù)，如表1-3所示。圖1-3 熱力循環(huán)圖表1-3 氨的各狀態(tài)的熱力參數(shù)狀 態(tài) 點(diǎn)焓值（kj/kg）163317901671186517075844045843814042）根據(jù)已經(jīng)確定的冷凍機(jī)實(shí)際配組情況：低壓機(jī)6臺(tái)，高壓機(jī)2臺(tái)。來(lái)計(jì)算和實(shí)際中間壓力有關(guān)的參數(shù)。低壓機(jī)的吸氣系數(shù) 0.832低壓機(jī)的氨循環(huán)量 kg/h高壓機(jī)的吸氣系數(shù) 高壓機(jī)的氨循環(huán)量 高壓機(jī)的理論吸氣容積 =14611/h 3）計(jì)算出串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷的實(shí)際制冷量 （3）計(jì)算低、高壓機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率1) 低壓機(jī)壓縮機(jī)的理論功率-低壓機(jī)的臺(tái)數(shù) 12臺(tái)-蒸發(fā)時(shí)氨的焓；kj/kg-從蒸

10、發(fā)壓力絕熱壓縮至中間壓力時(shí)蒸汽焓；kj/kg 低高機(jī)的氨循環(huán)量860功率的換算系數(shù)壓縮機(jī)的指示效率t絕對(duì)溫度，273 ；氨的蒸發(fā)溫度，；氨的中間溫度，；b系數(shù)取0.001壓縮機(jī)的指示功率壓縮機(jī)的理論功率kw壓縮機(jī)的摩擦功率摩擦壓力，mpa，立式低壓機(jī)取0.30.5；低壓機(jī)的活塞理論容積，壓縮機(jī)的有效功率壓縮機(jī)的軸功率低壓機(jī)的傳動(dòng)效率，直接驅(qū)動(dòng)取1.0電動(dòng)機(jī)的功率2） 高壓機(jī)壓縮機(jī)的理論功率壓縮機(jī)的指示效率壓縮機(jī)的指示功率壓縮機(jī)的摩擦功率摩擦壓力 ，立式高壓機(jī)取0.50.7。壓縮機(jī)的有效功率壓縮機(jī)的軸功率電動(dòng)機(jī)的功率5 氨系統(tǒng)附屬設(shè)備選擇計(jì)算1）冷凝器冷凝器是將氨在蒸發(fā)器和壓縮機(jī)中吸收的熱量傳遞

11、給冷卻水的熱交換裝置，使經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的過(guò)熱氨氣凝結(jié)成液體。采用立式冷凝器，冷凝器單位面積的熱負(fù)荷取為 1.1 2468雙級(jí)壓縮制冷高壓機(jī)的氨循環(huán)量，kg/h選用ln-250型，11臺(tái)，總的冷卻面積為26622）蒸發(fā)器采用立式蒸發(fā)器冷凍站最大制冷能力，kj/h；蒸發(fā)器單位面積上的熱負(fù)荷，取為10450；蒸發(fā)器工作條件系數(shù)，一般取1.1選用lzl-240型的蒸發(fā)器，13臺(tái)，總的蒸發(fā)面積為31203）中間冷卻器安裝在低壓機(jī)和高壓機(jī)之間，冷卻低壓機(jī)排出的過(guò)熱蒸汽氨，避免高壓機(jī)的排氣溫度過(guò)高，以保持高、低壓機(jī)的之間壓力；是液氨在進(jìn)入蒸發(fā)器之前得到過(guò)冷，提高低壓機(jī)的制冷量；分離低壓機(jī)排氣中夾帶的潤(rùn)滑油，

12、起油氨分離器的作用。數(shù)量：6個(gè)。筒體直徑： 擬用的中冷器的數(shù)量，個(gè)；通過(guò)中冷器筒體的蒸汽氨的允許流速，一般為0.50.75m/s選用xq-100型（直徑為1m）的中間冷卻器3個(gè)。4）高壓儲(chǔ)液桶容積 高壓機(jī)氨的循環(huán)量，kg/h；冷凝壓力下氨的比容，/kg選用za-2型氨貯液桶10臺(tái)，總貯液量為19.25）氨油分離器用來(lái)除去氨氣中夾帶的油霧，保證冷凝器和蒸發(fā)器的傳熱效率。雙級(jí)壓縮制冷時(shí)，為高壓機(jī)的總吸氣容積，/h；雙級(jí)壓縮制冷時(shí)，為高壓機(jī)的吸氣系數(shù)；擬用氨油分離器的數(shù)量，個(gè)；油氨分離器內(nèi)氨氣的允許流速，一般取0.8m/s。選用yf-125型（直徑為0.6m）氨油分離器15個(gè)。6）氨液分離器分離由氣

13、體中所帶的液滴，防止進(jìn)入制冷壓縮機(jī)而造成磨損或沖缸的危險(xiǎn)。對(duì)保證壓縮機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)和提高制冷效率由良好的作用。雙級(jí)壓縮制冷時(shí)，為通過(guò)低壓機(jī)的氨的總循環(huán)量，kg/h；在蒸發(fā)壓力下的飽和蒸汽氨的比容，/kg；擬選液氨分離器的數(shù)量，個(gè)；液氨分離器內(nèi)氣氨的流速，一般取0.5m/s。選用af-1000型氨液分離器（直徑1m）21個(gè)。7）集油器凍結(jié)需冷量高峰時(shí)要開(kāi)16臺(tái)8as25冷凍機(jī)，總的標(biāo)準(zhǔn)制冷量： 安裝jy-300型集油器6個(gè)。8）空氣分離器用以排除在制冷系統(tǒng)中的不凝性氣體，保證制冷裝置長(zhǎng)期正常運(yùn)轉(zhuǎn)和減少制冷劑的損失，提高制冷效果。在設(shè)計(jì)鹽水溫度低于-25時(shí)就應(yīng)該安裝空氣分離器。安裝6臺(tái)kf-20型空

14、氣分離器。6 冷卻水系統(tǒng)選擇計(jì)算1、 基本資料（1）冷凍站最多開(kāi)4臺(tái)高壓機(jī)（8as-25，每臺(tái)需冷卻量8/h）和12臺(tái)低壓機(jī)（8as-25），高壓機(jī)的總循環(huán)量為29313kg/h；（2）冷凝器進(jìn)口處的溫度為24，冷凝器的出口溫度為28，氨的冷凝溫度為35，中間溫度為-8；（3）氨的中間壓力為0.3279mpa,冷凝壓力為1.3765mpa；2、 冷卻需水量（1）總需水量w總需水量w按下式計(jì)算：式中 w冷卻水的總需求量；冷凝器的總熱負(fù)荷；冷凝器的進(jìn)出口溫差（2）冷凍機(jī)的冷卻水需用量式中: 冷凍機(jī)臺(tái)數(shù)； 每臺(tái)冷凍機(jī)的冷卻水需用量（3）冷凝器的實(shí)際需水量（4）新鮮冷卻水需用量式中 冷凝器的進(jìn)水溫度，24； 從冷凝器流回循環(huán)水池的水溫，28； 新鮮冷卻水進(jìn)入循環(huán)水池的溫度，203、 水源井的設(shè)計(jì)水源井的個(gè)數(shù)n按照下式進(jìn)行計(jì)算式中 q每個(gè)水源井的抽水量取為9個(gè)，設(shè)計(jì)9口水源井。選200qj/8088/8潛水泵（流量80 m3/h ）9臺(tái)。7 鹽水系統(tǒng)選擇計(jì)算（1）基本資料1）凍結(jié)站實(shí)際最大制冷量2）氯化鈣溶液的比重1270kg/，鹽水的比熱為2.70 kj/kg3）鹽水在管路中的允許流速，供液管內(nèi)為0.51.5，凍結(jié)管環(huán)行空間內(nèi)為0.15（凍結(jié)深度小于100m）0.5（凍結(jié)深度大于300m）；干管和集、配圈內(nèi)為1