特殊鑿井_課程設計

1、土木建筑學院土木建筑學院 課課 程程 設設 計計 說說 明明 書書 課程名稱： 特殊鑿井 設計題目： 梁寶寺二號井主井井筒凍結制冷系統(tǒng)設計 專業(yè)(方向)： 礦井建設 班級 2012 設 計 人： 高凡 指導教師： 林登閣 教授 山東科技大學土木建筑學院山東科技大學土木建筑學院 2013 年年 1 月月 7 日日 課程設計任務書課程設計任務書 專 業(yè)： 礦井建設 班級： 2012 學 生 姓 名： 高凡 學號： 201201021503 一、課程設計題目：梁寶寺二號井主井井筒凍結制冷系統(tǒng)設計 二、原始資料： 1、梁寶寺二號井主井井筒凍結設計概況 三、設計應解決下列主要問題： 1、制冷方式選擇 2

2、、雙級壓縮制冷氨系統(tǒng)計算 3、附屬設備計算 4、冷卻水系統(tǒng)計算 5、鹽水系統(tǒng)計算 四、設計圖紙： 1、凍結站凍結制冷三大循環(huán)系統(tǒng)示意圖 五、命題發(fā)出日期： 2015.11.23 設計應完成日期： 2013.11.29 設計指導人（簽章）： 日期： 年 月 日 指導教師對課程設計評語指導教師對課程設計評語 指導教師（簽章）： 日期： 年 月 日 目 錄 1、原始條件 5 2、制冷方式選擇 6 3、雙級壓縮制冷氨系統(tǒng)計算 6 4、附屬設備計算 16 5、冷卻水系統(tǒng)計算 20 參考文獻（5 號黑體） 附圖 1（見模板） 1 1、 原始條件原始條件 設梁寶寺二號井是肥城礦業(yè)集團在梁寶寺礦區(qū)規(guī)劃籌建的第

3、二對 礦井。礦井位于嘉祥縣境內，年設計生產能力 1.5Mt，采用立井開拓 方式，布設主井、副井、風井三個井筒，其中主井井筒設計凈直徑 5.0m，全深 1100.5m 井筒采用凍結法施工。 主井井筒通過第四系地層厚度為 149.65m，通過第三系地層厚度 為 299.66m。揭露二疊系地層 241.36m,頂部風化破碎帶 18.85m，其 中強風化帶 10.81m，弱風化帶 8.04m。風化帶強度極低，裂隙較發(fā)育， 巖芯破碎。 1.采用一次凍結全深，三圈加防片孔凍結方案，凍結孔總數(shù)為 95 根，主井井筒凍結管散熱能力為 22260256.4kJ/h，凍結管散熱系 數(shù)取 1080 kJ/（m2h）

4、 。 2.設計層位的鹽水溫度-30（氨的蒸發(fā)溫度-35） ，凍結管的 散熱系數(shù) 1080 kJ/m2h。 3.冷量損失系數(shù) 1.15. 4.冷卻水溫度 25（氨的冷凝溫度 35） ， 5.冷凍站只服務于一個井筒。 6. 設計選用 8AS-25 冷凍機，理論吸氣容積 2800，標準制 3 /mh 冷量為 1162kw，轉數(shù)為 600r/min，電動機功率 480kw。 7.鹽水容重 1270 kg/，鹽水比熱 2.70 kJ/kg，供液管內 3 m 鹽水允許流速 1.5m/s。 8.冷凝器進出口水的溫差 4。 2 2、制冷方式的選擇、制冷方式的選擇 已知主井井筒凍結管散熱能力為 22260256

5、.4kJ/h，為一個井筒服務時 的冷凍站需冷量為： = 1 Q c T m Q 式中-鹽水系統(tǒng)（包括冷凍站內外的低溫設備和管路）的冷涼損 c m 失系數(shù)，此處取 1.15。 冷凍站需冷量為 1.1522260256.4/h。kJ 已知氨的蒸發(fā)溫度-35，冷凝溫度為 35。查表可得：=0.0950 o P MPa，=1.3765 MPa，壓縮比/=1.3765MPa/0.09504MPa=14.488。 k P K P 0 P 壓縮機排氣口壓力大，溫度過高，有可能超過潤滑油的燃點，引起油碳化 或造成爆炸事故，所以采用雙極壓縮制冷。 3 3、雙級壓縮制冷系數(shù)的計算、雙級壓縮制冷系數(shù)的計算 （1）中

6、間壓力的計算 1）根據(jù)蒸發(fā)溫度和冷凝溫度查出相應的壓力按公式求得理想的中間 壓力為=1.0 =0.3617MPa。查出溫度為=-5時， inok PP P0.09504 1.3765 in t 相應的壓力為 0.3617 MPa.。假設另一中間溫度為 5， （比理想中間 in t 溫度高 10）其相應的壓力為=0.5259 Mpa。 in P 2）繪制理想和假設的串聯(lián)雙級壓縮制冷熱力循環(huán)圖 1-1，求得各狀態(tài) 下氨的熱力參數(shù)。熱力參數(shù)計算結果見表 1-1。 Pc,tc Pin,tin Pin,tin Pe,te 焓（ ） 壓力 lgP x=1 x=o i1 i2 i2 i3 i3 i i ii

7、 i i i i i7 i i9 i 圖圖 1-11-1 理想和假設的串聯(lián)雙級壓縮制冷熱力循環(huán)圖理想和假設的串聯(lián)雙級壓縮制冷熱力循環(huán)圖 表表 1-11-1 理想的和假想的熱力參數(shù)理想的和假想的熱力參數(shù) 理想條件假設條件 各狀態(tài)點參數(shù)單位=0.3617 MPa in P =-5 in t =0.5259 MPa in P =5 in t 1 h16331633 ， 2 h 2 h 18731951 ， 3 h 3 h 16741684 ， 4 h 4 h 18701824 5 h 17061706 6 h 584584 ， 7 h 7 h 418456 ， 8 h 8 h 584584 ， 9

8、h 9 h 393443 焓 焓 10 h 10 h /kJ kg 418418 比容 ， inv inv ev 3 /kg m0.3468 1.216 0.2433 1.216 3）根據(jù)經(jīng)驗理論容積比范圍，選用 12 臺 8AS-25 型作低壓機，4 臺 8AS-25 型作高壓機； 低壓機的總理論吸氣容積： =280012=33600/h； Lv 3 m 高壓機的總理論吸氣容積： =28004=11200/h； Hv 3 m 高、低壓機的理論容積比為： H v L v n v 式中高、低壓機的理論容積比 vn 計算得： 5600 0.33 16800 vn 4）根據(jù)冷凍試配組，按相應公式計算

9、有關參數(shù)，求得理想的和假設 的高、低壓理論容積比見表 1-2。 5）繪制高、低壓機理想和假設的理論容積比與中間壓力的直角坐標 圖 2-4-2，得試配組的高、低壓機理論容積比。 表表 1-21-2 串聯(lián)雙級壓縮制冷的理想和假設基本參數(shù)串聯(lián)雙級壓縮制冷的理想和假設基本參數(shù) 基本參數(shù)計算公式計算結果符號意義 理 想 0.84 吸氣 系數(shù)假 設 1(1) in Lyr e P c P 0.79 理 想 23211/kg h 低 壓 機 氨循 環(huán)量假 設 LL L e V G V 21829/kg h 理 想 0.82 吸氣 系數(shù)假 設 1(1) c Hyr tn P c P 0.86 理 想 3098

10、3/kg h 氨循 環(huán)量假 設 27 38 HL hh GG hh 31546/kg h 理 想 13104/h 3 m 高 壓 機 理想 吸氣 容積 假 設 Hin H H GV V 8925/h 3 m 高、低壓 機的容積 理 想 H V L V n V 0.39 、理想 in P in P 的和架設的中 間壓力 理想的 yr yr 和架設的預熱 系數(shù) 冷凝壓力 c P 蒸發(fā)壓力 e P 冷凝溫度， c t 35 蒸發(fā)溫度- e t 35 C 壓縮機的余 隙系數(shù) 比假 設 0.266 6）繪制高、低壓機理想的和假設的理論容積比與中間壓力的直角坐 標圖（見圖 1-2） ，得試配組的中間壓力為

11、 0.4372 MPa。 計算過程： 因為高低壓縮機的理論容積比為 0.333，根據(jù)圖中直線的斜率，得 （-0.5259）/（0.333-0.266）=（0.3617-0.5259）/（0.39-0.266） in P 所以得 =0.4372MPa in P 圖圖 1-21-2 中間壓力與容積比關系圖中間壓力與容積比關系圖 （2）根據(jù)冷凍機實際配組及其工作條件計算制冷量。 1）根據(jù)實際中間溫度、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度及其相應壓力為 0.4372MP，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。 壓力 lgP 焓（i) i10 i9 i8 i7 i6i5 i4 i i

12、 i1 x=0 x=1 Pe , te Pin , tin Pc , tc 圖圖 1-31-3 熱力循環(huán)圖熱力循環(huán)圖 表表 1-31-3 氨的各狀態(tài)的熱力參數(shù)氨的各狀態(tài)的熱力參數(shù) 狀 態(tài) 點 1 h 2 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）根據(jù)已經(jīng)確定的冷凍機實際配組情況：低壓機 12 臺，高壓機 4 臺。 來計算和實際中間壓力有關的參數(shù)。 低壓機的吸氣系數(shù) 1(1) in Lyr e P c P 0.437227335 1 0.021 0.0950427

13、30 0.809 低壓機的氨循環(huán)量 LL L e V G V kg/h 16800 0.809 2 22355 1.216 高壓機的吸氣系數(shù)： 1(1) c yrH tn P c P 1.3765273 0 1 0.021 0.4372273 35 0.848 高壓機的氨循環(huán)量： 72 38 HL hh GG hh 22382 (1841 431) 1689 581 28483kg/h 高壓機的理論吸氣容積： inH H H GV V 28483 0.3000 0.848 =10077/h 3 m 3）計算出串聯(lián)雙級壓縮制冷的實際制冷量 110 () coL QG hh 22382(1633

14、431) 4 2690 10 kJ/kg （3）計算低、高壓機的電動機功率 1) 低壓機 壓縮機的理論功率： 21 () 860 22382 (1841 1633) 12 860 451 L LD RC G hh N n KW -低壓機的臺數(shù) 12 臺 Rc n -蒸發(fā)時氨的焓；kJ/kg 1 h -從蒸發(fā)壓力絕熱壓縮至中間壓力時蒸汽焓；kJ/kg 2 h 低高機的氨循環(huán)量 L G 860功率的換算系數(shù) 壓縮機的指示效率: 273 35 0.001 35 273 0 0.84 e aLi in Tt bt Tt 式中 T絕對溫度，273 ；氨的蒸發(fā)溫度，； et 氨的中間溫度，；b系數(shù)取 0.

15、001 int 壓縮機的指示功率: 451 0.84 537 LD Li Li N N KW 式中 壓縮機的理論功率 KW LD N 壓縮機的摩擦功率： 36.72 0.4 2800 36.72 30.50 mL Lm P V N KW 式中 摩擦壓力，MPa，立式低壓機取 0.30.5； m P 低壓機的活塞理論容積， L V 3 m 壓縮機的有效功率： 537 30.50 567.5 LyLiLm NNN KW 壓縮機的軸功率： 567.5 1 567.5 Ly Lc Lp N N KW 式中 低壓機的傳動效率，直接驅動取 1.0 Lp 電動機的功率： 1.15 567.5 652.625

16、 1.15 LLy KW NN 2） 高壓機 壓縮機的理論功率： 43 () 860 28483 (1849 1689) 4 860 1325 H HD RH Ghh N n KW 壓縮機的指示效率： 2730 0.001 0 27335 0.886 in inHi c Tt bt Tt 壓縮機的指示功率： 1325 0.886 1495 HD Hi Hi N N KW 壓縮機的摩擦功率： 式中摩擦壓力 ，立式高壓機取 0.50.7。 m PMPa 36.72 0.6 2800 36.72 45.75 m H Hm P V N KW 壓縮機的有效功率： 149545.75 1540.75 Hy

17、HiHm NNN KW 壓縮機的軸功率： 1540.75 Hy He Hp N NKW 電動機的功率： 1.15 1.15 1540.75 1772 HHe NN KW 4 4 附屬設備計算附屬設備計算 1）冷凝器 冷凝器是將氨在蒸發(fā)器和壓縮機中吸收的熱量傳遞給冷卻水的熱交換 裝置，使經(jīng)壓縮機壓縮后的過熱氨氣凝結成液體。采用立式冷凝器，冷凝 器單位面積的熱負荷取為 c q 2 16720/kJ mh cD c c Q F q 46 () cDH QGhh 2 246928483(1849 581)/14630 c mF 式中 雙級壓縮制冷高壓機的氨循環(huán)量，kg/h cD Q 選用 LN-250

18、 型，11 臺，總的冷卻面積為 2662 2 m 2）蒸發(fā)器 采用立式蒸發(fā)器： 4 2 2690 101.1/8360 3539 f ee e Q Fu q m 式中 冷凍站最大制冷能力，kJ/h； f Q 蒸發(fā)器單位面積上的熱負荷，取為 10450；蒸 e q 2 /kJ mh e u 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，15 臺，總的蒸發(fā)面積為 3600 2 m 3）中間冷卻器 安裝在低壓機和高壓機之間，冷卻低壓機排出的過熱蒸汽氨，避免高 壓機的排氣溫度過高，以保持高、低壓機的之間壓力；是液氨在進入蒸發(fā) 器之前得到過冷，提高低壓機的制冷量；分離低壓機排氣中夾

19、帶的潤滑油， 起油氨分離器的作用。 數(shù)量：7 個。 筒體直徑： 4 3600 4 10077 0.848 7 0.5 3.14 3600 0.929 HH in inin V D n w m 式中 擬用的中冷器的數(shù)量，個； in n 通過中冷器筒體的蒸汽氨的允許流速，一般為 in w 0.50.75m/s 選用 XQ-100 型（直徑為 1m）的中間冷卻器 7 個。 4）高壓儲液桶 容積： 3 0.3 0.8 1000 0.3 28483 1.7023 0.8 1000 18.18 c a GV V m 式中 高壓機氨的循環(huán)量，kg/h；G 冷凝壓力下氨的比容，/kg c V 3 m 選用 Z

20、A-2 型氨貯液桶 10 臺，總貯液量為 19.2 3 m 5）氨油分離器 用來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。 0 0 0 00 4 3600 4 10077 0.848 16 3.14 0.8 3600 0.49 V D nw m 式中 雙級壓縮制冷時，為高壓機的總吸氣容積，/h； 0 V 3 m 雙級壓縮制冷時，為高壓機的吸氣系數(shù)；擬用氨油分離 0 0 n 器的數(shù)量，個；油氨分離器內氨氣的允許流速，一般取 0 w 0.8m/s。 選用 YF-125 型（直徑為 0.6m）氨油分離器 16 個。 6）氨液分離器 分離由氣體中所帶的液滴，防止進入制冷壓縮機而造成磨損或沖缸

21、的 危險。對保證壓縮機的安全運轉和提高制冷效率由良好的作用。 數(shù)量 ：24 個 4 3600 4 22355 1.216 24 3.14 0.5 3600 0.90 e ef efef Gv D nw m 式中 雙級壓縮制冷時，為通過低壓機的氨的總循環(huán)量，kg/h；G 在蒸發(fā)壓力下的飽和蒸汽氨的比容，/kg； e v 3 m 擬選液氨分離器的數(shù)量，個；液氨分離器內氣氨的流 ef n ef w 速，一般取 0.5m/s。 選用 AF-1000 型氨液分離器（直徑 1m）24 個。 7）集油器 用來收存從氨油分離器，冷凝器，貯液筒等設備內匯集來的潤滑油， 并在低壓狀況下將油放出，以減少氨的損失和保

22、證操作人員的安全。 凍結需冷量高峰時要開 16 臺 8AS25 冷凍機，總的標準制冷量： 3 4168 101666688000/kJ h 安裝 JY-300 型集油器 6 個。 8）空氣分離器 用以排除在制冷系統(tǒng)中的不凝性氣體，保證制冷裝置長期正常運轉和 減少制冷劑的損失，提高制冷效果。在設計鹽水溫度低于-25時就應該 安裝空氣分離器。 安裝 6 臺 KF-20 型空氣分離器。 5 5 鹽水系統(tǒng)設計鹽水系統(tǒng)設計 （1）基本資料 1）凍結站實際最大制冷量 4 2690 10 kJ/kg 2）氯化鈣溶液的比重 1270kg/，鹽水的比熱為 2.70 kJ/kg 3 m 3）鹽水在管路中的允許流速

23、，供液管內為 1.5，凍結管環(huán)行空間/m s 內為 0.15（凍結深度小于 100m）-0.5（凍結深度大于 300m） ；干管和/m s 集、配圈內為 1.5-2.0/m s 4）凍結管去、回路鹽水溫度差取 4 （2）鹽水總循環(huán)量 br W 4 3 2690 10 4.5 1270 2.70 1743.3/ f br brbr Q W tC mh 式中 -鹽水流量 ；-冷凍站的制冷能力 KJ/h； br W 3 /mh f Q -鹽水比重 kg/；-鹽水比熱 kJ/kg； br 3 m br C -去回路鹽水溫差（一般淺井取 2-4 深井取 4-5）t （3）鹽水泵的設計 鹽水總循環(huán)量 3 1743.3/mh 綜合考慮凍結情況，選擇 12SH-6A 型鹽水泵 12 臺，流量為 1836，揚程 70m，電機 310kW。 3 /mh 6 6 冷卻水系統(tǒng)設計冷卻水系統(tǒng)設計 1) 基本資料 （1）冷凍站最