特殊鑿井梁寶寺二號(hào)井主井井筒凍結(jié)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、土木建筑學(xué)院土木建筑學(xué)院課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 說(shuō)說(shuō) 明明 書書課程名稱： 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)專業(yè)(方向)： 礦井建設(shè) 班級(jí) 2009-2 設(shè) 計(jì) 人： 張景煜 指導(dǎo)教師： 林登閣 教授 山東科技大學(xué)土木建筑學(xué)院山東科技大學(xué)土木建筑學(xué)院2013 年年 1 月月 7 日日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專 業(yè)： 礦井建設(shè) 班級(jí)： 2009-2 班 學(xué) 生 姓 名： 張景煜 學(xué)號(hào)： 200901021430 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、 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 5、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 52、制冷方式選擇 63、雙級(jí)壓縮制冷氨系統(tǒng)計(jì)算 64、附屬設(shè)備計(jì)算16 5、冷卻水系統(tǒng)計(jì)算20參考文獻(xiàn)（5 號(hào)黑體）附圖 1（見(jiàn)模板）1 1、 原始條件原始條件設(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)

3、，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 1.5mt，采用立井開拓方式，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/（m2h） 。2.設(shè)計(jì)層位的鹽水溫度-30（氨的蒸發(fā)溫度-

4、35） ，凍結(jié)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(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3/mh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)3m鹽水允許流速 1.5m/s。8.冷凝器進(jìn)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(jié)管散熱能力為 22260256.4kj/h，為一個(gè)井筒服務(wù)時(shí)的冷凍站需冷量為： =1qctm q式中-鹽水系統(tǒng)

5、（包括冷凍站內(nèi)外的低溫設(shè)備和管路）的冷涼損cm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 opmpa，=1.3765 mpa，壓縮比/=1.3765mpa/0.09504mpa=14.488。kpkp0p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，所以采用雙極壓縮制冷。3 3、雙級(jí)壓縮制冷系數(shù)的計(jì)算、雙級(jí)壓縮制冷系數(shù)的計(jì)算（1）中間壓力的計(jì)算 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中間壓力為=1.0 =0.3617mpa。查出溫度為=-

6、5時(shí)，inokpp p0.09504 1.3765int相應(yīng)的壓力為 0.3617 mpa.。假設(shè)另一中間溫度為 5， （比理想中間int溫度高 10）其相應(yīng)的壓力為=0.5259 mpa。inp2）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。pc,tcpin,tinpin,tinpe,te焓（ ） 壓力 lgpx=1x=oi1i2i2i3i3i iii i i i i i7i i9i 圖圖 1-11-1 理想和假設(shè)的串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷熱力循環(huán)圖理想和假設(shè)的串聯(lián)雙級(jí)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

7、假想的熱力參數(shù)理想條件假設(shè)條件各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)單位=0.3617 mpainp=-5int=0.5259 mpainp=5int1h16331633， 2h2h18731951， 3h3h16741684， 4h4h187018245h170617066h584584， 7h7h418456， 8h8h584584， 9h9h393443焓焓 10h10h/kj kg418418比容inv，invev3/kgm0.34681.2160.24331.2163）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：=280012=33

8、600/h；lv3m高壓機(jī)的總理論吸氣容積：=28004=11200/h；hv3m高、低壓機(jī)的理論容積比為： hvlvnv式中高、低壓機(jī)的理論容積比 vn計(jì)算得：56000.3316800vn4）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。表表 1-21-2 串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷的理想和假設(shè)基本參數(shù)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)意義理想0.84吸氣系數(shù)假設(shè)1(1)inlyrepcp0.79理想23211/kg h

9、低壓機(jī)氨循環(huán)量假設(shè)lllevgv21829/kg h理想0.82吸氣系數(shù)假設(shè)1(1)chyrtnpcp0.86理想30983/kg h氨循環(huán)量假設(shè)2738hlhhgghh31546/kg h理想13104/h3m高壓機(jī)理想吸氣容積假設(shè)hinhhgvv8925/h3m高、低壓機(jī)的容積理想hvlvnv0.39、理想inpinp的和架設(shè)的中間壓力理想的yryr和架設(shè)的預(yù)熱系數(shù)冷凝壓力cp蒸發(fā)壓力ep冷凝溫度，ct35蒸發(fā)溫度-et35c 壓縮機(jī)的余隙系數(shù)比假設(shè)0.2666）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 0.4372 mpa。計(jì)算

10、過(guò)程：因?yàn)楦叩蛪嚎s機(jī)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）inp所以得 =0.4372mpainp圖圖 1-21-2 中間壓力與容積比關(guān)系圖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0.4372mp，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)i10i9i8i7i6i5i4iii1x=0 x=1pe , tepin , tinpc , tc圖圖 1-

11、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(diǎn)1h2h3h4h5h6h7h8h9h10h焓值（kj/kg）1633 1841 1689 1849 17055814315814134312）根據(jù)已經(jīng)確定的冷凍機(jī)實(shí)際配組情況：低壓機(jī) 12 臺(tái)，高壓機(jī) 4 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)1(1)inlyrepcp 0.4372273351 0.0210.095042730 0.809低壓機(jī)的氨循環(huán)量 lllevgv kg/h16800 0.809 2223551.216高壓機(jī)的吸氣系數(shù)：1(1)cyrhtnpcp 1.376

12、5273 01 0.0210.4372273 350.848高壓機(jī)的氨循環(huán)量：7238hlhhgghh22382 (1841 431)1689 58128483kg/h高壓機(jī)的理論吸氣容積：inhhhgvv 28483 0.30000.848=10077/h3m3）計(jì)算出串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷的實(shí)際制冷量110()colqg hh 22382(1633 431)42690 10 kj/kg（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：21()86022382 (1841 1633)12 860451lldrcg hhnnkw-低壓機(jī)的臺(tái)數(shù) 12 臺(tái)rcn-蒸發(fā)時(shí)氨的焓；kj/kg1h

13、-從蒸發(fā)壓力絕熱壓縮至中間壓力時(shí)蒸汽焓；kj/kg2h 低高機(jī)的氨循環(huán)量lg860功率的換算系數(shù)壓縮機(jī)的指示效率:273 350.001 35273 00.84ealiinttbttt式中 t絕對(duì)溫度，273 ；氨的蒸發(fā)溫度，；et氨的中間溫度，；b系數(shù)取 0.001int壓縮機(jī)的指示功率:4510.84537ldlilinnkw式中 壓縮機(jī)的理論功率 kwldn壓縮機(jī)的摩擦功率：36.720.4 280036.7230.50mllmp vnkw式中 摩擦壓力，mpa，立式低壓機(jī)取 0.30.5；mp低壓機(jī)的活塞理論容積，lv3m壓縮機(jī)的有效功率：537 30.50567.5lylilmnnn

14、kw壓縮機(jī)的軸功率：567.51567.5lylclpnnkw式中 低壓機(jī)的傳動(dòng)效率，直接驅(qū)動(dòng)取 1.0lp電動(dòng)機(jī)的功率：1.15 567.5652.6251.15llykwnn2） 高壓機(jī)壓縮機(jī)的理論功率：43()86028483 (1849 1689)4 8601325hhdrhghhnnkw壓縮機(jī)的指示效率：27300.001 0273350.886ininhicttbttt壓縮機(jī)的指示功率：13250.8861495hdhihinnkw壓縮機(jī)的摩擦功率： 式中摩擦壓力 ，立式高壓機(jī)取 0.50.7。mpmpa36.720.6 280036.7245.75mhhmp vnkw壓縮機(jī)的有效

15、功率：149545.751540.75hyhihmnnnkw壓縮機(jī)的軸功率：1540.75hyhehpnnkw電動(dòng)機(jī)的功率：1.151.15 1540.751772hhennkw4 4 附屬設(shè)備計(jì)算附屬設(shè)備計(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cq216720/kj mhcdccqfq46()cdhqghh 2246928483(1849 581)/14630cmf式中 雙級(jí)壓縮制冷高壓機(jī)的氨循環(huán)量，kg/hcdq選用 ln-250 型，11 臺(tái)，總的冷卻面積為 26622

16、m2）蒸發(fā)器采用立式蒸發(fā)器：422690 101.1/83603539feeeqfuqm式中 冷凍站最大制冷能力，kj/h；fq蒸發(fā)器單位面積上的熱負(fù)荷，取為 10450；蒸eq2/kj mheu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(tái)，總的蒸發(fā)面積為 36002m3）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，起油氨分離器的作用。數(shù)量：7 個(gè)。筒體直徑： 436004 10077 0.8487 0.5 3

17、.14 36000.929hhinininvdn wm式中 擬用的中冷器的數(shù)量，個(gè)；inn通過(guò)中冷器筒體的蒸汽氨的允許流速，一般為inw0.50.75m/s選用 xq-100 型（直徑為 1m）的中間冷卻器 7 個(gè)。4）高壓儲(chǔ)液桶容積： 30.30.8 10000.3 28483 1.70230.8 100018.18cagvvm式中 高壓機(jī)氨的循環(huán)量，kg/h；g冷凝壓力下氨的比容，/kgcv3m選用 za-2 型氨貯液桶 10 臺(tái)，總貯液量為 19.23m5）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。0 0000436004 10077 0.84816 3.14 0

18、.8 36000.49vdnwm式中 雙級(jí)壓縮制冷時(shí)，為高壓機(jī)的總吸氣容積，/h；0v3m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00n器的數(shù)量，個(gè)；油氨分離器內(nèi)氨氣的允許流速，一般取0w0.8m/s。選用 yf-125 型（直徑為 0.6m）氨油分離器 16 個(gè)。6）氨液分離器分離由氣體中所帶的液滴，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。數(shù)量 ：24 個(gè)436004 22355 1.21624 3.14 0.5 36000.90eefefefgvdnwm式中 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；g在蒸發(fā)壓力下的飽

19、和蒸汽氨的比容，/kg；ev3m擬選液氨分離器的數(shù)量，個(gè)；液氨分離器內(nèi)氣氨的流efnefw速，一般取 0.5m/s。選用 af-1000 型氨液分離器（直徑 1m）24 個(gè)。7）集油器用來(lái)收存從氨油分離器，冷凝器，貯液筒等設(shè)備內(nèi)匯集來(lái)的潤(rùn)滑油，并在低壓狀況下將油放出，以減少氨的損失和保證操作人員的安全。凍結(jié)需冷量高峰時(shí)要開 16 臺(tái) 8as25 冷凍機(jī)，總的標(biāo)準(zhǔn)制冷量：34168 101666688000/kj h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

20、氣分離器。安裝 6 臺(tái) kf-20 型空氣分離器。5 5 鹽水系統(tǒng)設(shè)計(jì)鹽水系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）基本資料1）凍結(jié)站實(shí)際最大制冷量42690 10 kj/kg2）氯化鈣溶液的比重 1270kg/，鹽水的比熱為 2.70 kj/kg3m3）鹽水在管路中的允許流速，供液管內(nèi)為 1.5/m s，凍結(jié)管環(huán)行空間內(nèi)為 0.15（凍結(jié)深度小于 100m）-0.5/m s（凍結(jié)深度大于 300m） ；干管和集、配圈內(nèi)為 1.5-2.0/m s4）凍結(jié)管去、回路鹽水溫度差取 4（2）鹽水總循環(huán)量brw432690 104.5 1270 2.701743.3/fbrbrbrqwtcmh 式中 -鹽水流量 ；-冷凍站的制冷能力 kj/h；brw3/mhfq-鹽水比重 kg/；-鹽水比熱 kj/kg；br3mbrc-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(shè)計(jì)鹽水總循環(huán)量31743.3/mh綜合考慮凍結(jié)情況，選擇 12sh-6a 型鹽水泵 12 臺(tái)，流量為1836，揚(yáng)程 70m，電機(jī) 310kw。3/mh6 6 冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)1) 基本資料（1）冷凍站最多