特殊鑿井_課程設(shè)計(jì)

1、土木建筑學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程名稱：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) 2012設(shè)計(jì)人：舄凡指導(dǎo)教師：林登閣教授山東科技大學(xué)土木建筑學(xué)院2013年1月 7日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)：礦井建設(shè)班級(jí)：2012學(xué)生姓名：高凡學(xué)號(hào)： 201201021503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、梁宋寺二號(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：2015j1.23設(shè)計(jì)

2、應(yīng)完成日期：2013j1.29設(shè)計(jì)指導(dǎo)人（簽章人h期：年月r指導(dǎo)教師對(duì)課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師（簽章）：期：年月e1 原始條件 2、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165、冷卻水系統(tǒng)計(jì)算20參考文獻(xiàn)（5號(hào)黑體）附圖1 （見模板）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. om, 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. 66mo揭露二疊系地層24

3、1.36m,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）o2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 ho3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”&q

4、uot;，標(biāo)準(zhǔn)制冷 量為1162kw,轉(zhuǎn)數(shù)為600r/min,電動(dòng)機(jī)功率480kwo7鹽水容重1270 kg” 鹽水比熱2. 70 kj/kg - °c,供液管內(nèi)鹽 水允許流速1. 5m/so8冷凝器進(jìn)岀口水的溫差4°c。2、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：式中視一鹽水系統(tǒng)（包括冷凍站內(nèi)外的低溫設(shè)備和管路）的冷涼損失 系數(shù)，此處取1. 15o冷凍站需冷量為1. 15x22260256. 4/ho已知氨的蒸發(fā)溫度-35°c,冷凝溫度為35°c。查表可得：£=00950

5、mpa, 耳二 1.3765 mpa,壓縮比 匕/ 厶二1. 3765mpa/0 09504mpa二14. 48>8。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、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 pbj=（pyppk =1. 0 v0.09504x 1.3765 =0. 3617mpao 查出溫度為 g=-5°c 時(shí)， 相應(yīng)的壓力為0. 3617 mpa. o假設(shè)另一中間溫度加為5°c,（比理想中間溫 度高10°c）

6、其相應(yīng)的壓力為冒二0.5259 mpao2）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)果見表1-1。ij /ie tc is i/焰(i)圖1-1理想和假設(shè)的串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷熱力循環(huán)圖表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)條件用二0.3617 mpa"5°c二0. 5259 mpa獷5c16331633%,處18731951恰1674168418701824kj /kg17061706584584恰吟叫418456%，覽584584%，力393443418418/ “vilt 'm/ks0. 346

7、80. 2433比容ve1.2161.2163）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： 譏二2800x12二33600 龍/h； 高壓機(jī)的總理論吸氣容積： 巾二2800x4= 11200 龍/h； 高、低壓機(jī)的理論容積比為:nvvhvl式中高、低壓機(jī)的理論容積比計(jì)算得:nv =560016800= 0.334）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

8、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)意義低壓吸氣系數(shù)理想珂=1-吟-1）心0. 84假設(shè)理 氨循想 環(huán)量假設(shè)理吸氣系數(shù)理氨循想壓環(huán)量機(jī)0. 7923211 kg / h21829/?0. 82gh =gl0. 8630983 kg / h31546 kg/ hp；、/理想的和架設(shè)的中間壓力w理想的和架設(shè)的預(yù)熱系數(shù)冷凝壓力巧蒸發(fā)壓力/冷凝溫度，35°c蒸發(fā)溫度-35°cc壓縮機(jī)的余隙系數(shù)理想吸氣容積理 想 假 設(shè)13104 m3/h8925/h高、低壓理0. 39機(jī)的容積想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（見圖1

9、-2）,得試配組的中間壓力為0. 4372 mpa。計(jì)算過(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 （坨廠0.5259） / （0. 333-0. 266）二（0. 3617-0. 5259） / （0.39-0.266） 所以得21, 0. 4892)(0.333, 03824)(d.377, 0.3362)片嚴(yán).4372mpa0. 50. 40. 30. 4中 間 壓 力容積比。2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04372mp,繪制熱力循環(huán)圖（圖1-3）,求得各狀

10、態(tài)氨的熱力參數(shù)，如表1-3所示。表1-3氨的各狀態(tài)的熱力參數(shù)狀態(tài)點(diǎn)%焰值(kj/kg)163318411689184917055814315814134312）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)。焙(i)圖1-3熱力循環(huán)圖低壓機(jī)的吸氣系數(shù)1-c(垃一1) ar1-0.02< 0.4372<0.09504273-35273-0=0. 809低壓機(jī)的氨循環(huán)量16800x0.809x21.216=22355kg/h高壓機(jī)的吸氣系數(shù):1-0.02 1.3765,0.4372273-0273 + 35= 0.848高壓機(jī)的氨循環(huán)量:gh

11、 =gl/?2 hq_ 22382x(1841-431) 1689-581=28483kg/h高壓機(jī)的理論吸氣容積:28483x0.30000.848=10077 m3/h3)計(jì)算出串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷的實(shí)際制冷量= g心 -= 22382(1633-431)=2690x10° 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：_gl龜一心ld* 60_ 22382x(1841-1633) 12x860= 451kwnrc-低壓機(jī)的臺(tái)數(shù)12臺(tái)九-蒸發(fā)時(shí)氨的焙；kj/kg包-從蒸發(fā)壓力絕熱壓縮至中間壓力時(shí)蒸汽焙；kj/kg gl低高機(jī)的氨循環(huán)量860功率的換算系數(shù)+

12、九273-35273 0壓縮機(jī)的指示效率:-0.001x35= 0.84式中t絕對(duì)溫度，273°c ；九一氨的蒸發(fā)溫度，°c；f in氨的中間溫度，°c ； b系數(shù)取0. 001壓縮機(jī)的指示功率:_ 451= 537kw式中n“一壓縮機(jī)的理論功率kw壓縮機(jī)的摩擦功率:p v n,l,n 36.720.4x280036.72=30.50kw式中 匕一摩擦壓力，mpa,立式低壓機(jī)取0.3-0. 5；匕一低壓機(jī)的活塞理論容積壓縮機(jī)的有效功率：% =嘰 + nlm= 537+30.50= 567.5kw壓縮機(jī)的軸功率：nlc = %lc_ 567.5r= 567.5w式中

13、“®低壓機(jī)的傳動(dòng)效率，直接驅(qū)動(dòng)取10電動(dòng)機(jī)的功率：n 產(chǎn) 1.15%= 1.15x567.5=652.625kw2）高壓機(jī)壓縮機(jī)的理論功率：n _匂(力4-鳥)hd%/86028483x(1849-1689) 4x860= 1325kw壓縮機(jī)的指示效率:= 7733+ 305 -0-001x0=0.886壓縮機(jī)的指示功率：nn獷訃f/hi _ 1325 "0.886 = 1495kw壓縮機(jī)的摩擦功率:式中匕一摩擦壓力mpa,立式高壓機(jī)取0507。p v n = m h hm 36.720.6x280036.72= 45.75kw壓縮機(jī)的有效功率：u = g + n hmj=

14、 1495 + 45.75=1540.75w壓縮機(jī)的軸功率：nh= = 1540.15kw %電動(dòng)機(jī)的功率：nh=ia5nhe= 1.15x1540.75= 1772kw4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)荷么取為167202/2/fc=qcqcd=gh(h4h6>fc= 28483(1849-581)/14630 = 2469m2式中q.“一雙級(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2662加22) 蒸發(fā)器采用立式蒸

15、發(fā)器：= 2690x104x1.1/8360=3539m2式中0 冷凍站最大制冷能力，kj/h；qe蒸發(fā)器單位面積上的熱負(fù)荷，取為10450zrj/m2 -h ； ue 蒸發(fā)器工作條件系數(shù)，一般取11選用lzl-240型的蒸發(fā)器，15臺(tái)，總的蒸發(fā)面積為3600加23) 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：d = i 的m 4 兀 3600二 i 4x10077x0.848= 7x0.5x

16、3.14x3600=0.929m式中僞一擬用的屮冷器的數(shù)量，個(gè)；m仏一通過(guò)中冷器筒體的蒸汽氨的允許流速，一般為0. 5-0. 75m/s 選用xq-100型（直徑為lm）的中間冷卻器7個(gè)。4）高壓儲(chǔ)液桶容積：v _ 0.3g 以°一08><1000_ 0.3x28483x1.70230.8x1000= 18.18m3式中 g高壓機(jī)氨的循環(huán)量，kg/h；匕一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19.2m35）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龍36004x10077x0.84816x3.14x0.8x3600=0

17、.49m式中 嶺一雙級(jí)壓縮制冷時(shí)，為高壓機(jī)的總吸氣容積，腫/h；£（）雙級(jí)壓縮制冷時(shí)，為高壓機(jī)的吸氣系數(shù)；禺一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/so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)=0.90m式中 g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； 陀一在蒸發(fā)壓力下的飽和蒸汽氨的比容，wvkg；力擬選液氨分離器的數(shù)量，個(gè)；黑產(chǎn)一液氨分離器內(nèi)氣氨的流 速，一般取0. 5m/so

18、選用af-1000型氨液分離器（直徑lm） 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： 4168x103x16 = 66688000v/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t-25°c時(shí)就應(yīng)該安 裝空氣分離器。安裝6臺(tái)kf-20型空氣分離器。5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2690xl04k

19、j/kg2）氯化鈣溶液的比重1270kg/m3,鹽水的比熱為2. 70 kj/kg°c3）鹽水在管路中的允許流速，供液管內(nèi)為15血/_凍結(jié)管環(huán)行空間內(nèi)為0. 15 （凍結(jié)深度小于100m） -0. 5m/s （凍結(jié)深度大于300m）；干管和集、配內(nèi)為 1. 5-2. 0m/s4）凍結(jié)管去、冋路鹽水溫度差取4°c（2）鹽水總循環(huán)量旳”y 一 qfbr_2690x104_ 4.5x1270x2.70=1743.3加巧力式中 廠-鹽水流量muh; 0冷凍站的制冷能力kj/h；yhr-鹽水比重kg/m3 ； cbr-鹽水比熱kj/kg°c；af去回路鹽水溫差(一般淺井取2-4°c深井取4-5°c)(3) 鹽水泵的設(shè)計(jì)鹽水總循環(huán)量1743.3m3/1綜合考慮凍結(jié)情況，選擇12sh-6a型鹽水泵12臺(tái)，流量為1836m3/a, 揚(yáng)程70m,電機(jī)310kwo6冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)1) 基本資料(1) 冷凍站最多開4臺(tái)高壓機(jī)(8as-25,每臺(tái)需冷卻量8m3/h)和12 臺(tái)低壓機(jī)(8as-25),高壓機(jī)的總循環(huán)量為28