梁寶寺二號井主井井筒凍結制冷系統課程設計報告

1、 .PAGE17 / NUMPAGES22土木建筑學院課 程 設 計 說 明 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設計專業(yè)(方向)： 礦井建設 班級設 計 人：指導教師：科技大學土木建筑學院2013年 1 月 7 日課程設計任務書專 業(yè)： 礦井建設 班級：學 生 姓 名：學號：課程設計題目：梁寶寺二號井主井井筒凍結制冷系統設計原始資料： 1、梁寶寺二號井主井井筒凍結設計概況 設計應解決下列主要問題： 1、制冷方式選擇 2、雙級壓縮制冷氨系統計算 3、附屬設備計算 4、冷卻水系統計算 4、鹽水系統計算 設計圖紙： 1、凍結站凍結制冷三大循環(huán)系統示意圖 五、命題發(fā)出

2、日期： 2013.1.7 設計應完成日期： 2013.1.18 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（簽章）：日期：年月日目 錄1 原始條件12 凍結最大需冷量計算23 制冷方式選擇 2 4 雙級壓縮制冷氨系統計算 25 氨系統附屬設備計算12 6 冷卻水系統選擇計算 157 鹽水系統選擇計算178 參考文獻18梁寶寺二號井主井井筒凍結制冷系統設計1 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)劃籌建的第二對礦井。礦井位于嘉祥縣境，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

3、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，凍結管散熱系數取1080 kJ/（m2h）。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1080 kJ/m2h。3.冷量損失系數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

4、8AS-25冷凍機，理論吸氣容積2800，標準制冷量為1162kw，轉數為600r/min，電動機功率480kw。7.鹽水容重1270 kg/，鹽水比熱2.70 kJ/kg，供液管鹽水允許流速1.5m/s。8.冷凝器進出口水的溫差4。2 凍結最大需冷量計算 =1.1522260256.4 =25599295kJ/h-為一個井筒服務時的冷凍站需冷量，kJ/h；-鹽水系統的冷量損失系數，取1.15；-冷凍管的總散熱能力，取22260256.4kJ/h3 制冷方式選擇當8時，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，故當8時必須采用雙級壓縮制冷（引入中間壓力，使

5、8，8，故選擇雙級壓縮制冷。4 雙級壓縮制冷氨系統計算氨系統設計基礎數據（1）設計層位的鹽水溫度-30；（2）冷卻水的溫度為+25；（3）凍結站設計總的需冷量255992944kJ/h。2、串聯雙級壓縮制冷計算（1）中間壓力的計算 已知氨蒸發(fā)溫度=-35，冷凝溫度=35。查表得=0.0950，=1.3765。根據蒸發(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 =0.3617 。查出溫度為=-5時，相應的壓力為0.3619 .。假設另一中間溫度為5，（比理想中間溫度高10)其相應的壓力為=0.5259 Mpa。繪制理想和假設的串聯雙級壓縮制冷熱力循環(huán)圖1-1，求得各狀態(tài)下氨的

6、熱力參數。熱力參數計算結果見表1-1。圖1-1表1-1 理想的和假想的熱力參數各狀態(tài)點參數單位理想條件假設條件=0.3617 MPa=-5=0.5259 MPa=5焓焓16331633，18111869，16741685，1861181917071707584584，418465，584584，395441，418465比容，0.34681.2160.24331.2163） 根據經驗理論容積比圍，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高壓機的總理論吸氣容積=28004=11200/h高、低壓機的理論容積比為： =0.3

7、3式中 高、低壓機的理論容積比 4）根據冷凍試配組，按相應公式計算有關參數，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 1-2 串聯雙級壓縮制冷的理想和假設基本參數基本參數計算公式計算結果符號意義低壓機吸氣系數理想0.81、理想的和架設的中間壓力理想的和架設的預熱系數冷凝壓力蒸發(fā)壓力冷凝溫度，30蒸發(fā)溫度-35C壓縮機的余隙系數假設0.74氨循環(huán)量理想22382假設21553高壓機吸氣系數理想0.80假設0.86氨循環(huán)量理想28604假設27484理想吸氣容積理想12400/h假設

8、7775/h高、低壓機的容積比理想0.3690假設0.23146）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0.3279 MPa。圖1-2 中間壓力與容積比關系圖（2）根據冷凍機實際配組與其工作條件計算制冷量。1）根據實際中間溫度、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度與其相應壓力為0.3279MP，繪制熱力循環(huán)圖（圖1-3），求得各狀態(tài)氨的熱力參數，如表1-3所示。圖1-3 熱力循環(huán)圖表1-3 氨的各狀態(tài)的熱力參數狀 態(tài) 點焓值（kJ/kg）163317901671186517075844045843814042）根據已經確定的冷凍機實際配組情況：低壓機6臺

9、，高壓機2臺。來計算和實際中間壓力有關的參數。低壓機的吸氣系數0.832低壓機的氨循環(huán)量 kg/h高壓機的吸氣系數高壓機的氨循環(huán)量高壓機的理論吸氣容積 =14611/h 3）計算出串聯雙級壓縮制冷的實際制冷量（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-低壓機的臺數 12臺-蒸發(fā)時氨的焓；kJ/kg-從蒸發(fā)壓力絕熱壓縮至中間壓力時蒸汽焓；kJ/kg 低高機的氨循環(huán)量860功率的換算系數壓縮機的指示效率T絕對溫度，273 ；氨的蒸發(fā)溫度，；氨的中間溫度，；b系數取0.001壓縮機的指示功率壓縮機的理論功率KW壓縮機的摩擦功率摩擦壓力，MPa，立式低壓機取0.30.5；低壓機的活塞

10、理論容積，壓縮機的有效功率壓縮機的軸功率低壓機的傳動效率，直接驅動取1.0電動機的功率2） 高壓機壓縮機的理論功率壓縮機的指示效率壓縮機的指示功率壓縮機的摩擦功率摩擦壓力 ，立式高壓機取0.50.7。壓縮機的有效功率壓縮機的軸功率電動機的功率5 氨系統附屬設備選擇計算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1.12468雙級壓縮制冷高壓機的氨循環(huán)量，kg/h選用LN-250型，11臺，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

11、負荷，取為10450；蒸發(fā)器工作條件系數，一般取1.1選用LZL-240型的蒸發(fā)器，13臺，總的蒸發(fā)面積為31203）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帶的潤滑油，起油氨分離器的作用。數量：6個。筒體直徑： 擬用的中冷器的數量，個；通過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。4）高壓儲液桶容積 高壓機氨的循環(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，

12、總貯液量為19.25）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。雙級壓縮制冷時，為高壓機的總吸氣容積，/h；雙級壓縮制冷時，為高壓機的吸氣系數；擬用氨油分離器的數量，個；油氨分離器氨氣的允許流速，一般取0.8m/s。選用YF-125型（直徑為0.6m）氨油分離器15個。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。雙級壓縮制冷時，為通過低壓機的氨的總循環(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量，個；液氨分離器氣氨的流速，一般取0.5m/s。選用AF-10

13、00型氨液分離器（直徑1m）21個。7）集油器凍結需冷量高峰時要開16臺8AS25冷凍機，總的標準制冷量： 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。6 冷卻水系統選擇計算1、 基本資料（1）冷凍站最多開4臺高壓機（8AS-25，每臺需冷卻量8/h）和12臺低壓機（8AS-25），高壓機的總循環(huán)量為29313kg/h；（2）冷凝器進口處的溫度為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

14、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按下式計算：式中 W冷卻水的總需求量；冷凝器的總熱負荷；冷凝器的進出口溫差（2）冷凍機的冷卻水需用量式中: 冷凍機臺數； 每臺冷凍機的冷卻水需用量（3）冷凝器的實際需水量（4）新鮮冷卻水需用量式中 冷凝器的進水溫度，24；從冷凝器流回循環(huán)水池的水溫，28；新鮮冷卻水進入循環(huán)水池的溫度，203、 水源井的設計水源井的個數n按照下式進行計算式中 Q每個水源井的抽水量取為9個，設計9口水源井。選200QJ/8088/8潛水泵（流量80 m3/h ）9臺。7 鹽水系統選擇計算（1）基本資料1）凍結站實際最大制冷量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，供液管為0.51.5，凍結管環(huán)行空間為0.15（凍結深度小于100m）0.5（凍結深度大于300m）；干管和集、配圈為