梁宝寺二号井主井井筒冻结制冷系统设计课程设计.doc

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1、土木建筑学院课 程 设 计 说 明 书课程名称： 特殊凿井 设计题目： 梁宝寺二号井主井井筒冻结制冷系统设计专业(方向)： 矿井建设 班级 设 计 人： 指导教师： 山东科技大学土木建筑学院2013年 1 月 7 日课程设计任务书专 业： 矿井建设 班级： 学 生 姓 名： 学号： 一、 课程设计题目：梁宝寺二号井主井井筒冻结制冷系统设计 二、 原始资料： 1、梁宝寺二号井主井井筒冻结设计概况 三、 设计应解决下列主要问题： 1、制冷方式选择 2、双级压缩制冷氨系统计算 3、附属设备计算 4、冷却水系统计算 4、盐水系统计算 四、 设计图纸： 1、冻结站冻结制冷三大循环系统示意图 五、命题发出

2、日期： 2013.1.7 设计应完成日期： 2013.1.18 设计指导人（签章）： 日期： 年 月 日指导教师对课程设计评语指导教师（签章）： 日期： 年 月 日目 录1 原始条件 1 2 冻结最大需冷量计算 2 3 制冷方式选择 2 4 双级压缩制冷氨系统计算 2 5 氨系统附属设备计算 12 6 冷却水系统选择计算 15 7 盐水系统选择计算 178 参考文献 18 梁宝寺二号井主井井筒冻结制冷系统设计1 原始条件设梁宝寺二号井是肥城矿业集团在梁宝寺矿区规划筹建的第二对矿井。矿井位于嘉祥县境内，年设计生产能力1.5Mt，采用立井开拓方式，布设主井、副井、风井三个井筒，其中主井井筒设计净直

3、径5.0m，全深1100.5m井筒采用冻结法施工。主井井筒通过第四系地层厚度为149.65m，通过第三系地层厚度为299.66m。揭露二叠系地层241.36m,顶部风化破碎带18.85m，其中强风化带10.81m，弱风化带8.04m。风化带强度极低，裂隙较发育，岩芯破碎。1.采用一次冻结全深，三圈加防片孔冻结方案，冻结孔总数为95根，主井井筒冻结管散热能力为 22260256.4kJ/h，冻结管散热系数取1080 kJ/（m2h）。2.设计层位的盐水温度-30（氨的蒸发温度-35），冻结管的散热系数1080 kJ/m2h。3.冷量损失系数1.15.4.冷却水温度25（氨的冷凝温度35），5.冷

4、冻站只服务于一个井筒。6. 设计选用8AS-25冷冻机，理论吸气容积2800，标准制冷量为1162kw，转数为600r/min，电动机功率480kw。7.盐水容重1270 kg/，盐水比热2.70 kJ/kg，供液管内盐水允许流速1.5m/s。8.冷凝器进出口水的温差4。2 冻结最大需冷量计算 =1.1522260256.4 =25599295kJ/h-为一个井筒服务时的冷冻站需冷量，kJ/h；-盐水系统的冷量损失系数，取1.15；-冷冻管的总散热能力，取22260256.4kJ/h3 制冷方式选择当8时，压缩机排气口压力大，温度过高，有可能超过润滑油的燃点，引起油碳化或造成爆炸事故，故当8时

5、必须采用双级压缩制冷（引入中间压力，使8，8，故选择双级压缩制冷。4 双级压缩制冷氨系统计算（一） 氨系统设计1、 基础数据（1）设计层位的盐水温度-30；（2）冷却水的温度为+25；（3）冻结站设计总的需冷量255992944kJ/h。2、串联双级压缩制冷计算（1）中间压力的计算 已知氨蒸发温度=-35，冷凝温度=35。查表得=0.0950，=1.3765。1） 根据蒸发温度和冷凝温度查出相应的压力按公式求得理想的中间压力为=1.0 =0.3617 。查出温度为=-5时，相应的压力为0.3619 .。假设另一中间温度为5，（比理想中间温度高10)其相应的压力为=0.5259 Mpa。2） 绘

6、制理想和假设的串联双级压缩制冷热力循环图1-1，求得各状态下氨的热力参数。热力参数计算结果见表1-1。图1-1表1-1 理想的和假想的热力参数各状态点参数单位理想条件假设条件=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） 根据经验理论容积比范围，选用12台8AS-25型作低压机，4台8AS-25型作高压机；低压机的总理论吸气容积=280012=33600/h高压机的总理论吸气容

7、积=28004=11200/h高、低压机的理论容积比为： =0.33式中 高、低压机的理论容积比 4）根据冷冻试配组，按相应公式计算有关参数，求得理想的和假设的高、低压理论容积比见表1-2。5）绘制高、低压机理想和假设的理论容积比与中间压力的直角坐标图2-4-2，得试配组的高、低压机理论容积比。表 1-2 串联双级压缩制冷的理想和假设基本参数基本参数计算公式计算结果符号意义低压机吸气系数理想0.81、理想的和架设的中间压力理想的和架设的预热系数冷凝压力蒸发压力冷凝温度，30蒸发温度-35C压缩机的余隙系数假设0.74氨循环量理想22382假设21553高压机吸气系数理想0.80假设0.86氨循

8、环量理想28604假设27484理想吸气容积理想12400/h假设7775/h高、低压机的容积比理想0.3690假设0.23146）绘制高、低压机理想的和假设的理论容积比与中间压力的直角坐标图（见图1-2），得试配组的中间压力为0.3279 MPa。图1-2 中间压力与容积比关系图（2）根据冷冻机实际配组及其工作条件计算制冷量。1）根据实际中间温度、蒸发温度、冷凝温度及其相应压力为0.3279MP，绘制热力循环图（图1-3），求得各状态氨的热力参数，如表1-3所示。图1-3 热力循环图表1-3 氨的各状态的热力参数状 态 点焓值（kJ/kg）16331790167118651707584404

9、5843814042）根据已经确定的冷冻机实际配组情况：低压机6台，高压机2台。来计算和实际中间压力有关的参数。低压机的吸气系数 0.832低压机的氨循环量 kg/h高压机的吸气系数 高压机的氨循环量 高压机的理论吸气容积 =14611/h 3）计算出串联双级压缩制冷的实际制冷量 （3）计算低、高压机的电动机功率1) 低压机压缩机的理论功率-低压机的台数 12台-蒸发时氨的焓；kJ/kg-从蒸发压力绝热压缩至中间压力时蒸汽焓；kJ/kg 低高机的氨循环量860功率的换算系数压缩机的指示效率T绝对温度，273 ；氨的蒸发温度，；氨的中间温度，；b系数取0.001压缩机的指示功率压缩机的理论功率K

10、W压缩机的摩擦功率摩擦压力，MPa，立式低压机取0.30.5；低压机的活塞理论容积，压缩机的有效功率压缩机的轴功率低压机的传动效率，直接驱动取1.0电动机的功率2） 高压机压缩机的理论功率压缩机的指示效率压缩机的指示功率压缩机的摩擦功率摩擦压力 ，立式高压机取0.50.7。压缩机的有效功率压缩机的轴功率电动机的功率5 氨系统附属设备选择计算1）冷凝器冷凝器是将氨在蒸发器和压缩机中吸收的热量传递给冷却水的热交换装置，使经压缩机压缩后的过热氨气凝结成液体。采用立式冷凝器，冷凝器单位面积的热负荷取为 1.1 2468双级压缩制冷高压机的氨循环量，kg/h选用LN-250型，11台，总的冷却面积为26

11、622）蒸发器采用立式蒸发器冷冻站最大制冷能力，kJ/h；蒸发器单位面积上的热负荷，取为10450；蒸发器工作条件系数，一般取1.1选用LZL-240型的蒸发器，13台，总的蒸发面积为31203）中间冷却器安装在低压机和高压机之间，冷却低压机排出的过热蒸汽氨，避免高压机的排气温度过高，以保持高、低压机的之间压力；是液氨在进入蒸发器之前得到过冷，提高低压机的制冷量；分离低压机排气中夹带的润滑油，起油氨分离器的作用。数量：6个。筒体直径： 拟用的中冷器的数量，个；通过中冷器筒体的蒸汽氨的允许流速，一般为0.50.75m/s选用XQ-100型（直径为1m）的中间冷却器3个。4）高压储液桶容积 高压机

12、氨的循环量，kg/h；冷凝压力下氨的比容，/kg选用ZA-2型氨贮液桶10台，总贮液量为19.25）氨油分离器用来除去氨气中夹带的油雾，保证冷凝器和蒸发器的传热效率。双级压缩制冷时，为高压机的总吸气容积，/h；双级压缩制冷时，为高压机的吸气系数；拟用氨油分离器的数量，个；油氨分离器内氨气的允许流速，一般取0.8m/s。选用YF-125型（直径为0.6m）氨油分离器15个。6）氨液分离器分离由气体中所带的液滴，防止进入制冷压缩机而造成磨损或冲缸的危险。对保证压缩机的安全运转和提高制冷效率由良好的作用。双级压缩制冷时，为通过低压机的氨的总循环量，kg/h；在蒸发压力下的饱和蒸汽氨的比容，/kg；拟

13、选液氨分离器的数量，个；液氨分离器内气氨的流速，一般取0.5m/s。选用AF-1000型氨液分离器（直径1m）21个。7）集油器冻结需冷量高峰时要开16台8AS25冷冻机，总的标准制冷量： 安装JY-300型集油器6个。8）空气分离器用以排除在制冷系统中的不凝性气体，保证制冷装置长期正常运转和减少制冷剂的损失，提高制冷效果。在设计盐水温度低于-25时就应该安装空气分离器。安装6台KF-20型空气分离器。6 冷却水系统选择计算1、 基本资料（1）冷冻站最多开4台高压机（8AS-25，每台需冷却量8/h）和12台低压机（8AS-25），高压机的总循环量为29313kg/h；（2）冷凝器进口处的温度

14、为24，冷凝器的出口温度为28，氨的冷凝温度为35，中间温度为-8；（3）氨的中间压力为0.3279MPa,冷凝压力为1.3765MPa；2、 冷却需水量（1）总需水量W总需水量W按下式计算：式中 W冷却水的总需求量；冷凝器的总热负荷；冷凝器的进出口温差（2）冷冻机的冷却水需用量式中: 冷冻机台数； 每台冷冻机的冷却水需用量（3）冷凝器的实际需水量（4）新鲜冷却水需用量式中 冷凝器的进水温度，24； 从冷凝器流回循环水池的水温，28； 新鲜冷却水进入循环水池的温度，203、 水源井的设计水源井的个数n按照下式进行计算式中 Q每个水源井的抽水量取为9个，设计9口水源井。选200QJ/8088/8

15、潜水泵（流量80 m3/h ）9台。7 盐水系统选择计算（1）基本资料1）冻结站实际最大制冷量2）氯化钙溶液的比重1270kg/，盐水的比热为2.70 kJ/kg3）盐水在管路中的允许流速，供液管内为0.51.5，冻结管环行空间内为0.15（冻结深度小于100m）0.5（冻结深度大于300m）；干管和集、配圈内为1.52.04）冻结管去、回路盐水温度差取4.0（2）盐水总循环量-盐水流量 ；-冷冻站的制冷能力KJ/h；盐水比重kg/；-盐水比热 kJ/kg；去回路盐水温差（一般浅井取24 深井取45）（3）盐水泵的设计盐水总循环量综合考虑冻结情况，选择12SH-6A型盐水泵12台，流量为1836，扬程70m，电机310kW。8 参考文献1、建井工程手册（第四卷） 煤炭工业出版社2、简明建井工程手册（第下册） 煤炭工业出版社3、特殊凿井 中国矿业大学出版社4、讲义 林登阁编写