学士学位论文特殊凿井课程设计梁宝寺二号井主井井筒冻结制冷系统设计.docx
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学士学位论文特殊凿井课程设计梁宝寺二号井主井井筒冻结制冷系统设计
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2013
设计人：
指导教师：
山东科技大学土木建筑学院
2016年11月1日
课程设计任务书
专业：
矿井建设班级：
2013
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
5、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、命题发出日期：
2016.11.01设计应完成日期：
2016.11.16
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‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
2、制冷方式选择‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6
3、双级压缩制冷氨系统计算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6
4、附属设备计算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥175、冷却水系统计算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥21
6、盐水系统计算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥23
7、参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥24
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1080kJ/（m2•h）。
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1080kJ/m2•h。
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1270kg/，盐水比热2.70kJ/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、制冷方式的选择
已知主井井筒冻结管散热能力为22260256.4kJ/h，为一个井筒服务时的冷冻站需冷量为：
Q1=mCQT
式中
--盐水系统（包括冷冻站内外的低温设备和管路）的冷量损失系数，此处取1.15。
冷冻站需冷量为1.15×22260256.4
/h。
已知氨的蒸发温度-35℃，冷凝温度为35℃。
查表可得：
=0.0950MPa，
=1.3765MPa，压缩比
/
=1.3765MPa/0.09504MPa=14.48＞8。
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，所以采用双极压缩制冷。
3、双级压缩制冷系数的计算
（1）中间压力的计算
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
=
=0.3617MPa。
查出温度为
=-5℃时，相应的压力为0.3617MPa.。
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
=0.5259Mpa。
2）绘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。
双级压缩制冷热力循环图1-1
图1-1理想和假设的串联双级压缩制冷热力循环图
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
=0.3617MPa
=-5℃
=0.5259MPa
=5℃
焓
焓
h1
1636
1636
，
1815
1880
，
1679
1687
，
1860
1824
h5
1700
1700
h6
585
585
，
418
456
，
585
585
，
424
448
418
456
比容
，
0.3468
1.216
0.2433
1.216
3）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；
①低压机的总理论吸气容积：
=280012=33600
/h；
②高压机的总理论吸气容积：
=28004=11200
/h；
③高、低压机的理论容积比为：
式中
—高、低压机的理论容积比
计算得：
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
0.84
、
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，35℃
蒸发温度-35℃
C压缩机的余隙系数
假设
0.79
氨循环量
理想
23211
假设
21829
高压机
吸气系数
理想
0.82
假设
0.86
氨循环量
理想
30983
假设
31546
理想吸气容积
理想
13104
/h
假设
8925
/h
高、低压机的容积比
理想
0.39
假设
0.266
6）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），得出的中间压力为0.4372MPa。
计算过程：
因为高低压缩机的理论容积比为0.333，根据图中直线的斜率，得
（
-0.5259）/（0.333-0.266）=（0.3617-0.5259）/（0.39-0.266）
所以得
=0.4372MPa
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0.4372MP，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）
1633
1841
1689
1849
1705
581
431
581
413
431
2）根据已经确定的冷冻机实际配组情况：
低压机12台，高压机4台。
来计算和实际中间压力有关的参数。
低压机的吸气系数
0.809
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：
=10077
/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:
式中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:
式中
—压缩机的理论功率KW
压缩机的摩擦功率：
式中
—摩擦压力，MPa，立式低压机取0.3～0.5；
—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：
式中
—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：
式中
—摩擦压力
，立式高压机取0.5～0.7。
压缩机的有效功率：
压缩机的轴功率：
电动机的功率：
4附属设备计算
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
式中
—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2662
2）蒸发器
采用立式蒸发器：
式中
—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，15台，总的蒸发面积为3600
3）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：
7个。
筒体直径：
式中
—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0.5―0.75m/s
选用XQ-100型（直径为1m）的中间冷却器7个。
4）高压储液桶
容积：
式中
—高压机氨的循环量，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19.2
5）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。
式中
—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16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。
数量：
24个
式中
—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）24个。
7）集油器
用来收存从氨油分离器，冷凝器，贮液筒等设备内汇集来的润滑油，并在低压状况下将油放出，以减少氨的损失和保证操作人员的安全。
冻结需冷量高峰时要开16台8AS—25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
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