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1、士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：李根孝指导教师：林登阁教授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：李根孝学号：201301021416一、 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
2、.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1、原始条件52、制冷方式选择63、双级压缩制冷氨系统计算64、附属设备计算175、冷却水系统计算216、盐水系统计算237、参考文献241、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24
3、1.36m,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4
4、80kw。7. 盐水容重1270kg/,盐水比热2.70kJ/kg?C,供液管内盐水允许流速1.5m/s。8.冷凝器进出口水的温差4c2、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：Q=mQ式中m-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1.15X22260256.4kJ/h。已知氨的蒸发温度-35C,冷凝温度为35C。查表可得：PO=0.0950MPaPk=1.3765MPa压缩比PK/P0=1.3765MPa/0.09504MPa=14.488。压缩机排气口压力大，温度过高，有可能
5、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Pz1=popr=10.09504*1.3765=0.3617MPa查出温度为Tzi=-5C时，相应的压力为0.3617MPa.。假设另一中间温度Tz2为5C,（比理想中间温度高10C）其相应的压力为PZ2=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。10nhiUI181 Pzi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
6、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Pz1=0.3617MPaTz1=-5C%=0.5259MPaTz2=5Ch116361636h2,h218151880始始h3kJ/kg16791687h4，h418601824h517001700h6585585h7,h7418456h8,与585585h9,h9424448h0hio418456比容，Vg,%Ve3m/kg0.34681.2160.24331.2163）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：vL=2800Ml2=33600m
7、3/h;高压机的总理论吸气容积：Vh=2800父4=11200m3/h;高、低压机的理论容积比为：nvVhVl式中nv一高、低压机的理论容积比计算得:5600 nv - 16800= 0.334）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1-25）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-1c(Pz1)k0.84Pn、联理想的和架设的中间压力KyrZ”理想的和架设的预热系数PC冷凝压力R蒸发压力tc冷凝
8、温度，35C假设0L1C(1)FLyrPg0.79氨循环量理想VLAGLL23211kg/h假设Gl-Ve21829kg/h高压机吸气系数理想L1-C(1)：.yr:Pg0.82假设0.86氨循环量理想h_hh2-h7GHGLh3-h830983kg/hte蒸发温度-35CC压缩机的余隙系数假设31546kg/h理想吸气容积理想GHVin13104m3/h假设VH5H8925m3/h高、低压机的容积理想一VH0.39比假设VL0.2666)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0.33
9、3,根据图中直线的斜率，得(Pz-0.5259)/(0.333-0.266)=(0.3617-0.5259)/(0.39-0.266)所以得pz=0.4372MPaO.B0.3mdw亮出垣旺容积比（）020.4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hih2h3h4h5h6h7h8h9hl0始值(kJ/kg)163318411689184917055814315814
10、134312）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Pz；L=1-C(-1)|：,yrpg0.oo.40.4372-1273-35:11-0.02-10.09504川273-0=0.809低压机的氨循环量VlLVe168000.80921.216=22355kg/h高压机的吸气系数:SH=I1-c(P-1)XyrPtn二1.3765.)1273-01-0.021IL0.4372力273+35=0.848高压机的氨循环量:GH=GLh2一？H飞飞二22382(1841-431)1689-581=28483kg/h高压机的理论吸气
11、容积：、/_GhVnVH-H284830.30000.848=10077m3/h3)计算出串联双级压缩制冷的实际制冷量Qco二GlS-%)=22382(1633431)=2690104kJ/kg(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：N.凡小)LDnRC860RC_22382(1841-1633)12860=451KWnRc-低压机的台数-蒸发时氨的始；12台kJ/kgh2-从蒸发压力绝热压缩至中间压力时蒸汽始；kJ/kgGl低高机的氨循环量860功率的换算系数压缩机的指示效率：j btaT tina273 35 -0.001 35n273 -0 = 0.84Li式中T一绝
12、对温度，273c；仁一氨的蒸发温度，C；tin一氨的中间温度，c；b一系数取0.001压缩机的指示功率：NuNd n._451-0.84=537KW式中Nld一压缩机的理论功率KW压缩机的摩擦功率:昭晶0.4280036.72=30.50KW式中Pm一摩擦压力，MPa立式低压机取0.3VL低压机的活塞理论容积，m3压缩机的有效功率:NNNLyLiLm=53730.50=567.5KW压缩机的轴功率:NLvNLyLcLp二567.51=567.5KW式中低压机的传动效率，直接驱动取1.0p电动机的功率:$=1.4=1.15567.5=652.625KW2）高压机压缩机的理论功率:GhF)HDnR
13、H860_28483(1849-1689)4860=1325KW压缩机的指示效率:nHiTtinTtcbtin273-027335-0.001=0.886压缩机的指示功率:NHi二以HiHi_13250.886=1495KW压缩机的摩擦功率:式中R摩擦压力MPa,立式高压机取0.50.7NHm二PVH36.72_0.62800一36.72=45.75KW压缩机的有效功率：NHy=NHiNHm=149545.75=1540.75KW压缩机的轴功率：NhvNHe上=1540.75KWHP电动机的功率：Nh=145NHe=1.151540.75=1772KW4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qc取为16720kJ/m2hQcDFcqcQcD=Gh(h4-h6)Fc=284
