CN103808093B - 矿用自动控制循环冷却水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用自动控制循环冷却水系统，包括热交换机、风机、蓄水箱、增压泵、循环水管路；所述热交换机安装在风机的外侧，经过发热设备后的循环水经循环水管路进入热交换机，经热交换机冷却后进入蓄水箱；所述的增压泵将蓄水箱中的循环水经循环水管路输入到发热设备中。本发明所述的矿用自动控制循环冷却水系统采用一体化设计，所涉及的主要部件均安装在系统框架上，使结构更紧凑，减小了整个系统的体积，便于在煤矿进行搬运，还具有操作简单、工作稳定可靠、可实现无人值守工作等优点。

Description

矿用自动控制循环冷却水系统

技术领域

本发明属于热能交换设备技术领域，具体涉及一种综合使用热交换机、风机、蓄水箱、增压泵、循环水管路、变频器、PLC、传感器等项设备用于煤矿井下大功率设备的自动控制循环冷却水系统。

背景技术

大功率机电设备广泛应用于煤炭开采中，在大功率机电设备的工作过程中电力电子器件或各部件之间的摩擦会产生大量的能量，这部分能量会转化为热能,使部件的温度升高，如果不能很好地解决散热问题,不仅影响设备性能的发挥,而且还可能导致其损坏。因此，为解决煤矿井下大功率设备及长时间运转复杂机械系统的冷却问题，冷却水装置的开发尤为重要。

现有煤矿井下设备的冷却方法有很多采用“长流水”式，冷却水直接取自井下水源，水流过发热设备后不能回收利用，而直接排放，这造成了水资源的极大浪费，而且由于不密闭井下的灰尘很容易造成水质的污染，污染后的水会造成系统管路的结垢、腐蚀等，降低了设备的使用寿命。

现有的矿用循环冷却水装置在以下方面存在不足：体积比较大，各部件比较分散，蓄水箱和其他主体设备往往是分开的，这不利于在井下运输；一台冷却水装置只能用于一台发热设备的冷却，在有多台发热设备需要的冷却的时会占用较大的空间；操作过程繁杂，不能直观地反应系统的工作状态。

中国专利CN202328970U公开了一种煤矿综采工作面运行设备冷却水冷却装置及循环系统，该系统包括冷却箱体，冷却箱体内部装有风机和热交换器，冷却箱体上设有与热交换器连接的上端管接口和下端管接口，冷却箱体装在矿用板车上，风机连接减速器和防爆电动机，所述的热交换器在冷却箱体内按照V形布置，风机设置在V形开口端一侧的冷却箱体上。该循环系统可减少水资源的消耗和井下煤炭输送、选煤中的能源消耗，同时可以减少甚至避免煤泥泛滥事故，但该系统仍不能很好地解决现有的矿用循环冷却水装置存在的不足，且没有披露任何控制系统方面的内容，更不能直观地反应系统的工作状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种为解决煤矿井下大功率设备及长时间运转复杂机械系统的冷却问题，改善现有循环冷却水系统浪费水资源、体积大、不容易移动、控制性能不完善的缺点，具有结构紧凑、体积小、可使冷却水循环使用、良好的控制性能及人机交互界面等优点的矿用自动控制循环冷却水系统。

为实现以上本发明的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种矿用自动控制循环冷却水系统，其特征在于包括热交换机(4)、轴流风机(5)、蓄水箱(1)、变频器(6)、增压泵(7)、循环水管路、集成器(10)和控制柜(18)；所述热交换机(4)安装在系统框架(2)的最外侧，所述轴流风机(5)安装在所述热交换机(4)内侧，所述蓄水箱(1)通过所述循环水输入管路（3）与所述热交换机(4)相连，所述变频器(6)安装在所述热交换机(4)和所述蓄水箱(1)之间，所述增压泵(7)安装在所述蓄水箱(1)远离所述热交换机(4)的一侧，所述增压泵(7)与所述集成器(10)连接，所述循环水输出管路(15)与所述集成器(10)连接，循环冷却水系统的所述控制柜(18)固定在所述系统框架(2)上。

在一个优选的实施方案中，所述矿用自动控制循环冷却水系统还包括压力传感器(11)和温度传感器(12)，所述压力传感器(11)和所述温度传感器(12)安装在集成器(10)上。

其中，所述增压泵(7)经过压力调节阀(8)和单向阀(9)与所述集成器(10)连接。

其中，所述循环水输出管路(15)经过流量传感器(14)和流量调节阀(13)与集成器(10)连接。

其中，所述循环冷却水系统具有多个循环水输入管路(3)和输出管路(15)，且所述循环水输入管路(3)和输出管路(15)的数量一致，每个循环水输出管路(15)都有独立的流量调节阀(13)。

其中，所述增压泵(7)具有两台，并排安装在蓄水箱(1)远离热交换机(4)的一侧，两台增压泵(7)一备一用，在工作过程中控制系统控制两台增压泵(7)自动切换交替工作。

其中，所述轴流风机(5)具有两台，并排安装在热交换机(4)内侧，在工作过程中两台轴流风机(5)的转速及工作状态可根据循环水的温度自动调节。

优选地，所述两台轴流风机(5)分别由控制系统通过两台变频器(6)进行控制，当循环水的温度小于设定的温度T0时，轴流风机(5)不工作；当循环水的温度大于温度T0小于设定的温度T1时，一台轴流风机(5)按转速V0工作；当循环水的温度大于温度T1小于设定的温度T2时，一台轴流风机(5)按转速V1工作；当循环水的温度大于温度T2小于设定的温度T3时，两台轴流风机(5)按转速V0工作；当循环水的温度大于温度T3时，两台轴流风机(5)按转速V0工作。

其中，所述循环冷却水系统采用风冷开式循环的工作方式，经过发热设备后进入冷却系统的循环水通过热交换机(4)结合轴流风机(5)进行冷却后进入蓄水箱(1)，蓄水箱(1)中的水在增压泵(7)的作用下再次进入发热设备。

其中，所述控制柜(18)的门上安装有触摸屏(17)和防爆键盘(16)，触摸屏(17)通过控制柜(18)门上的防爆玻璃窗与外界隔离；防爆键盘(16)在触摸屏(17)的下方，之间通过USB线连接，防爆键盘(16)可对在触摸屏(17)上的项目进行操作；PLC(19)和两个模拟量扩展模块(20)安装在控制柜(18)内，PLC(19)和模拟量扩展模块(20)之间通过十芯排线连接；触摸屏(17)通过485串口线与PLC(19)的PORT0口连接；控制柜(18)下方有喇叭口(21)与外部设备连接。

其中，所述压力传感器(11)、温度传感器(12)和流量传感器(14)通过喇叭口(21)分别与模拟量扩展模块(20)连接，模拟量扩展模块(20)将传感器信号传送至PLC(19)，经PLC(19)分析处理后传送至触摸屏(17)上显示；防爆键盘(16)可通过对触摸屏(17)的操作对控制系统的参数进行设置；当循环水的温度高于T2时，可在触摸屏(17)上发出报警信号，同时向发热设备发出停机信号，循环冷却水系统会在5分钟后自动停止工作。

其中，所述循环冷却水系统的控制系统留有启停、备妥、故障、反馈接口，实现与外部发热设备连锁控制；控制系统可通过PLC(19)的PORT1接口将循环冷却水系统的工作参数传送至地面主监控系统。

根据本发明的矿用自动控制循环冷却水系统，采用一体化设计，所涉及的主要部件均安装在系统框架上，使结构更紧凑，减小了整个系统的体积，便于在煤矿进行搬运，同时也更加适用于煤矿井下对设备体积有限制的场合。

根据本发明的矿用自动控制循环冷却水系统，采用风冷开式循环的工作方式，经过发热设备后进入冷却系统的循环水通过热交换机结合轴流风机进行冷却后进入蓄水箱，蓄水箱中的水在增压泵的作用下再次进入发热设备，该过程中不产生污染，没有循环水的损耗，节省用水量。

根据本发明的矿用自动控制循环冷却水系统，具有多个循环水输入管路和输出管路，可同时对多台发热设备进行冷却，循环水输入管路和输出管路的数量是一致的，每个循环水输出管路都有独立的流量调节阀，可对循环水的输出流量进行调节。

根据本发明的矿用自动控制循环冷却水系统，增压泵具有两台，一备一用，采用冗余设计，在工作过程中控制系统控制两台增压泵(7)24小时自动切换交替工作，若工作状态的增压泵(7)出现故障，系统可自动切换另一台增压泵(7)工作，并发出报警信号，增加了整个系统的工作可靠性。

根据本发明的矿用自动控制循环冷却水系统，轴流风机的工作状态受循环水的温度控制，风机不需要实时全负荷工作，可有效地节省用电量。当循环水的温度不能满足发热设备的冷却要求时，可自动向发热设备发出停机信号，有效地保护了发热设备。

根据本发明的矿用自动控制循环冷却水系统其控制系统提供了良好的人机交互界面，能实现一键开机，用户可根据需要对控制参数进行调整，能够将循环水冷却装置的工作参数及工作状态在人机界面上显示，具有操作简单、工作稳定可靠、可实现无人值守工作等优点。

附图说明

图1为本发明的矿用自动控制循环冷却水系统结构示意图。

图2为本发明的矿用自动控制循环冷却水系统控制箱内部布局图。

图3为本发明的矿用自动控制循环冷却水系统的控制系统示意图。

图4为本发明的矿用自动控制循环冷却水系统的主回路接线示意图。

图5为本发明的矿用自动控制循环冷却水系统PLC控制回路接线示意图。

图6为本发明的矿用自动控制循环冷却水系统的控制流程图。

其中，附图标记为：蓄水箱-1，系统框架-2，循环水输入管路-3，热交换机-4，轴流风机-5，变频器-6，增压泵-7，压力调节阀-8，单向阀-9，集成器-10，压力传感器-11，温度传感器-12，流量调节阀-13，流量传感器-14，循环水输出管路-15，防爆键盘-16，触摸屏-17，控制柜-18，PLC-19，模拟量扩展模块-20，喇叭口-21，交流接触器-22。

具体实施方式

下面结合更具体的实施方式对本发明做进一步展开说明，但需要指出的是，本发明的矿用自动控制循环冷却水系统并不限于这种特定的结构。对于本领域技术人员显然可以理解的是，以下的说明内容即使不做任何调整或修正，也可以直接适用于在此未指明的其他类似结构。

如图1、图2所示，本发明所述的矿用自动控制循环冷却水系统包括：包括热交换机4安装在系统框架2的最外侧，轴流风机5安装在热交换机4内侧，所述的轴流风机5具有两台，并排安装在热交换机4内侧，在工作过程中两台轴流风机5的转速及工作状态可根据循环水的温度自动调节；蓄水箱1通过循环水输入管路3与热交换机4相连，变频器6安装在热交换机4和蓄水箱1之间，增压泵7安装在蓄水箱1远离热交换机4的一侧，所述的增压泵具有两台，并排安装在蓄水箱远离热交换机的一侧，两台增压泵一备一用，在工作过程中控制系统控制两台增压泵24小时自动切换交替工作；增压泵7经过压力调节阀8和单向阀9与集成器10连接，通过压力调节阀8可根据发热设备的需求对冷却水压力进行调节，单向阀9可防止循环水逆向流动对设备造成损坏。压力传感器11和温度传感器12安装在集成器10上，循环水输出管路15经过流量传感器14和流量调节阀13与集成器10连接，循环冷却水系统的控制柜18固定在系统框架2上，触摸屏17和防爆键盘16安装在控制柜18的门上，PLC19和两个模拟量扩展模块20安装在控制柜18的里面，控制柜18的下方有喇叭口21。

所述的系统框架2、循环水输入管路3、集成器10、循环水输出管路15、控制柜18等均采用不锈钢材料。

所述的矿用自动控制循环冷却水系统的四路循环水输入管路3在热交换机4的上端等距排列，通过焊接的方式固定在热交换机4上；热交换机4通过螺栓固定在系统框架2上；所述热交换机4的内部管路采用铜材，以提高散热效果；所述的轴流风机5通过螺栓固定在热交换机4上；循环水经过所述热交换机4被冷却后，通过水管进入蓄水箱1中；蓄水箱1以焊接的方式内嵌在系统框架2中；增压泵7通过螺栓固定在系统框架2上；四路循环水输出管路15在集成器10上等距排列，通过焊接的方式固定在循环水输出管路15上。

所述的压力调节阀8安装在增压泵7和集成器10之间的管路中，可通过调节压力调节阀8上方的螺栓调节循环水的输出压力；每个循环水输出管路15上都安装有流量调节阀13，通过旋转来改变节流面积，从而控制循环水的流量。

所述的PLC19和模拟量扩展模块20安装在控制柜18内，PLC19与模拟量扩展模块20并排放置，两个模拟量扩展模块20放置在一排，PLC19与模拟量扩展模块20以及模拟量扩展模块20之间的连线均采用十芯排线；触摸屏17和防爆键盘16安装在控制柜的门上，防爆键盘16在触摸屏17的下方，触摸屏17屏幕由控制柜18门上的防爆玻璃窗与外界隔离，触摸屏17与防爆键盘16通过USB线连接，触摸屏17通过485串口线与PLC19的PORT0口连接，可通过防爆键盘16操作显示在触摸屏17上控制系统的操作按钮及参数设置单元；控制系统可通过PLC的PORT1接口将循环冷却水系统的工作参数传送至地面主监控系统，控制柜下方有喇叭口21与外部设备连接。

如图3所示，流量传感器14、温度传感器12、压力传感器11经过控制柜18下方的喇叭口21与模拟量扩展模块20的输入接口连接，模拟量扩展模块20采集到的传感器信号传给PLC19分析处理，然后在触摸屏17上显示；控制增压泵7的交流接触器22的辅助触点经过控制柜18下方的喇叭口21与PLC19的连接；控制轴流风机5的变频器6的控制端经过控制柜18下方的喇叭口21与PLC19的连接。

如图4、图5所示，增压泵7的主回路中，增压泵7依次经过热保护器(FR)、交流接触器22、熔断器(FU)及主控开关(QS)接入主电缆；轴流风机5的主回路中，轴流风机5依次经过热保护器(FR)、变频器6、熔断器(FU)及主控开关(QS)接入主电缆；增压泵7的控制回路中PLC19的输出口(Q0.0、Q0.1)与交流接触器22的辅助触点(KM1_x)连接；轴流风机5的控制回路中PLC19的输出口(Q0.2-Q0.7)与变频器6的控制端口(FWD_x、X1_x、X2_x)连接；矿用自动控制循环冷却水系统的控制系统与发热设备实现互锁控制的预留接口启停、备妥、故障、反馈分别与PLC19的输出口(Q1.0-Q1.3)连接，实现与外部发热设备连锁控制。

如图6所示，矿用自动控制循环冷却水系统可以实现一键开机，所有的控制按钮在均由触摸屏17实现，可通过防爆键盘16进行操作；控制系统可自动控制两台增压泵7全天24小时交替工作；当循环水的温度小于设定的温度T0时，PLC19的输出端口Q0.2-Q0.7均处于断开状态；当循环水的温度大于温度T0小于设定的温度T1时，PLC19的输出端口Q0.2和Q0.3闭合处于闭合状态，此时轴流风机5工作，且转速为V0；当循环水的温度大于温度T1小于设定的温度T2时，PLC19的输出端口Q0.2和Q0.4闭合处于闭合状态，此时轴流风机5工作，且转速为V1；当循环水的温度大于温度T2小于设定的温度T3时，PLC19的输出端口Q0.2、Q0.3、Q0.5、Q0.6闭合处于闭合状态，此时两台轴流风机5工作，且转速为V0；当循环水的温度大于温度T3，PLC19的输出端口Q0.2、Q0.4、Q0.5、Q0.7闭合处于闭合状态，此时两台轴流风机5工作，且转速为V1；当循环水的温度大于温度T4时，触摸屏上会显示高温报警，且向发热设备发送停机信号，循环冷却水系统会在5分钟后自动停止工作。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种矿用自动控制循环冷却水系统，其特征在于包括热交换机(4)、轴流风机(5)、蓄水箱(1)、变频器(6)、增压泵(7)、循环水管路、集成器(10)和控制柜(18)；所述热交换机(4)安装在系统框架(2)的最外侧，所述轴流风机(5)安装在所述热交换机(4)内侧，所述蓄水箱(1)通过所述循环水输入管路（3）与所述热交换机(4)相连，所述变频器(6)安装在所述热交换机(4)和所述蓄水箱(1)之间，所述增压泵(7)安装在所述蓄水箱(1)远离所述热交换机(4)的一侧，所述增压泵(7)与所述集成器(10)连接，所述循环水输出管路(15)与所述集成器(10)连接，循环冷却水系统的所述控制柜(18)固定在所述系统框架(2)上；

所述轴流风机(5)具有两台，并排安装在热交换机(4)内侧，在工作过程中两台轴流风机(5)的转速及工作状态可根据循环水的温度自动调节；所述循环冷却水系统采用风冷开式循环的工作方式，经过发热设备后进入冷却系统的循环水通过热交换机(4)结合轴流风机(5)进行冷却后进入蓄水箱(1)，蓄水箱(1)中的水在增压泵(7)的作用下再次进入发热设备。

2.根据权利要求1所述的矿用自动控制循环冷却水系统，其特征在于还包括压力传感器(11)和温度传感器(12)，所述压力传感器(11)和所述温度传感器(12)安装在集成器(10)上。

3.根据权利要求2所述的矿用自动控制循环冷却水系统，其特征在于所述增压泵(7)经过压力调节阀(8)和单向阀(9)与所述集成器(10)连接；所述循环水输出管路(15)经过流量传感器(14)和流量调节阀(13)与集成器(10)连接。

4.根据权利要求1或2所述的矿用自动控制循环冷却水系统，其特征在于所述循环冷却水系统具有多个循环水输入管路(3)和输出管路(15)，且所述循环水输入管路(3)和输出管路(15)的数量一致，每个循环水输出管路(15)都有独立的流量调节阀(13)。

5.根据权利要求3所述的矿用自动控制循环冷却水系统，其特征在于所述增压泵(7)具有两台，并排安装在蓄水箱(1)远离热交换机(4)的一侧，两台增压泵(7)一备一用，在工作过程中控制系统控制两台增压泵(7)自动切换交替工作。

6.根据权利要求1所述的矿用自动控制循环冷却水系统，其特征在于所述两台轴流风机(5)分别由控制系统通过两台变频器(6)进行控制，当循环水的温度小于设定的温度T ₀时，轴流风机(5)不工作；当循环水的温度大于温度T ₀小于设定的温度T ₁时，一台轴流风机(5)按转速V ₀工作；当循环水的温度大于温度T ₁小于设定的温度T ₂时，一台轴流风机(5)按转速V ₁工作；当循环水的温度大于温度T ₂小于设定的温度T ₃时，两台轴流风机(5)按转速V ₀工作；当循环水的温度大于温度T ₃时，两台轴流风机(5)按转速V ₀工作。

7.根据权利要求1所述的循环冷却水系统，其特征在于所述控制柜(18)的门上安装有触摸屏(17)和防爆键盘(16)，触摸屏(17)通过控制柜(18)门上的防爆玻璃窗与外界隔离；防爆键盘(16)在触摸屏(17)的下方，之间通过USB线连接，防爆键盘(16)可对在触摸屏(17)上的项目进行操作；PLC(19)和两个模拟量扩展模块(20)安装在控制柜(18)内，PLC(19)和模拟量扩展模块(20)之间通过十芯排线连接；触摸屏(17)通过485串口线与PLC(19)的PORT0口连接；控制柜(18)下方有喇叭口(21)与外部设备连接。

8.根据权利要求3所述的循环冷却水系统，其特征在于所述压力传感器(11)、温度传感器(12)和流量传感器(14)通过喇叭口(21)分别与模拟量扩展模块(20)连接，模拟量扩展模块(20)将传感器信号传送至PLC(19)，经PLC(19)分析处理后传送至触摸屏(17)上显示；防爆键盘(16)可通过对触摸屏(17)的操作对控制系统的参数进行设置；当循环水的温度高于T ₄时，可在触摸屏(17)上发出报警信号，同时向发热设备发出停机信号，循环冷却水系统会在5分钟后自动停止工作。

9.根据权利要求5或6或7或8所述的循环冷却水系统，其特征在于所述循环冷却水系统的控制系统留有启停、备妥、故障、反馈接口，实现与外部发热设备连锁控制；控制系统可通过PLC(19)的PORT1接口将循环冷却水系统的工作参数传送至地面主监控系统。