CN109297321A - 一种煤矿井下无轨胶轮车用多组份防爆换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿井下无轨胶轮车热管理系统技术领域，具体是一种煤矿井下无轨胶轮车用多组份防爆换热装置。解决了现有煤矿井下无轨胶轮车使用中高温、低温等问题，装置外壳与两端设置的装置端盖形成密闭结构，两端的装置端盖上均设置有防爆法兰，两端的防爆法兰之间连接有由换热阻气板形成的管道，换热阻气板设置在密闭结构内部，换热阻气板内侧设置有换热气环，换热阻气板外侧设置有换热水环，密闭结构内部还设置有换热阻水板，换热阻水板设置在装置外壳和换热阻气板之间，换热阻水板上面向装置外壳的一侧设置有换热油环；温控阀设置在冷却液进出口的出口位置。本装置有效地将冷却液、传动油、废气处理集合在一体，解决整车使用中的高低温现象。

Description

一种煤矿井下无轨胶轮车用多组份防爆换热装置

技术领域

本发明属于煤矿井下无轨胶轮车热管理系统技术领域，具体是一种煤矿井下无轨胶轮车用多组份防爆换热装置。

背景技术

以防爆柴油机作为动力源的井下无轨胶轮车作为一种辅助运输设备，已经广泛运用在各大煤矿生产中。无轨胶轮车在使用过程中整机各系统必须处于合理的温度工作范围内——废气＜70°C、85°C＜冷却液＜97°C、95°C＜传动油＜110°C，出现长时的低温或者高温现象都是不被允许的，低温或者高温都会影响车辆的正常使用及降低车辆的可靠性。

目前煤矿上无轨胶轮车通常采用单独的冷却系统，即防爆发动机、传动系统、液压系统、废气处理系统各自独立冷却，这种处理方式能够很好的处理高温现象，但通常忽略了低温现象，而且各自独立冷却，割裂了整车温控系统的整体性，系统复杂不便于布置设计，成本高昂经济性低。多组份防爆热交换装置有效地将冷却液、传动油、废气处理温度控制集合在一体，解决整车使用中的高低温现象——高温降热、低温预热，实现无轨胶轮车整车的热管理。

目前国内煤矿井下使用的胶轮车均没有配备多组份防爆热交换装置。

发明内容

本发明为了解决现有煤矿井下无轨胶轮车使用中高温、低温等问题，为实现整车各系统换热的集中处理而设计的一种关键热管理系统设备，提供了一种煤矿井下无轨胶轮车用多组份防爆换热装置。

本发明采取以下技术方案：一种煤矿井下无轨胶轮车用多组份防爆换热装置，包括油口接头、冷却液进口、防爆法兰、装置外壳、装置端盖、换热油环、换热阻水板、换热水环、换热气环、换热阻气板和温控阀，装置外壳与两端设置的装置端盖形成密闭结构，两端的装置端盖上均设置有防爆法兰，两端的防爆法兰之间连接有由换热阻气板形成的管道，换热阻气板设置在密闭结构内部，换热阻气板内侧设置有换热气环，换热阻气板外侧设置有换热水环，密闭结构内部还设置有换热阻水板，换热阻水板设置在装置外壳和换热阻气板之间，换热阻水板上面向装置外壳的一侧设置有换热油环；防爆法兰设置有油口接头和冷却液进出口，油口接头与装置外壳和换热阻水板之间的冷却油空间连通，冷却液进口与换热阻水板与换热阻气板之间的冷却液空间连通，所述的温控阀设置在冷却液进出口的出口位置。

进一步的，温控阀包括温控阀座、外循环集水口、内循环集水口、温控主阀和温控副阀。温控主阀与温控副阀采用杆套结构，杆套之间充填有特殊感温材料，杆上加工有环形密封圈槽，采用耐高温耐腐蚀O型圈密封；阀顶面采用圆形伞状平面，平面底面边沿覆盖密封胶垫。当换热装置内冷却液与温控副阀接触时，位于杆套之间的感温材料感应冷却液温度的温度，如果冷却液温度低不足以使感温材料热膨胀，则温控主阀与温控副阀之间的杆套不发生相对位移，副阀处于开启状态，主阀处于关闭状态，此时冷却液则通过副阀直接回流到内循环集水口返回换热装置内；当冷却液温度达到设定值时，温控主阀与温控副阀之间的杆套发生相对位移，副阀下移伞形平面与阀座接触封闭通道，冷却液无法回流到内循环集水口，此时主阀上升主阀伞形平面与阀座分离，打开与外循环集水口通道，冷却液通过外循环集水口进入外接散热器将多余的热量散失，再回流到换热装置内。

进一步的，换热阻气板两端设置有换热扩压板，扩压板采用铸造成型，喇叭口形式，喇叭开口角度62°，有利于气流速度减缓增加换热时间；扩压板表面铸造有多道圆环凸起，圆环直径5mm，凸起使经过扩压板的气体紊乱程度加大形成紊流，在对流换热过程中紊流可以提高换热效率。

所述的换热阻气板两端设置有换热扩压板，换热扩压板为喇叭形结构，喇叭开口角度62°，换热体扩压板环向上设置有若干平行设置的凹环。

的换热气环为环面结构，环面角度为136.4°，换热气环的环面上设置有若干凸起，所述的换热水环和换热油环与换热气环结构相同。

本发明综合运用热传导、热对流理论知识，具体体现在通过防爆换热器将废气、冷却液、传动油有机的联系起来，让热量在三者之间相互传递流动，实现在低温时利用高温废气对冷却液、传动油实行快速预热，在高温时利用冷却液对废气、传动油实施冷却。

本发明采用自适应控制，通过温控阀监测冷却液的实时情况，感应冷却液温度的变化情况。在不同的温度下，温控阀的主阀与副阀相互配合动作控制冷却液的内外循环，充分实现整机车辆低温预热、高温冷却的需要。

本发明相对现有技术具有如下有益效果：

1、本装置有效地将冷却液、传动油、废气处理集合在一体，解决整车使用中的高低温现象，实现无轨胶轮车整车的集中热管理。

2、本装置结构紧凑，便于布置，对于低矮、窄小布置空间受限的胶轮车尤为适用。

3、本装置采用防爆结构可以配合防爆柴油机废气处理系统使用，可以更高效的实现废气后处理。

4、本装置采用自适应控制，可靠性高。

5、本装置结构简单，通用性好，性价比高，在现行胶轮车中不必做大的改动即可使用。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明温控阀主视图；

图3为本发明温控阀侧视图；

图4为本发明循换热环原理图；

图5为换热阻气板结构示意图；

图6为换热气环结构示意图；

图7为图6中AA剖面图；

图中1-油口接头，2-冷却液进口，3-防爆法兰，4-装置外壳，5-装置端盖，6-换热油环，7-换热阻水板，8-换热水环，9-换热气环，10-换热阻气板，11-换热扩压板，12-温控阀，13-温控阀座，14-外循环集水口，15-内循环集水口，16-温控主阀，17-温控副阀，18-凸起，19-凹环。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种煤矿井下无轨胶轮车用多组份防爆换热装置，包括油口接头1、冷却液进口2、防爆法兰3、装置外壳4、装置端盖5、换热油环6、换热阻水板7、换热水环8、换热气环9、换热阻气板10和温控阀12，装置外壳4与两端设置的装置端盖5形成密闭结构，两端的装置端盖5上均设置有防爆法兰3，两端的防爆法兰3之间连接有由换热阻气板10形成的管道，换热阻气板10设置在密闭结构内部，换热阻气板10内侧设置有换热气环9，换热阻气板10外侧设置有换热水环8，密闭结构内部还设置有换热阻水板7，换热阻水板7设置在装置外壳4和换热阻气板10之间，换热阻水板7上面向装置外壳4的一侧设置有换热油环6；防爆法兰3设置有油口接头1和冷却液进出口2，油口接头1与装置外壳4和换热阻水板7之间的冷却油空间连通，冷却液进口2与换热阻水板7与换热阻气板10之间的冷却液空间连通，所述的温控阀12设置在冷却液进出口2的出口位置。

如图2、3所示，温控阀12包括温控阀座13、外循环集水口14、内循环集水口15、温控主阀16和温控副阀17，温控主阀16与温控副阀17采用杆套结构，杆套之间充填有特殊感温材料，杆上加工有环形密封圈槽，采用耐高温耐腐蚀O型圈密封；阀顶面采用圆形伞状平面，平面底面边沿覆盖密封胶垫。当换热装置内冷却液与温控副阀接触时，位于杆套之间的感温材料感应冷却液温度的温度，如果冷却液温度低不足以使感温材料热膨胀，则温控主阀16与温控副阀17之间的杆套不发生相对位移，副阀处于开启状态，主阀处于关闭状态，此时冷却液则通过副阀直接回流到内循环集水口返回换热装置内；当冷却液温度达到设定值时，温控主阀16与温控副阀17之间的杆套发生相对位移，副阀下移伞形平面与阀座接触封闭通道，冷却液无法回流到内循环集水口，此时主阀上升主阀伞形平面与阀座分离，打开与外循环集水口通道，冷却液通过外循环集水口进入外接散热器将多余的热量散失，再回流到换热装置内。

如图5所示，换热阻气板10两端设置有换热扩压板11，换热扩压板11为喇叭形结构，喇叭开口角度62°，换热体扩压板11环向上设置有若干平行设置的凹环19。

换热阻气板10两端设置有换热扩压板11，扩压板采用铸造成型，喇叭口形式，喇叭开口角度62°，有利于气流速度减缓增加换热时间；扩压板表面铸造有多道圆环凸起，圆环直径5mm，凸起使经过扩压板的气体紊乱程度加大形成紊流，在对流换热过程中紊流可以提高换热效率，如图5所示。

如图6、7所示，换热气环9为环面结构，环面角度为136.4°，换热气环9的环面上设置有若干凸起18，所述的换热水环8和换热油环6与换热气环9结构相同。

工作过程1（低温预热过程）：无轨胶轮车在初次启动或者在极寒环境下运行，各系统中的工质液体温度低，不利于车辆运行，在该种工况下，整车需要迅速预热。

（1）防爆柴油机工作排除的废气含有大量的热量温度极高，通常大于等于400°，废气通过管路经过左侧防爆法兰3流入防爆换热器中心层中，见图3红色区域，高温废气沿换热气环9中心及边沿孔流过防爆换热器，经过右侧防爆法兰排入后续废气处理装置中，见图1。由于流动的过程中废气温度高于废气侧换热阻水板7与换热气环的温度9，热量以热传导与热对流的方式传递到换热阻水板7与换热气环9，使其温度升高（稳态情况下可以认为换热水板与换热气环温度一致且均匀分布）。

（2）冷却液从左侧经冷却液进口2流入防爆换热器中，见图3绿色区域，低温冷却液沿换热阻水板7，换热水环8，换热阻气板10边沿流动，最后流入温控阀进水口，见图1。冷却液启动阶段温度低尤其在严寒季节其温度通常在零下，热量通过换热阻水板7、换热水环8传递给冷却液，使其温度升高。冷却液温度升高后其温度高于换热油环6、换热阻水板7，此时热量传递给换热油环6、换热阻水板7。

（3）传动油从顶部油口接头1流入防爆换热器中，见图3，沿换热油环6，换热阻水板7边沿流动，最后经左侧油口接头1流出，见图1。由于低温阶段传动油温度低于换热油环6、换热阻水板7温度，热量通过换热油环6、换热阻水板7传递给传动油，完成传动油的预热过程。

（4）温控阀在低温预热过程工作状态时：冷却液经温控阀座13左侧进水口进入温控阀内，温控阀感应水温。由于低温阶段冷却液温度低，此时温控主16阀关闭，温控副阀17打开冷却液经过内循环集水口15，直接流入水泵进水口，形成内循环，见图1、3。内循环过程冷却液没有经过散热器，其携带的热量几乎不散失，再次回流入防爆换热器中，这样可以缩短预热过程。

工作过程2（高温散热过程）：无轨胶轮车在高温环境下运行或者长时间运行后，各系统中的工质温度升高，甚至超过规定要求，不利于车辆运行，需要迅速散热。

（1）高温散热过程中废气与冷却液的热传递方向一样，不再细述。

（2）在此过程中传动油温有时高于110°C，而冷却液温度始终低于100°C以下，冷却液不再是给传动液预热而是带走传动油多余的热量，热量由传动油经过换热油环6、换热阻水板7传递给冷却液带走。

（3）温控阀在高温散热过程工作状态时：冷却液经温控阀座13左侧进水口进入温控阀内，温控阀感应水温。由于高温阶段冷却液温度高，此时温控主阀16逐步打开，温控副阀17逐渐关闭，冷却液经过外循环集水口14，直接流入散热器进水口，进入外循环，见图1、3。外循环冷却液经过散热器散热，其携带的热量大部分散失，冷却液温度降低，再次回流入防爆换热器中，实现防爆热交换循环散热功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种煤矿井下无轨胶轮车用多组份防爆换热装置，其特征在于：包括油口接头（1）、冷却液进口（2）、防爆法兰（3）、装置外壳（4）、装置端盖（5）、换热油环（6）、换热阻水板（7）、换热水环（8）、换热气环（9）、换热阻气板（10）和温控阀（12），装置外壳（4）与两端设置的装置端盖（5）形成密闭结构，两端的装置端盖（5）上均设置有防爆法兰（3），两端的防爆法兰（3）之间连接有由换热阻气板（10）形成的管道，换热阻气板（10）设置在密闭结构内部，换热阻气板（10）内侧设置有换热气环（9），换热阻气板（10）外侧设置有换热水环（8），密闭结构内部还设置有换热阻水板（7），换热阻水板（7）设置在装置外壳（4）和换热阻气板（10）之间，换热阻水板（7）上面向装置外壳（4）的一侧设置有换热油环（6）；防爆法兰（3）设置有油口接头（1）和冷却液进出口（2），油口接头（1）与装置外壳（4）和换热阻水板（7）之间的冷却油空间连通，冷却液进口（2）与换热阻水板（7）与换热阻气板（10）之间的冷却液空间连通，所述的温控阀（12）设置在冷却液进出口（2）的出口位置。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下无轨胶轮车用多组份防爆换热装置，其特征在于：所述的温控阀（12）包括温控阀座（13）、外循环集水口（14）、内循环集水口（15）、温控主阀（16）和温控副阀（17），温控阀座（13）外侧设置有外循环集水口（14）和内循环集水口（15），温控阀座（13）内设置有温控主阀（16）和温控副阀（17），温控主阀（16）与温控副阀（17）采用杆套结构，杆套之间充填有感温材料。

3.根据权利要求2所述的煤矿井下无轨胶轮车用多组份防爆换热装置，其特征在于：所述的换热阻气板（10）两端设置有换热扩压板（11），换热扩压板（11）为喇叭形结构，喇叭开口角度62°，换热体扩压板（11）环向上设置有若干平行设置的凹环（19）。

4.根据权利要求2所述的煤矿井下无轨胶轮车用多组份防爆换热装置，其特征在于：所述的换热气环（9）为环面结构，环面角度为136.4°，换热气环（9）的环面上设置有若干凸起（18），所述的换热水环（8）和换热油环（6）与换热气环（9）结构相同。