CN109519178B - 用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系，包括：内部存有水的集水池；连通所述集水池的热交换器，还与盾构冷却循环系统连通，通过所述集水池内的水与所述盾构冷却循环系统进行热交换；与所述热交换器连通的冷冻水泵，通过所述冷冻水泵将经过所述热交换器的集水池内的水进行冷却；以及与所述冷冻水泵连通的冷冻设备，所述冷冻设备还与所述集水池连通，通过所述冷冻设备对经所述冷冻水泵冷却的水进一步冷却并将水排入到所述集水池内。本发明加大了在热交换器处的集水池内的水的温度和盾构冷却循环系统内的水的温度的差值，能够带走内循环冷却系统上的热量多，极大的提高了盾构降温的效率和效果。

Description

用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系及方法

技术领域

本发明涉及盾构冷却系统的技术领域，特指一种用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系及方法。

背景技术

越江隧道施工往往处于高湿高温的环境下，且盾构机在正常掘进时，其液压系统、主驱动部分及配电柜内电器部件等往往会产生大量的热量，使刀盘、电机、泵等设备和隧道内的环境温度升高，一旦温度过高，会触发盾构安全保护系统，使得盾构突然暂停推进，只有待温度降低至设定值，盾构才能正常推进。

盾构机的热量，一般由风力或冷却系统两种载体带走。大量的施工经验表明，通过风力来为盾构降温，其降温成本高、效果差且速度慢。而使用冷却系统来为盾构降温，其成本低，冷却均匀且能够在短时间内达到冷却的效果。因此，盾构机的降温绝大部分都采用冷却系统。

当前，盾构机上一般有两套循环冷却系统：一套是内循环冷却系统，通过刀盘电机、油箱、液压泵等发热体，带走他们热量，再通过热交换器散走热量；另一套是外循环冷却系统，通过热交换器为内循环冷却系统降温。这两套循环冷却系统通过盾构机上的热交换器进行热量交换，因此，外循环冷却系统的水温，很大程度上决定了热交换器上所能带走内循环冷却系统的水温。比如中国在先专利(申请号为201420540620.X，发明创造名称为盾构机水冷却系统)公开了一种盾构机水冷却系统，包括热交换器、外冷却系统、内循环系统；外冷却系统包括进、出水管，进水管前端与水源连接，进水管后端与热交换器壳体上的进水口连接，内循环系统包括冷却水箱，冷却水箱的进水口和热交换器内的盘管出口通过管道连接。实现了利用地表常温水进行冷却，具有节能的有点。

但在炎炎夏日，外循环冷却系统的水温通常可达30～35度，使得外循环冷却系统和内循环冷却系统的温差小，导致无法很好地为内循环冷却系统降温，进而不能有效地为盾构降温。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系及方法，解决现有的外循环冷却系统在高温环境下水温较高无法为内循环冷却系统很好地降温进而不能为盾构有效的降温的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系，包括：

内部存有水的集水池；

连通所述集水池的热交换器，所述热交换器还与盾构冷却循环系统连通，所述热交换器通过所述集水池内的水与所述盾构冷却循环系统进行热交换以实现对所述盾构冷却循环系统进行降温；

与所述热交换器连通的冷冻水泵，通过所述冷冻水泵将经过所述热交换器的集水池内的水进行冷却；以及

与所述冷冻水泵连通的冷冻设备，所述冷冻设备还与所述集水池连通，通过所述冷冻设备对经所述冷冻水泵冷却的水进一步冷却并将水排入到所述集水池内。

本发明的降温体系采用冷冻水泵和冷冻设备对高温环境下的常温水进行降温，加大了在热交换器处的集水池内的水的温度和盾构冷却循环系统内的水的温度的差值，带走内循环冷却系统上的热量多，极大的提高了盾构降温的效率和效果。本发明避免了外界高温的影响，使得盾构冷却循环系统能够得到很好的降温效果，从而保证了盾构机的施工安全和施工进度。

本发明用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系的进一步改进在于，还包括冷却水塔和与所述冷却水塔连通的降温装置；

所述冷却水塔与所述冷冻水泵连通，且连通的管路上设置有供控制管路开合的球阀，通过所述冷冻水泵向所述冷却水塔内供水；

所述降温装置围绕所述冷冻设备设置，所述降温装置的进水口和出水口均与所述冷却水塔连通，从而实现了利用所述冷却水塔内的水对所述冷冻设备进行降温。

本发明用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系的进一步改进在于，所述降温装置的进水口处设有冷却水泵，通过所述冷却水泵将所述冷却水塔内的水抽出。

本发明用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系的进一步改进在于，所述冷却水泵的出水口还连通有一出水支路，所述出水支路与所述冷却设备内的水路连通进而实现与所述集水池连通。

本发明用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系的进一步改进在于，所述冷却水塔包括储水箱和装设于所述储水箱顶部的风扇，通过所述风扇对所述储水箱内的水进行吹风以实现对储水箱内的水进行风冷降温。

本发明还提供了一种用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温方法，包括如下步骤：

提供一集水池，于所述集水池内放水；

提供一热交换器，将所述热交换器通过管路与所述集水池连通，并将所述热交换器与盾构冷却循环系统连通；

提供一冷冻水泵，将所述冷冻水泵通过管路与所述热交换器连通，通过所述冷冻水泵将所述集水池内的水抽出并经过所述热交换器，从而使得所述集水池内的水与所述盾构冷却循环系统于所述热交换器处进行热交换以实现对所述盾构冷却循环系统进行降温；以及

提供一冷冻设备，将所述冷冻设备通过管路与所述冷冻水泵连通，并将所述冷冻设备与所述集水池连通，通过所述冷冻设备对经所述冷冻水泵冷却的水进一步冷却再排入到所述集水池内。

本发明降温方法的进一步改进在于，还包括：

提供一冷却水塔，将所述冷却水塔通过管路与所述冷冻水泵连通，并于连通的管路上设置供控制管路开合的球阀，通过所述冷冻水泵向所述冷却水塔内供水；

提供一降温装置，将所述降温装置的进水口和出水口均与所述冷却水塔连通，并将所述降温装置围绕所述冷冻设备设置，利用所述降温装置将所述冷却水塔内的水形成围绕所述冷冻设备流动的水循环，进而对所述冷冻设备进行降温。

本发明降温方法的进一步改进在于，还包括：

于所述降温装置的进水口处设置一冷却水泵，利用所述冷却水泵将所述冷却水塔内的水抽出。

本发明降温方法的进一步改进在于，还包括：

于所述冷却水泵的出水口处连通一出水支路，将所述出水支路与所述冷却设备内的水路连通进而实现与所述集水池连通。

本发明降温方法的进一步改进在于，提供一冷却水塔，包括：

提供一储水箱和风扇，将所述风扇安装于所述储水箱的顶部，利用所述风扇对所述储水箱内的水进行吹风以实现对所述储水箱内的水进行风冷降温。

附图说明

图1为本发明用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系的系统图。

图2为本发明用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系及方法，用于解决现有采用常温水对内循环系统进行降温时存在的如下问题：外界环境温度高时，常温水温度较高，使得常温水与冷却循环系统的水温之间的温差值较小，降温效果较差，特别当常温水的温度高于冷却循环系统的水温时，不仅达不到降温的目的，反而使得冷却循环系统升温。本发明的降温体系及方法通过冷冻水泵和冷冻设备主动为集水池内的水进行降温处理，为集水池内的水提供了一个冷却循环，集水池内的水经过热交换器进行热交换对盾构冷却循环系统进行降温处理，而后该水经冷冻水泵和冷冻设备的冷却处理流到集水池内，从而实现了源源不断地冷却水流经热交换器以对盾构冷却循环系统进行降温，使得盾构机的降温不受外界高温环境的影响。本发明加大了集水池内的水与盾构冷却循环系统之间水温的温差，能够在热交换器上带走盾构冷却循环系统较多的热量，极大的提高了盾构降温的效率。下面结合附图对本发明用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系及方法进行说明。

参阅图1，显示了本发明用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系的系统图。下面结合图1，对本发明用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系进行说明。

如图1所示，本发明的用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系包括集水池21、热交换器22、冷冻水泵23以及冷冻设备24，集水池21内部存有水；热交换器22与集水池21连通，将热交换器22与集水池21通过水管连通，使得集水池21内的水通过水管流经热交换器22。热交换器22还与盾构冷却循环系统连通，该热交换器22通过集水池21内的水与盾构冷却循环系统进行热交换以实现对盾构冷却循环系统进行降温，集水池21内的水与盾构冷却循环系统内的水为两个独立的水循环，两者不混合。冷冻水泵23与热交换器22连通，该冷冻水泵23通过另一水管与热交换器22连通，且该冷冻水泵23通过热交换器22连通集水池21，利用冷冻水泵23可将集水池21内的水抽出，即令集水池21内的水经水管流经热交换器22和冷却水泵23，冷冻水泵23还能够对经过热交换器22的集水池21内的水进行冷却。冷冻设备24与冷冻水泵23连通，冷冻设备24还与集水池21连通，冷冻设备24与冷冻水泵23通过冷冻水管232连通，冷冻设备24与集水池21通过一排水管连通，冷冻水泵23通过冷冻水管232将经其冷却的水泵送至冷冻设备24内，冷冻设备24对经过冷冻水泵23冷却的水进一步冷却并将水排入到集水池21内。从而集水池21内的水形成了流经热交换器22、冷冻水泵23以及冷冻设备24的水循环，在热交换器22处进行热交换变成温度较高的水，再经过冷冻水泵23和冷冻设备24进行冷却处理变成温度较低的水而流入到集水池21内，进而该温度较低的水再进入到热交换器内进行热交换，从而形成了一个冷却水循环，可实现对盾构冷却循环系统提供源源不断地冷却水进行降温。

本发明的降温体系采用冷冻水泵和冷冻设备对高温环境下的常温水进行降温，加大了在热交换器处的集水池内的水的温度和盾构冷却循环系统内的水的温度的差值，带走内循环冷却系统上的热量多，极大的提高了盾构降温的效率和效果。本发明避免了外界高温的影响，使得盾构冷却循环系统能够得到很好的降温效果，从而保证了盾构机的施工安全和施工进度。

作为本发明的一较佳实施方式，本发明的降温体系还包括冷却水塔25和与冷却水塔25连通的降温装置26，冷却水塔25与冷冻水泵23连通，且在连通的管路上设置有供控制管路开合的球阀233，打开球阀233令该管路连通，通过冷冻水泵23向冷却水塔25内供水，即将经冷却的水送入到冷却水塔25内，在冷却水塔25内存有一定量的冷却水后，将球阀233关闭。

较佳地，冷冻水泵23的冷冻水管232连接有一支路，该支路与冷却水塔25连通，并在支路上设置球阀233，球阀233关闭时，冷冻水管232连通冷冻水泵23和冷冻设备24，球阀233打开时，冷冻水管232将冷却水塔25和冷冻水泵23连通，冷冻设备24也与冷冻水泵23连通。

降温装置26用于对冷冻设备24进行降温，该降温装置26围绕冷冻设备24设置，降温装置26的进水口和出水口均与冷却水塔25连通，形成了一个冷却水塔25内冷却水的循环，该冷却水的循环围绕冷冻设备24进行，对冷冻设备24进行降温处理，实现了利用冷却水塔25内的水对冷冻设备24进行降温。

由于冷冻设备24在工作时会发热，该热量会影响冷冻设备24的使用，故而通过设置降温装置26并利用冷却水塔25来对冷冻设备24进行热交换式的降温处理，以保证冷冻设备24的正常运行，保障设备的安全。

较佳地，降温装置26为降温管路，降温管路的进水口与冷却水塔25的底部连通，使得冷却水塔25的水能够流入到降温管路内，降温管路围绕冷冻设备24设置，而后降温管路的出水口与冷却水塔25的顶部连通，从而形成了降温水循环，该降温水循环围绕冷冻设备24并对冷冻设备24进行降温处理。

进一步地，降温装置26的进水口处设有冷却水泵27，通过冷却水泵27将冷却水塔25内的水抽出。冷却水泵27提供了冷却水塔25内水流动的动力，使得冷却水塔25内的水能够在降温装置26内流动，且冷却水泵27还对抽出的水进行冷却处理，使得降温装置26内流动的水具有较低的温度，提高对冷冻设备24的降温效果。

再进一步地，冷却水泵27的出水口还连通有一出水支路，该出水支路与冷却设备24内的水路连通进而实现与集水池21连通，从而使得通过冷却水泵27能够将冷却水塔25内的水通过冷却设备24排入到集水池24内，在出水支路上设置有球阀，利用球阀控制出水支路的开合。

在外界环境温度不高时，可关闭冷冻设备24，利用冷冻水泵23、冷却水塔25以及冷却水泵27对集水池21内的水进行冷却处理，形成冷却水循环，即打开冷冻水管232上的球阀233，使得冷冻水泵23将水送入到冷却水塔25内，打开出水支路上的球阀，使得冷却水泵27将冷却水塔25内的水抽出并通过冷冻设备24直接泵送至集水池21内，实现了冷却水循环。

在不使用冷冻设备24时，注意排除冷冻设备24内管道内的水，避免对设备寿命造成影响。

作为本发明的另一较佳实施方式，冷却水塔25包括储水箱和装设在储水箱顶部的风扇，通过风扇对储水箱内当水进行吹风以实现对储水箱内的水进行风冷降温。

冷冻水泵23还连接有一排气管231，在排气管231上设置有控制排气管231开合的球阀，在启动冷冻水泵23之前，检查冷冻水泵23的吸水端是否有空气，通过排气管231将冷冻水泵23吸水端的空气排除，而后关闭排气管231的球阀，接着再启动冷冻水泵23。

为保证冷冻水泵23的正常工作，在冷冻水泵23的冷冻水管232上设置有压力传感器28，通过压力传感器28检测冷冻水泵23的管压，以确保管压在安全的范围内。

冷却水泵27也同样设置有排气管，在打开冷却水泵27之前，先检查冷却水泵27的吸水端是否有空气，若有则利用排气管将空气排出，接着再启动冷却水泵27。

较佳地，本发明的冷冻设备24可采用空调，冷冻设备24内可以设置封闭的水管路，也可以设置集水容器，通过空调对封闭的水管路内的水或者是集水容器内的水进行冷冻降温，使其温度能够快速的降低，加大了集水池21内的水与盾构冷却循环系统内水的温度差，提高降温效率。

下面对本发明提供的一种用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温方法进行说明。

如图2所示，本发明的降温方法包括如下步骤：

执行步骤S11，提供一集水池，于集水池内放水；接着执行步骤S12。

执行步骤S12，提供一热交换器，与集水池和盾构冷却水循环系统连通；接着执行步骤S13。

执行步骤S13，提供一冷冻水泵，通过管路与热交换器连通，并将集水池内的水抽出以使得该水经过热交换器；通过冷冻水泵将集水池内的水抽出并经过热交换器，从而使得集水池内的水与盾构冷却循环系统于热交换器处进行热交换以实现对盾构冷却循环系统进行降温；接着执行步骤S14。

执行步骤S14，提供一冷冻设备，通过管路与冷冻水泵和集水池连通，通过冷冻设备对经冷冻水泵冷却的水进一步冷却再排入到集水池内。

结合图1所示，将热交换器22与集水池21通过水管连通，使得集水池21内的水通过水管流经热交换器22。热交换器22还与盾构冷却循环系统连通，该热交换器22通过集水池21内的水与盾构冷却循环系统进行热交换以实现对盾构冷却循环系统进行降温，集水池21内的水与盾构冷却循环系统内的水为两个独立的水循环，两者不混合。将冷冻水泵23通过另一水管与热交换器22连通，且该冷冻水泵23通过热交换器22连通集水池21，利用冷冻水泵23可将集水池21内的水抽出，即令集水池21内的水经水管流经热交换器22和冷却水泵23，冷冻水泵23还能够对经过热交换器22的集水池21内的水进行冷却。将冷冻设备24与冷冻水泵23通过冷冻水管232连通，冷冻设备24与集水池21通过一排水管连通，冷冻水泵23通过冷冻水管232将经其冷却的水泵送至冷冻设备24内，冷冻设备24对经过冷冻水泵23冷却的水进一步冷却并将水排入到集水池21内。从而集水池21内的水形成了流经热交换器22、冷冻水泵23以及冷冻设备24的水循环，在热交换器22处进行热交换变成温度较高的水，再经过冷冻水泵23和冷冻设备24进行冷却处理变成温度较低的水而流入到集水池21内，进而该温度较低的水再进入到热交换器内进行热交换，从而形成了一个冷却水循环，可实现对盾构冷却循环系统提供源源不断地冷却水进行降温。

作为本发明的一较佳实施方式，还包括：

提供一冷却水塔25，将冷却水塔25通过管路与冷冻水泵23连通，并于连通的管路上设置供控制管路开合的球阀233，通过冷冻水泵23向冷却水塔25内供水；

提供一降温装置26，将降温装置26的进水口和出水口均与冷却水塔25连通，并将降温装置26围绕冷冻设备24设置，利用降温装置26将冷却水塔25内的水形成围绕冷冻设备24流动的水循环，进而对冷冻设备24进行降温。

较佳地，在冷冻水泵23的冷冻水管232连接一支路，该支路与冷却水塔25连通，并在支路上设置球阀233，球阀233关闭时，冷冻水管232连通冷冻水泵23和冷冻设备24，球阀233打开时，冷冻水管232将冷却水塔25和冷冻水泵23连通，冷冻设备24也与冷冻水泵23连通。

由于冷冻设备24在工作时会发热，该热量会影响冷冻设备24的使用，故而通过设置降温装置26并利用冷却水塔25来对冷冻设备24进行热交换式的降温处理，以保证冷冻设备24的正常运行，保障设备的安全。

较佳地，降温装置26为降温管路，降温管路的进水口与冷却水塔25的底部连通，使得冷却水塔25的水能够流入到降温管路内，降温管路围绕冷冻设备24设置，而后降温管路的出水口与冷却水塔25的顶部连通，从而形成了降温水循环，该降温水循环围绕冷冻设备24并对冷冻设备24进行降温处理。

进一步地，还包括：

于降温装置26的进水口处设置一冷却水泵27，利用冷却水泵27将冷却水塔25内的水抽出。冷却水泵27提供了冷却水塔25内水流动的动力，使得冷却水塔25内的水能够在降温装置26内流动，且冷却水泵27还对抽出的水进行冷却处理，使得降温装置26内流动的水具有较低的温度，提高对冷冻设备24的降温效果。

再进一步地，还包括：于冷却水泵27的出水口处连通一出水支路，将出水支路与冷却设备24内的水路连通进而实现与集水池21连通。

在外界环境温度不高时，可关闭冷冻设备24，利用冷冻水泵23、冷却水塔25以及冷却水泵27对集水池21内的水进行冷却处理，形成冷却水循环，即打开冷冻水管232上的球阀233，使得冷冻水泵23将水送入到冷却水塔25内，打开出水支路上的球阀，使得冷却水泵27将冷却水塔25内的水抽出并通过冷冻设备24直接泵送至集水池21内，实现了冷却水循环。

作为本发明的另一较实施方式，提供一冷却水塔25，包括：提供一储水箱和风扇，将风扇安装于储水箱的顶部，利用风扇对储水箱内的水进行吹风以实现对储水箱内的水进行风冷降温。

在打开冷冻水泵23和冷却水泵27时，先检测冷冻水泵23和冷却水泵27的吸水端是否有空气，若有则先将空气排出，接着在打开冷冻水泵23和冷却水泵27。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系，其特征在于，包括：

内部存有水的集水池；

连通所述集水池的热交换器，所述热交换器还与盾构冷却循环系统连通，所述热交换器通过所述集水池内的水与所述盾构冷却循环系统进行热交换以实现对所述盾构冷却循环系统进行降温；

与所述热交换器连通的冷冻水泵，通过所述冷冻水泵将经过所述热交换器的集水池内的水进行冷却；以及

与所述冷冻水泵连通的冷冻设备，所述冷冻设备还与所述集水池连通，通过所述冷冻设备对经所述冷冻水泵冷却的水进一步冷却并将水排入到所述集水池内；

还包括冷却水塔和与所述冷却水塔连通的降温装置；

所述冷却水塔与所述冷冻水泵连通，且连通的管路上设置有供控制管路开合的球阀，通过所述冷冻水泵向所述冷却水塔内供水；

所述降温装置围绕所述冷冻设备设置，所述降温装置的进水口和出水口均与所述冷却水塔连通，从而实现了利用所述冷却水塔内的水对所述冷冻设备进行降温；

所述降温装置的进水口处设有冷却水泵，通过所述冷却水泵将所述冷却水塔内的水抽出；

所述冷却水泵的出水口还连通有一出水支路，所述出水支路与所述冷冻设备内的水路连通进而实现与所述集水池连通。

2.如权利要求1所述的用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温体系，其特征在于，所述冷却水塔包括储水箱和装设于所述储水箱顶部的风扇，通过所述风扇对所述储水箱内的水进行吹风以实现对储水箱内的水进行风冷降温。

3.一种用于高温环境下盾构冷却循环系统的降温方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一集水池，于所述集水池内放水；

提供一热交换器，将所述热交换器通过管路与所述集水池连通，并将所述热交换器与盾构冷却循环系统连通；

提供一冷冻水泵，将所述冷冻水泵通过管路与所述热交换器连通，通过所述冷冻水泵将所述集水池内的水抽出并经过所述热交换器，从而使得所述集水池内的水与所述盾构冷却循环系统于所述热交换器处进行热交换以实现对所述盾构冷却循环系统进行降温；以及

提供一冷冻设备，将所述冷冻设备通过管路与所述冷冻水泵连通，并将所述冷冻设备与所述集水池连通，通过所述冷冻设备对经所述冷冻水泵冷却的水进一步冷却再排入到所述集水池内；

还包括：

提供一冷却水塔，将所述冷却水塔通过管路与所述冷冻水泵连通，并于连通的管路上设置供控制管路开合的球阀，通过所述冷冻水泵向所述冷却水塔内供水；

提供一降温装置，将所述降温装置的进水口和出水口均与所述冷却水塔连通，并将所述降温装置围绕所述冷冻设备设置，利用所述降温装置将所述冷却水塔内的水形成围绕所述冷冻设备流动的水循环，进而对所述冷冻设备进行降温；

于所述降温装置的进水口处设置一冷却水泵，利用所述冷却水泵将所述冷却水塔内的水抽出；

于所述冷却水泵的出水口处连通一出水支路，将所述出水支路与所述冷冻设备内的水路连通进而实现与所述集水池连通。

4.如权利要求3所述的降温方法，其特征在于，提供一冷却水塔，包括：

提供一储水箱和风扇，将所述风扇安装于所述储水箱的顶部，利用所述风扇对所述储水箱内的水进行吹风以实现对所述储水箱内的水进行风冷降温。

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