CN110159335A - 一种基于泥浆环流的隧道降温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于泥浆环流的隧道降温系统，包括冷却循环系统、水循环系统以及泥浆环流系统，所述冷却循环系统用于给输送至隧道内的风提供冷源，所述水循环系统分别连接冷却循环系统和泥浆环流系统，所述水循环系统和冷却循环系统之间以及水循环系统和泥浆环流系统之间分别进行热交换，通过水循环系统将冷却循环系统产生的热量传递至泥浆环流系统中，通过泥浆环流系统与隧道掌子面以及隧道外界的空气间发生热交换将热量释出。将原本盾构机中仅仅用来携带渣土的泥浆环流系统进一步利用，最终通过泥浆环流系统带走隧道内热量，解决现有技术中外循环水用量较大、工人作业难度大、成本不断增加的问题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种基于泥浆环流的隧道降温系统。
背景技术
目前盾构机在掘进过程中采用一次风机向隧道注入空气，通过隧道通风管将空气送至盾构机最后一节台车，然后利用二次风机接力向掘进机断面送风，然后隧道内热风通过隧道向洞口流动形成空气循环，超长距离隧道掘进对风机要求高，而在工程施工过程中，风管漏风、风管直径小、送风距离较长导致隧道掘进面冷却效果差，导致隧道内温度高，人体舒适度较差。
盾构机在掘进过程中发热量大、热源较多，其中部分热量直接散发至隧道空气中导致隧道内的温度上升。隧道温度通过隧道通风调节，主要设备有一次风机、二次风机，通过风机送风难以将隧道温度降至30摄氏度以下。
目前隧道降温系统采用外循环水将隧道热量带出洞外，通过外部的散热设备进行散热冷却，外循环水用量较大，需大大增加循环水管管径，工人接管、工作都大大增加，并且随着隧道的挖掘不断深入，这种降温方式的成本将会越来越高。
综上所述，急需一种基于泥浆环流的隧道降温系统以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于泥浆环流的隧道降温系统，具体技术方案如下：
一种基于泥浆环流的隧道降温系统，包括冷却循环系统、水循环系统以及泥浆环流系统，所述冷却循环系统用于给输送至隧道内的风提供冷源，所述水循环系统分别连接冷却循环系统和泥浆环流系统，所述水循环系统和冷却循环系统之间以及水循环系统和泥浆环流系统之间分别进行热交换，通过水循环系统将冷却循环系统产生的热量传递至泥浆环流系统中，通过泥浆环流系统与隧道掌子面以及隧道外界的空气间发生热交换将热量释出。
以上技术方案中优选的，所述水循环系统包括循环水泵、储水罐以及换热管，所述冷却循环系统包括冷却机组，所述循环水泵、冷却机组、换热管以及储水罐之间串联构成水循环回路，通过冷却机组实现冷却循环系统中的冷却介质和水循环回路中的冷却介质进行热交换；所述泥浆环流系统包括热交换泥浆管，所述换热管设置于热交换泥浆管的内部并与流动的泥浆接触，通过换热管实现水循环回路中的冷却介质与泥浆环流系统中的泥浆之间进行热交换。
以上技术方案中优选的，所述换热管为螺旋式管路，所述螺旋式管路嵌入所述热交换泥浆管内部实现水循环回路中的冷却介质与泥浆环流系统中的泥浆之间进行热交换。
以上技术方案中优选的，所述螺旋式管路内部冷却介质的流向与热交换泥浆管内泥浆的流向相反。
以上技术方案中优选的，所述冷却循环系统还包括蒸发器、冷却水箱以及冷却循环泵，所述蒸发器、冷却机组、冷却水箱以及冷却循环泵之间串联构成冷却循环回路，所述冷却机组用于对冷却循环回路中的冷却介质进行冷却，所述蒸发器用于冷却循环回路中的冷却介质和输送至隧道内的风进行热交换，进而实现对输送至隧道内的风进行冷却。
以上技术方案中优选的，所述冷却循环回路中的冷却介质为含氟制冷剂，所述水循环回路中的冷却介质为水。
以上技术方案中优选的，所述泥浆环流系统通过进浆管路将泥浆池中的泥浆输送至隧道掌子面，隧道掌子面处的泥浆通过排浆管路输送回泥浆池形成泥浆环流回路，所述进浆管路包括串联设置的泥浆环流进浆泵和热交换泥浆管，所述排浆管路包括串联设置的泥浆环流排浆泵和泥水分离站，通过隧道掌子面的岩层对泥浆进行降温，通过泥水分离站和泥浆池将泥浆环流系统中的热量散发至隧道外界的空气中。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明的基于泥浆环流的隧道降温系统包括冷却循环系统、水循环系统以及泥浆环流系统，将原本盾构机中仅仅用来携带渣土的泥浆环流系统进一步利用，最终通过泥浆环流系统带走隧道内热量，解决了现有技术中存在的问题，在现有技术中冷却方式的基础上增加换热管即可，散热系统的成本较低，同时解决现有技术中外循环水用量较大、工人作业难度大、成本不断增加的问题。同时，本发明的冷却循环系统和水循环系统可以利用现有技术中冷却方式的设备，只需在水循环回路中增加换热管，在泥浆环流系统的经济管路中增加热交换泥浆管即可实现利用盾构机上的泥浆环流系统进行散热，额外增加的成本不高，但是可以解决现有技术中存在的难题，节约水资源和施工成本；利用本发明的降温系统随着隧道不断挖掘，只需延长泥浆环流系统的管路即可(实际情况中，随着隧道挖掘深入泥浆环流系统的管路需要增长)，降温系统的管路不需要额外增加，所以可以减少降温系统管路的成本和减少施工的复杂程度。
(2)本发明中的所述换热管为螺旋式管路，所述螺旋式管路嵌入所述热交换泥浆管内部实现水循环回路中的冷却介质与泥浆环流系统中的泥浆之间进行热交换。可以根据设备设计需要对螺旋式管路的螺距、管径大小进行更改，增加螺旋式管路的接触面积，即增大热交换功率，可以满足不同的散热需要。
(3)本发明的基于泥浆环流的隧道降温系统整体结构简单，仅仅增加换热管和热交换泥浆管即可实现将泥浆环流系统的作用进一步提升，增大了泥浆环流系统的作用，同时在现有技术的基础上改进简单，针对现有的冷却方式也不需要重新设置降温系统，同时可以节省外部的散热设备(或者是减小外部散热设备的功率，通常外部散热设备可能还用于其他设备进行散热，通过泥浆环流散热的话可以降低外部散热设备的功率，实现节能)，以最小的成本解决了现有技术的难题，由于泥浆环流系统是需要正常工作的，利用泥浆环流系统进行散热并不会增加其功率。
(4)本发明将冷却机组产生的热量通过水循环回路转移至泥浆环流系统中，泥浆环流系统将热量带至掌子面(利用地下泥土低温)、泥水分离站以及泥浆池进行散热。泥浆环流系统的散热途径多，效果好。
(5)本发明螺旋式管路内部冷却介质的流向与热交换泥浆管内泥浆的流向相反可以提高水循环回路与泥浆环流系统的热交换效率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明隧道降温系统的原理图；
图2是本发明隧道降温系统的热传递示意图；
其中，1、蒸发器，2、冷却机组，3、隧道风机，4、循环水泵，5、储水罐，6、热交换泥浆管，7、泥浆环流进浆泵，8、泥浆环流排浆泵，9、冷却水箱，10、冷却循环泵，11、换热管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
现有泥水环流盾构机具备有循环水系统、泥浆环流系统，循环水系统的作用为带走设备热量、给设备在掘进过程中提供用水，泥浆环流系统作用仅作为掘进过程中携带渣土。因此，基于泥水环流盾构机的泥浆环流系统本发明提供了一种基于泥浆环流的隧道降温系统，目的在于解决现有技术中冷却方式存在外循环水用量较大、工人换管作业难度大、成本不断增加的问题。
参见图1，现有隧道送风的方式都是通过隧道风机3和送风管路往隧道内部输送冷却风，但是如果仅仅通过隧道风机输送冷却风的降温效果差，人体舒适度较差。
参见图1-2，所述基于泥浆环流的隧道降温系统包括冷却循环系统、水循环系统以及泥浆环流系统，所述冷却循环系统用于给输送至隧道内的风提供冷源，所述水循环系统分别连接冷却循环系统和泥浆环流系统，所述水循环系统和冷却循环系统之间以及水循环系统和泥浆环流系统之间分别进行热交换，通过水循环系统将冷却循环系统产生的热量传递至泥浆环流系统中，通过泥浆环流系统与隧道掌子面以及隧道外界的空气间发生热交换将热量释出。
所述水循环系统包括循环水泵4、储水罐5以及换热管11，所述冷却循环系统包括冷却机组2，所述循环水泵4、冷却机组2、换热管11以及储水罐5之间串联构成水循环回路，实现冷却机组2和水循环回路中的冷却介质进行热交换(即冷却机组2实现冷却循环系统中的冷却介质和水循环回路中的冷却介质进行热交换)；所述泥浆环流系统包括热交换泥浆管6，所述换热管11设置于热交换泥浆管6的内部并与流动的泥浆接触，通过换热管11实现水循环回路中的冷却介质与泥浆环流系统中的泥浆之间进行热交换。
所述循环水泵4为水循环回路提供压力，保证水循环回路正常工作，所述水循环回路中的各器件通过管路连接。
所述换热管11为螺旋式管路，所述螺旋式管路嵌入所述热交换泥浆管6内部实现水循环回路中的冷却介质与泥浆环流系统中的泥浆之间进行热交换。
优选的，所述螺旋式管路内部冷却介质的流向与热交换泥浆管6内泥浆的流向相反。
参见图1，所述螺旋式管路即为螺旋状的套管，可以根据设备设计需要对螺旋式管路的螺距、管径大小进行更改，增加螺旋式管路的接触面积，即增大热交换功率。
所述冷却循环系统还包括蒸发器1、冷却水箱9以及冷却循环泵10，所述蒸发器1、冷却机组2、冷却水箱9以及冷却循环泵10之间串联构成冷却循环回路，所述冷却机组用于对冷却循环回路中的冷却介质进行冷却，所述蒸发器1用于冷却循环回路中的冷却介质和输送至隧道内的风进行热交换，进而实现对输送至隧道内的风进行冷却。
所述冷却循环泵10为冷却循环回路提供压力，保证冷却循环回路正常工作，所述冷却循环回路中的各器件通过管路连接。
所述冷却机组可以直接在市面上购买，例如：特灵空调冷却机组的RHTE系列。所述冷却机组用于对冷却循环回路中的冷却介质进行制冷，而水循环回路则用于对冷却机组进行散热，从而实现将冷却循环回路中的热量转移到水循环回路中。
蒸发器与隧道内的空气进行热交换，隧道风机将热风送入蒸发器，完成热交换后，输出冷却空气；优选的，所述蒸发器1可以设置于送风管路内部，所述蒸发器的型号可以选用山东嘉航的MK-300。
所述冷却循环回路中的冷却介质为含氟制冷剂，优选型号为HFC-134C，所述水循环回路中的冷却介质为水。
所述泥浆环流系统通过进浆管路将泥浆池中的泥浆输送至隧道掌子面，隧道掌子面处的泥浆通过排浆管路输送回泥浆池形成泥浆环流回路，所述进浆管路包括串联设置的泥浆环流进浆泵7和热交换泥浆管6，所述排浆管路包括串联设置的泥浆环流排浆泵8和泥水分离站，通过隧道掌子面的岩层(利用地下泥土低温)对泥浆进行降温，通过泥水分离站和泥浆池将泥浆环流系统中的热量散发至隧道外界的空气中。
参见图2，本发明隧道降温系统热传递过程为：隧道内的空气热量与蒸发器进行热交换，通过蒸发器进入冷却循环回路中的冷却介质中；冷却循环回路中的冷却机组对冷却循环回路中的冷却介质进行制冷并产生热量，制冷后的冷却介质在冷却循环回路中继续循环冷却；同时冷却机组与水循环回路进行热交换将冷却机组中的热量转移至水循环回路中的冷却介质中，水循环回路中的热量通过换热管与泥浆环流系统发生热交换实现水循环回路中的热量进入泥浆环流系统中；泥浆环流系统中的泥浆与掌子面接触、泥水分离站和泥浆池与空气接触，时刻都在进行着热交换，且热量可随时带到地面，散发到空气中，最终实现了隧道内热量通过泥浆环流系统转移到大气中，维持隧道内温度平衡，降低隧道温度的目的。
应用本实施例的技术方案，具体是：
在原有的泥浆环流系统的进浆管路中增加内嵌换热管11的热交换泥浆管6(参见图1，具体是设置在泥浆环流进浆泵7的后面)，将水循环回路中的各器件通过管路串联起来，将冷却循环回路中的各器件通过管路串联起来，将蒸发器1根据需求设置于送风管路中，启动本发明的隧道降温系统即可开始工作。
应用本发明的技术方案，效果是：
冷却机组产生的热量通过水循环回路转移至泥浆环流系统中，泥浆环流系统将热量带至掌子面(利用地下泥土低温)、泥水分离站以及泥浆池进行散热。将原本盾构机中仅仅用来携带渣土的泥浆环流系统进一步利用，最终通过泥浆环流系统带走隧道内热量，解决了现有技术中存在的问题，在现有技术中冷却方式的基础上增加换热管即可，散热系统的成本较低，同时解决现有技术中外循环水用量较大、工人作业难度大、成本不断增加的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于泥浆环流的隧道降温系统，其特征在于，包括冷却循环系统、水循环系统以及泥浆环流系统，所述冷却循环系统用于给输送至隧道内的风提供冷源，所述水循环系统分别连接冷却循环系统和泥浆环流系统，所述水循环系统和冷却循环系统之间以及水循环系统和泥浆环流系统之间分别进行热交换，通过水循环系统将冷却循环系统产生的热量传递至泥浆环流系统中，通过泥浆环流系统与隧道掌子面以及隧道外界的空气间发生热交换将热量释出。
2.根据权利要求1所述的基于泥浆环流的隧道降温系统，其特征在于，所述水循环系统包括循环水泵(4)、储水罐(5)以及换热管(11)，所述冷却循环系统包括冷却机组(2)，所述循环水泵(4)、冷却机组(2)、换热管(11)以及储水罐(5)之间串联构成水循环回路，通过冷却机组(2)实现冷却循环系统中的冷却介质和水循环回路中的冷却介质进行热交换；所述泥浆环流系统包括热交换泥浆管(6)，所述换热管(11)设置于热交换泥浆管(6)的内部并与流动的泥浆接触，通过换热管(11)实现水循环回路中的冷却介质与泥浆环流系统中的泥浆之间进行热交换。
3.根据权利要求2所述的基于泥浆环流的隧道降温系统，其特征在于，所述换热管(11)为螺旋式管路，所述螺旋式管路嵌入所述热交换泥浆管(6)内部实现水循环回路中的冷却介质与泥浆环流系统中的泥浆之间进行热交换。
4.根据权利要求3所述的基于泥浆环流的隧道降温系统，其特征在于，所述螺旋式管路内部冷却介质的流向与热交换泥浆管(6)内泥浆的流向相反。
5.根据权利要求2所述的基于泥浆环流的隧道降温系统，其特征在于，所述冷却循环系统还包括蒸发器(1)、冷却水箱(9)以及冷却循环泵(10)，所述蒸发器(1)、冷却机组(2)、冷却水箱(9)以及冷却循环泵(10)之间串联构成冷却循环回路，所述冷却机组用于对冷却循环回路中的冷却介质进行冷却，所述蒸发器(1)用于冷却循环回路中的冷却介质和输送至隧道内的风进行热交换，进而实现对输送至隧道内的风进行冷却。
6.根据权利要求5所述的基于泥浆环流的隧道降温系统，其特征在于，所述冷却循环回路中的冷却介质为含氟制冷剂，所述水循环回路中的冷却介质为水。
7.根据权利要求2-6中任意一项所述的基于泥浆环流的隧道降温系统，其特征在于，所述泥浆环流系统通过进浆管路将泥浆池中的泥浆输送至隧道掌子面，隧道掌子面处的泥浆通过排浆管路输送回泥浆池形成泥浆环流回路，所述进浆管路包括串联设置的泥浆环流进浆泵(7)和热交换泥浆管(6)，所述排浆管路包括串联设置的泥浆环流排浆泵(8)和泥水分离站，通过隧道掌子面的岩层对泥浆进行降温，通过泥水分离站和泥浆池将泥浆环流系统中的热量散发至隧道外界的空气中。
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| 薄利;: "泥水处理技术在泥水盾构隧道施工中的应用", 隧道建设, no. 06 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110847833A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-02-28 | 山东创佳新能源科技有限公司 | 一种钻井泥浆降温装置 |
| CN110847832A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-02-28 | 山东创佳新能源科技有限公司 | 钻井泥浆降温装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110159335B (zh) | 2024-03-29 |
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