CN113432371A - 一种用于盾构机的整车热管理系统及方法 - Google Patents

一种用于盾构机的整车热管理系统及方法 Download PDF

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赵伟龙
王永生
陈豪
潘文彦
温小萍
张卡卡
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    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D17/00—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/02—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating liquids, e.g. brine
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining

Abstract

本发明提出一种用于盾构机的整车热管理系统及方法，包括风压换热器、冷水箱、冷冻水泵、冷却水泵、冷水机组、冷却塔和外水大温差换热模块，所述风压换热器、冷水箱、冷冻水泵和冷水机组依次闭环连接并形成冷冻水循环水路；冷水机组、外水大温差换热模块、冷却塔和冷却水泵依次闭环连接并形成冷却水循环水路；且冷却水泵与冷水箱相连接进行补水。本发明通过风压换热器使得新风与换热盘管低速换热，实现大流量低风阻高效换热；通过外水大温差换热模块使冷却水在相同工况下可以带走更多的热量，实现冷却水一次流经冷凝器大温差出水，提升系统散热效率；本发明具有风阻小、换热时间短、散热效率高、改善隧道内作业环境等特点。

Description

一种用于盾构机的整车热管理系统及方法
技术领域
本发明涉及盾构机技术领域，具体涉及一种用于盾构机的整车热管理系统及方法。
背景技术
盾构机使用电力作为能源来源，在正常掘进过程中，电机驱动液压系统推进及刀盘掘进时，大部分损耗的功率转化为热量使得液压系统及润滑系统温度升高。液压系统油温不宜超过65℃，润滑系统油温不宜超过60℃，否则会影响盾构机正常运作，严重时甚至会导致盾构机停机冷却。同时盾构机内部还会有大量的机电设备（如管片安装机、螺旋输送机）会产生热量，这些机电设备耗散热量会使隧道内环境温度升高，严重时影响作业人员健康。
现有盾构机采取的降温措施是在液压系统、润滑系统等设备局部加设独立的冷却系统，并对通入掘进隧道内的新风进行降温处理。通常各独立冷却系统将发热部件的热量直接排放至隧道内部，恶化隧道内热湿环境的同时还降低了冷却系统的工作效率。因此本发明提出了使用一套整车热管理系统对盾构机所有发热部件及隧道内部热湿环境进行热管理，将热量转移至地上，在保证盾构机连续稳定运行的情况下，提升盾构机的整体散热效率并改善隧道内作业人员的工作环境。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种用于盾构机的整车热管理系统及方法，解决了现有技术中盾构机的冷却系统将发热部件的热量直接排放至隧道内部，导致恶化隧道内热湿环境以及降低冷却系统工作效率的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种用于盾构机的整车热管理系统，包括风压换热器、冷水箱、冷冻水泵、冷却水泵、冷水机组、冷却塔和外水大温差换热模块，所述风压换热器、冷水箱、冷冻水泵和冷水机组依次闭环连接并形成冷冻水循环水路；冷水机组、外水大温差换热模块、冷却塔和冷却水泵依次闭环连接并形成冷却水循环水路；且冷却水泵还与冷水箱相连接。
所述风压换热器包括换热器壳体，换热器壳体内水平设置有换热盘管，换热器壳体的左右两端分别设置有出风口和进风口，且进风口通入新风，出风口连通盾构机的空调区域。
所述进风口和出风口分别位于换热盘管的上下两侧。
所述外水大温差换热模块包括集水器、冷水机组冷凝器和分水器，集水器、冷水机组冷凝器和分水器依次连接，且集水器与冷却水泵相连接，分水器与冷却塔相连接。
所述分水器还通过支路水泵与集水器相连接。
风压换热器和冷水机组之间的回路上设置有支路管道并与盾构机的产热设备相连接。
一种用于盾构机的整车热管理方法，风压换热器利用压能转换使盾构机内部通入的新风与换热盘管充分换热降温后送入盾构机空调区域内，冷冻水循环水路中的冷冻水经冷水机组冷却后持续为盾构机降温；且冷水机组将盾构机内的热量转移至冷却水循环水路，并通过外水大温差换热模块将部分出水通过支管回流并与进水混合提升冷却水的出水温度进而提升热量转移量，然后经冷却塔冷却后重复使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明重新设计了风压换热器的结构，使得新风与换热盘管低速换热，减小了换热器的风阻，解决了大风量换热风阻较大的问题，实现大流量低风阻高效换热；并且通过外水大温差换热模块使冷却水在相同工况下可以带走更多的热量，实现冷却水一次流经冷凝器大温差出水，提升系统散热效率；同时将盾构机的所有降温区域通过整车热管理系统集中控制，具有较好的散热效果，提升了盾构机的运行稳定性；具有风阻小、换热时间短、散热效率高、改善隧道内作业环境等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明中风压换热器的原理图；
图3为本发明中外水大温差换热模块的原理图。
图中：1-风压换热器；2-冷水箱；3-冷冻水泵；4-冷却水泵；5-冷水机组；6-冷却塔；7-外水大温差换热模块；11-出风口；12-换热器壳体；13-换热盘管；14-进风口；71-集水器；72-支路水泵；73-冷水机组冷凝器；74-分水器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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付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，本发明提供了一种用于盾构机的整车热管理系统，包括风压换热器1、冷水箱2、冷冻水泵3、冷却水泵4、冷水机组5、冷却塔6和外水大温差换热模块7，其中，所述风压换热器1、冷水箱2、冷冻水泵3和冷水机组5依次闭环连接并形成冷冻水循环水路，风压换热器1利用压能转换使新风与换热盘管13充分换热，在减少换热器阻力的同时增大的换热时间；冷冻水循环水路预留有支路并连通盾构机各发热部件对其进行降温；冷水箱2收集流经风压换热器1和发热部件的冷却水并起到存储冷量的作用；冷冻水泵3为冷冻水循环水路提供动力，冷冻水经冷水机组5冷却后持续为盾构机降温。所述冷水机组5、外水大温差换热模块7、冷却塔6和冷却水泵4依次使用软管闭环连接并形成冷却水循环水路，冷水机组5将盾构机内的热量转移至冷却水循环水路，外水大温差换热模块7将部分出水通过支管回流并与进水混合提升冷却水的出水温度，在流量不变的情况下可以大幅增加换热量；冷却塔6设置于地面上，对冷却水进行降温，且使用软管与冷水机组5相连接，便于盾构机掘进时管路的延伸；冷却水泵4用于为冷却水循环水路提供动力。
具体地，如图2所示，所述风压换热器1包括换热器壳体12，换热器壳体12内水平设置有换热盘管13，换热器壳体12的左右两端分别设置有出风口11和进风口14，进风口14用于通入新风，出风口11连通盾构机的空调区域（盾构机人员作业区），即流过风压换热器的新风经冷却水冷却降温后送入盾构机人员作业区，改善了隧道内作业人员的工作环境。进一步地，所述的进风口14和出风口11分别位于换热盘管13的上下两侧，可以将进风口设置在换热器壳体的右端并位于换热盘管的上侧，出风口设置在换热器壳体的左端并位于换热盘管的下侧，通过将进风口和出风口分别设置在不同高度的轴线上，利用压能转换使新风低速经过换热盘管换热，实现大幅降低换热风阻，延长换热时间，且风压换热器降低风阻后可以允许更大风量通过换热器。本实施例中重新设计了风压式换热器的结构，减小了换热器的风阻，解决了大风量换热风阻较大的问题。所述风压换热器1和冷水机组5之间的回路上设置有支路管道并与盾构机的产热设备（部件）相连接，用于冷却降温，提升了盾构机的整体散热效率。
如图3所示，所述外水大温差换热模块7包括集水器71、冷水机组冷凝器73和分水器74，集水器71、冷水机组冷凝器73和分水器74依次连接，冷却水从集水器中流出，流经冷水机组冷凝器进行冷却后再流入分水器中，实现冷却水的大温差出水。集水器71的进水口与冷却水泵4相连接，分水器74的一个分支与冷却塔6相连接，经冷却塔降温后的水在冷却水泵的作用下流回至集水器中，形成冷却循环水路。分水器74的另一个分支通过支路水泵72与集水器71相连接，从而使部分水通过支路回流至集水器内与进水混合，使进水升温。
所述的冷却水泵4还与冷水箱2相连接，冷水箱2通过冷却水循环水路进行补水，且冷水箱2存储大量冷却水以保证冷却水循环水路温度相对稳定。
本发明还提供了一种用于盾构机的整车热管理方法，具体为风压换热器1利用压能转换使盾构机内部通入的新风与换热盘管13充分换热降温后送入盾构机空调区域内，即送入人员作业区，以改善隧道内作业人员的工作环境。盾构机各发热部件连通冷冻水循环水路，冷冻水循环水路中的冷冻水经冷水机组5冷却后持续为盾构机进行降温；且冷水机组5将盾构机内的热量转移至冷却水循环水路，并通过外水大温差换热模块7将部分出水通过支管回流并与进水混合提升冷却水的出水温度进而提升热量转移量，然后经冷却塔6冷却后重复使用。
风压换热器利用压能转换使得新风与换热盘管低速换热，在有限的隧道空间内可以实现大流量低风阻高效换热；外水大温差换热模块通过出水旁通回水混合进水使得冷却水一次流经冷水机组冷凝器即可实现大温差出水；整车热管理系统解决了盾构机散热效率低、隧道内排热不及时的问题，提升了盾构机的运行稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种用于盾构机的整车热管理系统，其特征在于：包括风压换热器（1）、冷水箱（2）、冷冻水泵（3）、冷却水泵（4）、冷水机组（5）、冷却塔（6）和外水大温差换热模块（7），所述风压换热器（1）、冷水箱（2）、冷冻水泵（3）和冷水机组（5）依次闭环连接并形成冷冻水循环水路；冷水机组（5）、外水大温差换热模块（7）、冷却塔（6）和冷却水泵（4）依次闭环连接并形成冷却水循环水路；且冷却水泵（4）还与冷水箱（2）相连接。
2.根据权利要求1所述的用于盾构机的整车热管理系统，其特征在于：所述风压换热器（1）包括换热器壳体（12），换热器壳体（12）内水平设置有换热盘管（13），换热器壳体（12）的左右两端分别设置有出风口（11）和进风口（14），且进风口（14）通入新风，出风口（11）连通盾构机的空调区域。
3.根据权利要求2所述的用于盾构机的整车热管理系统，其特征在于：所述进风口（14）和出风口（11）分别位于换热盘管（13）的上下两侧。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的用于盾构机的整车热管理系统，其特征在于：所述外水大温差换热模块（7）包括集水器（71）、冷水机组冷凝器（73）和分水器（74），集水器（71）、冷水机组冷凝器（73）和分水器（74）依次连接，且集水器（71）与冷却水泵（4）相连接，分水器（74）与冷却塔（6）相连接。
5.根据权利要求4所述的用于盾构机的整车热管理系统，其特征在于：所述分水器（74）还通过支路水泵（72）与集水器（71）相连接。
6.根据权利要求1~3、5中任一项所述的用于盾构机的整车热管理系统，其特征在于：风压换热器（1）和冷水机组（5）之间的回路上设置有支路管道并与盾构机的产热设备相连接。
7.一种用于盾构机的整车热管理方法，其特征在于：风压换热器（1）利用压能转换使盾构机内部通入的新风与换热盘管（13）充分换热降温后送入盾构机空调区域内，冷冻水循环水路中的冷冻水经冷水机组（5）冷却后持续为盾构机降温；且冷水机组（5）将盾构机内的热量转移至冷却水循环水路，并通过外水大温差换热模块（7）将部分出水通过支管回流并与进水混合提升冷却水的出水温度进而提升热量转移量，然后经冷却塔（6）冷却后重复使用。
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