CN115680680A - 一种用于盾构机的智能散热系统、方法、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于盾构机的智能散热系统、方法、设备及介质，所述智能散热系统包括内循环冷却回路、外循环冷却回路和控制端，所述内循环冷却回路和外循环冷却回路之间设有用于换热的内外循环换热器，内循环冷却回路上设有动力源；所述内循环冷却回路包括多条冷却支路以及一条冷却主路，所述冷却支路设有温度传感器、流量传感器和用于调节冷却支路流量的流量调节阀；所述温度传感器用于采集冷却支路出口的温度信号，所述流量传感器用于采集冷却支路的流量信号；所述控制端用于接收温度信号和流量信号然后向流量调节阀发送控制信号。优点是，通过各个冷却支路上的流量调节阀对各个冷却支路的流量进行调节，节约资源，减少部件损坏。

Description

一种用于盾构机的智能散热系统、方法、设备及介质

技术领域

本发明涉及盾构机冷却技术领域，具体涉及一种用于盾构机的智能散热系统、方法、 设备及介质。

背景技术

随着对地下空间资源的不断开发和利用，盾构机的应用也越来越广泛。盾构机在掘进 施工中，设备运行会产生大量的热，导致系统或部件的温度升高，影响系统或部件的正常 工作，从而影响正常的掘进施工过程，因此必须对盾构机的各发热部件进行散热。

目前，一般采用水循环系统来带走各部件工作时产生的热量，包括内循环水系统和外 循环水系统，内循环水主要用于冷却空压机、注浆泵、齿轮油、主驱动减速机、内外密封 等，外循环水主要用于冷却液压泵站和内循环水。在传统的方式下，一方面，各冷却支路的水流量是由各支路的阻力决定的，由于各支路的阻力不一致，导致各支路的流量分配不均匀，无法达到设计值，当管网阻力变化时，也难以对各支路的流量分配进行适应性调节；另一方面，在盾构机工作的过程中，由于各工作部件的工作情况会根据工况发生改变，各支路的发热功率和产生的热量也是实时变化的，目前的散热系统无法对各支路冷却水流量进行实时调节，从而造成当某个部位发热量高的时候，原有设定的冷却水流量无法满足冷却要求导致局部温度过高，损坏部件，被迫停机的现象，而有些发热部件由于工况需求， 发热量降低时，原有的冷却水流量远大于所需要的冷却水量，造成资源的浪费。

综上所述，急需一种用于盾构机的智能散热系统、方法、设备及介质以解决现有技术 中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于盾构机的智能散热系统、方法、设备及介质，具体技术 方案如下：

一种用于盾构机的智能散热系统，包括内循环冷却回路、外循环冷却回路和控制端， 所述内循环冷却回路和外循环冷却回路之间设有用于换热的内外循环换热器，内循环冷却 回路上设有动力源；所述内循环冷却回路包括多条冷却支路以及一条冷却主路，所述冷却 支路设有温度传感器、流量传感器和用于调节冷却支路流量的流量调节阀；所述温度传感 器用于采集冷却支路出口的温度信号，所述流量传感器用于采集冷却支路的流量信号；所 述控制端包括控制器，所述控制器用于接收温度信号和流量信号并向流量调节阀发送控制 信号。

优选的，所述冷却主路包括沿着水流方向设置的水罐和蝶阀。

优选的，所述水罐内设有音叉液位开关。

优选的，所述冷却支路包括空压机冷却分支、齿轮油冷却分支、主驱动冷却分支、注 浆泵站冷却分支中的一种或者多种。

优选的，所述流量调节阀设置在各个冷却支路的上游且冷却支路的下游设有截止阀。

优选的，所述外循环回路包括过滤器，所述过滤器和内外循环换热器沿着水流方向依 次设置在外循环回路上。

另外，本发明还提出了一种用于盾构机的智能散热方法，应用如上述的智能散热系统， 步骤如下：

第一步，预设设定温度范围和设定流量范围，所述设定温度范围的上下限分别为工况 温度最大值和工况温度最小值，所述设定流量范围的上下限分别为工况流量最大值和工况 流量最小值；

第二步，所述控制器接收温度信号和流量信号得到温度值和流量值，当温度值小于工 况温度最小值或者流量值大于工况流量最大值时，控制器向流量调节阀发出用于减小冷却 支路流量的控制信号；当温度值大于工况温度最大值或者流量值小于工况流量最小值时， 控制器向流量调节阀发出用于增大冷却支路流量的控制信号；

第三步，控制器通过实时的流量信号和温度信号得到实时流量值和实时温度值，当实 时流量值大于工况流量最小值且小于工况流量最大值并实时温度值大于工况温度最小值 且小于工况温度最大值时，控制器发送用于控制流量调节阀保持开度不变的控制信号。

进一步地，所述智能散热方法还包括流量预警机制，具体如下：

当任意一条冷却支路的流量调节阀开度最大且其它冷却支路的流量调节阀开度最小 时，该冷却支路的温度值大于工况温度最大值，所述系统向盾构机发送此支路过热的预警 信号；

当所有冷却支路的温度值均大于对应的工况温度最大值，所述系统向盾构机发出总流 量不足的报警信号。

另外，本发明还提出了一种计算机设备，包括：

存储器：存储器存储有计算机程序；

处理器：处理器执行计算机程序时实现如上述的智能散热方法。

另外，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算 机程序被处理器执行时实现如上述的智能散热方法。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明中的智能散热系统解决现有设备由于各个支路管路阻力不等，流量分配不 均匀，无法达到预设值的问题，所述智能散热系统可以通过各个冷却支路上的流量调节阀 对各个冷却支路的流量进行调节，节约资源，减少部件损坏。所述温度传感器采集温度信 号进而控制器反馈控制信号实现流量调节，流量传感器实时采集冷却支路上的流量并反馈 至控制器，精准调节各个冷却支路的流量。

(2)本发明中的智能散热方法采集流量信号和温度信号然后向流量调节阀发送控制 信号，通过控制信号调节流量调节阀的开度，实现调控各个冷却支路的流量和温度，从而 满足工况变化时盾构机各个部件不同发热功率下的散热需求，最大限度的利用资源，减少 因散热不足导致的部件过热损坏或者意外停机。

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是本发明实施例中智能散热系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中智能散热方法的闭环逻辑示意图。

其中，A-内循环冷却回路；B-外循环冷却回路；C-控制端；1-内循环水罐；1-1-音叉液 位开关；1-2-球阀；2-内循环水泵；3-流量调节阀3；4-空压机冷却分支；5-温度传感器；6-流量传感器；7-截止阀；8-齿轮油冷却分支；9-主驱动冷却分支；10-注浆泵站冷却分支；11-蝶阀；12-内外循环换热器；13-温度表；14-液压泵站换热器；15-过滤器；16-控制器。

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：

参见图1，本实施例公开了一种用于盾构机的智能散热系统，包括内循环冷却回路A、 外循环冷却回路B和控制端C，所述内循环冷却回路A和外循环冷却回路B之间设有用于内循环冷却回路A和外循环冷却回路B换热的内外循环换热器12，所述控制端C内设有 控制器16。

需要说明的是，内循环冷却回路A中的介质从S4口进入内外循环换热器12，从S2口出，外循环冷却回路B中的介质从S3口进入内外循环换热器12，从S1口出；内循环冷 却回路A与外循环冷却回路B中的介质在内外循环换热器12中实现换热。

具体的，所述内循环冷却回路A包括多条冷却支路以及一条冷却主路，不同的冷却支 路对盾构机不同结构进行冷却，本实施例优选的冷却支路包括空压机冷却分支4、齿轮油 冷却分支8、主驱动冷却分支9和注浆泵站冷却分支10，其中，空压机冷却分支4用于带走空压机产生的热量，齿轮油冷却分支8用于带走齿轮油的热量，主驱动冷却分支9用于 带走主驱动产生的热量，注浆泵站冷却分支10用于带走盾构机中除了空压机、齿轮油以 及主驱动以外的发热部件工作产生的热量，如注浆泵站。需要说明的是，盾构机中的不同 构件产生的热量不同，本实施例通过设置多条冷却分支并且单独控制每条冷却支路的流量 实现空压机、齿轮油、主驱动以及注浆泵站同时满足散热需求。

需要说明的是，本实施例中的冷却支路可以使用空压机冷却分支4、齿轮油冷却分支8、 主驱动冷却分支9和注浆泵站冷却分支10中的一种或者多种进行任意组合，且新增其他 冷却支路也是本实施例的保护范围之内。

进一步地，所述冷却支路上沿着水流方向依次设有流量调节阀3、温度传感器5、流量 传感器6和截止阀7；所述流量调节阀3可以通过改变阀门开度进而调节冷却支路的流量， 所述温度传感器5用于采集冷却支路出口的温度信号，所述流量传感器6用于采集冷却支 路的流量信号，所述温度传感器5和流量传感器6分别连接控制器16，所述控制器16接收温度信号和流量信号，然后基于所述温度信号和流量信号向流量调节阀3发送控制信号。

进一步地，所述冷却主路上设有沿着水流方向依次设置的温度表13、水罐1、动力源 2和蝶阀11；所述水罐1内设有音叉液位开关，所述水罐1内设有用于检测水罐1液位高度并进行报警提示的音叉液位开关，所述水罐1上还设有用于控制水罐1进排水的球阀； 本实施例优选的内循环冷却回路A的动力源2为内循环水泵，所述内循环水泵的进口连接 水罐1且出口连接蝶阀11，内循环冷却水通过蝶阀11之后进行分流进入到各个冷却支路 中。所述温度表13用于监测通过内外循环换热器的循环水的温度。

具体的，所述外循环冷却回路B上沿着水流方向依次设有过滤器15和内外循环换热器 12。需要说明的是，所述外循环冷却回路B为外界提供的外界水，外界水进入过滤器15后通过内外循环换热器12与内循环冷却回路A内的循环水进行换热，再经过液压泵站换 热器14对液压泵站进行冷却后，一部分进入到其他的用水系统中，另外一部分重新回到 外界。

具体的，所述控制器16上设有用户设定端口，使用者可以通过用户设定端口对需要的 目标参数进行设置，如工况温度最大值、工况温度最小值、工况流量最大值和工况流量最 小值。

应用本实施例提出的智能散热系统可以解决现有设备由于各个支路管路阻力不等，流 量分配不均匀，无法达到预设值的问题，所述智能散热系统可以通过各个冷却支路上的流 量调节阀3对各个冷却支路的流量进行调节，节约资源，减少部件损坏。

另外，本实施例还公开了一种用于盾构机的智能散热方法，应用如上述的智 能散热系统，步骤如下：

第一步，预设设定温度范围和设定流量范围，所述设定温度范围的上下限分别为工况 温度最大值和工况温度最小值，所述设定流量范围的上下限分别为工况流量最大值和工况 流量最小值；需要说明的是，不同冷却支路所对应的盾构机结构具有完全不同的工况温度， 每个冷却支路的设定温度范围和设定流量范围由冷却支路所对应的盾构机结构工作产生 的热量决定。

第二步，所述控制器16接收温度信号和流量信号得到温度值和流量值，当温度值小于 工况温度最小值或者流量值大于工况流量最大值时，控制器16向流量调节阀3发出用于 减小冷却支路流量的控制信号；当温度值大于工况温度最大值或者流量值小于工况流量最 小值时，控制器16向流量调节阀3发出用于增大冷却支路流量的控制信号；每个冷却支 路的流量调节过程都是独立进行的，由于各个冷却支路的流量和即为冷却主路的总流量， 因此各个冷却支路的流量增大或者流量减小可以认为是流量多的冷却支路将流量分到流 量少的冷却支路，进而实现了智能散热系统内部流量的平衡。

第三步，控制器16通过实时的流量信号和温度信号得到实时流量值和实时温度值，当 实时流量值大于工况流量最小值且小于工况流量最大值并实时温度值大于工况温度最小 值且小于工况温度最大值时，控制器16发送用于控制流量调节阀3保持开度不变的控制 信号。

进一步地，所述控制器还可以连接所述盾构机，用于向盾构机发送预警信号或者报警 信号，所述智能散热方法还包括流量预警机制，具体如下：

当任意一条冷却支路的流量调节阀3开度最大且其它冷却支路的流量调节阀3开度最 小时，所述冷却支路的温度值大于工况温度最大值，所述系统向盾构机发送所述冷却支路 过热的预警信号，此时工作人员可以选择关停盾构机；

当所有冷却支路的温度值均大于对应的工况温度最大值，所述系统向盾构机发出总流 量不足的报警信号，此时工作人员可以选择关停盾构机。

需要说明的是，由于各冷却支路的管网阻力不一致，导致流量分配不均匀时，或当设 备因工况需要导致整体或局部管网阻力发生变化，各支路流量至与预设值不符时，可通过 系统中的流量传感器实时采集各冷却支路的流量，并通过控制器的处理，发出信号，调节 流量控制阀的开度。首先设置每个冷却支路支路的流量范围输入至控制器，启动系统后， 假设控制器发出信号，调节各个冷却支路的流量调节阀，使各个冷却支路的流量处于流量 范围内，通过对所有支路的流量进行动态检测，并对所有冷却支路的流量进行动态调节， 并通过负反馈闭环控制，可实现各冷却支路的流量都在设定的范围内。

设备运行过程中，随着工况发生变化，各冷却支路的冷却需求将会发生变化。首先设 置每个冷却支路的流量范围和温度范围，控制器对所有冷却支路的流量和温度进行处理， 判断冷却支路的流量是否在流量范围内，冷却支路的温度是否在温度范围内，如果存在某 一支路的温度低于设定温度范围，表明此支路在现有工况下的冷却流量存在富裕，则通过 控制器将对应冷却支路的流量调节阀开度减小，从而增大该支路的阻力，减小该支路的流 量，同时增大温度过高支路流量调节阀的开度，减少该支路的阻力，增大该支路的流量， 从而可以实现将流量富裕支路的流量分配到冷却水不足的冷却支路。

应用本实施例提出的智能散热方法，使得各个冷却分支的温度和流量均能进行适应性 调节，确保温度和流量都在各个冷却支路的设定范围内。

另外，本实施例还公开了一种计算机设备，包括：

存储器：存储器存储有计算机程序；

处理器：处理器执行计算机程序时实现如上述的智能散热方法。

另外，本实施例还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计 算机程序被处理器执行时实现如上述的智能散热方法。

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 (10)

1.一种用于盾构机的智能散热系统，其特征在于，包括内循环冷却回路(A)、外循环冷却回路(B)和控制端(C)，所述内循环冷却回路(A)和外循环冷却回路(B)之间设有用于换热的内外循环换热器(12)，内循环冷却回路(A)上设有动力源(2)；所述内循环冷却回路(A)包括多条冷却支路以及一条冷却主路，所述冷却支路设有温度传感器(5)、流量传感器(6)和用于调节冷却支路流量的流量调节阀(3)；所述温度传感器(5)用于采集冷却支路出口的温度信号，所述流量传感器(6)用于采集冷却支路的流量信号；所述控制端(C)包括控制器(16)，所述控制器(16)用于接收温度信号和流量信号并向流量调节阀(3)发送控制信号。

2.根据权利要求1所述的智能散热系统，其特征在于，所述冷却主路包括沿着水流方向设置的水罐(1)和蝶阀(11)。

3.根据权利要求2所述的智能散热系统，其特征在于，所述水罐(1)内设有音叉液位开关。

4.根据权利要求1所述的智能散热系统，其特征在于，所述冷却支路包括空压机冷却分支(4)、齿轮油冷却分支(8)、主驱动冷却分支(9)、注浆泵站冷却分支(10)中的一种或者多种。

5.根据权利要求1所述的智能散热系统，其特征在于，所述流量调节阀(3)设置在各个冷却支路的上游且冷却支路的下游设有截止阀(7)。

6.根据权利要求1所述的智能散热系统，其特征在于，所述外循环回路包括过滤器(15)，所述过滤器(15)和内外循环换热器(12)沿着水流方向依次设置在外循环回路上。

7.一种用于盾构机的智能散热方法，其特征在于，应用如权利要求1-6任意一项所述的智能散热系统，步骤如下：

第一步，预设设定温度范围和设定流量范围，所述设定温度范围的上下限分别为工况温度最大值和工况温度最小值，所述设定流量范围的上下限分别为工况流量最大值和工况流量最小值；

第二步，所述控制器(16)接收温度信号和流量信号得到温度值和流量值，当温度值小于工况温度最小值或者流量值大于工况流量最大值时，控制器(16)向流量调节阀(3)发出用于减小冷却支路流量的控制信号；当温度值大于工况温度最大值或者流量值小于工况流量最小值时，控制器(16)向流量调节阀(3)发出用于增大冷却支路流量的控制信号；

第三步，控制器(16)通过实时的流量信号和温度信号得到实时流量值和实时温度值，当实时流量值大于工况流量最小值且小于工况流量最大值并实时温度值大于工况温度最小值且小于工况温度最大值时，控制器(16)发送用于控制流量调节阀(3)保持开度不变的控制信号。

8.根据权利要求7所述的智能散热方法，其特征在于，还包括流量预警机制，具体如下：

当任意一条冷却支路的流量调节阀(3)开度最大且其它冷却支路的流量调节阀(3)开度最小时，所述冷却支路的温度值大于工况温度最大值，所述系统向盾构机发送所述冷却支路过热的预警信号；

当所有冷却支路的温度值均大于对应的工况温度最大值，所述系统向盾构机发出总流量不足的报警信号。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：

存储器：存储器存储有计算机程序；

处理器：处理器执行计算机程序时实现如权利要求7-8任意一项所述的智能散热方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7-8任意一项所述的智能散热方法。

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