CN201786376U - 煤矿井下制冷降温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤矿井下制冷降温装置，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、控制系统、软启动器和接线腔，压缩机的高压端和低压端分别连接有压力表，压缩机分别通过电机保护制冷剂喷液孔和轴承保护制冷剂喷液孔连接有喷液电磁阀，冷凝器的冷却水入口和冷却水出口均设置温度传感器，通过控制系统的PLC、传感器和电磁阀等部件对设备多个参数进行监测和控制，实时了解系统的运行情况，能够根据使用环境的变化对机组参数进行修改设置，使用方便灵活，软启动器也能对压缩机及电网起到有效的保护作用；另外，本实用新型采用半封闭螺杆压缩机，较开启式或活塞式具有节能、受环境影响小、制冷剂不泄漏、能效比高等优点。

Description

煤矿井下制冷降温装置

技术领域

 本实用新型涉及一种矿山或隧道热害治理的可移动式降温设备，特别涉及一种煤矿井下制冷降温装置。

背景技术

随着矿井开采深度的增加，以及高温围岩散热、空气自压缩热、机械设备散热、氧化热等热源的影响，越来越多的矿井出现热害。热害是制约矿井安全生产的因素之一，不仅危害矿工的身体健康，而且会降低劳动生产率，影响安全生产和经济效益。我国《煤矿安全规程》明确规定：“生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电硐室空气温度不得超过30℃；当采掘工作面空气温度超过30℃，机电硐室空气温度超过34℃时，必须停止作业”，《矿山安全条例》规定：“井下工人作业地点的空气温度不得高于28℃”。

我国是世界第一产煤大国，也是高温矿井数量最多的国家。据不完全统计，目前有130多对矿井出现了不同程度的热害，其中有88对矿井采掘工作面气温超过30℃，这些矿井的开采深度平均约在800m左右，超过千米的矿井已有数十对，进入千米深度开采的非煤矿山也越来越多。在我国预测的煤炭总储量中，有73.2%的储量埋深在1000m以下，其中1000m～2000m深度范围内的煤炭储量占53.2%。因此，矿井热害成为越来越多矿井当前急需解决的问题，而且从科学发展的角度来看，矿井热害的有效治理对我国今后开采更大深度范围内的矿产资源具有重要的战略意义。

我国矿井热害治理从20世纪70年代开始，历过了初期的理论研究阶段、中期的降温技术尝试阶段以及21世纪以来的大规模应用阶段，形成了应用范围广、治理手段多样化、制冷规模大的矿井热害治理局面。但是这种局面与现状存在着矛盾：许多大型矿井过分依赖国外进口技术和设备。国外设备效果好、但是价格昂贵，是国产设备的好几倍，而且维护和管理难度大，维修周期长；现有国产设备规模大、体积庞大、没有形成成套技术和装备，虽然价格相对便宜，但是制冷效果不理想，冷损大。因此，从整个矿井热害治理的大系统着眼考虑，开发成套技术和装备，并改进现有的工艺流程，朝着节能、环保、经济、高效的方向发展，是矿井热害治理技术和手段的发展趋势。

国内外矿井热害治理实践表明，随着矿井开采深度越来越大，地温越来越高，工作面进风温度和回风温度也相应增大，国外制冷机组设计参数已不能满足矿井降温的需要，尤其是排热端越来越不适应现场的条件，而国内又没有替代的符合煤矿井下用的制冷机组。因此，在新形势下，对煤矿降温用制冷机组提出了新的要求。

目前，国内外矿用移动式制冷机组在监测和控制上仍需完善；并且由于设备功率较大，启停时对电网稳定性影响也比较大；另外，其压缩机主要采用的是开启式螺杆压缩机或者活塞式压缩机，活塞式压缩机制冷机组因其噪音大、效率低、运行稳定性较差、故障率高及维修不便等缺点限制了其推广应用，而螺杆式压缩机制冷机组应用越来越多，开启式螺杆压缩机制冷机组在煤矿井下恶劣的条件下应用时，其稳定性较封闭式差，故障率也相对较高，而全封闭式主要应用于小型制冷空调上，且具有不可拆性和不可修复性等不足。

因此，需探索一种制冷降温设备，使其克服上述缺点，以适应我国当前矿井深度热害治理的需求。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种煤矿井下制冷降温装置，通过PLC对设备各项参数进行全面监测，并通过PLC进行调节控制，起到对设备的保护作用，采用软启动器控制压缩机的启停，有效避免压缩机启停时对电网造成不良影响，另外，该装置采用矿用防隔爆和本质安全型零部件，有效增加设备的安全性，满足矿井热害治理的各项要求。

本实用新型的煤矿井下制冷降温装置，包括制冷剂通道依次连通形成回路的压缩机、冷凝器和蒸发器，所述冷凝器的制冷剂出口设置干燥过滤器，蒸发器的制冷剂入口设置膨胀阀，与所述压缩机的高压端连通设置有压力表Ⅰ，与压缩机的低压端连通设置有压力表Ⅱ，所述压缩机上设置电机保护制冷剂喷液孔和轴承保护制冷剂喷液孔，与电机保护制冷剂喷液孔连通设置有喷液电磁阀Ⅰ，与轴承保护制冷剂喷液孔连通设置有喷液电磁阀Ⅱ，所述冷凝器的冷却水入口和冷却水出口均设置温度传感器；还包括控制系统、用于控制压缩机启停的软启动器和与压缩机连接的接线腔，所述控制系统包括PLC和与PLC电连接的显示器，所述压力表Ⅰ、压力表Ⅱ和温度传感器的信号输出端分别连接PLC的信号输入端，所述PLC的指令输出端分别连接喷液电磁阀Ⅰ、喷液电磁阀Ⅱ和软启动器的指令输入端。

进一步，所述压缩机为矿用半封闭螺杆压缩机，其电压等级为380V、660V、1140V、6000V或10000V；

进一步，所述压缩机、接线腔、喷液电磁阀Ⅰ、喷液电磁阀Ⅱ、压力表Ⅰ和压力表Ⅱ均为矿用防隔爆和本质安全型；

进一步，所述软启动器为矿用隔爆型真空交流软启动器、矿用隔爆兼本安变频器、矿用防爆软启动器、矿用隔爆型电机软启动器、矿用本安型软启动控制器或矿用隔爆兼本安型软启动磁力启动器；

进一步，所述冷凝器的制冷剂出口与蒸发器的制冷剂入口之间、蒸发器的制冷剂出口与压缩机的制冷剂入口之间均通过金属软管连通；

进一步，所述压缩机的制冷剂入口设置进气阀门，压缩机的制冷剂出口设置出气阀门；

进一步，所述蒸发器为管壳式水冷蒸发器，包括壳体和设置于壳体内用于制冷剂输送的换热盘管，所述壳体上设置冷冻水入口和冷冻水出口，冷冻水入口和冷冻水出口均设置有温度传感器，温度传感器的信号输出端连接PLC的信号输入端；

进一步，所述蒸发器为箱体式直冷蒸发器，包括由前至后依次连通的矿用局部通风机、入风口、箱体和出风口，所述箱体内设置有用于制冷剂输送的换热盘管；

进一步，所述箱体内换热盘管上方设置水喷淋头，箱体内靠近出风口一端设置集水器；

进一步，还包括底座Ⅰ和底座Ⅱ，所述压缩机和冷凝器设置于底座Ⅰ上，所述蒸发器设置于底座Ⅱ上。

实用新型的有益效果：本实用新型的煤矿井下制冷降温装置，具有以下优点：

1.通过PLC、显示器及多个监测仪器实现实时了解系统的运行情况，及时发现系统出现的问题，以及能够根据使用环境的变化对机组参数进行修改设置，使用方便灵活；

2. 采用软启动器，对压缩机及电网起到有效的保护作用，延长设备使用寿命；

3.采用半封闭螺杆压缩机，较开启式或活塞式具有节能、受环境影响小、制冷剂不泄漏、能效比高等优点；

4. 综合考虑国内外同类型矿用制冷降温装置的优点，通过PLC控制降低蒸发温度并提高冷凝温度，使得制冷机组蒸发器侧出水温度更低，冷凝器侧出水温度更高，从而保证了制冷和排热效果，更加适合在当前矿井开采深度条件下应用；

5.相对现有同类设备尺寸、重量更小，同时，可将设备拆分为两个部分分别移动后重新安装，使用方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

图1为带管壳式水冷蒸发器的制冷降温装置的结构示意图；

图2为带箱体式直冷蒸发器的制冷降温装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1:

图1为带管壳式水冷蒸发器的制冷降温装置的结构示意图，图中虚线表示信号传输路线，如图所示：本实施例的煤矿井下制冷降温装置，包括制冷剂通道依次连通形成回路的压缩机1、冷凝器2和蒸发器3，所述冷凝器2的制冷剂出口设置干燥过滤器4，蒸发器3的制冷剂入口设置膨胀阀5，与所述压缩机1的高压端连通设置有压力表Ⅰ6，与压缩机1的低压端连通设置有压力表Ⅱ7，所述压缩机1上设置电机保护制冷剂喷液孔1a和轴承保护制冷剂喷液孔1b，与电机保护制冷剂喷液孔1a连通设置有喷液电磁阀Ⅰ8，与轴承保护制冷剂喷液孔1b连通设置有喷液电磁阀Ⅱ9，所述冷凝器2的冷却水入口和冷却水出口均设置温度传感器10；所述煤矿井下制冷降温装置还包括控制系统、用于控制压缩机1启停的软启动器11和与压缩机1连接的接线腔12，采用软启动器，对压缩机及电网起到有效的保护作用，延长设备使用寿命，所述控制系统包括PLC13和与PLC13电连接的显示器14，所述压力表Ⅰ6、压力表Ⅱ7和温度传感器10的信号输出端分别连接PLC13的信号输入端，所述PLC13的指令输出端分别连接喷液电磁阀Ⅰ8、喷液电磁阀Ⅱ9和软启动器11的指令输入端，使用时，压缩机将进入其中的高温制冷剂蒸汽压缩成高温高压制冷剂蒸汽，输送至冷凝器中，高温高压制冷剂蒸汽在冷凝器中与其壳程的循环冷却水进行热交换，制冷剂蒸汽被冷凝为低温高压制冷剂液体，制冷剂液体经过干燥过滤器干燥过滤后经膨胀阀，低温高压的制冷剂液体放热变为低温低压的制冷剂液体，输送至蒸发器中与输冷载体进行换热，换热后的制冷剂吸热蒸发为气态再输送回压缩机，完成一个制冷循环。通过PLC、显示器及多个监测仪器实现实时了解系统的运行情况，及时发现系统出现的问题，以及能够根据使用环境的变化对机组参数进行修改设置，使用方便灵活。

本实施例中，所述压缩机1为矿用半封闭螺杆压缩机，其电压等级为380V、660V、1140V、6000V或10000V，半封闭螺杆压缩机较开启式或活塞式具有节能、受环境影响小、制冷剂不泄漏、能效比高等优点，PLC可控制对压缩机的工作电压进行变换，以满足实际情况的需要。

本实施例中，所述压缩机1、接线腔12、喷液电磁阀Ⅰ8、喷液电磁阀Ⅱ9、压力表Ⅰ6和压力表Ⅱ7均为矿用防隔爆和本质安全型，所述软启动器11为矿用隔爆型真空交流软启动器、矿用隔爆兼本安变频器、矿用防爆软启动器、矿用隔爆型电机软启动器、矿用本安型软启动控制器或矿用隔爆兼本安型软启动磁力启动器，符合煤矿井下使用的标准。

本实施例中，所述冷凝器2的制冷剂出口与蒸发器3的制冷剂入口之间、蒸发器3的制冷剂出口与压缩机1的制冷剂入口之间均通过金属软管15连通，不易发生制冷剂泄漏。

本实施例中，所述压缩机1的制冷剂入口设置进气阀门16，压缩机1的制冷剂出口设置出气阀门17，需移动设备时，常需将金属软管拆下，拆下来之前需要将系统的中的制冷剂收到压缩机或者冷凝器中，收制冷剂之前需要将进气阀门和出气阀门关闭；在重新连接时蒸发器进行抽真空、试压，确定没有泄漏后再进行管路连接。

本实施例中，所述蒸发器3为管壳式水冷蒸发器，包括壳体18和设置于壳体18内用于制冷剂输送的换热盘管，所述壳体18上设置冷冻水入口和冷冻水出口，冷冻水入口和冷冻水出口均设置有温度传感器10，温度传感器10的信号输出端连接PLC13的信号输入端，制冷剂与壳程的循环冷冻水进行热交换，并连接于输冷末端的空冷器将冷量输送至需冷点，传输距离远，同时，对进出冷冻水温度进行监控，以便于及时发现问题并调节相应参数。

本实施例中，还包括底座Ⅰ26和底座Ⅱ27，所述压缩机1和冷凝器2设置于底座Ⅰ26上，所述蒸发器3设置于底座Ⅱ27上，将整个设备分为两部分，需移动设备时，只需将连接两部分的金属软管拆下即可，使用方便。

另外，本实施例中，压缩机和蒸发器外壳上均设置用于吊装的起重吊环，方便搬运移动，同时，在压缩机、冷凝器和蒸发器外围均设置防护框架和保护网（图上未画出），避免设备受到损坏。

实施例2:

图2为带箱体式直冷蒸发器的制冷降温装置的结构示意图，图中虚线表示信号传输路线，如图所示：本实施例的矿山井下制冷降温系统，除蒸发器替换为箱体式直冷蒸发器外，其余结构均与实施例1相同，所述箱体式直冷蒸发器包括由前至后依次连通的矿用局部通风机19、入风口20、箱体21和出风口22，所述箱体21内设置有用于制冷剂输送的换热盘管23，该蒸发器中，风流与制冷剂直接换热，换热效率较实施例1更高，但输送距离短，可根据实际情况选用不同的方式。

本实施例中，所述箱体21内换热盘管23上方设置水喷淋头24，以对换热盘管进行清洗，并达到降尘的目的，箱体21内靠近出风口22一端设置集水器25，以过滤风流中的水，避免水进入工作面。

本实施例中，还包括底座Ⅰ26和底座Ⅱ27a，所述压缩机1和冷凝器2设置于底座Ⅰ26上，所述蒸发器3设置于底座Ⅱ27a上，将整个设备分为两部分，需移动设备时，只需将连接两部分的金属软管拆下即可，使用方便。

本实用新型通过PLC可实现对设备运行中各参数的监测与控制，并可采用两种结构形式的不同制冷降温方式对矿井进行热害治理，适用范围广，可满足我国当前开采深度矿井热害治理的需求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种煤矿井下制冷降温装置，包括制冷剂通道依次连通形成回路的压缩机（1）、冷凝器（2）和蒸发器（3），所述冷凝器（2）的制冷剂出口设置干燥过滤器（4），蒸发器（3）的制冷剂入口设置膨胀阀（5），其特征在于：与所述压缩机（1）的高压端连通设置有压力表Ⅰ（6），与压缩机（1）的低压端连通设置有压力表Ⅱ（7），所述压缩机（1）上设置电机保护制冷剂喷液孔（1a）和轴承保护制冷剂喷液孔（1b），与电机保护制冷剂喷液孔（1a）连通设置有喷液电磁阀Ⅰ（8），与轴承保护制冷剂喷液孔（1b）连通设置有喷液电磁阀Ⅱ（9），所述冷凝器（2）的冷却水入口和冷却水出口均设置温度传感器（10）；还包括控制系统、用于控制压缩机（1）启停的软启动器（11）和与压缩机（1）连接的接线腔（12），所述控制系统包括PLC（13）和与PLC（13）电连接的显示器（14），所述压力表Ⅰ（6）、压力表Ⅱ（7）和温度传感器（10）的信号输出端分别连接PLC（13）的信号输入端，所述PLC（13）的指令输出端分别连接喷液电磁阀Ⅰ（8）、喷液电磁阀Ⅱ（9）和软启动器（11）的指令输入端。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下制冷降温装置，其特征在于：所述压缩机（1）为矿用半封闭螺杆压缩机，其电压等级为380V、660V、1140V、6000V或10000V。

3.根据权利要求2所述的煤矿井下制冷降温装置，其特征在于：所述压缩机（1）、接线腔（12）、喷液电磁阀Ⅰ（8）、喷液电磁阀Ⅱ（9）、压力表Ⅰ（6）和压力表Ⅱ（7）均为矿用防隔爆和本质安全型。

4.根据权利要求3所述的煤矿井下制冷降温装置，其特征在于：所述软启动器（11）为矿用隔爆型真空交流软启动器、矿用隔爆兼本安变频器、矿用防爆软启动器、矿用隔爆型电机软启动器、矿用本安型软启动控制器或矿用隔爆兼本安型软启动磁力启动器。

5.根据权利要求4所述的煤矿井下制冷降温装置，其特征在于：所述冷凝器（2）的制冷剂出口与蒸发器（3）的制冷剂入口之间、蒸发器（3）的制冷剂出口与压缩机（1）的制冷剂入口之间均通过金属软管（15）连通。

6.根据权利要求5所述的煤矿井下制冷降温装置，其特征在于：所述压缩机（1）的制冷剂入口设置进气阀门（16），压缩机（1）的制冷剂出口设置出气阀门（17）。

7.根据权利要求6所述的煤矿井下制冷降温装置，其特征在于：所述蒸发器（3）为管壳式水冷蒸发器，包括壳体（18）和设置于壳体（18）内用于制冷剂输送的换热盘管，所述壳体（18）上设置冷冻水入口和冷冻水出口，冷冻水入口和冷冻水出口均设置有温度传感器（10），温度传感器（10）的信号输出端连接PLC（13）的信号输入端。

8.根据权利要求6所述的煤矿井下制冷降温装置，其特征在于：所述蒸发器（3）为箱体式直冷蒸发器，包括由前至后依次连通的矿用局部通风机（19）、入风口（20）、箱体（21）和出风口（22），所述箱体（21）内设置有用于制冷剂输送的换热盘管（23）。

9.根据权利要求8所述的煤矿井下制冷降温装置，其特征在于：所述箱体（21）内换热盘管（23）上方设置水喷淋头（24），箱体（21）内靠近出风口（22）一端设置集水器（25）。

10.根据权利要求7或9所述的煤矿井下制冷降温装置，其特征在于：还包括底座Ⅰ（26）和底座Ⅱ（27，27a），所述压缩机（1）和冷凝器（2）设置于底座Ⅰ（26）上，所述蒸发器（3）设置于底座Ⅱ（27，27a）上。

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