CN220081826U - 一种大坡度斜井掘进机工业水循环系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种大坡度斜井掘进机工业水循环系统，包括洞外冷却系统、隧道供回水系统、设备工业水系统，所述洞外冷却系统包括依次连接的冷却水泵、第二冷却水箱、冷却装置、第一冷却水箱；所述隧道供回水系统包括泵送系统、隧道回水管路，所述泵送系统的输入端与第一冷却水箱出水口相连接，所述隧道回水管路的输出端与第二冷却水箱的进水口相连接；所述设备工业水系统包括内外水换热器、第一可控球阀、第二可控球阀、第三可控球阀、工业水箱、工业水泵。本申请可消除冲击动能，减少气泡对冷却水泵性能及冷却装置冷却效率的影响，提高冷却水泵运行的稳定性及冷却装置的冷却效果，增强工业水的冷却性能，增强水箱内部流动换热，减少冷却装置消耗。

Description

一种大坡度斜井掘进机工业水循环系统

技术领域

本申请涉及掘进装备技术领域，特别地，涉及一种大坡度斜井掘进机工业水循环系统。

背景技术

随着斜井掘进施工技术的发展，大坡度斜井掘进机的应用越来越广泛。工业水循环系统是掘进机顺利施工的重要保障，主要用于带走盾构工作过程中产生的热量，满足盾构掘进过程中的用水需求。但目前常规的工业水循环系统多适用于平洞掘进，目前平洞掘进一般直接采用供水压力来直接克服系统所需的扬程。但对于大坡度斜井，不仅存在平洞、斜井变工况的情况，同时当设备在斜坡上时，由于隧道距离长、坡度大，导致回水高差大，回水冲击大、回水负压大、回水含气量高等问题，一方面含气量大会直接影响冷却塔的冷却效率，影响冷却水泵的性能；另一方面回水冲击对整个系统带来安全隐患，严重影响设备的性能；此外如果斜坡仍采用压力回水，由于重力作用，回水难以控制，且存在资源浪费的情况。

实用新型内容

本申请提供了一种大坡度斜井掘进机工业水循环系统，以解决现有技术中由于隧道距离长、回水落差大、存在平洞、斜井变工况的情况时，导致的回水冲击大、回水负压大、回水含气量高、冷却塔散热效率低的技术问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种大坡度斜井掘进机工业水循环系统，包括洞外冷却系统、隧道供回水系统、设备工业水系统，

所述洞外冷却系统包括依次连接的冷却水泵、第二冷却水箱、冷却装置、第一冷却水箱；

所述隧道供回水系统包括泵送系统、隧道回水管路，所述泵送系统的输入端与第一冷却水箱的出水口相连接，所述隧道回水管路的输出端与第二冷却水箱的进水口相连接；

所述设备工业水系统包括内外水换热器、第一可控球阀、第二可控球阀、第三可控球阀、工业水箱、工业水泵，所述内外水换热器的输入端连接泵送系统的输出端，所述内外水换热器的输出端依次连接第三可控球阀、工业水箱、第二可控球阀、隧道回水管路的输入端，所述第一可控球阀的输入端连接在内外水换热器的输入端与第三可控球阀之间的管路上，输出端连接在第二可控球阀与第二冷却水箱之间的管路上，所述工业水泵与工业水箱相连接。

进一步地，所述第二冷却水箱、第一冷却水箱、工业水箱的入水口均位于箱体上部，出水口位于箱体底部，且入水口与出水口错开一定位置。

进一步地，所述第二冷却水箱、第一冷却水箱、工业水箱内侧底部均设置有隔板。

进一步地，所述第二冷却水箱、第一冷却水箱、工业水箱上均设置有排气口。

进一步地，所述第一冷却水箱上设置有与液位控制器电路连接的补水装置和液位开关，当液位开关检测到第一冷却水箱内的液位低于设定值时，液位控制器启动补水装置向第一冷却水箱内补水。

进一步地，所述工业水箱上设置有与液位控制器电路连接的液位计，当液位计监测到工业水箱内的液位低于设定下限时，液位控制器开启第三可控球阀向工业水箱内补水，当液位计监测到工业水箱内的液位达到设定上限时，液位控制器关闭第三可控球阀停止向工业水箱内补水。

进一步地，所述工业水箱与第二可控球阀之间的管路上还设置有调节阀，所述调节阀与液位控制器电路连接，所述液位控制器根据工业水泵的开启数量、液位计监测到的工业水箱内的液位控制调节阀的开度调节回水量。

进一步地，所述隧道回水管路上设置有一个或多个消能装置。

进一步地，所述第一可控球阀的输入端还设置有球阀。

进一步地，所述第一可控球阀、第二可控球阀、第三可控球阀采用气动可控球阀、液动可控球阀或电动可控球阀。

相比现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请可解决平洞、斜井不同工况下的回水问题，斜井段利用高差重力自流回水，节约能源，控制回水流量保证回水稳定。本申请可解决斜井工况下高落差导致的回水冲击大、回水含气量高的问题；本申请通过设计两级水箱供回水的方式，可消除冲击动能，并消除回水混入的气泡，从而减少气泡对冷却水泵性能及冷却装置冷却效率的影响，提高冷却水泵运行的稳定性及冷却装置的冷却效果，增强工业水的冷却性能，增强水箱内部流动换热，减少冷却装置的消耗。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本申请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申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请优选实施例的大坡度斜井掘进机工业水循环系统组成示意图。

图2为本申请优选实施例的洞外冷却系统的水流动路径示意图。

图3是本申请优选实施例的大坡度斜井掘进机工业水循环系统在平洞阶段作业状态示意图。

图4是本申请优选实施例的大坡度斜井掘进机工业水循环系统在斜坡阶段作业状态示意图。

图中所示：1、第一冷却水箱；2、第二冷却水箱；3、冷却水泵；4、冷却装置；5、泵送系统；6、内外水换热器；7、球阀；8、第一可控球阀；9、第二可控球阀；10、调节阀；11、第三可控球阀；12、工业水箱；13、工业水泵；14、液位开关；15、液位计；16、液位控制器；17、消能装置；18、掘进机；100、洞外冷却系统；200、隧道供回水系统；300、设备工业水系统。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参照图1和图2，本申请的优选实施例提供了一种大坡度斜井掘进机工业水循环系统，包括洞外冷却系统100、隧道供回水系统200、设备工业水系统300，所述洞外冷却系统100包括依次连接的冷却水泵3、第二冷却水箱2、冷却装置4、第一冷却水箱1，本实施例的冷却装置4采用冷却塔，也可以采用水冷机组；所述隧道供回水系统200包括泵送系统5、隧道回水管路，所述隧道回水管路上设置有一个或多个消能装置17；所述泵送系统5的输入端与第一冷却水箱1的出水口相连接，所述隧道回水管路的输出端与第二冷却水箱2的进水口相连接；所述设备工业水系统300包括内外水换热器6、第一可控球阀8、第二可控球阀9、第三可控球阀11、工业水箱12、工业水泵13，所述内外水换热器6的输入端连接泵送系统5的输出端，所述内外水换热器6的输出端依次连接第三可控球阀11、工业水箱12、第二可控球阀9、隧道回水管路的输入端，所述第一可控球阀8的输入端连接在内外水换热器6的输入端与第三可控球阀11之间的管路上，输出端连接在第二可控球阀9与第二冷却水箱2之间的管路上，所述工业水泵13与工业水箱12相连接。所述第一可控球阀8、第二可控球阀9、第三可控球阀11可采用气动可控球阀、液动可控球阀或电动可控球阀，本实施例采用气动可控球阀。

具体地，所述第二冷却水箱2、第一冷却水箱1、工业水箱12的入水口均位于箱体上部，出水口位于箱体底部，且入水口与出水口错开一定位置。所述第二冷却水箱2、第一冷却水箱1、工业水箱12内侧底部均设置有隔板。同时，所述第二冷却水箱2、第一冷却水箱1、工业水箱12上均设置有排气口。

具体地，所述第一冷却水箱1上设置有与液位控制器16电路连接的补水装置和液位开关14，当液位开关14检测到第一冷却水箱1内的液位低于设定值时，液位控制器16启动补水装置向第一冷却水箱1内补水。

具体地，所述工业水箱12上设置有与液位控制器16电路连接的液位计15，当液位计15监测到工业水箱12内的液位低于设定下限时，液位控制器16开启第三可控球阀11向工业水箱12内补水，当液位计15监测到工业水箱12内的液位达到设定上限时，液位控制器16关闭第三可控球阀11停止向工业水箱12内补水。

具体地，所述工业水箱12与第二可控球阀9之间的管路上还设置有调节阀10，所述调节阀10与液位控制器16电路连接，所述液位控制器16根据工业水泵13的开启数量、液位计15监测到的工业水箱12内的液位控制调节阀10的开度调节回水量。

具体地，所述第一可控球阀8的输入端还设置有球阀7。

上述实施例提供的大坡度斜井掘进机工业水循环系统的循环水流经路径为：

洞外冷却系统100→隧道供回水系统200→设备工业水系统300→隧道供回水系统200→洞外冷却系统100，泵送系统5将洞外冷却系统100的冷却水输送至设备工业水系统300，一方面用于带走设备工作时产生的热量，另一方面用于满足设备正常的耗水，通常情况下，耗水占比较小，剩余的水再回到洞外冷却系统100经冷却后循环使用。

如图2：洞外冷却系统100的水流动路径为：隧道回水→第二冷却水箱2右侧上部→第二冷却水箱2左侧底部→冷却水泵3→冷却塔→第一冷却水箱1左侧上部→第一冷却水箱1右侧下部→隧道供水，通过这种水箱上部回水、下部取水的方式，可以增强系统水的流动，增强换热，同时通过在第一冷却水箱1、第二冷却水箱2下部设置隔板，可以进一步加强水箱内部水的流动，增强换热效果，减少冷却塔的消耗。同时在斜井段，由于高差大，回水冲击大，通过设计两级水箱加隔板加交错供回水的方式，可以进一步充分消除冲击动能，并消除回水混入的气泡，从而减少气泡对冷却水泵3性能及冷却塔冷却效率的影响，提高冷却水泵3运行的稳定性及冷却塔的冷却效果。第一冷却水箱1、第二冷却水箱2顶部均设有排气口，用于排气。第一冷却水箱1还设置有补水装置，当液位开关14提示水箱液位较低时，补水装置将对第一冷却水箱1自动进行补水。

如图3，在平洞阶段，掘进机18与洞外冷却系统100基本处于同一高度上，各管路及设备的高度差不大，泵送系统5主要用于克服系统自身管网的阻力损失。设备工业水系统300的工作过程为：调节阀10、第二可控球阀9、第三可控球阀11关闭，隧道供水依次经过泵送系统5→内外水换热器6→球阀7→第一可控球阀8→隧道供回水系统200，最后回到洞外冷却系统100，工业水箱12设置液位计15，其液位信号可进行远程传输至控制室，同时工业水箱12底部设有隔板，将工业水箱12分为左右两侧，水箱上部联通。工业水箱12的液位调节通过液位控制器16实现，液位计15信号及第三可控球阀11的开合信号均传送至液位控制器16，当液位计15监测到工业水箱12液位低于设定下限，提示储水不足时，通过液位控制器16打开第三可控球阀11进行补水，当液位计15监测到工业水箱12液位达到设定上限，补水结束，通过液位控制器16关闭第三可控球阀11，这样可以控制工业水箱12的液位处于设定范围，防止工业水泵13吸空和工业水从工业水箱12顶部溢出，通过工业水泵13从工业水箱12左侧底部取水进入各耗水设备，同时工业水箱12上方设置排气口，用于整个系统的排气。

如图4所示，在斜坡阶段，掘进机18位于斜坡上，而洞外冷却系统100位于洞外，随着掘进高度的增大，掘进机18与洞外冷却系统100的高差越来越大，而工业水箱12位于设备上，因此可以利用两者的高差自流回水。泵送系统5主要用于克服系统自身管网的阻力损失及高差。设备工业水系统300的工作过程为：球阀7、第一可控球阀8关闭，第二可控球阀9、调节阀10、第三可控球阀11打开，此时，隧道供水经过内外水换热器6后从第三可控球阀11先进入工业水箱12，然后依次经过调节阀10、第二可控球阀9，再利用高差自流进行隧道回水，最后回到洞外冷却系统100，这样可以利用高差克服回水的管网损失，从而减少泵送系统5的功率，节约能源；工业用水通过工业水泵13从工业水箱12左侧底部取水进入各耗水设备，工业水箱12上方设置有排气口，可以用于整个工业水循环系统的排气。工业水箱12设置有液位计15，其液位信号可进行远程传输至液位控制器16，调节阀10可以通过液位控制器16发出的信号进行远程调节。

液位控制实现有以下几种情况：

一、液位控制器16实时反馈工业水箱12的液位信号，当液位低于设定值下限时，通过液位控制器16减小调节阀10的开度，减少回水的流量，当液位高设定值上限时，通过液位控制器16增大调节阀10的开度，增加回水的流量，从而保证工业水箱12的液位稳定在一定范围内；

二、当液位处于设定范围内时，液位控制器16检测耗水设备的使用情况，耗水设备的使用数量与调节阀10的开度等级对应，例如当耗水设备均关闭时，调节阀10的开度设为较大状态，回水量大，当耗水设备均打开时，调节阀10的开度设为较小状态，回水量小，从而可以保证工业水箱12的液位维持在稳定值，避免频繁的调节调节阀10的开度。

所示消能装置17位于隧道回水管路上，通过设置一个或多个消能装置17，可以进一步减少高差回水产生的冲击，保护系统的安全，增加系统的使用寿命。

所述球阀7用作备用、调试及紧急情况下使用，如各气动球阀失效等情况。

综上，本申请提供的大坡度斜井掘进机工业水循环系统，可以很好的解决现有技术中存在的问题：一方面洞外冷却系统100通过采用两级水箱加冷却塔、交错式供回水、水箱内设隔板的方式，可以充分吸收斜井段的冲击动能，消除回水冲击，同时增强水箱内部流动，增强工业水的换热冷却和消泡效果，减少气泡对对冷却水泵3性能及冷却塔冷却效率的影响，提高冷却水泵3运行的稳定性及冷却塔的冷却效果，减少冷却塔的散热功率，系统更安全节能；另一方面通过设置平洞、斜井不同回水方案，平洞段设置液位控制+检测补水+压力回水，斜井段采用落差自流式+液位控制+调节阀10回水流量控制的方式，充分利用斜坡段的高差优势，减少泵送系统5的功耗，防止回水过快，保证工业水箱12的液位稳定在一定范围内。

本申请不存在方法和软件的改进，所有控制逻辑的具体实施手段均为现有技术。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大坡度斜井掘进机工业水循环系统，其特征在于，包括洞外冷却系统(100)、隧道供回水系统(200)、设备工业水系统(300)，

所述洞外冷却系统(100)包括依次连接的冷却水泵(3)、第二冷却水箱(2)、冷却装置(4)、第一冷却水箱(1)；

所述隧道供回水系统(200)包括泵送系统(5)、隧道回水管路，所述泵送系统(5)的输入端与第一冷却水箱(1)的出水口相连接，所述隧道回水管路的输出端与第二冷却水箱(2)的进水口相连接；

所述设备工业水系统(300)包括内外水换热器(6)、第一可控球阀(8)、第二可控球阀(9)、第三可控球阀(11)、工业水箱(12)、工业水泵(13)，所述内外水换热器(6)的输入端连接泵送系统(5)的输出端，所述内外水换热器(6)的输出端依次连接第三可控球阀(11)、工业水箱(12)、第二可控球阀(9)、隧道回水管路的输入端，所述第一可控球阀(8)的输入端连接在内外水换热器(6)的输入端与第三可控球阀(11)之间的管路上，输出端连接在第二可控球阀(9)与第二冷却水箱(2)之间的管路上，所述工业水泵(13)与工业水箱(12)相连接。

2.根据权利要求1所述的大坡度斜井掘进机工业水循环系统，其特征在于，所述第二冷却水箱(2)、第一冷却水箱(1)、工业水箱(12)的入水口均位于箱体上部，出水口位于箱体底部，且入水口与出水口错开一定位置。

3.根据权利要求2所述的大坡度斜井掘进机工业水循环系统，其特征在于，所述第二冷却水箱(2)、第一冷却水箱(1)、工业水箱(12)内侧底部均设置有隔板。

4.根据权利要求2所述的大坡度斜井掘进机工业水循环系统，其特征在于，所述第二冷却水箱(2)、第一冷却水箱(1)、工业水箱(12)上均设置有排气口。

5.根据权利要求1所述的大坡度斜井掘进机工业水循环系统，其特征在于，所述第一冷却水箱(1)上设置有与液位控制器(16)电路连接的补水装置和液位开关(14)，当液位开关(14)检测到第一冷却水箱(1)内的液位低于设定值时，液位控制器(16)启动补水装置向第一冷却水箱(1)内补水。

6.根据权利要求1所述的大坡度斜井掘进机工业水循环系统，其特征在于，所述工业水箱(12)上设置有与液位控制器(16)电路连接的液位计(15)，当液位计(15)监测到工业水箱(12)内的液位低于设定下限时，液位控制器(16)开启第三可控球阀(11)向工业水箱(12)内补水，当液位计(15)监测到工业水箱(12)内的液位达到设定上限时，液位控制器(16)关闭第三可控球阀(11)停止向工业水箱(12)内补水。

7.根据权利要求6所述的大坡度斜井掘进机工业水循环系统，其特征在于，所述工业水箱(12)与第二可控球阀(9)之间的管路上还设置有调节阀(10)，所述调节阀(10)与液位控制器(16)电路连接，所述液位控制器(16)根据工业水泵(13)的开启数量、液位计(15)监测到的工业水箱(12)内的液位控制调节阀(10)的开度调节回水量。

8.根据权利要求1所述的大坡度斜井掘进机工业水循环系统，其特征在于，所述隧道回水管路上设置有一个或多个消能装置(17)。

9.根据权利要求1所述的大坡度斜井掘进机工业水循环系统，其特征在于，所述第一可控球阀(8)的输入端还设置有球阀(7)。

10.根据权利要求1所述的大坡度斜井掘进机工业水循环系统，其特征在于，所述第一可控球阀(8)、第二可控球阀(9)、第三可控球阀(11)采用气动可控球阀、液动可控球阀或电动可控球阀。