一种硬岩隧道掘进机水系统的制作方法

本发明涉及隧道掘进装备技术领域，更具体地说，涉及一种硬岩隧道掘进机水系统。

背景技术：

硬岩隧道掘进机(简称tbm)是一种能够适应复杂地层，并高度集成了机、电、液、光、控制以及材料等多学科技术于一体的高端隧道施工装备。tbm在施工掘进过程中，各系统或部件如主驱动电机、变频器、液压系统和空压机等都会产生热量，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tbm的正常掘进施工，为保证tbm的长时间、连续作业，必须设计一套冷却系统，即tbm水系统。

目前，tbm水系统一般采用一、二级冷却供水系统，其中二级水系统为内循环，将tbm各系统或部件工作时产生的热量带走。一级水系统提供冷却水，与二级循环产生的热水发生热交换，将热量带走，回到水箱。在此过程中，二级水箱的水消耗一部分，温度升高到一定值后排放掉。在tbm实际掘进施工过程中，这种技术方案主要有几点不足之处：

一级循环水经过冷却后的热水直接回到水箱，与冷水混合，tbm设备从水箱中无差别取水消耗，未能充分利用冷水的冷却能力，导致tbm施工过程中消耗水量大；其次系统配置复杂，成本高，故障点多，可靠性差；进一步的，目前的泵驱动供水可靠性相对较差，维修时需要系统完全停止，影响隧道掘进施工。

综上所述，如何有效地解决目前硬岩隧道掘进机水系统消耗水量大，造成资源浪费等的技术问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硬岩隧道掘进机水系统，该硬岩隧道掘进机水系统的结构设计可以有效地解决目前硬岩隧道掘进机水系统消耗水量大，造成资源浪费等的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种硬岩隧道掘进机水系统，包括一级回路及二级回路，所述一级回路与二级回路之间设置有第一换热组件，所述二级回路用于对掘进机的发热部件热交换散热；所述一级回路中设置有相互分离的冷水箱及热水箱，所述第一换热组件的进水端与所述冷水箱连通，所述第一换热组件的出水端与所述热水箱连通，所述冷水箱与热水箱之间设置有连通管路，所述第一换热组件的出水端还连接有水消耗组件。

优选的，上述硬岩隧道掘进机水系统中，所述第一换热组件与所述水消耗组件之间的管路上设置有第一控制阀，水消耗组件包括刀盘除尘水箱、施工用水管路。

优选的，上述硬岩隧道掘进机水系统中，所述第一换热组件的出水端还连通有污水箱，用于将升温达到阈值的冷却水向外排放，第一换热组件与污水箱之间的管路上设置有第二控制阀。

优选的，上述硬岩隧道掘进机水系统中，所述冷水箱内设置有温度传感器，所述温度传感器与所述第二控制阀控制连接，用于在温度数值达到阈值时，将第一换热组件的出水向污水箱排放。

优选的，上述硬岩隧道掘进机水系统中，所述二级回路包括二级水箱，及设置于掘进机的发热部件位置的第二换热组件，所述第二换热组件与所述二级水箱之间设置有两组并接的离心泵。

优选的，上述硬岩隧道掘进机水系统中，两组所述离心泵之间通过管路连通，并在两组离心泵之间设置有球阀，用于在其中一组离心泵损坏时将两组离心泵各自所在的管路接通。

优选的，上述硬岩隧道掘进机水系统中，所述一级回路的冷水箱与所述第一换热组件之间也设置有两组并接的离心泵。

优选的，上述硬岩隧道掘进机水系统中，两组所述离心泵之间通过管路连通，并在两组离心泵之间设置有球阀，用于在其中一组离心泵损坏时将两组离心泵各自所在的管路接通。

优选的，上述硬岩隧道掘进机水系统中，所述一级回路的冷水箱连接有补水管路，所述补水管路上设置有补水阀，用于控制补水通断。

优选的，上述硬岩隧道掘进机水系统中，所述冷水箱及二级水箱内分别设置有液位计，所述液位计与所述补水阀控制连接，用于在液位数值达到阈值时控制所述补水阀的通断；所述补水管路上设置有流量计，用于实时测量补水流量。

本发明提供的硬岩隧道掘进机水系统，包括一级回路及二级回路，所述一级回路与二级回路之间设置有第一换热组件，所述二级回路用于对掘进机的发热部件热交换散热；所述一级回路中设置有相互分离的冷水箱及热水箱，所述第一换热组件的进水端与所述冷水箱连通，所述第一换热组件的出水端与所述热水箱连通，所述冷水箱与热水箱之间设置有连通管路，所述第一换热组件的出水端还连接有水消耗组件。该水系统设计优化了冷却水循环方式，在与外界水交换的一级回路中设置互相分离的冷水箱及热水箱，在工作时二级回路中冷却水与发热部位热交换，将热量转移至二级回路内，在一级回路中冷却水从冷水箱输出，经第一换热组件与二级回路热交换后，升温后的冷却水进入热水箱，经冷却后再回流至连通的冷水箱，令经降温后的冷却水可以反复用作冷却使用，于此同时，经第一换热组件输出的高温冷却水优先供给水消耗组件的消耗。通过该设计保证消耗或排出系统的冷却水为高温水，保存系统内循环的低温水，避免或缓解由于系统内水温过高造成冷却效果降低，从而需要从系统内直接排水的情况出现，从而降低了水系统所消耗的水量，有效解决了目前硬岩隧道掘进机水系统消耗水量大，造成资源浪费等的技术问题。

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为本发明实施例提供的硬岩隧道掘进机水系统的系统结构示意图。

附图中标记如下：

冷水箱1、热水箱2、污水箱3、刀盘除尘水箱4、第一控制阀5、第二控制阀6、第一换热组件7、第二换热组件8、二级水箱9、离心泵10、球阀11、补水阀12、补水管路13、流量计14、温度传感器15、液位计16。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种硬岩隧道掘进机水系统，以解决目前硬岩隧道掘进机水系统消耗水量大，造成资源浪费等的技术问题。

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做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。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的硬岩隧道掘进机水系统的系统结构示意图。

本发明提供的硬岩隧道掘进机水系统，包括一级回路及二级回路，一级回路与二级回路之间设置有第一换热组件7，二级回路用于对掘进机的发热部件热交换散热；一级回路中设置有相互分离的冷水箱1及热水箱2，第一换热组件7的进水端与冷水箱1连通，第一换热组件7的出水端与热水箱2连通，冷水箱1与热水箱2之间设置有连通管路，第一换热组件7的出水端还连接有水消耗组件。

本实施例所提供的该水系统设计优化了冷却水循环方式，在与外界水交换的一级回路中设置互相分离的冷水箱1及热水箱2，在工作时二级回路中冷却水与发热部位热交换，将热量转移至二级回路内，在一级回路中冷却水从冷水箱1输出，经第一换热组件7与二级回路热交换后，升温后的冷却水进入热水箱2，经冷却后再回流至连通的冷水箱1，令经降温后的冷却水可以反复用作冷却使用，于此同时，经第一换热组件7输出的高温冷却水供给水消耗组件。

通过该分箱的设计也相当于增加了水箱的散热面积，并保证消耗或排出系统的冷却水为高温水，保存系统内循环的低温水，避免或缓解由于系统内水温过高造成冷却效果降低，从而需要从系统内直接排水的情况出现，从而降低了水系统所消耗的水量，有效解决了目前硬岩隧道掘进机水系统消耗水量大，造成资源浪费等的技术问题。

本实施例提供的技术方案进一步优化了上述系统中的高温冷却水消耗设计，第一换热组件7与水消耗组件之间的管路上设置有第一控制阀5，水消耗组件包括刀盘除尘水箱4、施工用水管路；进一步的，第一换热组件7的出水端还连通有污水箱3，用于将升温达到阈值的冷却水向外排放，第一换热组件7与污水箱3之间的管路上设置有第二控制阀6。

本实施例提供的技术方案中，在一级回路中的换热组件与水消耗组件之间的管路上设置第一控制阀5，通过阀门控制一级回路中的高温冷却水排出，易于实现自动化控制，可辅助温度及液位测量组件实现系统的自动化；

其中水消耗组件包括刀盘除尘水箱4一级施工用水管路，通过阀门控制直接供给排放，相对现有系统中在以上消耗位置设置除尘水箱补水泵，和工业用水泵的设计，减少了泵数量，优化了系统配置，减少了系统中潜在的故障位置，降低了系统的成本。

本实施例还设置污水箱3，其管路位置与水消耗组件事实上为并接关系，二者均与换热组件的出水端连通将高温冷却水外排，分别通过两组不同的阀门控制通断，优选设置系统主控制器，配合各级传感器，决定在适当的时刻将热冷却水供给消耗或直接通过污水箱3外排。

本实施例所提供的技术方案为上述实施例的进一步延伸，优化了污水箱3排水的控制，冷水箱1内设置有温度传感器15，温度传感器15与第二控制阀6控制连接，用于在温度数值达到阈值时，将第一换热组件7的出水向污水箱3排放。

本实施例提供的技术方案中，在冷水箱1内设置温度传感器15，实时检测冷水箱1内的水温，当水温到达阈值时，判定冷水箱1内的冷却水也出现温度过高的情况，此时水系统内整体温度过高难以持续进行冷却，此时直接将第二控制阀6打开，将污水箱3接通入第一换热器的排水端，将经过吸热后升温的冷却水直接外排，而不再回流至热水箱2重新冷却。

为优化上述硬岩隧道掘进机水系统的稳定性及运行的持续能力，二级回路包括二级水箱9，及设置于掘进机的发热部件位置的第二换热组件8，第二换热组件8与二级水箱9之间设置有两组并接的离心泵10；两组离心泵10之间通过管路连通，并在两组离心泵10之间设置有球阀11，用于在其中一组离心泵10损坏时将两组离心泵10各自所在的管路接通。

本实施例提供的技术方案中，在二级回路中设置两组并接的离心泵10，在系统正常工作时，两组离心泵10间球阀11关闭，二者各驱动不同支路内的冷却水循环，用于与掘进机不同发热部位进行热交换，如输送冷却水分别通过两组不同的换热器与变频器、主驱动热交换，当系统出现故障尤其是其中某一个离心泵10损坏时，手动或自动控制球阀11打开，将原本由两离心泵10分别驱动的循环回路联通构成一个完整回路，暂时由未损坏的离心泵10单泵驱动，当排除故障后再恢复原先驱动循环方式，该设计能够有效减少由于泵损坏造成的停工，提升了系统的稳定性及持续性。

在上述实施例的思路基础上，也可将双泵驱动应用于一级回路中，一级回路的冷水箱1与第一换热组件7之间也设置有两组并接的离心泵10优选的，上述硬岩隧道掘进机水系统中，两组离心泵10之间通过管路连通，并在两组离心泵10之间设置有球阀11，用于在其中一组离心泵10损坏时将两组离心泵10各自所在的管路接通。

本实施例技术方案是对上述实施例的延续，其中，一级回路中的两组离心泵10也驱动两个不同的循环回路，二者分别与二级回路中的由其离心泵10分别驱动的两组循环回路之间换热，因此第一换热组件7优选包括两组不同的换热器。同样的能够有效减少由于泵损坏造成的停工，提升了系统的稳定性及持续性，减少了停机维修对掘进施工造成的影响。

本实施例提供的技术方案提供了一种对系统补水尤其是智能补水控制的设计，一级回路的冷水箱1连接有补水管路13，补水管路13上设置有补水阀12，用于控制补水通断。冷水箱1及二级水箱9内分别设置有液位计16，液位计16与补水阀12控制连接，用于在液位数值达到阈值时控制补水阀12的通断；补水管路13上设置有流量计14，用于实时测量补水流量，实现了系统补水的智能控制。

本实施例提供的技术方案中，设置专门与冷水箱1连接的补水回路，通过在该回流上设置补水阀12，以便实时控制回路的通断补水或停止；进一步为由于水系统的冷却水处在不断消耗的过程中，为始终保持系统内有足够的冷却水工作，始终维持系统的动态平衡，在冷水箱1及二级水箱9内设置液位计16，当判定液位过低时打开补水阀12向冷水箱1内补水；为优化系统的自动化监测能力，在补水管路13上设置流量计14，实时测量补水流量，可通过预先输入的累加统计功能统计系统在一定时间内的总耗水量，以便实时监控或进行调整，为后续系统设计提供数据支撑。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。