专利名称：一种在矿井中使用的高低压水能交换系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种矿井热交换系统，特别涉及一种采用高压冷水将低压的热水推送至地面的矿井热交换系统。
背景技术：
随着矿井开采深度加大，导致矿井地面集中制冷机组的冷水输送到井下时，水的静压就已经远远超过了末端空冷器的承压范围，这种高低压交换装置可以使高压冷水压力降低到能够满足空冷器使用要求，并且能量损失极小。这种装置利用U型管原理，进水管道、回水管道构成一个U型管，实现高压冷水将低压的热水推送地面上，从而实现能量交换，就不需要用泵直接将热水输送到地面，降低运行费用。但是冷热水循环的过程中由于水质中含有一些杂质，使得水质达不到要求，从而恶化了各种阀门的工作环境，缩短了阀门的使用寿命；使得管道系统发生一定程度的漏水或者循环水的损失现象，如果回水管道中的压力在冷热水循环的过程中会发生变化，无法确保整个系统中输入的冷水和输出的热水流量的相等，这样无法保证系统的连续稳定的运行。因此需要一种能够提高回水质量、延长阀门的使用寿命、同时要保证系统连续稳定运行的大落差的矿井水压力交换装置。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供能够提高回水质量、延长阀门的使用寿命、同时要保证系统连续稳定运行的大落差的矿井水压力交换装置。本实用新型是通过以下技术方案来实现的本实用新型提供的一种在矿井中使用的高低压水能交换系统，包括三腔室压力交换装置，所述三腔室压力交换装置包括地面制冷站、冷冻水循环泵、高压循环管道、至少一个水能转换管、低压循环管道、回水泵和空冷器，所述地面制冷站、冷冻水循环泵、高压循环管道、水能转换管形成高压液体回路，所述高压循环管道通过冷冻水循环泵将冷水从地面制冷站输送到水能转换管，所述水能转换管、低压循环管道、回水泵和空冷器形成低压液体回路，还包括控制系统和设置于冷水进入空冷器之前的用于根据空冷器进、出水的温差来自动调节流经空冷器的冷水流量的末端流量调节管道，所述末端流量调节管道包括温度传感器、进水流量传感器、进水电动调节阀，所述温度传感器包括进水温度传感器、出水温度传感器，所述进水流量传感器和进水温度传感器分别设置于低压循环管道的冷水侧，所述出水温度传感器设置于低压循环管道的热水侧，所述控制系统包括PLC控制器、集中控制中心和液压控制站，所述PLC控制器输入端接收温度传感器、流量传感器采集的信号，所述 PLC控制器的输出端与设置于低压循环管道冷水侧的进水电动调节阀连接。进一步，还包括卸压补水系统，所述卸压补水系统包括蓄水池、补水泵、卸压补水电动闸阀、卸压补水减压阀、安全阀门、卸压补水流量传感器，所述卸压补水减压阀通过卸压补水电动间阀来控制注入蓄水池的水量，所述补水泵用于将蓄水池中的液体补入低压循环管道中，所述安全阀门设置于回水泵的出水端和蓄水池之间，所述卸压补水流量传感器设置于补水泵出水端和低压循环管道之间；进一步，还包括水处理系统，所述水处理系统包括粗过滤器和精过滤器，所述粗过滤器设置于低压循环管道出水端用于过滤从低压循环管道进入水能转换管中液体，所述精过滤器设置于粗过滤器的出水端与回水泵之间；进一步，所述粗过滤器为Y型过滤器，所述精过滤器为全自动自清洗过滤器；进一步，所述控制系统还包括高压管道流量传感器、低压管道流量传感器、腔体压力传感器、液压控制阀门，所述高压管道流量传感器设置于高压循环管道的冷水侧用于采集高压循环管道中液体的流量信号，所述低压管道流量传感器设置于低压循环管道的热水侧用于采集低压循环管道中液体的流量信号，所述腔体压力传感器设置于水能转换管的三通接头处用于采集水能转换管内的压力信号，所述流量信号和压力信号分别输入到PLC控制器的输入端，所述PLC控制器的输出端与液压控制阀门连接并控制液压控制阀门的开关动作；进一步，还包括电动旁通阀，所述电动旁通阀设置于高压循环管道的冷水侧和热水侧之间；进一步，还包括手动旁通阀，所述手动旁通阀设置于低压循环管道的冷水侧和热水侧之间；进一步，还包括至少一个止回阀，所述止回阀设置于每个水能转换管的热水侧；进一步，所述补水泵为变频补水泵；进一步，所述卸压补水系统还包括用于维持热水侧回水压力值的安全阀，所述设置于冷冻水循环泵和蓄水池之间；进一步，所述的控制系统还包括工业控制计算机，所述工业控制计算机与PLC控制器之间采用总线连接方式实现通讯，所述液压站的电磁阀通过PLC控制器来控制液压阀门的开启和关闭。本实用新型的有益效果在于本实用新型通过温度传感器、流量传感器采集的温度、流量的信号来控制电动调节阀的开度，对冷水流量进行调节使之与末端负荷相匹配，水处理系统保证了热水的回水质量，确保流经阀门的水质，提高了阀门的使用寿命；卸压补水系统保证了系统的稳定运行，PLC控制器的作用是使得阀门按照一定的顺序开启和关闭，保证系统的连续稳定的运行，并通过集中控制中心对系统设备的状态进行监测。本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中图1为三腔室压力交换装置简图；图2为末端流量调节管道构成示意图；[0022]图3为高低压水能交换系统原理图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。图1为三腔室压力交换装置简图；如图所示，三腔室压力交换装置包括地面制冷站101，一次水泵102，高压循环管道103，水能转换管104，低压循环管道105、108，二次水泵 106，空冷器25，由于矿井开采深度加大，导致矿井地面集中制冷机组的冷水输送到井下时落差很大，水的静压就已经远远超过了末端空冷器25的承压范围，在水能转换管104中利用压力交换的原理实现热水和冷水的交换，利用左侧冷水的势能将右侧热水压回到地面， 从而实现能量交换，就不需要用泵直接将热水输送到地面，降低运行费用。图2为末端流量调节管道构成示意图；图3为高低压水能交换系统原理图，如图所示本实用新型提供的一种在矿井中使用的高低压水能交换系统，包括三腔室压力交换装置，所述三腔室压力交换装置包括地面制冷站、冷冻水循环泵111、高压循环管道、至少一个水能转换管A、B、C，低压循环管道、回水泵112和空冷器25，所述地面制冷站、冷冻水循环泵111、高压循环管道、水能转换管A、B、C形成高压液体回路，所述高压循环管道通过冷冻水循环泵111将冷水从地面制冷站输送到水能转换管，所述水能转换管、低压循环管道、回水泵和空冷器形成低压液体回路，还包括控制系统和设置于冷水进入空冷器之前的用于根据空冷器进、出水的温差来自动调节流经空冷器的冷水流量的末端流量调节管道，所述末端流量调节管道包括温度传感器、进水流量传感器201、进水电动调节阀204，所述温度传感器包括进水温度传感器202、出水温度传感器203，所述进水流量传感器201和进水温度传感器202分别设置于低压循环管道的冷水侧，所述出水温度传感器203设置于低压循环管道的热水侧，所述控制系统包括PLC控制器18，所述PLC控制器18输入端接收温度传感器、流量传感器采集的信号，所述PLC控制器18的输出端与设置于低压循环管道冷水侧的进水电动调节阀连接；在冷水进入空冷器之前可以根据空冷器进、出水的温差，对流经空冷器的冷水流量进行自动调节的一段管道，PLC控制器根据温度、流量的信号控制电动调节阀的开度，对冷水流量进行调节使之与末端负荷相匹配。作为上述实施例的进一步改进，还包括卸压补水系统，所述卸压补水系统包括蓄水池、补水泵113、卸压补水电动闸阀、卸压补水减压阀22、安全阀门23、卸压补水流量传感器153，所述卸压补水减压阀22通过卸压补水电动间阀来控制注入蓄水池的水量，所述补水泵113用于将蓄水池中的液体补入低压循环管道中，所述安全阀门23设置于回水泵的出水端和蓄水池之间，所述卸压补水流量传感器设置于补水泵出水端和低压循环管道之间。作为上述实施例的进一步改进，还包括水处理系统，所述水处理系统包括粗过滤器16和精过滤器17，所述粗过滤器16设置于低压循环管道出水端用于过滤从低压循环管道进入水能转换管中液体，所述精过滤器17设置于粗过滤器的出水端与回水泵之间。作为上述实施例的进一步改进，所述粗过滤器16为Y型过滤器，所述精过滤器17 为全自动自清洗过滤器。作为上述实施例的进一步改进，所述控制系统还包括高压管道流量传感器151、低压管道流量传感器152、腔体压力传感器142、143、144、液压控制阀门1、2、5、6、9、10，其中El、E2、E3、Fl、F2、F3表示液压控制压力平衡阀门，所述高压管道流量传感器设置于高压循环管道的冷水侧用于采集高压循环管道中液体的流量信号，所述低压管道流量传感器设置于低压循环管道的热水侧用于采集低压循环管道中液体的流量信号，所述腔体压力传感器设置于水能转换管的三通接头处用于采集水能转换管内的压力信号，对腔体内压力实时监测，所述流量信号和压力信号分别输入到PLC控制器的输入端，所述PLC控制器的输出端与液压控制阀门连接并控制液压控制阀门的开关动作。控制系统采用压力和流量监控的方式；保证进出水的流量相等；根据流量的大小，可以确定阀门的开关时间，根据工艺流程的阀门开关顺序，通过PLC触发液压站的电磁阀动作，关闭相应的液压阀门；控制系统也可以采用PLC控制器和上位机共同来实现通过对阀门的开关控制，实现系统的自动运行，并且对设备状态关键的点实现监测，发现异常及时报警，PLC控制器与上位机之间采用总线连接方式实现通讯。作为上述实施例的进一步改进，还包括电动旁通阀19，所述电动旁通阀设置于高压循环管道的冷水侧和热水侧之间，电动旁通阀的作用是当压力交换装置出问题时，隔离压力交换装置，方便维护检修。作为上述实施例的进一步改进，还包括手动旁通阀20，所述手动旁通阀设置于低压循环管道的冷水侧和热水侧之间，低压水管道的手动旁通阀的作用是隔离空冷器，方便对空冷器进行维护和检修。电动旁通阀19和手动旁通阀20处于常闭状态，只有当需要隔离维护或者出现紧急情况的时候才开启。作为上述实施例的进一步改进，还包括至少一个止回阀3、4、7、8、11、12，所述止回阀设置于每个水能转换管的热水侧。作为上述实施例的进一步改进，所述补水泵113为变频补水泵。作为上述实施例的进一步改进，所述卸压补水系统还包括用于维持热水侧回水压力值的安全阀，所述安全阀设置于冷冻水循环泵和蓄水池之间，在蓄水池上设置有显示蓄水池液面的液位计21，为了保证总管的进出水流量相等，如果回水泵112出口的热水流量小于冷水的流量时，控制系统会计算出流量差，进而控制补水系统在变频补水泵113的作用下开始补充相应的水量，使得冷热水的流量基本相等；如果回水泵的出口压力过高的话， 则通过安全阀进行卸压，使得热水的回水压力维持一个设定值的水平上，在补水部分的流量传感器153与低压水管道之间设置一个止回阀24。作为上述实施例的进一步改进，所述的控制系统还包括工业控制计算机，所述工业控制计算机与PLC控制器之间采用总线连接方式实现通讯，所述液压站的电磁阀通过 PLC控制器来控制液压阀门的开启和关闭。温度传感器的作用分别是温度传感器131用于监测地面制冷站的冷水到达井下时的温度，方便观察冷水温度跃升，确定冷水温度是否控制在期望的范围内；温度传感器 132监测冷水在进入腔体以前的温度值；温度传感器133监测经过压力转换后的冷水的温度，方便确定冷水在经过压力转换前后的温度变化；腔体右端下侧的温度传感器134的作用是测量回水的温度值，保证其在合理的控制范围内；如图3左上角的流量传感器151的作用是测量进入腔体冷水的流量；右下角的流量传感器152的作用是测量回水的流量值， 这两个流量值在计算机进行比较，得到流量亏损后通过补水系统或者泄放系统补充或者泄放掉相应的差值，维持进水和回水流量的相等，补水部分的流量传感器153 (如图最右侧) 的作用是测量补水流量的大小；压力传感器141左侧又上到下的作用分别是测量冷水进入井下后的压力值；水能转换管A、B、C腔体上的压力传感器142、143、144的作用是测量腔体内水的压力变化；低压冷水管道侧的压力传感器145作用是测量冷水经过降压以后的压力值；热水回水侧的压力传感器146的作用是测量泵出口水的压力，确定其是否超过设定的范围。 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，尽管通过参照本实用新型的优选实施例已经对本实用新型进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围。
权利要求1.一种在矿井中使用的高低压水能交换系统，包括三腔室压力交换装置，所述三腔室压力交换装置包括地面制冷站、冷冻水循环泵、高压循环管道、至少一个水能转换管、低压循环管道、回水泵和空冷器，所述地面制冷站、冷冻水循环泵、高压循环管道、水能转换管形成高压液体回路，所述高压循环管道通过冷冻水循环泵将冷水从地面制冷站输送到水能转换管，所述水能转换管、低压循环管道、回水泵和空冷器形成低压液体回路，其特征在于还包括控制系统和设置于冷水进入空冷器之前的用于根据空冷器进、出水的温差来自动调节流经空冷器的冷水流量的末端流量调节管道；所述末端流量调节管道包括温度传感器、进水流量传感器、进水电动调节阀，所述温度传感器包括进水温度传感器、出水温度传感器， 所述进水流量传感器和进水温度传感器分别设置于低压循环管道的冷水侧，所述出水温度传感器设置于低压循环管道的热水侧，所述控制系统包括PLC控制器、集中控制中心和液压控制站；所述PLC控制器输入端接收温度传感器、流量传感器采集的信号，所述PLC控制器的输出端与设置于低压循环管道冷水侧的进水电动调节阀连接。
2.根据权利要求1所述的在矿井中使用的高低压水能交换系统，其特征在于还包括卸压补水系统，所述卸压补水系统包括蓄水池、补水泵、卸压补水电动闸阀、卸压补水减压阀、安全阀门、卸压补水流量传感器，所述卸压补水减压阀通过卸压补水电动闸阀来控制注入蓄水池的水量，所述补水泵用于将蓄水池中的液体补入低压循环管道中，所述安全阀门设置于回水泵的出水端和蓄水池之间，所述卸压补水流量传感器设置于补水泵出水端和低压循环管道之间。
3.根据权利要求2所述的在矿井中使用的高低压水能交换系统，其特征在于还包括水处理系统，所述水处理系统包括粗过滤器和精过滤器，所述粗过滤器设置于低压循环管道出水端用于过滤从低压循环管道进入水能转换管中液体，所述精过滤器设置于粗过滤器的出水端与回水泵之间。
4.根据权利要求3所述的在矿井中使用的高低压水能交换系统，其特征在于所述粗过滤器为Y型过滤器，所述精过滤器为全自动自清洗过滤器。
5.根据权利要求1所述的在矿井中使用的高低压水能交换系统，其特征在于所述控制系统还包括高压管道流量传感器、低压管道流量传感器、腔体压力传感器、液压控制阀门，所述高压管道流量传感器设置于高压循环管道的冷水侧用于采集高压循环管道中液体的流量信号，所述低压管道流量传感器设置于低压循环管道的热水侧用于采集低压循环管道中液体的流量信号，所述腔体压力传感器设置于水能转换管的三通接头处用于采集水能转换管内的压力信号，所述流量信号和压力信号分别输入到PLC控制器的输入端，所述PLC 控制器的输出端与液压控制阀门连接并控制液压控制阀门的开关动作。
6.根据权利要求5所述的在矿井中使用的高低压水能交换系统，其特征在于还包括电动旁通阀和手动旁通阀，所述电动旁通阀设置于高压循环管道的冷水侧和热水侧之间， 所述手动旁通阀设置于低压循环管道的冷水侧和热水侧之间。
7.根据权利要求6所述的在矿井中使用的高低压水能交换系统，其特征在于还包括至少一个止回阀，所述止回阀设置于每个水能转换管的热水侧。
8.根据权利要求2所述的在矿井中使用的高低压水能交换系统，其特征在于所述补水泵为变频补水泵。
9.根据权利要求2所述的在矿井中使用的高低压水能交换系统，其特征在于所述卸压补水系统还包括用于维持热水侧回水压力值的安全阀，所述安全阀设置于冷冻水循环泵和蓄水池之间。
10.根据权利要求5所述的在矿井中使用的高低压水能交换系统，其特征在于所述的控制系统还包括工业控制计算机，所述工业控制计算机与PLC控制器之间采用总线连接方式实现通讯，所述液压站的电磁阀通过PLC控制器来控制液压阀门的开启和关闭。
专利摘要本实用新型公开了一种在矿井中使用的高低压水能交换系统，涉及一种大落差的矿井热交换系统，包括水能转换管、PLC控制器、卸压补水系统、水处理系统、温度传感器、流量传感器和电动调节阀，在实现高压冷水卸压的同时把热水从井下输送到地面，达到冷热水之间的势能交换，通过温度传感器、流量传感器采集的温度、流量的信号来控制电动调节阀的开度，对冷水流量进行调节使之与末端负荷相匹配，水处理系统保证了热水的回水质量，确保流经阀门的水质，提高了阀门的使用寿命；卸压补水系统保证了系统的稳定运行，PLC控制器的作用是使得阀门按照一定的顺序开启和关闭，保证系统的连续稳定的运行，并对系统设备的状态进行监测。
文档编号E21F3/00GK202117700SQ201120164028
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者刘利亚, 向大海, 姬建虎, 张习军, 王长元, 陈孜虎, 霍春秀, 黄克海 申请人:中煤科工集团重庆研究院