申请/专利权人：中铁工程装备集团有限公司

申请日：2019-08-16

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN110344840B

主分类号：E21D9/11

分类号：E21D9/11;F25D1/02;F25D17/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2024.03.26#著录事项变更;2019.11.12#实质审查的生效;2019.10.18#公开

摘要：本发明公开了一种TBM用带有自动控制的外水循环系统及外水循环方法，解决了现有技术中内水温度不易控制，外水压降大、回水困难的问题。本发明包括冷却器，冷却器上连接有外循环水进水系统和外循环水出水系统，且冷却器分别与内循环进水管、内循环水出水管相连接。本发明可用于短距离隧道和长距离隧道等不同工况下外水循环，隧道距离短时，通过出水主管路直接回水；隧道距离长时，采用温水箱缓存出水，有效解决长距离隧道工况下外水压降大、回水困难的问题。本发明通过第一手动闸阀用来调节外水通过冷却器的流量大小，进而控制内水温度，方便易行，便于控制，有效解决内水温度不易控制的问题。

主权项：1.一种TBM用带有自动控制的外水循环系统，其特征在于：包括冷却器（31），冷却器（31）上连接有外循环水进水系统和外循环水出水系统，且冷却器（31）分别与内循环进水管（32）、内循环水出水管（33）相连接；所述外循环水出水系统包括出水主管路（36），出水主管路（36）上沿出水方向依次设有第四压力传感器（10）、第三气动球阀（12）、第一单向阀（13）和第一手动闸阀（14），第三气动球阀（12）和第一手动闸阀（14）之间并联设有暖水箱（16），暖水箱（16）的进水管路上设有第四气动球阀（15），暖水箱（16）上并联设有第一出水系统和第二出水系统；所述第一出水系统包括第一出水管路（37），第一出水管路（37）连通至刀盘喷水管路，第一出水管路（37）上沿出水方向依次设置第一手动球阀（26）、增压泵（25）、压力表（23）和第二单向阀（24），第一出水管路（37）上并联设有第二手动闸阀（21）；所述第二出水系统包括第二出水管路（38），第二出水管路（38）连通至出水主管路（36），第二出水管路（38）上沿出水方向依次设有第二手动球阀（17）、回水泵（18）、压力表（19）和第三单向阀（20），出水主管路（36）上设有回水管路（39），回水管路（39）与第二出水管路（38）相连通，且回水管路（39）连通至刀盘喷水管路。

全文数据：TBM用带有自动控制的外水循环系统及外水循环方法技术领域本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种TBM用带有自动控制的外水循环系统及外水循环方法。背景技术随着社会发展需要和掘进机的发展，掘进机开挖直径逐渐向大直径和小直径两个方向发展，对于硬岩掘进机TBM一般都是长距离掘进，掘进长度达几公里甚至几十公里，且在掘进过程中需要大量的水，主要用来冷却。现有TBM冷却方式一般是通过外水系统对内水系统冷却，外水由洞外直接提供，内水系统为闭式系统，外水系统为开式系统。对于长距离TBM来说，外水系统存在以下问题：1、内水温度不易控制问题；2、外水压降大、回水困难问题。就大直径TBM来说一般通过增加冷水箱解决，且外水只有进水没有回水，当水箱温度高时，直接放掉，浪费水资源。而对于小直径TBM而言，空间有限，冷水箱无处放置，如果增加冷水需增加拖车长度，即增加成本。而现有技术中没有有效方式同时解决上述问题，进而影响TBM施工效率。发明内容针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种TBM用带有自动控制的外水循环系统及外水循环方法，解决了现有技术中内水温度不易控制，外水压降大、回水困难的问题。本发明的技术方案是这样实现的：一种TBM用带有自动控制的外水循环系统，包括冷却器，冷却器上连接有外循环水进水系统和外循环水出水系统，且冷却器分别与内循环进水管、内循环水出水管相连接。所述外循环水进水系统包括进水主管路，进水主管路上串联设有流量计、压力传感器、过滤器和温度传感器，进水主管路上并联设有制冷管路，制冷管路上设有制冷组件。所述进水主管路上设有第一气动球阀，制冷管路上设有第二气动球阀，第一气动球阀和第二气动球阀并联设置；所述过滤器位于制冷管路的进水管路上，温度传感器位于制冷管路的出水管路上。所述压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器分别位于过滤器的两侧，第三压力传感器位于温度传感器的一侧。所述外循环水出水系统包括出水主管路，出水主管路上沿出水方向依次设有第四压力传感器、第三气动球阀、第一单向阀和第一手动闸阀，第三气动球阀和第一手动闸阀之间并联设有暖水箱，暖水箱的进水管路上设有第四气动球阀，暖水箱上并联设有第一出水系统和第二出水系统。所述出水主管路通过第一手动闸阀与进水主管路相连接，第一手动闸阀位于第四压力传感器与第三气动球阀之间；所述暖水箱上设有液位传感器和第五手动球阀。所述第一出水系统包括第一出水管路，第一出水管路连通至刀盘喷水管路，第一出水管路上沿出水方向依次设置第一手动球阀、增压泵、压力表和第二单向阀，第一出水管路上并联设有第二手动闸阀。所述第二出水系统包括第二出水管路，第二出水管路连通至出水主管路，第二出水管路上沿出水方向依次设有第二手动球阀、回水泵、压力表和第三单向阀，出水主管路上设有回水管路，回水管路与第二出水管路相连通，且回水管路连通至刀盘喷水管路。所述回水管路上沿出水方向依次设有第四单向阀、第三手动球阀和第四手动球阀，第四手动球阀与清洗管路相连通。一种TBM用带有自动控制的外水循环系统的外水循环方法，包括如下步骤：S1：当隧道距离短，流量计的流量较大，回水距离未超过外水泵的最大扬程时：外水经进水主管路进入冷却器与内循环水进行热交换，打开第三气动球阀及第一手动闸阀，关闭回水泵和第三手动球阀，外水在外水泵作用下直接回水；S2：当隧道距离较长，流量计流量较小，回水距离已经超过外水泵的最大扬程时，外水经进水主管路进入冷却器与内循环水进行热交换，打开第四气动球阀、第二手动球阀、回水泵和第一手动闸阀，关闭第三气动球阀和第三手动球阀，调节回水泵的流量实现回水泵与外水泵的流量匹配，外水在回水泵与外水泵的作用下经暖水箱实现回流。在步骤S1和步骤S2中，当温度传感器检测到外水温度较高或者外水温度无法满足要求时，关闭第一气动球阀，打开第二气动球阀，外水经过制冷机组冷却后再进入冷却器对内水进行冷却。在步骤S1和步骤S2中，当内水温度传感器检测到内水温度较低时，打开第一手动闸阀，水主管路内的一部分水流入出水主管路内，外水进入冷却器的流量减少，外水与内水热交换减少；当内水温度计检测到内水温度较高时，关闭第一手动闸阀，水主管路内的外水全部进入冷却器，外水进入冷却器的流量增加，外水与内水热交换增加，进而调节内水温度。在步骤S1和步骤S2中需要向刀盘喷水包括以下步骤：S1.1：正常情况下，当需要向刀盘喷水时，打开第一手动球阀和增压泵，暖水箱中的水经第一出水管路进入刀盘喷水管路；S1.2：当增压泵发生故障时，打开第三手动球阀、回水泵和第二手动球阀，通过调节第一手动闸阀调节回水泵的出口压力，暖水箱中的水经第二出水管路和回水管路进入刀盘喷水管路。本发明可用于短距离隧道和长距离隧道等不同工况下外水循环，隧道距离短时，通过出水主管路直接回水；隧道距离长时，采用温水箱缓存出水，即通过回水泵和外水泵共同作用回水，有效解决长距离隧道工况下外水压降大、回水困难的问题。本发明通过第一手动闸阀用来调节外水通过冷却器的流量大小，进而控制内水温度，即通过外水进入冷却器水量的多少，控制内水冷却温度，方便易行，便于控制，有效解决内水温度不易控制的问题。本发明设计巧妙，整个系统安全系数高，易于控制和操作，是隧道施工中外水循环的一大创新，具有较高的推广价值。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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为本发明整体结构原理图。具体实施方式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付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。如图1所示，实施例1，一种TBM用带有自动控制的外水循环系统，包括冷却器31，冷却器31上连接有外循环水进水系统和外循环水出水系统，且冷却器31分别与内循环进水管32、内循环水出水管33相连接。外水经外循环水进水系统进入冷却器，内水经内循环进水管32进入冷却器，外水和内水在冷却器中进行热交换，通过进水量的大小实现对内水温度的控制，然后冷却后的内水经内循环水出水管33引出，冷却器中的外水经外循环水出水系统引出进行循环。进一步，所述外循环水进水系统包括进水主管路34，进水主管路34上串联设有流量计1、压力传感器、过滤器3和温度传感器7，流量计1可以实时监测外水流量，保证外水泵工作在正常扬程之内，且保证暖水箱液位在报警液位以上。压力传感器用于监测管路内外水压力，过滤器3用来过滤外水，温度传感器7用来监测外进水温度。进水主管路34上并联设有制冷管路35，制冷管路35上设有制冷组件6，制冷机组6用来冷却外水。更近一步，所述进水主管路34上设有第一气动球阀9，制冷管路35上设有第二气动球阀5，第一气动球阀9和第二气动球阀5并联设置；第一气动球阀9和第二气动球阀5用来控制外水是否经过制冷机组，第一气动球阀9打开、第二气动球阀5关闭，外水不经过冷却组件；第一气动球阀9关闭、第二气动球阀5打开，外水经过冷却组件。所述过滤器3位于制冷管路35的进水管路上，温度传感器7位于制冷管路35的出水管路上。所述压力传感器包括第一压力传感器2、第二压力传感器4和第三压力传感器8，第一压力传感器2和第二压力传感器4分别位于过滤器3的两侧，用来监测过滤器3进出口压差，当两者压差超过设定值时，系统会报警，显示过滤器3堵塞。第三压力传感器8位于温度传感器7的一侧，用于监测冷却器进水管的压力，温度传感器7配合第四压力传感器10用来监测冷却器31外水进出口的压力，当两者压差超过设定值时，系统会报警，显示冷却器31堵塞。实施例2，一种TBM用带有自动控制的外水循环系统，所述外循环水出水系统包括出水主管路36，出水主管路36上沿出水方向依次设有第四压力传感器10、第三气动球阀12、第一单向阀13和第一手动闸阀14，第四压力传感器10和第三压力传感器8分别位于冷却器的两侧，用来监测冷却器31外水进出口的压力，当两者压差超过设定值时，系统会报警，显示冷却器31堵塞。第三气动球阀12和第一手动闸阀14之间并联设有暖水箱16，暖水箱16的进水管路上设有第四气动球阀15，通过第四气动球阀15的开闭实现往暖水箱中进水与否。暖水箱16上并联设有第一出水系统和第二出水系统，第一出水系统用于刀盘喷水，第二出水系统用于第一出水系统故障时刀盘喷水和用于长距离外水循环。进一步，所述出水主管路36通过第一手动闸阀11与进水主管路34相连接，第一手动闸阀11位于第四压力传感器10与第三气动球阀12之间；第一手动闸阀11用来调节外水通过冷却器31的流量大小，进而控制内水温度。当内水温度高时，将第一手动闸阀11关闭，外水全部经过冷却器31对内水冷却，当内水温度低时，则将第一手动闸阀11打开一定开口，减少外水通过冷却器31的流量；即通过外水进入冷却器水量的多少，控制内水冷却温度，方便易行，便于控制。所述暖水箱16上设有液位传感器22和第五手动球阀27；液位传感器用来监测暖水箱22的液位，当暖水箱22内水位在报警液位以下，打开第四气动球阀15，外水进入暖水箱22；当暖水箱22内水位在报警液位以上，关闭第四气动球阀15，外水不再进入暖水箱22。进一步，所述第一出水系统包括第一出水管路37，第一出水管路37连通至刀盘喷水管路，第一出水管路37上沿出水方向依次设置第一手动球阀26、增压泵25、压力表23和第二单向阀24，第一手动球阀26开闭实第一出水管路的通断，增压泵25将暖水箱的水增压后通过第二单向阀24输送至刀盘喷水和清洗水管路，实现外水的二次利用，减少浪费。第一出水管路37上并联设有第二手动闸阀21，第二手动闸阀21用来调节增压泵25的出口压力。所述第二出水系统包括第二出水管路38，第二出水管路38连通至出水主管路36，可用于长距离外水循环。第二出水管路38上沿出水方向依次设有第二手动球阀17、回水泵18、压力表19和第三单向阀20，回水泵变18为变频水泵，一方面用来回水，另一方面当增压泵25出现故障时，通过关闭第三手动球阀29，可以用来冲当增压泵，保证系统正常运行。出水主管路36上设有回水管路39，回水管路39与第二出水管路38通过出水主管路相连通，且回水管路39连通至刀盘喷水管路，所述回水管路39上沿出水方向依次设有第四单向阀30、第三手动球阀29和第四手动球阀28，第四手动球阀28与清洗管路相连通，当增压泵25出现故障时，通过打开第三手动球阀29，将暖水箱的水增压后送至刀盘喷水和清洗水管路，实现外水的二次利用，减少浪费。实施例3，如图1所示，一种TBM用带有自动控制的外水循环系统的外水循环方法，包括如下步骤：S1：当隧道距离短，流量计1的流量较大，回水距离未超过外水泵的最大扬程时：外水经进水主管路34进入冷却器31与内循环水进行热交换，打开第三气动球阀12及第一手动闸阀14，关闭回水泵18和第三手动球阀29，外水在外水泵作用下直接回水；S2：当隧道距离较长，流量计1流量较小，回水距离已经超过外水泵的最大扬程时，外水经进水主管路34进入冷却器31与内循环水进行热交换，打开第四气动球阀15、第二手动球阀17、回水泵18和第一手动闸阀14，关闭第三气动球阀12和第三手动球阀29，调节回水泵18的流量实现回水泵18与外水泵的流量匹配，外水在回水泵18与外水泵的作用下经暖水箱实现回流。在步骤S1和步骤S2中，当内水温度传感器检测到内水温度较低时，打开第一手动闸阀11，水主管路34内的一部分水流入出水主管路34内，外水进入冷却器34的流量减少，外水与内水热交换减少；当内水温度计检测到内水温度较高时，关闭第一手动闸阀11，水主管路34内的外水全部进入冷却器34，外水进入冷却器34的流量增加，外水与内水热交换增加，进而调节内水温度。内水温度传感器为内水循环系统上基本配置，与现有技术中设置相同。在步骤S1和步骤S2中，当流量计1检测到进水主管路34内的水量较多时，打开第一手动闸阀11，水主管路34内的一部分水流入出水主管路34内，调节外水经过冷却器34的流量，进而调节内水温度。即可以通过控制第一手动闸阀11控制外水经过冷却器31的流量，进而调节内水温度，内水温度低时，手动闸阀11开大；反之，开小。在步骤S1和步骤S2中需要向刀盘喷水包括以下步骤：S1.1：正常情况下，当需要向刀盘喷水时，打开第一手动球阀26和增压泵25，暖水箱16中的水经第一出水管路37进入刀盘喷水管路；S1.2：当增压泵25发生故障时，打开第三手动球阀29、回水泵18和第二手动球阀17，通过调节第一手动闸阀14调节回水泵18的出口压力，暖水箱16中的水经第二出水管路38和回水管路39进入刀盘喷水管路。其他结构与实施例2相同。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

权利要求：1.一种TBM用带有自动控制的外水循环系统，其特征在于：包括冷却器（31），冷却器（31）上连接有外循环水进水系统和外循环水出水系统，且冷却器（31）分别与内循环进水管（32）、内循环水出水管（33）相连接。2.根据权利要求1所述的TBM用带有自动控制的外水循环系统，其特征在于：所述外循环水进水系统包括进水主管路（34），进水主管路（34）上串联设有流量计（1）、压力传感器、过滤器（3）和温度传感器（7），进水主管路（34）上并联设有制冷管路（35），制冷管路（35）上设有制冷组件（6）。3.根据权利要求2所述的TBM用带有自动控制的外水循环系统，其特征在于：所述进水主管路（34）上设有第一气动球阀（9），制冷管路（35）上设有第二气动球阀（5），第一气动球阀（9）和第二气动球阀（5）并联设置；所述过滤器（3）位于制冷管路（35）的进水管路上，温度传感器（7）位于制冷管路（35）的出水管路上。4.根据权利要求3所述的TBM用带有自动控制的外水循环系统，其特征在于：所述压力传感器包括第一压力传感器（2）、第二压力传感器（4）和第三压力传感器（8），第一压力传感器（2）和第二压力传感器（4）分别位于过滤器（3）的两侧，第三压力传感器（8）位于温度传感器（7）的一侧。5.根据权利要求1或4所述的TBM用带有自动控制的外水循环系统，其特征在于：所述外循环水出水系统包括出水主管路（36），出水主管路（36）上沿出水方向依次设有第四压力传感器（10）、第三气动球阀（12）、第一单向阀（13）和第一手动闸阀（14），第三气动球阀（12）和第一手动闸阀（14）之间并联设有暖水箱（16），暖水箱（16）的进水管路上设有第四气动球阀（15），暖水箱（16）上并联设有第一出水系统和第二出水系统。6.根据权利要求5所述的TBM用带有自动控制的外水循环系统，其特征在于：所述出水主管路（36）通过第一手动闸阀（11）与进水主管路（34）相连接，第一手动闸阀（11）位于第四压力传感器（10）与第三气动球阀（12）之间；所述暖水箱（16）上设有液位传感器（22）和第五手动球阀（27）。7.根据权利要求6所述的TBM用带有自动控制的外水循环系统，其特征在于：所述第一出水系统包括第一出水管路（37），第一出水管路（37）连通至刀盘喷水管路，第一出水管路（37）上沿出水方向依次设置第一手动球阀（26）、增压泵（25）、压力表（23）和第二单向阀（24），第一出水管路（37）上并联设有第二手动闸阀（21）。8.根据权利要求6或7所述的TBM用带有自动控制的外水循环系统，其特征在于：所述第二出水系统包括第二出水管路（38），第二出水管路（38）连通至出水主管路（36），第二出水管路（38）上沿出水方向依次设有第二手动球阀（17）、回水泵（18）、压力表（19）和第三单向阀（20），出水主管路（36）上设有回水管路（39），回水管路（39）与第二出水管路（38）相连通，且回水管路（39）连通至刀盘喷水管路。9.根据权利要求8所述的TBM用带有自动控制的外水循环系统，其特征在于：所述回水管路（39）上沿出水方向依次设有第四单向阀（30）、第三手动球阀（29）和第四手动球阀（28），第四手动球阀（28）与清洗管路相连通。10.一种如权利要求1或9所述的TBM用带有自动控制的外水循环系统的外水循环方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：当隧道距离短，流量计（1）的流量较大，回水距离未超过外水泵的最大扬程时：外水经进水主管路（34）进入冷却器（31）与内循环水进行热交换，打开第三气动球阀（12）及第一手动闸阀（14），关闭回水泵（18）和第三手动球阀（29），外水在外水泵作用下直接回水；S2：当隧道距离较长，流量计（1）流量较小，回水距离已经超过外水泵的最大扬程时，外水经进水主管路（34）进入冷却器（31）与内循环水进行热交换，打开第四气动球阀（15）、第二手动球阀（17）、回水泵（18）和第一手动闸阀（14），关闭第三气动球阀（12）和第三手动球阀（29），调节回水泵（18）的流量实现回水泵（18）与外水泵的流量匹配，外水在回水泵（18）与外水泵的作用下经暖水箱实现回流。11.根据权利要求10所述的TBM用带有自动控制的外水循环系统的外水循环方法，其特征在于：在步骤S1和步骤S2中，当温度传感器（7）检测到外水温度较高或者外水温度无法满足要求时，关闭第一气动球阀（9），打开第二气动球阀（5），外水经过制冷机组（6）冷却后再进入冷却器（31）对内水进行冷却。12.根据权利要求11所述的TBM用带有自动控制的外水循环系统的外水循环方法，其特征在于：在步骤S1和步骤S2中，当内水温度传感器检测到内水温度较低时，打开第一手动闸阀（11），水主管路（34）内的一部分水流入出水主管路（34）内，外水进入冷却器（34）的流量减少，外水与内水热交换减少；当内水温度计检测到内水温度较高时，关闭第一手动闸阀（11），水主管路（34）内的外水全部进入冷却器（34），外水进入冷却器（34）的流量增加，外水与内水热交换增加，进而调节内水温度。13.根据权利要求10~12任一项所述的TBM用带有自动控制的外水循环系统的外水循环方法，其特征在于：在步骤S1和步骤S2中需要向刀盘喷水包括以下步骤：S1.1：正常情况下，当需要向刀盘喷水时，打开第一手动球阀（26）和增压泵（25），暖水箱（16）中的水经第一出水管路（37）进入刀盘喷水管路；S1.2：当增压泵（25）发生故障时，打开第三手动球阀（29）、回水泵（18）和第二手动球阀（17），通过调节第一手动闸阀（14）调节回水泵（18）的出口压力，暖水箱（16）中的水经第二出水管路（38）和回水管路（39）进入刀盘喷水管路。

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