專利名稱：礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置，同時(shí)還涉及一種礦用高壓模塊化井下集中制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著礦井開采深度的増加，我國(guó)礦井高溫?zé)岷栴}日益突出，高溫礦井?dāng)?shù)量也越來越多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前已有130多對(duì)礦井存在不同程度的高溫?zé)岷ΜF(xiàn)象，其中80多對(duì)礦井采取了機(jī)械制冷降溫措施。目前應(yīng)用于實(shí)踐的各種礦井降溫系統(tǒng)按照輸冷介質(zhì)的不同可分為制冰降溫、制冷水降溫和制冷風(fēng)降溫。但不論是何種輸冷介質(zhì)，最終均轉(zhuǎn)化為冷風(fēng)降低井下采掘工作面空氣溫度；按照制冷裝置的布置特點(diǎn)可分為井上集中式、井下集中式、井下分散式(局部)、井上和井下聯(lián)合式。不論何種形式，都是由制冷、輸冷、散冷及排 熱四大系統(tǒng)組成。目前，國(guó)外礦井降溫主要采用制冰和制冷水模式，以集中式制冷降溫系統(tǒng)為主。比如，德國(guó)主要采用大制冷量的集中式機(jī)械制冷水降溫系統(tǒng)；南非主要采用冰冷低溫輻射礦井降溫系統(tǒng)。我國(guó)隨著礦井開采深度的逐漸増大，礦井降溫所需冷負(fù)荷也不斷増加，地面集中制冷(冷量損失較大)和井下局部制冷(制冷量不足)已不能滿足全礦井熱害治理的需求，而是逐漸傾向于采用井下集中式機(jī)械制冷水降溫系統(tǒng)，減少系統(tǒng)的冷量損失，采用高承壓冷凝器代替高低壓換熱器承載深井水的靜壓力，從而減少初期投資，提高冷量利用效率，降低運(yùn)行費(fèi)用。這種降溫模式在我國(guó)華東地區(qū)ー些沒有余熱(瓦斯發(fā)電余熱)可以利用、單純利用電制冷的深部開采礦區(qū)尤為適用。在井下集中式機(jī)械制冷水礦井降溫系統(tǒng)中，集中制冷裝置是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)對(duì)礦井制冷設(shè)備的研發(fā)也是處于剛剛起步階段。專利(200710025002. 6)公開了ー種深部開采礦井降溫裝置，包括地面機(jī)組和井下機(jī)組，其主要制冷設(shè)備(制冷機(jī)組)位于地面，冷量在往井下輸送的過程中會(huì)有大量的損失。專利(201020548178. 7)公開了ー種應(yīng)用于煤礦井下的可移動(dòng)式制冷降溫裝置，但其冷凝熱的排放位于井下，因此制冷量受到限制，偏小。專利201120032780. X和201120032790. 3則公開了一種考慮了冷凝器承受高壓的礦井制冷機(jī)組，但并沒有涉及到各結(jié)構(gòu)及整個(gè)裝置的模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)整個(gè)機(jī)組在礦井下的適用性沒有考慮。2008年第I套國(guó)外進(jìn)ロ的井下集中制冷、地面集中排熱的礦用集中式制冷水降溫系統(tǒng)在山東趙樓煤礦投入使用，至2011年底増加至12套。但遺憾的是，這12套礦井集中制冷降溫系統(tǒng)所使用的井下集中制冷裝置全部為國(guó)外進(jìn)ロ，國(guó)內(nèi)沒有同類型的井下集中制冷裝置，從這一點(diǎn)來說，研制國(guó)內(nèi)井下集中制冷降溫裝置(本實(shí)用新型)并應(yīng)用于礦井降溫實(shí)踐中去，具有特別重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的目的之ー是提供一種礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置，能夠滿足我國(guó)高溫深井礦井降溫面臨的高承壓、大換熱量以及小體積問題，適應(yīng)我國(guó)高溫深井井下集中制冷降溫的需要，打破國(guó)外技術(shù)壟斷；本實(shí)用新型的目的之ニ是提供ー種礦用高壓模塊化井下集中制冷系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的之一是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置，包括制冷壓縮模塊、高壓冷凝模塊、節(jié)流膨脹模塊、蒸發(fā)冷卻模塊和控制系統(tǒng)模塊；所述制冷壓縮模塊的一端與高壓冷凝模塊相連，一端與蒸發(fā)冷卻模塊相連，用于制備高壓高溫制冷劑蒸汽，并輸出至高壓冷凝模塊；所述高壓冷凝模塊的一端與制冷壓縮模塊相連，一端與節(jié)流膨脹模塊相連，用于將制冷壓縮模塊輸出的高壓高溫制冷劑蒸汽制備成高壓常溫液態(tài)制冷劑，并輸出至節(jié)流膨脹模塊；所述節(jié)流膨脹模塊的一端與高壓冷凝模塊相連，一端與蒸發(fā)冷卻模塊相連，用于·使高壓常溫的液態(tài)制冷劑膨脹變?yōu)榈蜏爻旱臍鈶B(tài)制冷劑，并輸出至蒸發(fā)冷卻模塊；所述蒸發(fā)冷卻模塊的一端與制冷壓縮模塊相連，一端與節(jié)流膨脹模塊相連，用于將氣態(tài)制冷劑進(jìn)行蒸發(fā)冷卻，處理后輸出至制冷壓縮模塊；所述控制系統(tǒng)模塊采用PLC對(duì)上述各模塊進(jìn)行控制，并通過溫度、壓カ傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)上述各模塊的監(jiān)控和參數(shù)顯示。進(jìn)ー步，所述高壓冷凝模塊由高承壓管殼式換熱器組成，采用水冷模式，采用水冷模式，冷卻水走管程，制冷劑走殼程，換熱器水側(cè)至少能夠承受16Mpa的高壓；進(jìn)ー步，所述節(jié)流膨脹模塊包括干燥過濾器和至少ー個(gè)膨脹閥，所述膨脹閥個(gè)數(shù)與高壓冷凝模塊中的高承壓管殼式換熱器個(gè)數(shù)相同，高壓冷凝模塊中高壓常溫液態(tài)制冷劑出來后首先進(jìn)入干燥過濾器，除去制冷劑中的水分，然后進(jìn)入節(jié)流膨脹閥，使高壓常溫的液態(tài)制冷劑膨脹變?yōu)榈蜏爻旱臍鈶B(tài)制冷劑。進(jìn)ー步，蒸發(fā)冷卻模塊同樣由管殼式換熱器組成，進(jìn)ー步，蒸發(fā)冷卻模塊與制冷壓縮模塊之間相連管路上安裝有吸氣過濾器，對(duì)進(jìn)入到壓縮機(jī)內(nèi)的制冷劑起凈化作用。本實(shí)用新型的目的之ニ是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該礦用高壓模塊化井下集中制冷系統(tǒng)包括如前所述的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置，還包括冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、末端散冷設(shè)備、地面冷卻系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)；所述地面冷卻系統(tǒng)和部分冷卻水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置于地面上，其余組成部分均布置在井下，所述礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置產(chǎn)生的低溫冷凍水通過冷凍水循環(huán)系統(tǒng)送至礦井采掘工作面的末端散冷設(shè)備中，與采掘工作面風(fēng)流進(jìn)行熱交換，吸收過熱負(fù)荷的冷凍水通過冷凍水循環(huán)系統(tǒng)重新進(jìn)入裝置中再冷；所述礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置產(chǎn)生的冷凝熱通過冷卻水循環(huán)系統(tǒng)輸送至地面冷卻系統(tǒng)中被冷卻，被冷卻后的冷卻水通過冷卻水循環(huán)系統(tǒng)重新進(jìn)入裝置中吸收裝置產(chǎn)生的冷凝熱，所述補(bǔ)水水箱用于向冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的管路通過井筒或者鉆孔引至井下；所述監(jiān)控系統(tǒng)用于對(duì)整個(gè)降溫系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)各電氣設(shè)備進(jìn)打自動(dòng)控制，完成整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)打和保護(hù)功能。[0022]進(jìn)ー步，所述系統(tǒng)還包括井下PLC控制站和地面PLC控制站，所述井下PLC控制站用于對(duì)井下冷凍水循環(huán)回路及相應(yīng)的補(bǔ)水系統(tǒng)，包含冷凍水循環(huán)泵、補(bǔ)水泵以及相應(yīng)管路上的電動(dòng)閥等設(shè)備的控制、參數(shù)的顯示和采集，井下PLC控制站通過通訊接ロ與礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置自身PLC控制系統(tǒng)通信，同時(shí)完成對(duì)制冷裝置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集和下達(dá)控制命令；所述地面PLC控制站用于地面冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，包含冷凍水循環(huán)泵、補(bǔ)水泵以及相應(yīng)管路上的電動(dòng)閥等設(shè)備的控制、參數(shù)的顯示和采集，井下PLC控制站和地面PLC控制站通過礦井エ業(yè)以太網(wǎng)與礦井調(diào)度室和礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的相連，實(shí)現(xiàn)礦井降溫系統(tǒng)的的自動(dòng)控制，并在自動(dòng)控制方式下實(shí)現(xiàn)地面遙控。進(jìn)ー步，所述地面冷卻系統(tǒng)的冷卻裝置采用冷卻塔，末端散熱設(shè)備采用空冷器，所述冷凍水循環(huán)系統(tǒng)包括冷凍水循環(huán)管路和冷凍水循環(huán)泵，所述冷卻水循環(huán)系統(tǒng)包括冷卻水循環(huán)管路和冷卻水循環(huán)泵。 本實(shí)用新型的有益效果是I.本實(shí)用新型能夠滿足我國(guó)高溫深井礦井降溫面臨的高承壓、大換熱量以及小體積問題，適應(yīng)我國(guó)高溫深井井下集中制冷降溫的需要，打破國(guó)外技術(shù)壟斷；2.本實(shí)用新型的裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，一方面不僅有利于運(yùn)輸和安裝，也有利于檢修和維護(hù)；另一方面整機(jī)的模塊化可以使多臺(tái)此裝置并聯(lián)使用，以滿足礦井開采不同時(shí)期所需的冷負(fù)荷；3.采用高壓冷凝器代替高低壓轉(zhuǎn)換裝置來承載高壓(可適用于千米高溫深井，承受最大水壓16MPa)，從而減少了初期投資(單套高低壓轉(zhuǎn)換裝置價(jià)值數(shù)百萬元)，并且冷卻水在地面冷卻，通過管路引至井下，整個(gè)裝置運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本實(shí)用新型的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本實(shí)用新型的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步的詳細(xì)描述，其中圖I為本實(shí)用新型的裝置組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為制冷基本原通不意圖；圖3為本實(shí)用新型制冷エ藝流程示意圖；圖4為礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置實(shí)施例主視圖；圖5為礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置實(shí)施例側(cè)視圖；圖6為礦用高壓模塊化井下集中制冷系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為礦井降溫系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)組成示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本實(shí)用新型，而不是為了限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。如圖I所示，本實(shí)用新型的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置，包括制冷壓縮模塊、高壓冷凝模塊、節(jié)流膨脹模塊、蒸發(fā)冷卻模塊、油路系統(tǒng)模塊和控制系統(tǒng)模塊，以下將針對(duì)各模塊的具體構(gòu)成分述如下(I)制冷壓縮模塊本實(shí)施例中，制冷壓縮模塊主要由軟啟動(dòng)器、防爆電動(dòng)機(jī)和螺桿式壓縮機(jī)組成。防爆電動(dòng)機(jī)與螺桿式壓縮機(jī)相連，為壓縮機(jī)的運(yùn)行提供動(dòng)力。防爆電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)為10000V，因此，設(shè)置軟啟動(dòng)器，軟啟動(dòng)器與防爆電動(dòng)機(jī)相連，使防爆電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。螺桿式壓縮機(jī)采用滑閥式卸載電磁閥，10% 100%無級(jí)調(diào)節(jié)，另外對(duì)螺桿式壓縮機(jī)上的電磁閥進(jìn)行防隔爆改造，滿足易燃易爆井下環(huán)境使用要求，壓縮機(jī)排氣ロ管路上安設(shè)溫度、壓カ傳感器，采用和壓縮機(jī)電磁閥相同的防隔爆等級(jí)、防護(hù)等級(jí)，傳感器線路與控制系統(tǒng)模塊相連，制冷壓縮模塊一端與高壓冷凝模塊相連，一端與蒸發(fā)冷卻模塊相連；(2)高壓冷凝模塊制冷壓縮模塊出來的高壓高溫制冷劑蒸汽經(jīng)處理后進(jìn)入高壓冷凝模塊。高壓冷凝模塊主要由高承壓管殼式換熱器組成，采用水冷模式。冷卻水走管程， 制冷劑走殼程，換熱管選用銅管，采用強(qiáng)化換熱方式，增強(qiáng)換熱效果，達(dá)到小體積大換熱量的目的。管殼式換熱器具體結(jié)構(gòu)為固定管板式換熱器，銅管與管板先采用先漲接、后焊接的連接方式，換熱器冷卻水走管程，承壓能力可以達(dá)到16MPa，制冷劑走殼程，承壓能力最大可以達(dá)到2. 5MPa。因?yàn)樾枰谏罹褂?，地面冷卻水輸送至井下需要承受很高的靜壓，所以本實(shí)用新型設(shè)計(jì)換熱器水側(cè)承受最大壓カ16MPa，垂直高度可達(dá)1600m，代替了高低壓轉(zhuǎn)換裝置，本模塊中的高承壓管殼式換熱器可以為單個(gè)，也可以為多個(gè)，不同的組合方式均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)，具體數(shù)目可以根據(jù)井下條件進(jìn)行調(diào)整，使管殼式換熱器直徑盡量減小，長(zhǎng)度方向可適當(dāng)放寬。本模塊中的高承壓管殼式換熱器為多個(gè)時(shí)，應(yīng)設(shè)置為并聯(lián)模式。本模塊管殼式換熱器中制冷劑的冷凝溫度為43°C，冷卻水進(jìn)水溫度31°C，出水溫度40°C。高承壓管殼式換熱器進(jìn)出ロ管路上均安裝有溫度、壓カ和流量傳感器，傳感器采用和壓縮機(jī)電磁閥相同的防隔爆等級(jí)、防護(hù)等級(jí)，傳感器線路與控制系統(tǒng)模塊相連，高承壓管殼式換熱器出口管路上還安裝有液位計(jì)，可用來觀察換熱器內(nèi)制冷劑液位高度(冷卻后的制冷劑逐漸變?yōu)橐簯B(tài))；高壓冷凝模塊一端與制冷壓縮模塊相連，一端與節(jié)流膨脹模塊相連，高壓冷凝模塊冷卻功率不低于4000kW ；(3)節(jié)流膨脹模塊節(jié)流膨脹模塊主要由干燥過濾器和至少ー個(gè)膨脹閥組成，膨脹閥個(gè)數(shù)與高壓冷凝模塊中的高承壓管殼式換熱器個(gè)數(shù)相同。節(jié)流膨脹模塊一端與高壓冷凝模塊相連，一端與蒸發(fā)冷卻模塊相連。高壓冷凝模塊中高壓常溫液態(tài)制冷劑出來后首先進(jìn)入干燥過濾器，除去制冷劑中的水分，然后進(jìn)入節(jié)流膨脹閥，主要作用是使高壓常溫的液態(tài)制冷劑膨脹變?yōu)榈蜏爻旱臍鈶B(tài)制冷劑，這ー過程中制冷劑蒸發(fā)吸熱，產(chǎn)生低溫冷源；(4)蒸發(fā)冷卻模塊蒸發(fā)冷卻模塊同樣由管殼式換熱器組成，管殼式換熱器具體結(jié)構(gòu)為固定管板式換熱器，換熱管選用銅管，銅管與管板先采用先漲接、后焊接的連接方式，其結(jié)構(gòu)與高壓冷凝模塊中的高承壓管殼式換熱器一致。換熱器ー側(cè)為氣態(tài)制冷劑，走管程，最大工作壓カ為2. 5MPa ;另ー側(cè)為水，走殼程，最大工作壓カ為4MPa。管殼式換熱器同樣可以為單個(gè)，也可以為多個(gè)，不同的組合方式均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)，具體數(shù)目可以根據(jù)井下條件進(jìn)行調(diào)整，使管殼式換熱器直徑盡量減小，長(zhǎng)度方向可適當(dāng)放寬。本蒸發(fā)冷卻模塊中管殼式換熱器中的制冷劑蒸發(fā)溫度為0°C，冷凍水進(jìn)水溫度18°C，出水溫度3°C。蒸發(fā)冷卻模塊中管殼式換熱器進(jìn)出口管路上均安裝有溫度、壓カ和流量傳感器，傳感器采用和壓縮機(jī)電磁閥相同的防隔爆等級(jí)、防護(hù)等級(jí)，傳感器線路與控制系統(tǒng)模塊相連。蒸發(fā)冷卻模塊一端與制冷壓縮模塊相連，一端與節(jié)流膨脹模塊相連。蒸發(fā)冷卻模塊與制冷壓縮模塊之間相連管路上安裝有吸氣過濾器，對(duì)進(jìn)入到壓縮機(jī)內(nèi)的制冷劑起凈化作用。蒸發(fā)冷卻模塊制冷量不低于3000kW ;圖4所示的實(shí)施例中蒸發(fā)冷卻模塊的高承壓管殼式換熱器(蒸發(fā)器)為2個(gè)，直徑不同，分為主蒸發(fā)器和輔蒸發(fā)器，直徑大的為輔蒸發(fā)器(內(nèi)部制冷劑大部分為氣體狀態(tài))，直徑小的為主蒸發(fā)器(內(nèi)部制冷劑為汽液混合物)，二者串聯(lián)布置，中間采用直徑不同的法蘭連接。冷水先進(jìn)入輔蒸發(fā)器，后進(jìn)入主蒸發(fā)器，經(jīng)兩級(jí)冷卻后流出，供礦井降溫使用。(5)油路系統(tǒng)模塊本實(shí)施例中，制冷壓縮模塊中的壓縮機(jī)采用螺桿式壓縮機(jī)，噴油量大，因此需要專門配備油路系統(tǒng)，一方面可以起到潤(rùn)滑作用，另ー方面可以降低壓縮機(jī)排氣溫度。油路系統(tǒng)模塊包括油分離器、截止閥、油冷卻器、油過濾器和油泵。制冷壓縮模塊中的壓縮機(jī)將制冷劑和油的混合蒸汽排出，在進(jìn)入高壓冷凝模塊之前先進(jìn)入油路系統(tǒng)模塊中的油分離器，將制冷劑和油分開。分離后的油經(jīng)截止閥進(jìn)入油冷卻器，冷卻后的油通過 油泵再次進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行循環(huán)。本實(shí)用新型中油冷卻器采用水冷型管殼式換熱器，具體結(jié)構(gòu)形式同樣為固定管板式換熱器，與高壓冷凝模塊和蒸發(fā)冷卻模塊中的固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)相同。不同的是油冷卻器采用的管殼式換熱器中冷卻水走管程，油走殼程。由于采用地面水冷卻，所以換熱器水側(cè)同樣需要承受16MPa的高壓。油路系統(tǒng)模塊中油冷卻器進(jìn)出ロ管路上均安裝有溫度、壓カ傳感器，傳感器采用和壓縮機(jī)電磁閥相同的防爆等級(jí)、防護(hù)等級(jí)，傳感器線路與控制系統(tǒng)模塊相連。油路系統(tǒng)模塊是閉合循環(huán)，和制冷壓縮模塊、高壓冷凝模塊之間存在交叉；(6)控制系統(tǒng)模塊控制系統(tǒng)模塊采用PLC控制，通過溫度、壓カ傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)其他模塊的監(jiān)控、參數(shù)顯示，設(shè)置有接ロ通過Profibus通信與井下PLC控制站相連，并將監(jiān)測(cè)顯示數(shù)據(jù)上傳，實(shí)現(xiàn)井下PLC控制站和制冷裝置自身PLC控制系統(tǒng)兩者數(shù)據(jù)交換和共享，完成對(duì)本制冷裝置的近程及遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和保護(hù)功能。本實(shí)用新型的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置的基本原理如圖2所示，簡(jiǎn)述如下壓縮機(jī)將吸收過熱負(fù)荷的低壓氣態(tài)制冷劑吸入并壓縮為高壓高溫蒸汽，通過冷凝器(高壓冷凝模塊中的高承壓管殼式換熱器)將熱量傳遞給冷卻水，同時(shí)制冷劑變?yōu)槌馗邏阂后w。而后常溫高壓狀態(tài)下的制冷劑通過膨脹閥，節(jié)流減壓變?yōu)榈蜏爻簹庖簝上嗷旌衔镞M(jìn)入蒸發(fā)器(蒸發(fā)冷卻模塊中的管殼式換熱器)。液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷(吸熱)，產(chǎn)生用于和風(fēng)流進(jìn)行熱交換的低溫冷凍水。吸收過熱負(fù)荷后的制冷劑以常壓氣態(tài)進(jìn)入壓縮機(jī)再次進(jìn)行循環(huán)。圖4、5為本實(shí)用新型的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置實(shí)施例主視圖和側(cè)視圖，其中各附圖標(biāo)記的意義如下ト防爆電機(jī)；2_壓縮機(jī)；3_油分離器；4_冷凝器；5_干燥過濾器；6_節(jié)流膨脹閥；7-主蒸發(fā)器；8_輔蒸發(fā)器；9_吸氣過濾器；10-冷卻水分流管；11-油冷卻器；12-油泵及管路；13-熱水進(jìn)ロ ；14_熱水出口 ；15_冷水進(jìn)ロ ；16_冷水出口 ；17_地腳螺栓及底座；18-吊環(huán)。[0050]本實(shí)施例中，高壓冷凝模塊中高承壓管殼式換熱器(冷凝器)設(shè)置為2個(gè)，規(guī)格相同，并聯(lián)布置，對(duì)應(yīng)的節(jié)流膨脹模塊設(shè)置2個(gè)干燥過濾器、膨脹閥，蒸發(fā)冷卻模塊中高承壓管殼式換熱器(蒸發(fā)器)設(shè)置為2個(gè)，規(guī)格(長(zhǎng)度、直徑)不同，串聯(lián)布置。圖4所示的實(shí)施例中蒸發(fā)冷卻模塊的高承壓管殼式換熱器(蒸發(fā)器)為2個(gè)，直徑不同，分為主蒸發(fā)器和輔蒸發(fā)器，直徑大的為輔蒸發(fā)器(內(nèi)部制冷劑大部分為氣體狀態(tài))，直徑小的為主蒸發(fā)器(內(nèi)部制冷劑為汽液混合物)，二者串聯(lián)布置。冷水先進(jìn)入輔蒸發(fā)器，后進(jìn)入主蒸發(fā)器，經(jīng)兩級(jí)冷卻后流出，供礦井降溫使用。本實(shí)用新型提供的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，包括兩方面的內(nèi)容，ー是裝置的各組成部分采用模塊化處理(各模塊前面已介紹)；ニ是整機(jī)采用模塊化處理，可以很方便的進(jìn)行擴(kuò)容，因?yàn)槎嗯_(tái)裝置可以并聯(lián)使用，提供更大的制冷量。本實(shí)用新型提供的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置采用一字排開結(jié)構(gòu)，分為前中后三部分。前部分主要為電機(jī)、壓縮機(jī)，中部主要為油分離器和油冷卻器，后部分主要為蒸發(fā)器和冷凝器，其他部分根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)及方便程度條件擺放。各部分為可拆卸形式，使其整體·外形尺寸能夠滿足礦井運(yùn)輸和安裝要求。本實(shí)用新型提供的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置所有電氣元部件防隔爆標(biāo)準(zhǔn)滿足易燃易爆井下環(huán)境使用要求，即防爆等級(jí)Exd I礦用隔爆型或Exd ib I礦用本安型，防護(hù)等級(jí)IP54或IP55。本實(shí)用新型提供的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置自身PLC控制系統(tǒng)主要監(jiān)控以下參數(shù)壓縮機(jī)吸氣壓力、排氣壓力、噴油壓力、吸氣溫度、排氣溫度、噴油溫度、油壓差、能級(jí)、冷凍水進(jìn)出水溫度和流量、冷卻水進(jìn)出水溫度和流量、總運(yùn)行時(shí)間、壓縮機(jī)電機(jī)過載、油泵電機(jī)過載、公共報(bào)警、公共故障、緊急停機(jī)等；本實(shí)用新型提供的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置整個(gè)裝置安裝防震底座，采用地腳螺栓固定，各主要部件上安設(shè)吊環(huán)，方便運(yùn)輸和安裝?；谏鲜龅难b置，本實(shí)用新型還提供了ー種以上述礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置為基礎(chǔ)的井下集中制冷、地面集中排熱的礦井降溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、末端散冷設(shè)備、地面冷卻系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成。如圖6所示，在該系統(tǒng)中，除地面冷卻系統(tǒng)和部分冷卻水循環(huán)系統(tǒng)外，其余系統(tǒng)組成部分均布置在井下。礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置31正常運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生低溫冷凍水通過冷凍水循環(huán)系統(tǒng)(33-冷凍水循環(huán)管路、37-冷凍水循環(huán)泵)送至礦井采掘工作面的末端散冷設(shè)備34中，與采掘工作面風(fēng)流進(jìn)行熱交換，降低采掘工作面環(huán)境溫度，達(dá)到創(chuàng)造適宜工作環(huán)境的目的，吸收過熱負(fù)荷的冷凍水通過冷凍水循環(huán)泵37重新進(jìn)入裝置31中再冷。礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置31產(chǎn)生的冷凝熱通過冷卻水循環(huán)系統(tǒng)(32-冷卻水循環(huán)管路、38-冷卻水循環(huán)泵)輸送至地面冷卻系統(tǒng)中被冷卻，地面冷卻系統(tǒng)的冷卻裝置可以是冷卻塔或其他合適的冷卻器。被冷卻后的冷卻水通過冷卻水循環(huán)泵重新進(jìn)入裝置31中吸收裝置I產(chǎn)生的冷凝熱。36是補(bǔ)水水箱，可以向冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的管路32通過39 (井筒或者鉆孔)引至井下，需要承受較高的靜水壓力。本實(shí)用新型提供的以礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置為基礎(chǔ)的井下集中制冷、地面集中排熱的礦井降溫系統(tǒng)還包括監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)要求對(duì)整個(gè)降溫系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)各電氣設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，完成整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行和保護(hù)功能。礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置自身采用PLC控制，在井下另外設(shè)置ー套井下PLC控制站，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下冷凍水循環(huán)回路及相應(yīng)的補(bǔ)水系統(tǒng)，包含冷凍水循環(huán)泵、補(bǔ)水泵以及相應(yīng)管路上的電動(dòng)閥等設(shè)備的控制、參數(shù)的顯示和采集。該井下PLC控制站通過Profibus接ロ與礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置自身PLC控制系統(tǒng)通信，同時(shí)也可以完成對(duì)制冷裝置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集和下達(dá)控制命令。在地面還需要設(shè)置另外ー套地面PLC控制站，完成地面冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，包含冷凍水循環(huán)泵、補(bǔ)水泵以及相應(yīng)管路上的電動(dòng)閥等設(shè)備的控制、參數(shù)的顯示和采集。井下和地面兩個(gè)PLC控制站都通過礦井エ業(yè)以太網(wǎng)與礦井調(diào)度室和礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的相連，實(shí)現(xiàn)礦井降溫系統(tǒng)的的自動(dòng)控制，并在自動(dòng)控制方式下可以實(shí)現(xiàn)地面遙控。礦井降溫系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的組成如圖7所示。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗g和范圍，其均應(yīng) 涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置，其特征在于所述裝置包括制冷壓縮模塊、高壓冷凝模塊、節(jié)流膨脹模塊、蒸發(fā)冷卻模塊和控制系統(tǒng)模塊； 所述制冷壓縮模塊的一端與高壓冷凝模塊相連，一端與蒸發(fā)冷卻模塊相連，用于制備高壓高溫制冷劑蒸汽，并輸出至高壓冷凝模塊； 所述高壓冷凝模塊的一端與制冷壓縮模塊相連，一端與節(jié)流膨脹模塊相連，用于將制冷壓縮模塊輸出的高壓高溫制冷劑蒸汽制備成高壓常溫液態(tài)制冷劑，并輸出至節(jié)流膨脹模塊； 所述節(jié)流膨脹模塊的一端與高壓冷凝模塊相連，一端與蒸發(fā)冷卻模塊相連，用于使高壓常溫的液態(tài)制冷劑膨脹變?yōu)榈蜏爻旱臍鈶B(tài)制冷劑，并輸出至蒸發(fā)冷卻模塊； 所述蒸發(fā)冷卻模塊的一端與制冷壓縮模塊相連，一端與節(jié)流膨脹模塊相連，用于將氣態(tài)制冷劑進(jìn)行蒸發(fā)冷卻，處理后輸出至制冷壓縮模塊； 所述控制系統(tǒng)模塊采用PLC對(duì)上述各模塊進(jìn)行控制，并通過溫度、壓カ傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)上述各模塊的監(jiān)控和參數(shù)顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置，其特征在于所述高壓冷凝模塊由高承壓管殼式換熱器組成，采用水冷模式，冷卻水走管程，制冷劑走殼程，換熱器水側(cè)至少能夠承受16Mpa的高壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置，其特征在于所述節(jié)流膨脹模塊包括干燥過濾器和至少ー個(gè)膨脹閥，所述膨脹閥個(gè)數(shù)與高壓冷凝模塊中的高承壓管殼式換熱器個(gè)數(shù)相同，高壓冷凝模塊中高壓常溫液態(tài)制冷劑出來后首先進(jìn)入干燥過濾器，除去制冷劑中的水分，然后進(jìn)入節(jié)流膨脹閥，使高壓常溫的液態(tài)制冷劑膨脹變?yōu)榈蜏爻旱臍鈶B(tài)制冷劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置，其特征在于蒸發(fā)冷卻模塊同樣由管殼式換熱器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置，其特征在于蒸發(fā)冷卻模塊與制冷壓縮模塊之間相連管路上安裝有吸氣過濾器，對(duì)進(jìn)入到壓縮機(jī)內(nèi)的制冷劑起凈化作用。
6.礦用高壓模塊化井下集中制冷系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括如權(quán)利要求I至7所述的礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置，還包括冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、末端散冷設(shè)備、地面冷卻系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)； 所述地面冷卻系統(tǒng)和部分冷卻水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置于地面上，其余組成部分均布置在井下，所述礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置產(chǎn)生的低溫冷凍水通過冷凍水循環(huán)系統(tǒng)送至礦井采掘工作面的末端散冷設(shè)備中，與采掘工作面風(fēng)流進(jìn)行熱交換，吸收過熱負(fù)荷的冷凍水通過冷凍水循環(huán)系統(tǒng)重新進(jìn)入裝置中再冷； 所述礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置產(chǎn)生的冷凝熱通過冷卻水循環(huán)系統(tǒng)輸送至地面冷卻系統(tǒng)中被冷卻，被冷卻后的冷卻水通過冷卻水循環(huán)系統(tǒng)重新進(jìn)入裝置中吸收裝置產(chǎn)生的冷凝熱，所述補(bǔ)水系統(tǒng)用于向冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的管路通過井筒或者鉆孔引至井下； 所述監(jiān)控系統(tǒng)用于對(duì)整個(gè)降溫系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)各電氣設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，完成整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)打和保護(hù)功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦用高壓模塊化井下集中制冷系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括井下PLC控制站和地面PLC控制站，所述井下PLC控制站用于對(duì)井下冷凍水循環(huán)回路及相應(yīng)的補(bǔ)水系統(tǒng)，包含冷凍水循環(huán)泵、補(bǔ)水泵以及相應(yīng)管路上的電動(dòng)閥設(shè)備的控制、參數(shù)的顯示和采集，井下PLC控制站通過通訊接ロ與礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置自身PLC控制系統(tǒng)通信，同時(shí)完成對(duì)制冷裝置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集和下達(dá)控制命令； 所述地面PLC控制站用于地面冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，包含冷凍水循環(huán)泵、補(bǔ)水泵以及相應(yīng)管路上的電動(dòng)閥設(shè)備的控制、參數(shù)的顯示和采集，井下PLC控制站和地面PLC控制站通過礦井エ業(yè)以太網(wǎng)與礦井調(diào)度室和礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的相連，實(shí)現(xiàn)礦井降溫系統(tǒng)的的自動(dòng)控制，并在自動(dòng)控制方式下實(shí)現(xiàn)地面遙控。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的礦用高壓模塊化井下集中制冷系統(tǒng)，其特征在于所述地面冷卻系統(tǒng)的冷卻裝置采用冷卻塔，末端散熱設(shè)備采用空冷器，所述冷凍水循環(huán)系統(tǒng)包括冷凍水循環(huán)管路和冷凍水循環(huán)泵，所述冷卻水循環(huán)系統(tǒng)包括冷卻水循環(huán)管路和冷卻水循環(huán)泵。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種礦用高壓模塊化井下集中制冷裝置及系統(tǒng)，裝置包括制冷壓縮模塊、高壓冷凝模塊、節(jié)流膨脹模塊、蒸發(fā)冷卻模塊和控制系統(tǒng)模塊；制冷壓縮模塊用于制備高壓高溫制冷劑蒸汽，并輸出至高壓冷凝模塊；高壓冷凝模塊用于將制冷壓縮模塊輸出的高壓高溫制冷劑蒸汽制備成高壓常溫液態(tài)制冷劑，并輸出至節(jié)流膨脹模塊；節(jié)流膨脹模塊用于使高壓常溫的液態(tài)制冷劑膨脹變?yōu)榈蜏爻旱臍鈶B(tài)制冷劑，并輸出至蒸發(fā)冷卻模塊；蒸發(fā)冷卻模塊用于將氣態(tài)制冷劑進(jìn)行蒸發(fā)冷卻，處理后輸出至制冷壓縮模塊；控制系統(tǒng)模塊采用PLC并通過溫度、壓力傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)上述各模塊的監(jiān)控和參數(shù)顯示，本實(shí)用新型能夠滿足我國(guó)高溫深井降溫面臨的高承壓、大換熱量以及小體積問題。
文檔編號(hào)E21F3/00GK202660805SQ20122027768
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者文光才, 杜子健, 褚召祥, 姬建虎, 張習(xí)軍, 陳孜虎, 閆洪遠(yuǎn), 董浩民, 劉俊杰, 曾明明, 龔林平 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)重慶研究院