一种隧道通风制冷系统的制作方法

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1.本发明涉及隧道通风制冷技术领域，特别是指一种隧道通风制冷系统。

背景技术：

2.目前盾构施工隧道所用制冷系统，是通过外水冷却制冷机组冷冻水，低温冷冻水通过空冷器冷却新鲜风管里的新鲜风，达到制冷效果；常规6m级盾构制冷机组所需外水量约40m3/h，大直径隧道制冷需水量更大，比隧道施工设备本身冷却循环及消耗水量还大；急需寻求需水量较小的制冷方案，特别是对于供水量不足的地区。
3.因此，现有技术中出现了利用风冷降温的制冷系统，如申请公布日为2022.04.29、申请公布号为cn 114412535 a的中国发明专利申请，公开了一种基于隧洞tbm连续作业的超长距离高压连续送风方法，利用空压机进行压缩空气，用高压风进行长距离连续送风，利用膨胀机降低温度。但是该技术方案存在下述问题：（1）在进入隧道前没有对高压通风进行必要的处理，根据膨胀机膨胀制冷效率特性，通风所需压缩空气量全部进入膨胀机进行膨胀制冷，会导致出口温度过低（-18℃左右），压缩空气内的水分会结冰，并经压缩空气膨胀加速后破坏膨胀机结构，损坏设备；（2）经与目前国内知名膨胀机厂家交流，目前国内吸气量最大的气体膨胀机的吸气量为3-5nm3，由于膨胀机自身吸气量限制，目前不具备吸气量等于盾构通风量的膨胀机技术，因此即使不考虑压缩空气内的水分结冰而破坏膨胀机的因素，使所需通风量全部进入膨胀机膨胀制冷无法实现；（3）全部高压风通过膨胀机会造成出口风温度过低，无法调节，而隧道适宜通风温度为20-26℃，过低的通风温度无法满足正常使用需求；（4）为保证连续送风，上述专利申请的技术方案采用两套膨胀机、两套风管延伸结构，对施工运行成本及空间布置造成了极大地难度，不易实现。
4.因此需要设计一种更加便捷有效的新型高压通风膨胀机制冷系统。

技术实现要素：

5.针对上述背景技术中的不足，本发明提出隧道通风制冷系统，解决了现有隧道施工制冷系统的膨胀机易损坏、出风温度过低的技术问题。
6.本技术的技术方案为：一种隧道通风制冷系统，包括与空压机相连的膨胀机，所述膨胀机与隧道内的二次风管之间通过空气混合器连通，所述空压机与空气混合器之间设置有与膨胀机并联的配气管路。该技术方案利用空压机产生高压空气，高压空气通过管道运输分流，部分进入膨胀机进行膨胀制冷，制冷后的冷空气在混合器中与未经膨胀制冷的压缩空气混合、减压，最终形成常规通风压力与相应制冷温度的新鲜风，所述新鲜风经二次风管输送至盾体尾部工作区域进行供风，改善工作环境与供人员呼吸，满足隧道通风及工作环境行业要求。
7.进一步地，所述配气管路上设置有减压阀，未经膨胀制冷的压缩空气通过减压阀
减压，可以在空气混合器中与制冷后的冷空气充分混合，然后得到更加均匀的常规通风压力与相应制冷温度的新鲜风。
8.进一步地，所述空气混合器包括与膨胀机、减压阀相连的混合器本体，所述混合器本体与膨胀机和减压阀之间均设置有单向阀，单向阀可以有效防止气体回流。
9.进一步地，所述混合器本体连接有压力表或/和压力传感器，可检测混合器压力。
10.进一步地，所述空压机为变频空压机，与空气混合器相连的压力传感器通过控制系统与空压机形成自动调节的闭环系统，所述控制系统根据制冷需求自动调节空压机，根据隧道掘进距离与高压风管阻力损失自动调节初始压力。
11.进一步地，所述空气混合器的排气端通过喇叭状端头与所述二次风管的进风口间隔配合。通过喇叭状端头，新鲜风可以更好地通入二次风管，同时不与二次风管直接相连，可防止一次通风、二次通风的气量不等而导致该部分风管鼓包或吸瘪，或者避免当洞外高压通风异常关闭时导致的此处风管极大负压吸瘪破坏风道。
12.进一步地，所述喇叭状端头与空气混合器之间设置有用于检测的旁通阀。通过旁通阀.可检测混合器出口空气温度、压力等是否适宜，从而根据检测值调节系统，调节空压机的出口气体压力、膨胀机进气压力、气量等参数，进而调节混合器排气压力与温度。
13.进一步地，所述减压阀和膨胀机的进气端并联有两个高压软风管，两个高压软风管分别设置在两个风管卷筒或两个风管存储筒上，所述空压机通过高压风管与其中一个高压软风管相连。所述风管卷筒或两个风管存储筒储存一定长度的高压软风管，随掘进机不断掘进而延伸高压风管，高压软风管采用一用一备，当一个风管卷筒或者风管储存筒上的高压软风管延伸至极限时，可关闭相应的阀门，将与高压软风管相连的高压风管迅速拆装至备用风管卷筒或者风管储存筒的高压软风管上，继续随掘进机掘进进行风管延伸。若隧道内的高压风管采用硬管通高压风及采用对应的高压风管开关阀时，在掘进机维保时间，即不掘进时，应及时快速关闭高压风管开关阀，然后断开高压风管与风管卷筒或者风管储存筒内高压软风管的连接，风管卷筒或者风管储存筒通过所带电机卷回，同时对此前对应高压软风管区域铺设相应隧道内的高压风管，而后将高压风管与另一个风管卷筒或者风管储存筒内高压软风管的连接，继续进行高压通风，以保证掘进机正常通风与掘进。
14.进一步地，所述二次风管靠近空气混合器的端口处设置有二次风机。所述二次风机起接力作用，可将空气混合器排出的一次风通过喇叭状端头接力，通过二次风管输送至隧道深处的工作区域，进而实现隧道通风制冷系统在隧道连续掘进下进行通风制冷的功能。
15.进一步地，所述高压风管上间隔设置有若干个第五开关阀，即高压风管一定距离两侧设置第五开关阀，高压风管有磨损漏风时可及时关闭两侧的第五开关阀进行检修及更换；所述高压软风管与高压风管连接的端部设置有第六开关阀，在换步时，便于高压风管从一个高压软风管下拆掉，而与另一个高压软风管连接，还能防止高压软风管中的气体倒流。
16.进一步地，所述空压机与膨胀机和配气管路之间设置有储气罐，所述储气罐连接有安全阀、第二开关阀和自动排水阀。所述储气罐用于储存压缩空气，对压缩空气进行稳压；所述安全阀保证储气罐安全，防止储气罐压力忽然增大；所述第二开关阀控制储气罐排水管路的通断；所述自动排水阀用于自动排水，正常工作时第二开关阀打开，储气罐通过自动排水阀进行自动排水，第二开关阀关闭时，可对自动排水阀进行检修。
17.进一步地，所述储气罐与膨胀机之间的管路上设置有预处理组件，所述预处理组件包括过滤器或/和除水器，所述预处理组件的进气端设置有第三开关阀、出气端设置有第四开关阀。过滤器对压缩空气进行多级过滤，使进入膨胀机的气源干净，以及后续供隧道内的工作人员安全呼吸；除水器对压缩空气进一步除水，保证膨胀机进气干燥，防止制冷至低温零下时损坏膨胀机。
18.进一步地，所述预处理组件并联设置有两组，每组预处理组件的进气端均设置有第三开关阀、出气端均设置有第四开关阀。所述第三开关阀、第四开关阀同时关闭可以检修中间的过滤器或/和除水器，当一组预处理组件需要维护时，可以关闭一组预处理组件，另一组预处理组件可以持续工作。
19.进一步地，所述空压机、储气罐均设置在隧道外，所述空压机与储气罐之间均设置有第一开关阀，第一开关阀控制压缩空气管路通断，方便检修对应空压机。
20.进一步地，所述膨胀机连接有发电机，膨胀机输出的有用功可用于发电。
21.与现有技术相比，本发明不仅可以进行通风制冷降低工作区环境温度，改善施工环境，而且能够通过空气混合器调节膨胀机出风温度。本发明通过膨胀机进气口调节进气量，使一定量压缩空气进入膨胀机进行绝热多级膨胀做功，所做功可用来发电或其他使用；同时，膨胀机对压缩空气进行减压制冷，制冷后的低温气体与原未经膨胀机制冷的压缩空气进行充分混合减压，得到压力适当、温度适宜的新鲜通风，经二次风机中转，改善工作环境与供人员呼吸，满足隧道通风及工作环境行业要求。进一步地，通过采用变频空压机实现隧道高压通风供压可调，根据隧道掘进距离与高压风管阻力损失调节初始压力，经储气罐稳压与溢流阀进一步调压后，经过滤、除水，达到膨胀机进气要求。进一步，通过风管卷筒的合理转换或风管存储筒的合理转换，保证掘进机掘进过程连续通风，从而保证隧道掘进机连续不间断掘进。
22.本发明采用高压通风与膨胀机制冷技术合理结合，对掘进机通风系统进行降温，具有系统经济、耗水量低等优点，非常适合外水供水困难、供水代价大的地区，进行通风制冷降低工作区环境温度，改善施工环境。
附图说明
23.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。
24.图1为本发明的原理示意图；图中标号：1-空压机，2-第一开关阀，3-储气罐；4-安全阀，4.1-第二开关阀，4.2-自动排水阀；5-第三开关阀，6-过滤器，7-除水器，8-第四开关阀；9-第五开关阀，9.1-高压风管，10-第六开关阀，11-风管卷筒；12-膨胀机，13-发电机；14-空气混合器，14.1-单向阀，14.2-混合器本体，14.3-压力表，14.4-旁通阀；15-喇叭状端头，16-二次风管，17-二次风机。
具体实施方式
25.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。
26.一种隧道通风制冷系统，如图1所示，包括与空压机1相连的膨胀机12，所述空压机1位于隧道外的空压机站，为整个高压通风系统提供高压气源，空压机1优选采用无油空压机，保证压缩空气经减压后可供人员呼吸；空压机1优选采用变频控制，出口压力可根据需求连续控制调节，即根据隧道高压通风管风压损失调节初始压力，保证膨胀机进口气体压力。
27.所述膨胀机12与隧道内的二次风管16之间通过空气混合器14连通，所述空压机1与空气混合器14之间设置有与膨胀机12并联的配气管路。利用空压机1产生高压空气，高压空气通过管道运输分流，部分进入膨胀机12进行膨胀制冷，制冷后的冷空气在混合器14中与未经膨胀制冷的压缩空气混合、减压，最终形成常规通风压力与相应制冷温度的新鲜风，所述新鲜风经二次风管16输送至后部工作区域进行供风，改善工作环境与供人员呼吸，满足隧道通风及工作环境行业要求。
28.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述配气管路上设置有减压阀12.1，未经膨胀制冷的压缩空气通过减压阀减压，可以在空气混合器14中与制冷后的冷空气充分混合，然后得到更加均匀的常规通风压力与相应制冷温度的新鲜风。
29.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述空气混合器14包括与膨胀机12、减压阀12.1相连的混合器本体14.2，所述混合器本体14.2与膨胀机12和减压阀12.1之间均设置有单向阀14.1，单向阀14.1防止气体回流。
30.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述混合器本体14.2连接有压力表14.3或/和压力传感器，可检测混合器压力。当空压机1采用变频空压机时，可以将压力传感器通过控制系统与空压机1形成自动调节的闭环系统，根据制冷需求自动调整空压机1，根据隧道掘进距离与高压风管阻力损失调节初始压力，达到膨胀机进气要求和混合出风要求。
31.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述空气混合器14的排气端通过喇叭状端头15与所述二次风管16的进风口间隔配合。通过喇叭状端头15，新鲜风可以更好地通入二次风管16，同时不与二次风管16直接相连，可防止一次通风、二次通风的气量不等而导致该部分风管鼓包或吸瘪，或者避免当洞外高压通风异常关闭时导致的此处风管极大负压吸瘪破坏风道。
32.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述喇叭状端头15与空气混合器14之间设置有用于检测的旁通阀14.4。通过旁通阀14.4可检测混合器14出口空气温度、压力等是否适宜，从而根据检测值调节系统，调节空压机1的出口气体压力、膨胀机12进气压力、气量等参数，进而调节混合器14排气压力与温度。
33.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述减压阀12.1和膨胀机12的进气端并联有两个高压软风管，两个高压软风管分别设置在两个风管卷筒11或两个风管存储筒上，所述空压机1通过高压风管9.1与其中一个高压软风管相连。所述风管卷筒11
或两个风管存储筒储存一定长度的高压软风管，随掘进机不断掘进而延伸高压风管，高压软风管采用一用一备，当一个风管卷筒或者风管储存筒上的高压软风管延伸至极限时，可关闭相应的阀门，将与高压软风管相连的高压风管迅速拆装至备用风管卷筒或者风管储存筒的高压软风管上，继续随掘进机掘进进行风管延伸。若隧道内的高压风管9.1采用硬管通高压风及采用对应的高压风管开关阀时，在掘进机维保时间，即不掘进时，应及时快速关闭高压风管开关阀，然后断开高压风管9.1与风管卷筒或者风管储存筒内高压软风管的连接，风管卷筒或者风管储存筒通过所带电机卷回，同时对此前对应高压软风管区域铺设相应隧道内的高压风管9.1，而后将高压风管9.1与另一个风管卷筒或者风管储存筒内高压软风管的连接，继续进行高压通风，以保证掘进机正常通风与掘进。
34.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述二次风管16靠近空气混合器14的端口处设置有二次风机17。所述二次风机17起接力作用，可将空气混合器14排出的一次风通过喇叭状端头15接力，通过二次风管16输送至隧道深处的工作区域，进而实现隧道通风制冷系统在隧道连续掘进下进行通风制冷的功能。
35.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述高压风管9.1上间隔设置有若干个第五开关阀9，即高压风管9.1一定距离两侧设置第五开关阀9，高压风管9.1有磨损漏风时可及时关闭两侧的第五开关阀9进行检修及更换；所述高压软风管与高压风管9.1连接的端部设置有第六开关阀10，在换步时，便于高压风管9.1从一个高压软风管下拆掉，而与另一个高压软风管连接，还能防止高压软风管中的气体倒流。
36.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述空压机1与膨胀机12和配气管路之间设置有储气罐3，所述储气罐3连接有安全阀4、第二开关阀4.1和自动排水阀4.2。所述储气罐3用于储存压缩空气，对压缩空气进行稳压；所述安全阀4.2保证储气罐安全，防止储气罐压力忽然增大；所述第二开关阀4.1控制储气罐3排水管路的通断；所述自动排水阀4.2用于自动排水，正常工作时第二开关阀4.1打开，储气罐3通过自动排水阀4.2进行自动排水，第二开关阀4.1关闭时，可对自动排水阀4.2进行检修。
37.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述储气罐3与膨胀机12之间的管路上设置有预处理组件，所述预处理组件包括过滤器6或/和除水器7，所述预处理组件的进气端设置有第三开关阀5、出气端设置有第四开关阀8。过滤器6对压缩空气进行多级过滤，使进入膨胀机12的气源干净，以及后续供隧道内的工作人员安全呼吸；除水器7对压缩空气进一步除水，保证膨胀机12进气干燥，防止制冷至低温零下时损坏膨胀机12。
38.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述预处理组件并联设置有两组，每组预处理组件的进气端均设置有第三开关阀5、出气端均设置有第四开关阀8。所述第三开关阀5、第四开关阀8同时关闭可以检修中间的过滤器6或/和除水器7，当一组预处理组件需要维护时，可以关闭一组预处理组件，另一组预处理组件可以持续工作。
39.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述空压机1、储气罐3均设置在隧道外，所述空压机1与储气罐3之间均设置有第一开关阀2，第一开关阀2控制压缩空气管路通断，方便检修对应空压机1。
40.在上述实施方式的基础上，作为一种优选的实施方式，所述膨胀机12连接有发电机13，膨胀机12输出的有用功可用于发电。除发电机13外，膨胀机12还可以连接其他部件，可对膨胀制冷过程中产生的额外功进行充分利用。
41.上述实施例中的第一开关阀2、第三开关阀5、第四开关阀8、第五开关阀9、第六开关阀10既可以选用手动球阀，便于进行手动控制，还可以选用自动开关阀，如电磁开关阀、气动开关阀等。采用自动开关阀时，可以接入控制系统，与空压机、膨胀机形成联动控制系统，根据通风量、制冷量需求及管路延伸需求，自动调节各个阀的启闭。
42.本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。
43.以上内容显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的有益效果。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。

技术特征：

1.一种隧道通风制冷系统，包括与空压机（1）相连的膨胀机（12），其特征在于：所述膨胀机（12）与隧道内的二次风管（16）之间通过空气混合器（14）连通，所述空压机（1）与空气混合器（14）之间设置有与膨胀机（12）并联的配气管路。2.根据权利要求1所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述配气管路上设置有减压阀（12.1）。3.根据权利要求2所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述空气混合器（14）包括与膨胀机（12）、减压阀（12.1）相连的混合器本体（14.2），所述混合器本体（14.2）与膨胀机（12）和减压阀（12.1）之间均设置有单向阀（14.1）。4.根据权利要求3所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述混合器本体（14.2）连接有压力表（14.3）或/和压力传感器。5.根据权利要求1-4任一项所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述空压机（1）为变频空压机，与空气混合器（14）相连的压力传感器通过控制系统与空压机（1）形成自动调节的闭环系统，所述控制系统根据制冷需求自动调节空压机（1），根据隧道掘进距离与高压风管阻力损失自动调节初始压力。6.根据权利要求5所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述空气混合器（14）的排气端通过喇叭状端头（15）与所述二次风管（16）的进风口间隔配合。7.根据权利要求6所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述喇叭状端头（15）与空气混合器（14）之间设置有用于检测的旁通阀（14.4）。8.根据权利要求2-4任一项所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述减压阀（12.1）和膨胀机（12）的进气端并联有两个高压软风管，两个高压软风管分别设置在两个风管卷筒（11）或两个风管存储筒上，所述空压机（1）通过高压风管（9.1）与其中一个高压软风管相连。9.根据权利要求8所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述二次风管（16）靠近空气混合器（14）的端口处设置有二次风机（17）。10.根据权利要求6或7所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述高压风管（9.1）上间隔设置有若干个第五开关阀（9），所述高压软风管与高压风管（9.1）连接的端部设置有第六开关阀（10）。11.根据权利要求10所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述空压机（1）与膨胀机（12）和配气管路之间设置有储气罐（3），所述储气罐（3）连接有安全阀（4）、第二开关阀（4.1）和自动排水阀（4.2）。12.根据权利要求11所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述储气罐（3）与膨胀机（12）之间的管路上设置有预处理组件，所述预处理组件包括过滤器（6）或/和除水器（7），所述预处理组件的进气端设置有第三开关阀（5）、出气端设置有第四开关阀（8）。13.根据权利要求12所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述预处理组件并联设置有两组，每组预处理组件的进气端均设置有第三开关阀（5）、出气端均设置有第四开关阀（8）。14.根据权利要求13所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所述空压机（1）、储气罐（3）均设置在隧道外，空压机（1）与储气罐（3）之间均设置有第一开关阀（2）。15.根据权利要求1-4、6-7、9、11-14任一项所述的隧道通风制冷系统，其特征在于：所
述膨胀机（12）连接有发电机（13）。

技术总结

本发明公开了一种隧道通风制冷系统，包括与空压机相连的膨胀机，所述膨胀机与隧道内的二次风管之间通过空气混合器连通，所述空压机与空气混合器之间设置有与膨胀机并联的配气管路。本发明的技术方案利用空压机产生高压空气，高压空气通过管道运输分流，部分进入膨胀机进行膨胀制冷，制冷后的冷空气在混合器中与未经膨胀制冷的压缩空气混合、减压，最终形成常规通风压力与相应制冷温度的新鲜风，所述新鲜风经二次风管输送至盾体后部工作区域进行供风，改善工作环境与供人员呼吸，满足隧道通风及工作环境行业要求。风及工作环境行业要求。风及工作环境行业要求。