矿井下冷冻输运高低压转换装置和矿井制冷降温系统

申请号 CN202111481209.0 申请日 2021-12-06 公开(公告)号 CN114183407B 公开(公告)日 2023-01-06
申请人 中国矿业大学(北京); 发明人 秦跃平; 张凤杰; 郭铭彦; 张冀昕; 刘伟; 杨小彬; 吴建松; 王众山; 李耀文;
摘要 本 发明 属于采矿技术领域,具体涉及一种 煤 矿井下冷冻 水 输运高低压转换装置和矿井制冷降温系统。转换装置包括第一高压管路、第二高压管路、第一 低压管路 、第二低压管路、储水缸体组、第一 活塞 、 第二活塞 、 连杆 、正弦传动机构和 主轴 ;正弦传动机构固定于主轴上,主轴的旋转 角 速度 呈周期性变化;储水缸体组包括冷冻水储水缸体和热水储水缸体,冷冻水储水缸体可选择地连通于第一高压管路或第一低压管路,热水储水缸体可选择地连通于第二高压管路或第二低压管路;第一活塞和第二活塞均通过连杆与正弦传动机构刚性连接。本发明的转换装置,不仅可将高压冷冻水转换为压 力 大小符合空冷器使用要求的低压冷冻水,同时可将井下低压热水同步转换为高压热水。
权利要求

1.一种矿井下冷冻输运高低压转换装置,其特征在于,所述转换装置包括第一高压管路、第二高压管路、第一低压管路、第二低压管路、储水缸体组、第一活塞第二活塞连杆、正弦传动机构和主轴;其中,所述正弦传动机构固定设置于所述主轴上,所述主轴的旋转速度呈周期性变化;
所述储水缸体组包括布置于所述主轴两侧的冷冻水储水缸体和热水储水缸体,所述冷冻水储水缸体可选择地连通于所述第一高压管路或所述第一低压管路,所述热水储水缸体可选择地连通于所述第二高压管路或所述第二低压管路;
所述第一活塞和所述第二活塞分别设置于所述冷冻水储水缸体和所述热水储水缸体内,所述第一活塞和所述第二活塞均通过连杆与所述正弦传动机构刚性连接,并均可在所述主轴和所述正弦传动机构的带动下在相应储水缸体内做速度呈周期性的往复移动;
所述第一活塞在所述冷冻水储水缸体内的移动过程具有第一位置和第二位置,所述第一活塞于所述第一位置时,所述冷冻水储水缸体与所述第一高压管路连通,而不与所述第一低压管路连通,所述第一活塞于所述第二位置时,所述冷冻水储水缸体与所述第一低压管路连通,而不与所述第一高压管路连通;
所述第二活塞在所述热水储水缸体内的移动过程中具有第三位置和第四位置,所述第二活塞于所述第三位置时,所述热水储水缸体与所述第二高压管路连通,而不与第二低压管路连通,所述第二活塞于所述第四位置时,所述热水储水缸体与所述第二低压管路连通,而不与所述第二高压管路连通;
所述正弦传动机构包括:
曲柄,所述曲柄的一端固定连接在所述主轴上,可随所述主轴做角速度呈周期性变化的转动;
导向件,所述导向件与所述连杆固定连接,所述导向件设置有导向槽;
滑动杆,所述滑动杆固定设置在所述曲柄的另一端,并位于所述导向槽内,所述滑动杆可在所述主轴和所述曲柄的带动下在所述导向槽内滑动;
所述连杆包括第一连杆和第二连杆,所述第一连杆的一端与所述第一活塞固定连接,另一端与所述导向件固定连接,所述第二连杆的一端与所述第二活塞固定连接,另一端与所述导向件连接,所述转换装置还包括第一件,所述第一阀件为电磁阀,具有三个端口,三个所述端口分别与所述冷冻水储水缸体、所述第一高压管路和所述第二低压管路连接;
所述第一活塞于所述第一位置时,所述电磁阀与所述冷冻水储水缸体和所述第一高压管路连通,所述第一活塞于所述第二位置时,所述电磁阀与所述冷冻水储水缸体和所述第一低压管路连通,所述主轴上设置有传感器,用于监测所述主轴的转动相位,所述传感器通过控制器与所述电磁阀信号连接;
定义所述第一活塞于所述第一位置时,所述主轴的转动相位为A,所述第一活塞于所述第二位置时,所述主轴的转动相位为B,A与B相差180°;
所述传感器监测到所述主轴的转动相位为A时,控制所述电磁阀与所述冷冻水储水缸体和所述第一高压管路连通,所述传感器监测到所述主轴的转动相位为B时,控制所述电磁阀与所述冷冻水储水缸体和所述第一低压管路连通,所述第一位置为所述冷冻水储水缸体远离所述主轴的一端,所述第二位置为所述冷冻水储水缸体靠近所述主轴的一端;
所述转换装置还包括第二阀件,所述第二阀件包括第一单向截止阀和第二单向截止阀,所述第一单向截止阀的一端口与所述热水储水缸体连接,另一端口与所述第二高压管路连接,所述第二单向截止阀的一端口与所述热水储水缸体连接,另一端口与所述第二低压管路连接;
所述第二活塞于所述第三位置时,所述热水储水缸体通过所述第一单向截止阀与所述第二高压管路连通,于所述第四位置时通过所述第二单向截止阀与所述第二低压管路连通;
所述第二活塞于所述第三位置时,所述热水储水缸体内的水压大于所述第二高压管路内的水压,所述第二活塞于所述第四位置时,所述热水储水缸体内的水压小于所述第二低压管路内的水压;
所述储水缸体组设置有多个,多个所述储水缸体组沿所述主轴的长度方向间隔分布,每个所述储水缸体组均包括布置于所述主轴两侧的冷冻水储水缸体和热水储水缸体;
相应地,所述正弦传动机构设置有多个,多个所述正弦传动机构间隔固定于所述主轴上,并通过连杆与相应的储水缸体内的活塞刚性连接;
所述储水缸体组设置有三个,相邻两个所述正弦传动机构的曲柄间的夹角均为120°,在任意时刻,三对储水缸体内总水量是恒定的,与储水缸体相连通的各高低压管路内水流量的大小以及方向是始终不变的。
2.如权利要求1所述的煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置,其特征在于,所述主轴和所述正弦传动机构均采用耐磨材制成,所述曲柄与所述主轴为一体结构。
3.如权利要求1所述的煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置,其特征在于,所述冷冻水储水缸体、所述热水储水缸体、所述第一活塞和第二活塞均采用绝热材料制成;
所述主轴上还套设有多个轴承,多个所述轴承沿所述主轴的长度方向间隔分布,用于安装所述主轴。
4.一种矿井制冷降温系统,其特征在于,包括如权利要求1‑3 中任一项所述的煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置。
5.如权利要求4所述的矿井制冷降温系统,其特征在于,所述矿井制冷降温系统还包括井上冷冻水储水池、制冷机组、冷却塔、井下冷冻水储水池和井下热水储水池;其中,所述井上冷冻水储水池、所述制冷机组和所述冷却塔依次连接,且所述井上冷冻水储水池与所述转换装置中的第一高压管路连接,所述冷却塔与所述转换装置中的第二高压管路连接,构成了高压水循环系统;
所述井下冷冻水储水池与所述转换装置中的第一低压管路连接,所述井下热水储水池与所述转换装置中的第二低压管路连接,构成了低压水循环系统。

说明书全文

矿井下冷冻输运高低压转换装置和矿井制冷降温系统

技术领域

[0001] 本发明属于采矿技术领域,具体涉及一种煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置和矿井制冷降温系统。

背景技术

[0002] 近些年来,随着矿井开采深度的增加,矿井的高温热害问题日趋凸显。根据我国深度矿井地温场线性分布模式,预计在采深达3000米时,原始岩温将达到95℃。在这种高温环境中作业,工人的身体健康受到威胁,工作效率严重下降,从而大大制约了矿井的安全生产。只采用加大量等常规通风措施已往往无法满足高温深井的降温需要,必须同时采取人工制冷降温措施,即建立人工制冷降温系统对井下风流进行冷却降温。
[0003] 由于将集中制冷机组安装在井下会面临排热困难的问题,因此,目前多数矿井通常选择将集中制冷机组安装在地面,再利用输运管道将冷冻水输送至井下。在将冷冻水通过输运管道输送至井下的过程中,水的静压已远远超过了空冷器的承压范围,因此需要先将高压冷冻水转化为低压冷冻水,再输送至用冷地点。传统的建造贮水池、安装减压的冷冻水降压方式,存在冷量损失大、管道压波动难以控制、装置设备管理困难等诸多问题,大大制约了矿井制冷降温系统的运行效果。
[0004] 因此,需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置和矿井制冷降温系统系统,以解决或缓解上述现有技术存在的问题。
[0006] 为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0007] 一种煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置,所述转换装置包括第一高压管路、第二高压管路、第一低压管路、第二低压管路、储水缸体组、第一活塞第二活塞连杆、正弦传动机构和主轴;其中,所述正弦传动机构固定设置于所述主轴上,所述主轴的旋转速度呈周期性变化;
[0008] 所述储水缸体组包括布置于所述主轴两侧的冷冻水储水缸体和热水储水缸体,所述冷冻水储水缸体可选择地连通于所述第一高压管路或所述第一低压管路,所述热水储水缸体可选择地连通于所述第二高压管路或所述第二低压管路;
[0009] 所述第一活塞和所述第二活塞分别设置于所述冷冻水储水缸体和所述热水储水缸体内,所述第一活塞和所述第二活塞均通过连杆与所述正弦传动机构刚性连接,并均可在所述主轴和所述正弦传动机构的带动下在相应储水缸体内做往复移动;
[0010] 所述第一活塞在所述冷冻水储水缸体内的移动过程具有第一位置和第二位置,所述第一活塞于所述第一位置时,所述冷冻水储水缸体与所述第一高压管路连通,所述第一活塞于所述第二位置时,所述冷冻水储水缸体与所述第一低压管路连通;
[0011] 所述第二活塞在所述热水储水缸体内的移动过程中具有第三位置和第四位置,所述第二活塞于所述第三位置时,所述热水储水缸体与所述第二高压管路连通,所述第二活塞于所述第四位置时,所述热水储水缸体与所述第二低压管路连通。
[0012] 可选地,所述转换装置还包括第一阀件,所述第一阀件为电磁阀,具有三个端口,三个所述端口分别与所述冷冻水储水缸体、所述第一高压管路和所述第二低压管路连接;所述第一活塞于所述第一位置时,所述电磁阀与所述冷冻水储水缸体和所述第一高压管路连通,所述第一活塞于所述第二位置时,所述电磁阀与所述冷冻水储水缸体和所述第一低压管路连通。
[0013] 可选地,所述主轴上设置有传感器,用于监测所述主轴的转动相位,所述传感器通过控制器与所述电磁阀信号连接;定义所述第一活塞于所述第一位置时,所述主轴的转动相位为A,所述第一活塞于所述第二位置时,所述主轴的转动相位为B,A与B相差180°;所述传感器监测到所述主轴的转动相位为A时,控制所述电磁阀与所述冷冻水储水缸体和所述第一高压管路连通,所述传感器监测到所述主轴的转动相位为B时,控制所述电磁阀与所述冷冻水储水缸体和所述第一低压管路连通。
[0014] 可选地,所述第一位置为所述冷冻水储水缸体远离所述主轴的一端,所述第二位置为所述冷冻水储水缸体靠近所述主轴的一端。
[0015] 可选地,所述转换装置还包括第二阀件,所述第二阀件包括第一单向截止阀和第二单向截止阀,所述第一单向截止阀的一端口与所述热水储水缸体连接,另一端口与所述第二高压管路连接,所述第二单向截止阀的一端口与所述热水储水缸体连接,另一端口与所述第二低压管路连接;所述第二活塞于所述第三位置时,所述热水储水缸体通过所述第一单向截止阀与所述第二高压管路连通,于所述第四位置时通过所述第二单向截止阀与所述第二低压管路连通。
[0016] 优选地,所述第二活塞于所述第三位置时,所述热水储水缸体内的水压大于所述第二高压管路内的水压,所述第二活塞于所述第四位置时,所述热水储水缸体内的水压小于所述第二低压管路内的水压。
[0017] 可选地,所述正弦传动机构包括:
[0018] 曲柄,所述曲柄的一端固定连接在所述主轴上,可随所述主轴做角速度呈周期性变化的转动;
[0019] 导向件,所述导向件与所述连杆固定连接,所述导向件设置有导向槽;
[0020] 滑动杆,所述滑动杆固定设置在所述曲柄的另一端,并位于所述导向槽内,所述滑动杆可在所述主轴和所述曲柄的带动下在所述导向槽内滑动。
[0021] 优选地,所述连杆包括第一连杆和第二连杆,所述第一连杆的一端与所述第一活塞固定连接,另一端与所述导向件固定连接,所述第二连杆的一端与所述第二活塞固定连接,另一端与所述导向件连接。
[0022] 更优选地,所述主轴和所述正弦传动机构均采用耐磨材制成,所述曲柄与所述主轴为一体结构。
[0023] 可选地,所述冷冻水储水缸体、所述热水储水缸体、所述第一活塞、和第二活塞均采用绝热材料制成。
[0024] 优选地,所述主轴上还套设有多个轴承,多个所述轴承沿所述主轴的长度方向间隔分布,用于安装所述主轴。
[0025] 可选地,所述储水缸体组设置有多个,多个所述储水缸体组沿所述主轴的长度方向间隔分布,每个所述储水缸体组均包括布置于所述主轴两侧的冷冻水储水缸体和热水储水缸体;相应地,所述正弦传动机构设置有多个,多个所述正弦传动机构间隔固定于所述主轴上,并通过连杆与相应的储水缸体内的活塞刚性连接。
[0026] 优选地,所述储水缸体组设置有三个,相邻两个所述正弦传动机构的曲柄间的夹角均为120°。
[0027] 本发明还提出了一种矿井制冷降温系统,包括如上所述的煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置。
[0028] 可选地,所述矿井制冷降温系统还包括井上冷冻水储水池、制冷机组、冷却塔、井下冷冻水储水池和井下热水储水池;其中,
[0029] 所述井上冷冻水储水池、所述制冷机组和所述冷却塔依次连接,且所述井上冷冻水储水池与所述转换装置中的第一高压管路连接,所述冷却塔与所述转换装置中的第二高压管路连接,构成了高压水循环系统;所述井下冷冻水储水池与所述转换装置中的第一低压管路连接,所述井下热水储水池与所述转换装置中的第二低压管路连接,构成了低压水循环系统。
[0030] 有益效果:
[0031] (1)本发明的煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置,不仅可以将高压冷冻水转换为压力大小符合空冷器使用要求的低压冷冻水,同时可将井下低压热水同步转换为高压热水,继而通过高压管道输送至地面,实现矿井制冷降温系统中高低压水循环的连续稳定运行。
[0032] (2)本发明的煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置,具有转换效率高、冷量损失小、安全性能佳等优点,有助于煤矿热害的防治。附图说明
[0033] 构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。其中:
[0034] 图1为本发明实施例的煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置的三维示意图;
[0035] 图2为图1中主轴、正弦传动机构和连杆装配后的结构示意图;
[0036] 图3为图1中主轴、正弦传动机构、连杆、冷冻水储水缸体、热水储水缸体和阀件装配后另一视角的结构示意图;
[0037] 图4为本发明实施例的煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置的二维示意图;
[0038] 图5为本发明实施例的煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置应用于矿井制冷降温系统时的系统运作示意图。
[0039] 图中标号:01‑第一低压管路;02‑第二低压管路;03‑第一高压管路;04‑ 第二高压管路;05‑主轴;06‑正弦传动机构;06a‑曲柄;06b‑导向件;06c‑ 滑动杆;06d‑导向槽;07‑电磁阀;08‑连杆;08a‑第一连杆;08b‑第二连杆; 09a‑第一活塞;09b‑第二活塞;10‑轴承;11,13,15‑冷冻水储水缸体;12, 14,16‑热水储水缸体;17‑制冷机组;18‑井上冷冻水储水池;
19‑井下冷冻水储水池;20‑井下热水储水池;21‑冷却塔;22‑煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置;23‑单向截止阀。

具体实施方式

[0040] 下面将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的一部分实施例,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所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0041] 下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0042] 针对现有技术中存在的技术问题,本发明提供一种冷量损失小,可保持输运管路内压力和流量稳定,可确保装置中高压水流量与低压水流量相等,安全性能好、可满足井下防火防爆要求,操作简单、管理方便,可保障矿井制冷降温系统连续稳定运行的煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置22。
[0043] 如图1至图4所示,本发明实施例中,煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置22包括第一高压管路03、第二高压管路04、第一低压管路01、第二低压管路02、储水缸体组、第一活塞09a、第二活塞09b、连杆08、正弦传动机构06和主轴05;其中,主轴05的旋转角速度呈周期性变化,正弦传动机构06固定设置于主轴05上;储水缸体组包括布置于主轴05两侧的冷冻水储水缸体11(或13、或15)和热水储水缸体12(或14或16),冷冻水储水缸体11(或13、或15)可选择地连通于第一高压管路03或第一低压管路01,热水储水缸体12(或14、或16)可选择地连通于第二高压管路04或第二低压管路02;第一活塞09a和第二活塞09b分别设置于冷冻水储水缸体11(或 13、或15)和热水储水缸体12(或14、或16),第一活塞09a和第二活塞 09b均通过连杆08与正弦传动机构06刚性连接,并均可在主轴05和正弦传动机构06的带动下在相应储水缸体内做往复移动;第一活塞09a在冷冻水储水缸体11(或13、或15)内的移动过程具有第一位置和第二位置,第一活塞09a于第一位置时,冷冻水储水缸体11(或13、或15)与第一高压管路 03连通,第一活塞09a于第二位置时,冷冻水储水缸体11(或13、或15) 与第一低压管路01连通;第二活塞09b在热水储水缸体12(或14、或16) 内的移动过程中具有第三位置和第四位置,第二活塞09b于第三位置时,热水储水缸体12(或14、或16)与第二高压管路04连通,第二活塞09b于第四位置时,热水储水缸体12(或14、或16)与第二低压管路02连通。
[0044] 本发明储水缸体组中的冷冻水储水缸体11(或13、或15)和热水储水缸体12(或14、或16)分开布置,可以有效减少冷冻水和热水在高低压转换过程中由于二者间传热作用而导致的冷量损失。
[0045] 本发明的煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置22在使用时,主轴05发生转动,其驱动动力通常为驱动电机,在驱动电机作用下,主轴05的旋转角速度呈周期性变化。由于正弦传动机构06的曲柄06a固定连接于主轴05,且通过连杆08与第一活塞09a和第二活塞09b刚性连接,则正弦传动机构 06随主轴05一起发生转动,且转动角速度呈周期性变化,第一活塞09a和第二活塞09b在主轴05和正弦传动机构06的带动下均在相应储水缸体做速度大小和方向周期性变化的往复直线移动。
[0046] 当第一活塞09a移动至第一位置时,冷冻水储水缸体11(或13、或15) 选择与第一高压管路03连通,而不与第一低压管路01连通,此时第一高压管路03内的冷冻水流进冷冻水储水缸体11(或13、或15)内;当第一活塞09a移动至第二位置时,冷冻水储水缸体11(或13、或15)选择与第一低压管路01连通,而不与第一高压管路03连通,此时冷冻水储水缸体
11(或13、或15)内的冷冻水流进第一低压管路01内。如此,便可实现将高压冷冻水转换为压力大小符合空冷器使用要求的低压冷冻水。
[0047] 当第二活塞09b移动至第三位置时,热水储水缸体12(或14、或16) 选择与第二高压管路04连通,而不与第二低压管路02连通,此时,热水储水缸体12(或14、或16)内的热水流进第二高压管路04内;当第二活塞09b 移动至第四位置时,热水储水缸体12(或14、或16)选择与第二低压管路 02连通,而不与第二高压管路04连通,此时,第二低压管路02内的热水流进热水储水缸体12(或14、或16)内。如此,便可实现将井下低压热水同步转换为高压热水。
[0048] 可选地,连杆08的一端贯穿冷冻水储水缸体11(或13、或15)内靠近主轴05的一侧,并连接于冷冻水储水缸体11(或13、或15)内的第一活塞 09a,另一端贯穿热水储水缸体12(或14、或16)内靠近主轴05的一侧,并连接于热水储水缸体12(或14、或16)内的第二活塞09b。
[0049] 本发明可选实施例中,本发明采用“T”形三通阀的电磁阀07控制冷冻水储水缸体11(或13、或15)内冷冻水的进出,同时冷冻水储水缸体11(或 13、或15)通过该电磁阀07来选择性连通第一高压管路03或第一低压管路 01。采用单向截止阀23来控制热水储水缸体
12(或14、或16)内热水的进出,同时热水储水缸体12(或14、或16)通过两个单向截止阀23来选择性连通第二高压管路04或第二低压管路02。
[0050] 本发明具体实施例中,转换装置22还包括第一阀件,第一阀件为电磁阀 07,具有三个端口,三个端口分别与冷冻水储水缸体11(或13、或15)、第一高压管路03和第二低压管路02连接;第一活塞09a于第一位置时,电磁阀07与冷冻水储水缸体11(或13、或15)和第一高压管路03连通,第一活塞09a于第二位置时,电磁阀07与冷冻水储水缸体11(或13、或15) 和第一低压管路01连通。
[0051] 本发明的可选实施例中,主轴05上设置有传感器(未图示),用于监测所述主轴05的转动相位,传感器通过控制器与电磁阀07信号连接;定义第一活塞09a于第一位置时,主轴05的转动相位为A,第一活塞09a于第二位置时,主轴05的转动相位为B,则A与B相差180°;传感器监测到主轴 05的转动相位为A时,控制电磁阀07与冷冻水储水缸体11(或13、或15) 和第一高压管路03连通,传感器监测到主轴05的转动相位为B时,控制电磁阀07与冷冻水储水缸体11(或13、或15)和第一低压管路01连通。
[0052] 需要说明的是,传感器为相位传感器,可以感知主轴05的转动相位,相位传感器为现有传感器,其型号可选用现有相位传感器的型号。具体过程中,传感器将监测到的主轴05的转动相位信号上传至控制器,控制器根据其信号来控制电磁阀07的开启或闭合。控制器可以是设置在电磁阀07上,也可以是分开设置,并且,信号连接可以为通过局部网无线连接,也可以是通过信号线有线连接,在此均不做限制,均在本发明的保护范围之内。
[0053] 本发明的第一位置为冷冻水储水缸体11(或13、或15)远离主轴05的一端,第二位置为冷冻水储水缸体11(或13、或15)靠近主轴05的一端。
[0054] 本实施例中,电磁阀07的开启或关闭受主轴05上的传感器控制,具体的,电磁阀07连接冷冻水储水缸体11(或13、或15)的端口是始终开启的,而连接第一高压管路03的端口和连接第一低压管路01的端口是选择性开启或关闭的,其开启或关闭受主轴05上的传感器控制。具体地,当主轴05转动至转动相位为A时,第一活塞09a恰好移动至第一位置(即冷冻水储水缸体11(或13、或15)远离主轴05的一端),此时电磁阀07连接第一高压管路03的端口开启,而连接第一低压管路01的端口关闭,这样第一高压管路03与冷冻水储水缸体11(或13、或15)连通,第一高压管路03内的冷冻水流进冷冻水储水缸体11(或13、或15)内;当主轴
05转动至转动相位为B时,第一活塞09a恰好移动至第二位置(即冷冻水储水缸体11(或13、或15)靠近主轴05的一端),此时电磁阀07连接第一低压管路01的端口开启,而连接第一高压管路03的端口关闭,这样第一管路与冷冻水储水缸体 11(或13、或15)连通,冷冻水储水缸体11(或13、或15)内的冷冻水流进第一低压管路01内。如此便可实现将高压冷冻水转换为压力大小符合空冷器使用要求的低压冷冻水。
[0055] 本发明可选实施例中,转换装置22还包括第二阀件,第二阀件包括第一单向截止阀23和第二单向截止阀23,第一单向截止阀23的一端口与热水储水缸体12(或14、或16)连接,另一端口与第二高压管路04连接,第二单向截止阀23的一端口与热水储水缸体12(或14、或16)连接,另一端口与第二低压管路02连接;第二活塞09b于第三位置时,热水储水缸体12(或 14、或16)通过第一单向截止阀23与第二高压管路04连通,第二活塞09b 于第四位置时,热水储水缸体12(或14、或16)通过第二单向截止阀23与第二低压管路02连通。
[0056] 本实施例中,第一单向截止阀23和第二单向截止阀23为单向导通,其开启或关闭受阀两侧流体压力差控制。
[0057] 需要说明的是,本发明的第三位置为热水储水缸体12(或14、或16) 的水压大于第二高压管路04内的水压的位置,第四位置为热水储水缸体12 (或14、或16)的水压小于第二低压管路02内的水压的位置,也即是,第二活塞09b于第三位置时,热水储水缸体12(或14、或16)内的水压大于第二高压管路04内的水压,第二活塞09b于第四位置时,热水储水缸体12 (或14、或16)内的水压小于第二低压管路02内的水压。
[0058] 具体地,当第二活塞09b向远离主轴05一侧(即为第二高压管路04侧) 移动时,热水储水缸体12(或14、或16)内的水压逐渐增大,当移动至热水储水缸体12(或14、或16)的水压大于第二高压管路04内的水压(即为第三位置)时,连接热水储水缸体12(或14、或16)与第二高压管路04的单向截止阀23(即为第一单向截止阀23)自动开启,第二高压管路04与热水储水缸体12(或14、或16)连通,热水储水缸体12(或14、或16)内的热水流进第二高压管路04内;当第二活塞09b向靠近主轴05一侧移动时,储水缸体内水压逐渐减小,当热水储水缸体12(或14、或16)内水压小于第二低压管路02内水压时,连接热水储水缸体12(或14、或16)与第二低压管路02的单向截止阀23(即为第二单向截止阀23)自动开启,第二低压管路02与热水储水缸体12(或14、或16)连通,第二低压管路02内热水流进热水储水缸体12(或14、或
16)内。如此便可实现将井下低压热水同步转换为高压热水。
[0059] 如图3所示,本发明可选实施例中,正弦传动机构06包括曲柄06a、导向件06b和滑动杆06c,曲柄06a的一端固定连接在主轴05上,可随主轴05 做角速度呈周期性变化的转动;导向件06b与连杆08固定连接,导向件06b 设置有导向槽06d;滑动杆06c固定设置在曲柄06a的另一端,并位于导向槽06d内,滑动杆06c可在主轴05和曲柄06a的带动下在导向槽06d内滑动。
[0060] 本实施例中,滑动杆06c的长度方向垂直于曲柄06a的长度方向,导向件06b大致呈长杆状,导向槽06d沿其长度方向延伸,且垂直于连杆08的长度方向,在主轴05和曲柄06a的带动下,滑动杆06c可在导向槽06d内沿其长度方向做往复直线滑动。
[0061] 如图3所示,优选地,连杆08包括第一连杆08a和第二连杆08b,第一连杆08a的一端与第一活塞09a固定连接,另一端08b与导向件06b固定连接,第二连杆08b的一端与第二活塞09b固定连接,另一端与导向件06b连接。如此的设置,第一连杆08a和第二连杆08b以及其各自连接的活塞在主轴05和正弦传动机构06的带动下做速度呈周期性变化的往复直线运动。
[0062] 需要说明的是,为了保证滑动杆06c在导向槽06d内滑动过程的可靠性,曲柄06a设置两个,两个曲柄06a相对平行设置,滑动杆06c设置于两个曲柄06a之间,其两端分别固定连接于两个曲柄06a。可选地,两个曲柄06a 远离主轴05的一端均设置有安装孔(未标示),安装孔的尺寸与滑动杆06c 的尺寸相适配,装配时,滑动杆06c的两端分别插接固定与两个安装孔内即可,该方式设置简单且有效。
[0063] 本发明实施例中,主轴05和正弦传动机构06均采用耐磨钢材制成,曲柄06a与主轴06a为一体结构,这样可以保证其结构牢固性,从而大大提高了其使用寿命。
[0064] 本发明可选实施例中,冷冻水储水缸体11(或13、或15)、热水储水缸体12(或14、或16)、第一活塞09a和第二活塞09b均采用绝热材料制成,如此可以大大减少冷冻水和热水在高低压转换过程中由于传热作用导致的冷量损失。
[0065] 如图1至图3所示,主轴05上还套设有多个轴承10,多个轴承10沿主轴05的长度方向间隔分布,用于安装主轴05。具体安装时,轴承10套设于主轴05的外侧,轴承10的内圈固定连接于主轴05,外圈与用于安装主轴05 的部件固定连接,这样可以有效减小主轴05转动过程中的摩擦。
[0066] 再次参照图1,本发明可选实施例中,储水缸体组设置有多个,多个所储水缸体组沿主轴05的长度方向间隔分布,每个储水缸体组均包括布置于主轴05两侧的冷冻水储水缸体11(或13、或15)和热水储水缸体12(或14、或16);相应地,正弦传动机构06设置有多个,多个正弦传动机构06间隔固定于主轴05上,并通过连杆08与相应的储水缸体内的活塞09刚性连接。优选地,储水缸体组设置有三个,相邻两个正弦传动机构06的曲柄间的夹角均为120°。
[0067] 本实施例中,设置三个储水缸体组,也即是三对冷冻水储水缸体11(或 13、或15)和热水储水缸体12(或14、或16),其中,冷冻水储水缸体11 和热水储水缸体12为一对,冷冻水储水缸体13和热水储水缸体14为一对,冷冻水储水缸体15和热水储水缸体16为一对。每个冷冻水储水缸体15内靠近主轴05侧均设置有第一活塞09a,每个热水储水缸体16内靠近主轴05侧均设置有第二活塞09b,且每对储水缸体内的第一活塞09a和第二活塞09b 通过连杆08与正弦传动机构06刚性连接,同时,相邻两个正弦传动机构06 的曲柄间的夹角均为120°,则相邻两个正弦传动机构06的转动相位也均相差120°的相位角,在正弦传动机构06的带动下,每对储水缸体内的第一活塞09a和第二活塞09b均做速度大小与方向周期性变化的往复直线运动,相邻的各对储水缸体内的活塞的移动相位也均相差120°的相位角。
[0068] 应当理解的是,相较于单对储水缸体的运转,设置为三对储水缸体共同运转,一方面有效地提高了高压冷冻水的卸压效率,但更为重要的是,结合相邻正弦传动机构06间转动相位120°差值的设置以及主轴05旋转角速度周期性变化的设置,可以使得在任意时刻,三对储水缸体内总水量是恒定的,这也意味着与储水缸体相连通的各高低压管路内水流量的大小以及方向是始终不变的,从而避免了由于流体流量变化对输运管路产生的的冲击作用,这也是装置实现矿井制冷降温系统中高低压水循环连续稳定运转的关键。
[0069] 本发明还提出了一种矿井制冷降温系统,包括如前所述的煤矿井下冷冻水输运高低压转换装置22。
[0070] 如图5所示,本发明可选实施例中,矿井制冷降温系统还包括井上冷冻水储水池18、制冷机组17、冷却塔21、井下冷冻水储水池19和井下热水储水池20;其中,井上冷冻水储水池18、制冷机组17和冷却塔21依次连接,且井上冷冻水储水池18与转换装置22中的第一高压管路03连接,冷却塔 21与转换装置22中的第二高压管路04连接,构成了高压水循环系统;井下冷冻水储水池19与转换装置22中的第一低压管路01连接,井下热水储水池 20与转换装置22中的第二低压管路02连接,构成了低压水循环系统。
[0071] 需要说明的是,井上冷冻水储水池18与第一高压管路03连接的管路上、冷却塔21和制冷机组17连接的管路上、井下热水储水池20与第二低压管路 02连接的管路上均设置有水(图中未标示)。
[0072] 下面以单对储水缸体(即冷冻水储水缸体11和热水储水缸体12)为例详细说明高压水循环系统的运转过程。
[0073] 井上冷冻水储水池18中的冷冻水在水泵作用下通过第一高压管路03输送至井下,在此过程中,水的势能转换为水的静压,形成高压冷冻水。第一活塞09a在主轴05和正弦传动机构06的带动下做速度大小和方向周期性变化的往复直线运动,当主轴05转动到转动相位为A时,此时第一活塞09a 恰好移动至第一位置(即冷冻水储水缸体11远离主轴05的一端),在主轴 05上的传感器的控制下,电磁阀07连接第一高压管路03的端口开启,而连接第一低压管路01的端口关闭,第一高压管路03与冷冻水储水缸体11连通,第一高压管路03内的冷冻水流进冷冻水储水缸体11内,从而实现了高压冷冻水的卸压过程。与此同时,第二活塞09b在主轴05和正弦传动机构06带动下,向远离主轴05一侧(即为第二高压管路04侧)移动时,热水储水缸体12内的水压逐渐增大,当移动至热水储水缸体12的水压大于第二高压管路04内的水压(即为第三位置)时,连接热水储水缸体12与第二高压管路 04的单向截止阀23(即为第一单向截止阀23)自动开启,第二高压管路04 与热水储水缸体12连通,热水储水缸体12内的热水流进第二高压管路04 内,至此实现了低压热水的升压过程。高压热水通过第二高压管道依次输送至地面的冷却塔21和制冷机组17,变为冷冻水,储存于井上冷冻水储水池 18中。
[0074] 下面以单对储水缸体(即冷冻水储水缸体11和热水储水缸体12)为例详细说明低压水循环系统的运转过程。
[0075] 第一活塞09a在正弦传动机构带动下继续移动,当主轴05转动至转动相位为B时,第一活塞09a恰好移动至第二位置(即冷冻水储水缸体11靠近主轴05的一端),此时电磁阀07连接第一低压管路01的端口开启,而连接第一高压管路03的端口关闭,第一管路与冷冻水储水缸体11连通,卸压后形成的冷冻水储水缸体11内的冷冻水流进第一低压管路01内,经第一低压管路01输送至井下冷冻水储水池19,继而输送至井下各需冷位置的空冷器内。
低压冷冻水在用冷地点与热源经过热量交换后变为低压热水,低压热水被集中储存在井下热水储水池20内,井下热水储水池20中的低压热水在水泵作用下流入第二低压管路02内,此时,第二活塞09b向靠近主轴05一侧移动时,储水缸体内水压逐渐减小,当热水储水缸体
12内水压小于第二低压管路02内水压时,连接热水储水缸体12与第二低压管路02的单向截止阀 23(即为第二单向截止阀23)自动开启,第二低压管路02与热水储水缸体 12连通,第二低压管路02内热水流进热水储水缸体12内。
[0076] 本发明储水缸体共有三对,应当理解的是,三对储水缸体的设置不仅仅只是为了提高装置对高压冷冻水的卸压效率,更为重要的是,结合相邻正弦传动机构06间转动相位120°差值的设置以及主轴05旋转角速度周期性变化的设置,可以使得在任意时刻,三对储水缸体内总水量是恒定的,这也意味着与储水缸体相连通的各高低压管路内水流量的大小以及方向是始终不变的,从而避免了由于流体流量变化对输运管路产生的的冲击作用,进而保证了矿井制冷降温系统中高低压水循环的连续稳定运转。
[0077] 以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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。
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