矿井局部降温用模块化螺杆压缩制冷设备的制作方法

1.本实用新型涉及井下移动制冷设备，具体地指一种矿井局部降温用模块化螺杆压缩制冷设备。


背景技术：

2.在各种类型的矿井开采过程中，由于受地热的影响，随着开采深度的逐步增加，矿井温度也会越来越高，许多接近500米的矿井温度都高达40℃以上，而500米以下的矿井温度更是恶劣，这种高温环境非常不利于采矿工人井下作业。为此，本行业在矿山安全条例中规定：“井下工人作业地点的空气温度不得高于28℃”。根据实践经验，当采用隔绝热源和加强通风等措施不能将矿井温度降低到28℃以下时，需要采用附加制冷措施进行降温，目前普遍采用的附加制冷措施主要包括地面制冰系统、地面冷水系统和井下集中冷水系统。
3.地面制冰系统是制冷机组在地面制取片冰，再将片冰输送到矿井下面，利用片冰融化为冷水后对采矿工作面进行降温。该方式的特点是：制冷机组设置在地面上，其外形尺寸不受井下条件限制，便于制冷机组的安装维修。但制冷机组在制冰工况下运行，其能效比较低。同时，冰水为开放式循环，不能重复利用，水资源浪费较为严重。
4.地面冷水系统是制冷机组在地面制取冷水，再将冷水输送到矿井下面，冷水输送到井下后压力升高，需要通过高低压换热器将高压冷水转换为低压冷水，再输送到采矿工作面降温。该方式的特点是：制冷机组设置在地面，其外形尺寸不受井下条件限制，便于制冷机组的安装维修。并且，制冷机组在冷水工况下运行比在制冰工况下运行的能效比高。但制冷机组需要通过输送管道将冷水输送到井下，其输送距离远，冷能损失较大。
5.井下集中冷水系统是制冷机组安放在井下硐室内，采用井下涌水或在地面设置冷却塔的方式带走制冷机组的废热，其中选择地面冷却塔时，需要通过输送管道将冷却水输送到井下。该方式的特点是：制冷机组设置在井下，制冷效果是最好的。但冷却水输送到井下后压力升高，相应地需要换热器具有更高的承压能力，导致换热器的结构趋于复杂，设备安装维护均不方便。
6.以上三种井下降温设施在不同类型的矿井中均发挥了重要的作用，但其设备结构较为复杂，移动和使用也不灵活，冷能和水资源流失较大，对于热害特别严重的采矿工作面并不适用，也与当前制冷行业节能、环保、经济、高效的发展趋势存在一定差距。为了解决上述问题，本领域专业技术人员一直在努力寻求一种能够兼顾井下安装和运输、便于向局部采矿工作面输送冷量、且节能环保的制冷设备，但至今为止尚未取得满意的进展。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的就是要提供一种部件分类集成、组装简单快捷、移动灵活方便、局部输送冷量强、冷能损耗量小、能效比高的矿井局部降温用模块化螺杆压缩制冷设备。
8.为实现上述目的，本实用新型所设计的矿井局部降温用模块化螺杆压缩制冷设备，包括通过管道、阀门以及电气线路相连的半封闭式螺杆压缩机、压缩机启动和控制器、
冷凝器、组合节流装置和蒸发器，其特殊之处在于：
9.所述半封闭式螺杆压缩机通过压缩机支座安装固定在冷凝器的顶部一侧，所述压缩机启动和控制器通过其自身底座安装固定在冷凝器的顶部另一侧，所述冷凝器通过冷凝器支座安装固定在公共框架中，从而构成可整体移动布置的压缩机模块；所述组合节流装置安装固定在蒸发器的一侧，从而构成可整体移动布置的蒸发器模块；所述半封闭式螺杆压缩机的排气端与冷凝器的制冷剂入口相连，所述冷凝器的制冷剂出口通过安装方位可任意调节的第一软管与组合节流装置的输入端相连，所述组合节流装置的输出端与蒸发器的制冷剂进口相连，所述蒸发器的制冷剂出口通过安装方位可任意调节的第二软管与半封闭式螺杆压缩机的吸气端相连，从而将所述压缩机模块和蒸发器模块可拆卸式连为一体。
10.作为优选方案，所述第一软管和第二软管为两端设置有连接法兰的金属软管。金属软管延伸性好、伸缩调节方便、防泄漏性能可靠、使用寿命长，而连接法兰非常适于压缩机模块和蒸发器模块在井下狭小空间内的快速安装和拆卸，从而使制冷主机和输送冷量的空间不受约束，满足井下局部冷量输送的要求，而且安装使用极为方便。
11.进一步地，所述组合节流装置包括两个热力膨胀阀和一个手动调节阀，所述两个热力膨胀阀和一个手动调节阀呈并联布置结构。这样，两个热力膨胀阀与手动调节阀协同工作，能够有效提高组合节流的效果。
12.进一步地，所述蒸发器采用铜螺旋管热交换器，不仅可以灵活移动方位，而且能够外接风道向任意采矿工作面输送冷风，实现局部降温的效果。
13.更进一步地，所述冷凝器的水介质管道设计压力大于制冷剂管道设计压力。这样，冷凝器能够承受地面冷却水输送到井下后的静压力，满足将制冷机组安装在井下、将冷却塔安装在地面上的井下降温系统要求。
14.再进一步地，所述冷凝器6的水介质管道设计压力大于或等于12mpa。这样，冷凝器能够承受地面冷却水输送到井下1000m的静压力，适用于安装在1000m井下的制冷机组。
15.还进一步地，所述公共框架顶部四个角部设置有便于吊装运输吊环。这样，可以方便地将压缩机模块整体移动到矿井井下所需的方位。
16.本实用新型具有如下优点：其一，采用模块化设计，整个设备主要由压缩机模块和蒸发器模块构成，两个模块通过安装方位可任意调节的软管可拆卸式连接，移动灵活便利，可根据不同的工况需要对两个模块组合使用，方便井下安装和运输。其二，两个模块构成的制冷机组在冷水工况下运行，能效比优于制冰系统，水资源重复利用率高。其三，制冷机组安装在井下，缩短了冷冻水向采矿工作面的输送距离，有效减小了冷能损耗。其四，两个模块将部件集成为一体，结构简单紧凑，组装方便快捷，特别是能够将蒸发器模块移动到最需要的区域，局部输冷能力强，能够满足热害严重的矿井局部降温需求，具有广泛的适用性，能够满足各种大、中型矿井井下移动局部降温的需要。
附图说明
17.图1为一种矿井局部降温用模块化螺杆压缩制冷设备的立体结构示意图。
18.图2为图1中压缩机模块的立体结构示意图。
19.图3为图1中组合节流装置的立体结构示意图。
20.图4为图1中蒸发器模块的立体结构示意图。
21.图5为图1所示模块化螺杆压缩制冷设备的工作流程示意图。
22.图6为图1所示模块化螺杆压缩制冷设备的实施状态示意图。
23.图中各部件标号如下：公共框架1(其中：吊环1a)，压缩机启动和控制器2，半封闭式螺杆压缩机3，第二软管4，组合节流装置5(其中：热力膨胀阀5a、手动调节阀5b)，冷凝器6，第一软管7，蒸发器8，压缩机模块ⅰ，蒸发器模块ⅱ。
具体实施方式
24.以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应该理解为对本实用新型的限制。
25.如图1～4所示，本实施例描述的矿井局部降温用模块化螺杆压缩制冷设备，包括通过管道、阀门以及电气线路相连的半封闭式螺杆压缩机3、压缩机启动和控制器2、冷凝器6、组合节流装置5和蒸发器8。半封闭式螺杆压缩机3通过压缩机支座安装固定在冷凝器6的顶部右侧，压缩机启动和控制器2通过其自身底座安装固定在冷凝器6的顶部左侧。冷凝器6通过冷凝器支座安装固定在公共框架1中，公共框架1顶部四个角部设置有吊环1a，便于整体吊装移动，由此构成可整体移动布置的压缩机模块ⅰ(参见图6)。组合节流装置5安装固定在蒸发器8的左侧，这样可以最大限度地减少冷量损失，由此构成可整体移动布置的蒸发器模块ⅱ(参见图6)。
26.结合图1、图5所示，半封闭式螺杆压缩机3的排气端与冷凝器6的制冷剂入口相连，冷凝器6的制冷剂出口通过安装方位可任意调节的第一软管7与组合节流装置5的输入端相连，组合节流装置5的输出端与蒸发器8的制冷剂进口相连，蒸发器8的制冷剂出口通过安装方位可任意调节的第二软管4与半封闭式螺杆压缩机3的吸气端相连，从而将压缩机模块ⅰ和蒸发器模块ⅱ可拆卸式连为一体(参见图6)。
27.本实施例中，半封闭式螺杆压缩机3采用符合煤矿行业煤用安全认证的成品，其运行的润滑油靠压缩机喷液冷却，压缩机设置油位开关，保证冷冻机油正常循环。由于该压缩机运行无需配置外置油路，可以省略油分离器和油冷却器，其结构尺寸规格比开启式螺杆压缩机紧凑，能够减小安装空间，适应井下局部移动的特点。其附属电器部件均采用符合煤用安全认证和符合煤矿井下使用要求的成品。
28.本实施例中，第一软管7和第二软管4采用两端设置有连接法兰的金属软管。由于压缩机模块ⅰ与组合节流装置5之间、蒸发器模块ⅱ与压缩机模块ⅰ之间均通过金属软管连为一体，构成制冷剂的循环工作回路，既便于井下快捷组装和拆卸，又便于两个模块的移动运输，制冷设备和输送冷量的空间不受约束，可最大限度地满足局部冷量输送的需求。
29.本实施例中，组合节流装置5具有两个热力膨胀阀5a和一个手动调节阀5b，两个热力膨胀阀5a和一个手动调节阀5b呈并联布置结构，通过热力膨胀阀5a与手动调节阀5b协同作用来保持良好的节流效果。蒸发器8采用铜螺旋管热交换器，使用过程中可以灵活移动，并可以外接风道向任意采矿工作面输送冷风，有针对性地达到局部降温的效果。
30.本实施例中，冷凝器6的水介质管道设计压力大于制冷剂管道设计压力，以满足将设备安装在井下，将冷却塔安装在地面的井下降温系统要求。针对安装在1000m井下的设备，冷凝器6需要承受地面冷却水输送到井下1000m的静压力，此时可以设计冷凝器6的水介质管道压力大于或等于12mpa。
31.再结合图5、图6所示，本实用新型应用时，根据井下局部降温的需要，可以将蒸发器模块ⅱ置于井下热害严重的工作空间，将压缩机模块ⅰ置于井下适合安放的其他任意空间，再通过第一软管7和第二软管4将压缩机模块ⅰ和蒸发器模块ⅱ连接在一起，形成制冷介质的循环回路。其工作过程是这样的：半封闭式螺杆压缩机3从蒸发器8中吸入低温低压制冷剂蒸汽，将其压缩成高温高压制冷剂蒸汽后排入冷凝器6；在冷凝器6中高温高压制冷剂蒸汽与冷却介质进行热交换被冷却为高压液体，随后高压液体经过组合节流装置5的节流作用，变成低温低压液体进入蒸发器8；在蒸发器8中低温低压液体与空气进行热交换，低温低压液体吸收热量沸腾蒸发成为汽体，空气释放出热量，使采矿工作空间的温度降低，完成局部制冷降温的目标；随后蒸发器8中的制冷剂汽体又被半封闭式螺杆压缩机吸入，完成制冷循环。
32.综上所述，借助于本实用新型的技术方案，能够根据不同的工况需要对压缩机模块和蒸发器模块组合使用，方便井下安装和运输，将蒸发器模块移动到最需要的区域，满足热害严重的矿井局部降温需求。并且，制冷设备在冷水工况下运行，能效比优于制冰系统，水资源利用率高；制冷设备安装在井下，可大幅缩短冷冻水的输送距离，有效减小冷能损耗。同时，本实用新型组装简单快捷、移动灵活方便、局部输送冷量强、冷能损耗量小、能效比相对较高，可广泛适用于各种大、中型矿井局部降温。
33.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。