盾构机循环水系统换热效率论文

盾构机循环水系统换热效率论文

盾构机循环水系统换热效率的探讨

【摘要】本文针对中建6号土压平衡盾构机在掘进过程中循环水系统水温过高的情况，对该机循环水系统换热效率进行探讨。

【关建词】盾构机内循环水系统换热效率

一、改造前盾构机循环水系统原理简介

1.盾构机循环水系统由外循环水回路和内循环水回路组成。

2.改造前循环水系统原理简介:

1)外循环水回路:

提供温度 28?、压力7bar的外循环水对板式冷却器的内循环水进行冷却，对水箱进行加水;在回水回路上并联一台3KW的多级离心泵，其主要功能是对泡沫箱、螺旋机、人闸、土仓、注浆系统供水。

2)内循环水回路

通过5.5KW的多级离心泵将水箱的冷却水以通径为DN50的钢管作为主进水管经台车、连接桥及减压阀(5bar)后输送到盾体，对主驱动内外密封及主驱动减速箱进行冷却，然后以通径为DN50的钢管作为主回水管经板式冷却器冷却后回水箱(该循环水回路在下文中简称为主驱动冷却水回路);

通过7.5KW的多级离心泵将水箱的冷却水以通径为DN50的钢管作为主进水管经台车后分三路，分别对空气压缩机、主油箱液压油、注浆泵油箱液压油冷却器供水冷却，并最终与主驱动冷却水回路的回水管串联后，以通径为DN50的钢管作为主回水管，经板式冷却器冷却回水箱(该循环水回路在下文中简称为空压机及液压油冷却水回

路)。

二、盾构机循环水系统勘验

1、改造前盾构机循环水系统现场勘验:

1)板式冷却器主要参数:工作压力10bar，进出口通经DN65，散热面积18平方米;2)7.5KW水泵型号为CR20-6，当流量Q=20m3/h，扬程H=72米;3)5.5KW水泵型号为CR20-4;当流量Q=20m3/h，扬程H=49米;4)通往主驱动冷却水回路的减压阀(5bar)已被拆除;5)整个循环水系统管路内表面生锈及水垢情况严重。

2.向业主技术人员咨询循环水系统使用状况:

1)盾构机在掘进过程中，出现过循环水系统水温高达50?以上，盾构机自动停机;2)盾构机在使用过程中，主驱动冷却水回路的回水温度与水箱冷却水的水温基本一致;3)使用中发现，主驱动冷却水回路经过减压阀后，出水量很小，拆除减压阀(现场减压阀已经拆除)，出水量相对增大;4)使用中，对板式冷却器加装30片散热片后，冷却水温相对降低，但效果不大，本次维修中业主要求继续加装散热片以加强冷却器的冷却效果。

三、盾构机循环水系统故障分析

根据循环水系统原理图及故障勘验，循环水系统温度过高主要由以下几方面造成。

1)首先分析水泵的功率是否满足使用需求主驱动冷却水回路的供水泵

为:5.5KW，型号CR20-4 空压机及液压油冷却水回路的供水泵为:7.5KW，型号

CR20-65.5KW水泵(CR20-4)为主驱动冷却水回

路的供水泵，系统原理图显示回路中减压阀压力为5bar，通过观察性能曲线图，该泵正常使用时，出口压力在5bar 左右，与减压阀的出口压力基本相同，所以该泵的压力偏小，选型存在问题。

2)通过系统PLC程序可以了解到，内循环水温度达到40?时，回水压力变送器把信号反馈到PLC，系统自动报警，当内循环水温度达到50?及以上时，回水压力

变送器把信号反馈到PLC，刀盘自动停止转动，因此必须把系统水温控制在40?以下。

3)系统将主驱动冷却水回路和空压机及液压油冷却水回路的回水串接在一根DN50的钢管上，由于空压机及液压油冷却水回路供水泵功率比主驱动冷却水回路供水泵功率大，且回路长度短、沿程损失小，则相对回水流量、压力高，容易造成主驱动冷却水回路回水不畅、回路水温高，建议将这两条回水回路分开，单独回水箱。

4)根据业主反馈对板式冷却器加装30片散热片后，冷却水温相对降低，这反映原板式冷却器散热面积不够，选型参数存在问题。经与板式冷却器专业厂家沟通，厂家反馈，继续在原板式冷却器加装散热片效果不佳，建议更换一台工作压力10bar，进出口通经DN80 ，散热面积27平方米的板式冷却器可满足系统需求。

5)针对业主反馈拆除内外密封及主驱动减速箱冷却水进水回路减压阀后，出水量相对增大的情况，减压阀可能存在故障(阀芯卡死)。

四、盾构机循环水改造方案

根据以上对循环水系统水温过高故障的的分析，现做出以下几点解决方案:

1、增大主驱动冷却水回路的供水泵功率，且鉴于本次维修改造中，业主要求另外增加一条循环回路(供水压力3bar)对土仓密封进行冷却(该循环水回路在下文中简称为土仓密封冷却水回路)，因此建议把主驱动冷却水回路供水泵由5.5KW更换为7.5KW，流量为20m3/h，扬程为72米。

2、由于专业厂家提供散热面积为27平方米的板式冷却器外形尺寸超出台车安装位置，因此建议在保留原板式冷却器的基础上，采购增加一台散热面积20平方米，进出口通经DN65的板式冷却器，单独对主驱动内外密封、主驱动减速箱及新增的土仓密封循环水进行冷却。

3、对旧板式冷却器进行拆检，清洗冷却器散热片，单独对空气压缩机、主油箱液压油、液压泵油箱液压油进行冷却。

4、回水管由一路改为三路(主驱动冷却水回路回水管、新增的土仓密封冷却水回路回水管、空压机及液压油冷却水回路回水管)。关于水管的定位及布局，改造前水管定位是采用单层塑料管码定位到台车，改造后可通过二层和三层塑料管码把水管进行叠加安装，便于操作且节省空间。

5、在主驱动冷却水回路和新增加的土仓密封冷却水供水回路中分别增加减压阀(减压阀进水和出水口自带压力表)，在回水回路上增加视镜(带叶轮)。通过观察视镜的叶轮转动速度可以判别两回路的回水量是否正常。

6、在主驱动内外密封管道和液压油冷却器管道放置除垢剂，用

水浸泡24小时，然后用循环水进行循环冲洗。

7、原循环水管全部作废，采用热浸锌水管进行代替。

五、结论

通过增加板式冷却器、更换水泵、局部改变循环回路，改造后的循环水系统，解决了循环水温高的问题，并通过业主验收。