【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道施工，具体涉及一种高地温隧道循环制冷装置及降温方法。
技术介绍
1、随着我国在川藏渝湘等地热资源丰富地区交通基础设施建设的不断推进，特别是公路隧道、铁路隧道建设过程中要穿越地下深度几百米甚至几千米的岩层，从而导致高温岩层及施工机械不断向隧道环境积聚热量，进一步引起隧道内部温度高、环境恶劣等问题，对施工人员的安全健康和工作效率构成了严重威胁。长时间在高温环境下作业，不仅会导致施工人员体力消耗过大，频繁出现中暑症状，增加职业病风险，还会严重影响施工质量和进度。此外，高温环境还会加速施工设备和建筑材料的损耗，增加维护成本，缩短使用寿命。
2、目前，为了降低高地温隧道洞内环境温度，主要采用的方法有通风降温、制冰降温、喷雾及洒水降温、空调制冷降温等，例如公告号为cn115717789a的中国专利文献，提供了一种高地温隧道围岩取热增压吸收式制冷降温系统，其结构包括围岩取热系统、控制传输系统、吸收式制冷系统和风冷器降温系统。该技术利用围岩取热系统与高温围岩接触换热并将热量传输至吸收式制冷系统中，风冷器降温系统与吸收式制冷系统进行冷量交换，实现了制冷效果并将冷风输送至高温工作面。该专利文献所公开的技术是将高地温隧道热害资源化利用，可实现低能耗甚至无能耗的隧道施工降温，可以有效解决高地温隧道施工温度过高等一系列问题。经过探索分析，该专利文献所公开的技术实际使用时，存在以下缺点：(1)该专利文献所公开的技术所描述的制冷降温系统中，要求在岩层内部铺设多个热交换管组，这一操作需要施工人员的精细操作以及工程机械的紧密配合。然
3、因此，考虑到海拔在2000m～3000m范围内的部分高海拔山区常年积雪覆盖，结合洞内空间利用、装置长期使用及洞内外资源化利用，亟需研究一种洞外布置的制冷降温装置。
技术实现思路
1、针对上述
技术介绍
中所描述的，在高海拔地区进行隧道施工时，无法对洞内外进行资源化利用，存在资源浪费的技术问题，针对该技术问题，本专利技术提出了一种高地温隧道循环制冷装置及降温方法。
2、本专利技术利用高海拔地区的地理条件优势，在隧道施工的过程中，利用山上的冰雪作为冷源，将冰雪相变后的冰水作为低温冰水，相比普通的低温冰水，冰雪相变后的冰水温度更低，冷却效果更好，实现了隧道外的低温环境给隧道内的高温环境降温的目的，为施工人员和施工设备提供更好的作业环境，加快施工进度，保障施工人员的安全，且不会影响施工过程。
3、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
4、本专利技术一种高地温隧道循环制冷装置，包括制冷水机组、射流风机、风冷系统、储水塔、过滤器、轴流风机及隧道通风管，其中，制冷水机组、过滤器、风冷系统和储水塔沿冷却循环水流动方向依次连通；所述射流风机与风冷系统连通；所述风冷系统、轴流风机及隧道通风管沿冷风的流动方向依次连通；
5、所述制冷水机组用于破碎冰雪，并将冰雪相变为低温冰水；
6、所述过滤器用于将低温冰水中的杂质进行有效净化，从而保证水循环管路畅通；
7、所述风冷系统用于为低温冰水与洞外热风提供热量交换场所，为洞外热风降温，形成冷风；
8、所述储水塔用于当低温冰水转化不足时，向所述制冷水机组添加化冻剂来加快冰雪溶解。
9、进一步限定，所述制冷水机组包括分区导流构件、旋转桨叶杆组件、喷淋系统、集水槽、第一管道和机组外壳，所述喷淋系统、分区导流构件、旋转桨叶杆组件和集水槽均设置在机组外壳内，且沿着机组外壳的轴向自上而下依次分布；所述喷淋系统与储水塔连通；所述集水槽通过第一管道与风冷系统连通；
10、所述喷淋系统用于向机组外壳内喷淋含有化冻剂的循环水；
11、所述分区导流构件用于将加入机组外壳内的冰雪初次破碎，并对初次破碎的冰雪进行导流，使得冰雪在机组外壳内均匀分布；
12、所述旋转桨叶杆组件用于将初次破碎的冰雪在旋转搅拌的作用下进行再次破碎，增大冰雪与化冻剂的接触面积，加快冰雪的融化速度。
13、进一步限定，所述制冷水机组还包括液压门和液压推举杆，所述液压门置于机组外壳的顶部开口位置，所述喷淋系统布设在液压门上；所述液压推举杆连接在液压门与机组外壳之间。
14、进一步限定，所述分区导流构件为流线体结构，所述分区导流构件的中轴线是将下端面相对于上端面扭转180°后形成的弦线，其中，弦线的弦长为0.5h，弦线的弦高为a1，a1＝0.1h，h为分区导流构件的高度，单位：m。
15、进一步限定，所述风冷系统包括热交换管道、桁架基础和机组外壳，所述热交换管道置于机组外壳内，所述桁架基础位于机组外壳的底部；其中，所述热交换管道为低温冰水与洞外热风之间的热量交换提供了交换场所，洞外热风由射流风机引入，所述热交换管道由多根换热管自前往后依次连通形成；
16、其中，洞外热风经过风冷系统后的冷风温度t1为：
17、
18、t1为洞外热风经过风冷系统后的冷风温度，单位：℃；t0为洞外热风的温度，单位：℃；∪为换热管的传热系数，单位：w/m2·℃；a为换热管的传热面积，单位：m2；tc为低温冰水的温度，单位：℃；q1为风冷系统的制冷风量，单位：m3/s；ρ为洞外热风的密度，单位：kg/m3；c2为洞外热风的比热容，单位：j/kg·℃。
19、进一步限定，所述轴流风机将冷风和洞外热风融合后一起传输至在建隧道的高温工作面；
20、其中，隧道通风管内冷却风的初始温度tin为：
21、tin＝η·t1+(1-η)·to (2)
22、式中，tin为隧道通风管内冷却风的初始温度，单位：℃；η为冷却风与洞外热风的风量配比，无量纲，取值为0.6；t1为洞外热风经过风冷系统后的冷风温度，单位：℃；to为洞外热风的温度，单位：℃；
23、经过风冷系统冷却后的冷风达到在建隧道的高温作业面时的温度tout为：
24、
25、式中，tin为隧道通风管内冷却风的初始温度，单位：℃；η为冷却风与洞外热风的风量配比，无量纲，取值为0.6；δt为隧道通风管的单位长度温降，单位：℃/m；l2为隧道通风管的长度，单位：m；∪为换热管的传热系数，单位：w/m2·℃；a为换热管的传热面积，单位：m2；tc为低温冰水的温度，单位：℃；q1为风冷系统的制冷风量，单位：m3/s；ρ为洞外热风的密度，单位：kg/m3；c2为洞外热风本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，包括制冷水机组(10)、射流风机(20)、风冷系统(30)、储水塔(50)、过滤器(40)、轴流风机(60)及隧道通风管(70)，其中，制冷水机组(10)、过滤器(40)、风冷系统(30)和储水塔(50)沿冷却循环水流动方向依次连通；所述射流风机(20)与风冷系统(30)连通；所述风冷系统(30)、轴流风机(60)及隧道通风管(70)沿冷风的流动方向依次连通；
2.根据权利要求1所述的一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，所述制冷水机组(10)包括分区导流构件(13)、旋转桨叶杆组件(14)、喷淋系统(17)、集水槽(15)、第一管道(16)和机组外壳(18)，所述喷淋系统(17)、分区导流构件(13)、旋转桨叶杆组件(14)和集水槽(15)均设置在机组外壳(18)内，且沿着机组外壳(18)的轴向自上而下依次分布；所述喷淋系统(17)与储水塔(50)连通；所述集水槽(15)通过第一管道(16)与风冷系统(30)连通；
3.根据权利要求2所述的一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，所述制冷水机组(10)还包括液
4.根据权利要求2所述的一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，所述分区导流构件(13)为流线体结构，所述分区导流构件(13)的中轴线是将下端面相对于上端面扭转180°后形成的弦线，其中，弦线的弦长为0.5h，弦线的弦高为a1，a1＝0.1h，h为分区导流构件(13)的高度，单位：m。
5.根据权利要求1所述的一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，所述风冷系统(30)包括热交换管道(31)、桁架基础(32)和机组外壳(33)，所述热交换管道(31)置于机组外壳(33)内，所述桁架基础(32)位于机组外壳(33)的底部；其中，所述热交换管道(31)为低温冰水与洞外热风之间的热量交换提供了交换场所，洞外热风由射流风机(20)引入，所述热交换管道(31)由多根换热管自前往后依次连通形成；
6.根据权利要求5所述的一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，所述轴流风机(60)将冷风和洞外热风融合后一起传输至在建隧道(80)的高温工作面；
7.根据权利要求6所述的一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，所述过滤器(40)通过第二管道(42)与风冷系统(30)连通，所述第二管道(42)上设置有冷水温度表(43)；所述风冷系统(30)通过第三管道(51)与储水塔(50)连通，所述第三管道(51)上设置有热水温度表(53)；将冷水温度表(43)与热水温度表(53)的监测温度与标准温度对比，判断是否需要向制冷水机组(10)中加入含有化冻剂的循环水。
8.根据权利要求7所述的一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，所述风冷系统(30)通过连接风道(71)与轴流风机(60)连通；
10.一种高地温隧道循环降温方法，应用于权利要求9所述的一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，包括制冷水机组(10)、射流风机(20)、风冷系统(30)、储水塔(50)、过滤器(40)、轴流风机(60)及隧道通风管(70)，其中，制冷水机组(10)、过滤器(40)、风冷系统(30)和储水塔(50)沿冷却循环水流动方向依次连通；所述射流风机(20)与风冷系统(30)连通；所述风冷系统(30)、轴流风机(60)及隧道通风管(70)沿冷风的流动方向依次连通；
2.根据权利要求1所述的一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，所述制冷水机组(10)包括分区导流构件(13)、旋转桨叶杆组件(14)、喷淋系统(17)、集水槽(15)、第一管道(16)和机组外壳(18)，所述喷淋系统(17)、分区导流构件(13)、旋转桨叶杆组件(14)和集水槽(15)均设置在机组外壳(18)内，且沿着机组外壳(18)的轴向自上而下依次分布；所述喷淋系统(17)与储水塔(50)连通；所述集水槽(15)通过第一管道(16)与风冷系统(30)连通；
3.根据权利要求2所述的一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，所述制冷水机组(10)还包括液压门(11)和液压推举杆(12)，所述液压门(11)置于机组外壳(18)的顶部开口位置，所述喷淋系统(17)布设在液压门(11)上；所述液压推举杆(12)连接在液压门(11)与机组外壳(18)之间。
4.根据权利要求2所述的一种高地温隧道循环制冷装置，其特征在于，所述分区导流构件(13)为流线体结构，所述分区导流构件(13)的中轴线是将下端面相对于上端面扭转180°后形成的弦线，其中，弦线的弦长为0.5h，弦...
【专利技术属性】
技术研发人员：李龙，郭亚斌，李昊天，王帅帅，牛亚鹏，高轩，
申请(专利权)人：中交第二公路工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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