CN103993886B - 一种用于盾构机的密封装置和盾构机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于盾构机的密封装置和盾构机，属于盾构机领域。所述装置适用于连接盾构机的中盾筒体和盾尾筒体，包括第一密封圈、第二密封圈和定位环；第一密封圈和第二密封圈分别包括第一区段和连接在第一区段的一端的第二区段，第一区段呈环状，第二区段为从第一区段的一端向内倾斜的圆锥筒；第一区段固定在中盾筒体的内壁上，第二区段夹紧盾尾筒体，第一密封圈、第二密封圈、中盾筒体和盾尾筒体形成密闭空间，密闭空间内填充有油脂；定位环的外壁固定在中盾筒体的内壁上且位于第一密封圈和第二密封圈之间，定位环的内壁由两个锥面连接而成，两个锥面的连接点与盾尾筒体接触。盾构机包括前述装置。本发明提供的装置能够承受的压力比较大。

Description

一种用于盾构机的密封装置和盾构机

技术领域

本发明涉及盾构机领域，特别涉及一种用于盾构机的密封装置和盾构机。

背景技术

盾构隧道掘进机，简称盾构机，是一种隧道掘进的专用工程机械。当盾构机在地下进行隧道施工时，为了便于纠偏和转弯，经常会在中盾和盾尾中间设置铰接装置。在设置铰接装置后，需增加密封装置以阻挡地层中的承压水和土砂进入该铰接装置。

在盾构机中，中盾的一端套设在盾尾的一端内，该密封装置便设置在中盾的一端和盾尾的一端之间构成的狭长空间内。目前密封装置通常选用唇形密封件、弹性止水垫圈和充气式密封橡胶带中的一种或两种组合。下面以唇形密封件和充气式密封橡胶带的组合为例，简单介绍一下该密封装置的结构。唇形密封件和充气式密封橡胶带分别套设在盾尾外壁上。唇形密封件与中盾内壁相接触。充气式密封橡胶带的气体注入口设在盾尾内部。在盾尾外壁上的唇形密封件和充气式密封橡胶带之间的位置设置有密封块。在盾尾外壁上靠近泥土进入的位置设置有堵头。堵头和密封块的表面贴近中盾内壁。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：唇形密封件能承受的水压力较小，当地下水丰富且承压水压力过大时，地层承压水和土砂可能会突破密封装置；充气式密封橡胶带容易被挤破，只能作为紧急情况下使用，正常工况下不能使用。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种用于盾构机的密封装置和盾构机。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种用于盾构机的密封装置，适用于连接所述盾构机的中盾筒体和盾尾筒体，所述装置包括第一密封圈、第二密封圈和定位环；

所述第一密封圈和所述第二密封圈均包括第一区段和连接在所述第一区段的一端的第二区段，所述第一区段呈环状，所述第二区段为从所述第一区段的一端向内倾斜的圆锥筒；

所述第一区段固定在所述中盾筒体的内壁上，所述第二区段夹紧所述盾尾筒体，所述第一密封圈、所述第二密封圈、所述中盾筒体和所述盾尾筒体形成密闭空间，所述密闭空间内填充有油脂；

所述定位环的外壁固定在所述中盾筒体的内壁上且位于所述第一密封圈和所述第二密封圈之间，所述定位环的内壁由两个锥面连接而成，两个所述锥面的连接点与所述盾尾筒体接触，两个所述锥面的所述连接点为所述定位环与所述盾尾筒体外壁铰接的铰接点。

可选地，当所述盾尾筒体和所述中盾筒体的轴线平行时，两个所述锥面分别与所述盾尾筒体的轴线的夹角为1.6度。

可选地，所述装置还包括立板，所述立板固定于所述中盾筒体，所述立板的一侧面与所述盾尾筒体的一端为可接触连接。

可选地，所述第一密封圈的第一区段与所述第一密封圈的第二区段之间形成的钝角的范围为130-135度，所述第二密封圈的第一区段与所述第二密封圈的第二区段之间形成的钝角的范围为130-135度。

可选地，所述第一密封圈的第一区段和所述第二密封圈的第一区段通过压板和沉头螺钉固定在所述中盾筒体内壁上，所述第一区段位于所述压板和所述中盾筒体内壁之间。

可选地，所述第一密封圈和所述第二密封圈的材质为硬质丁腈橡胶。

另一方面，提供了一种盾构机，所述盾构机包括中盾筒体和盾尾筒体，所述盾尾筒体的一端设在所述中盾筒体的一端内，所述盾构机还包括设置在所述中盾筒体与所述盾尾筒体之间的铰接装置、以及设置在所述中盾筒体与所述盾尾筒体之间的密封装置，所述密封装置为前述密封装置。

可选地，所述中盾筒体上设有油脂注入通道，所述油脂注入通道的出口位于所述密封装置内。

可选地，所述油脂注入通道的进口位于所述中盾筒体内部。

可选地，所述盾尾筒体的一端的外周壁为锥面。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过第一密封圈和第二密封圈的第一区段固定于中盾筒体，第一密封圈和第二密封圈的第二区段通过自身弹性箍紧盾尾筒体外壁，第一密封圈、第二密封圈、第一密封圈和第二密封圈之间的中盾筒体和盾尾筒体构成密闭空间；固定于中盾筒体上的定位环提供该密闭空间的支点；该密闭空间内填充油脂；在外部水土压力作用下，密封圈会越压越紧，使得该密封装置能够承受的压力比较大。经过实践表明，本实施例提供的密封装置即使在最大铰接角式，也可以抵御0.5MPa外部水土压力而不漏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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。

图1是本发明实施例提供的一种用于盾构机的密封装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的第一密封圈或第二密封圈的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的压板的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的压板的又一结构示意图；

图5是本发明实施例提供的定位环的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种盾构机的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的中盾筒体的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的盾尾筒体的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种用于盾构机的密封装置，参见图1、图2和图5，适用于连接盾构机的中盾筒体1和盾尾筒体2。该装置包括：第一密封圈11、第二密封圈12和定位环13。

第一密封圈11和第二密封圈12分别包括第一区段a和连接在第一区段a的一端的第二区段b，第一区段a呈环状，第二区段b为从第一区段a的一端向内倾斜的圆锥筒。

第一区段a固定在中盾筒体1的内壁上，第二区段b夹紧盾尾筒体2。第一密封圈11、第二密封圈12、中盾筒体1和盾尾筒体2形成密闭空间A，该密闭空间A填充有油脂。

定位环13的外壁固定在中盾筒体1的内壁上且位于第一密封圈11和第二密封圈12之间。定位环13的内壁由两个锥面131、132连接而成，两个锥面131、132的连接点133与盾尾筒体2接触。

其中，第一密封圈11和第二密封圈12的第一区段a固定于中盾筒体1，第一密封圈11和第二密封圈12的第二区段b通过自身弹性箍紧盾尾筒体2外壁。这样，第一密封圈11、第二密封圈12、第一密封圈11和第二密封圈12之间的中盾筒体1和盾尾筒体2构成前述密闭空间A。定位环13提供该密闭空间A的支点。

其中，油脂可以是黄油脂。

图2示出了第一密封圈11或第二密封圈12的结构。在不受外力时，第一密封圈11的第一区段a与第一密封圈11的第二区段b之间形成的钝角α可以为130-135度。相同地，第二密封圈12的第一区段a与第二密封圈12的第二区段b之间形成的钝角α可以为130-135度。

可选地，第一密封圈11和第二密封圈12的材质可以为硬质丁腈橡胶。

可选地，第一密封圈11的第一区段a和第二密封圈12的第一区段a通过压板14和沉头螺钉15固定在中盾筒体1内壁上，第一区段a位于压板14和中盾筒体1内壁之间。

参见图3和图4，压板14包括板体141和若干以预定间隔设在板体141上的螺钉安装孔142。在实际应用中，压板14可以设计成分段式，以便于制作和安装。

可选地，参见图5，当盾尾筒体2和中盾筒体1的轴线平行时，定位环13上的两个锥面131、132分别与盾尾筒体2的轴线的夹角可以为1.6度。

可选地，该装置还包括立板16。立板16固定于中盾筒体1，立板16的一侧面与盾尾筒体2的一端为可接触连接。

其中，两个锥面131、132的连接点133为定位环13与盾尾筒体2外壁铰接的铰接点，该连接点133的加工精准面为立板16与盾尾筒体2的一端可接触连接的侧面。

其中，连接点133与盾尾筒体2外壁的间隙可以为1mm。立板16与盾尾筒体2的一端可接触连接的侧面须进行机加工，以作为加工连接点133的基准。如图5所示，定位环13以立板16的侧面为基准加工出连接点133和两个锥面131、132。连接点133处的直径尺寸的误差可以在+0.25～+0.50mm的范围。

下面简要介绍本发明实施例提供的密封装置的安装及使用方法：安装方法为，首先在中盾筒体1内壁加工出定位环13，并将第一密封圈11和第二密封圈12在中盾筒体1内用压板14和沉头螺钉15固定，再在两个密封圈11、12的表面均匀涂抹黄油脂，然后将盾尾筒体2的一端缓慢插入两个密封圈11、12内。插入盾尾筒体2后，定位环13上连接点133处与盾尾筒体2外壁的间隙大约为1mm，每个密封圈11、12的两区段之间形成的钝角α被压缩至150度左右。使用前，先在密封圈11、12之间的区域A注满黄油脂。使用时，在外部水土压作用下，密封圈11、12会越压越紧，增强了密封性。经过实践表明，本实施例提供的密封装置即使在最大铰接角式(铰接角为中盾筒体1与盾尾筒体2之间的夹角)，也可以抵御0.5MPa外部水土压力而不漏。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过第一密封圈和第二密封圈的第一区段固定于中盾筒体，第一密封圈和第二密封圈的第二区段通过自身弹性箍紧盾尾筒体外壁，第一密封圈、第二密封圈、第一密封圈和第二密封圈之间的中盾筒体和盾尾筒体构成密闭空间；固定于中盾筒体上的定位环提供该密闭空间的支点；该密闭空间内填充油脂；在外部水土压力作用下，密封圈会越压越紧，使得该密封装置能够承受的压力比较大。

实施例二

本发明实施例提供了一种盾构机，参见图6，该盾构机包括：中盾筒体1和盾尾筒体2，盾尾筒体2的一端设在中盾筒体1的一端内。该盾构机还包括：设置在中盾筒体1与盾尾筒体2之间的铰接装置(图未示出)、以及设置在中盾筒体1与盾尾筒体2之间的密封装置3。

该密封装置3包括：第一密封圈、第二密封圈和定位环，第一密封圈和第二密封圈分别包括第一区段和连接在第一区段的一端的第二区段，第一区段呈环状，第二区段为从第一区段的一端向内倾斜的圆锥筒。第一区段固定在中盾筒体1的内壁上，第二区段夹紧盾尾筒体2。第一密封圈、第二密封圈、中盾筒体1和盾尾筒体2形成密闭空间，该密闭空间填充有油脂。定位环的外壁固定在中盾筒体1的内壁上且位于第一密封圈和第二密封圈之间。定位环的内壁由两个锥面连接而成，两个锥面的连接点与盾尾筒体2接触。

其中，该密封装置3与本发明实施例一中描述的密封装置的结构相同，在此不再赘述。

可选地，参见图7，中盾筒体1上设有油脂注入通道4，该油脂注入通道4的出口位于前述密封装置内，该油脂注入通道4的进口位于中盾筒体1内部。具体地，该油脂注入通道4的出口位于密闭空间内。

如图7所示，中盾筒体2上设置了立板26、定位环23、折线式密封槽5和油脂注入通道4。立板26具有机加工出的一侧面261。密封槽5用于安装第一密封圈和第二密封圈的第一区段。密封圈的第一区段通过压板和沉头螺钉安装在密封槽5内。密封槽5的槽底的直径误差可以在±0.5mm的范围。油脂注入通道4用于往两密封圈之间的区域注入油脂。

可选地，如图8所示，盾尾筒体2的一端的外周壁为锥面6。其中，在盾尾筒体2的外圆面加工出柱面7，盾尾筒体2的一端的外周壁加工出锥面6。柱面7用于和定位环23上铰接点配合，锥面6是防止在最大铰接角时密封装置的密封圈被盾尾筒体2挤破。柱面7外圆的直径尺寸的精度误差可以在-0.5～-0.25mm的范围；柱面7外圆的直径尺寸可以比定位环23上铰接点处的直径尺寸小2mm。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过第一密封圈和第二密封圈的第一区段固定于中盾筒体，第一密封圈和第二密封圈的第二区段通过自身弹性箍紧盾尾筒体外壁，第一密封圈、第二密封圈、第一密封圈和第二密封圈之间的中盾筒体和盾尾筒体构成密闭空间；固定于中盾筒体上的定位环提供该密闭空间的支点；该密闭空间内填充油脂；在外部水土压力作用下，密封圈会越压越紧，使得该密封装置能够承受的压力比较大。经过实践表明，本实施例提供的密封装置即使在最大铰接角式，也可以抵御0.5MPa外部水土压力而不漏。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。

Claims (10)

1.一种用于盾构机的密封装置，适用于连接所述盾构机的中盾筒体(1)和盾尾筒体(2)，其特征在于，所述装置包括第一密封圈(11)、第二密封圈(12)和定位环(13)；

所述第一密封圈(11)和所述第二密封圈(12)均包括第一区段(a)和连接在所述第一区段(a)的一端的第二区段(b)，所述第一区段(a)呈环状，所述第二区段(b)为从所述第一区段(a)的一端向内倾斜的圆锥筒；

所述第一区段(a)固定在所述中盾筒体(1)的内壁上，所述第二区段(b)夹紧所述盾尾筒体(2)，所述第一密封圈(11)、所述第二密封圈(12)、所述中盾筒体(1)和所述盾尾筒体(2)形成密闭空间(A)，所述密闭空间(A)内填充有油脂；

所述定位环(13)的外壁固定在所述中盾筒体(1)的内壁上且位于所述第一密封圈(11)和所述第二密封圈(12)之间，所述定位环(13)的内壁由两个锥面(131、132)连接而成，两个所述锥面(131、132)的连接点(133)与所述盾尾筒体(2)接触，两个所述锥面(131、132)的所述连接点(133)为所述定位环(13)与所述盾尾筒体(2)外壁铰接的铰接点。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述盾尾筒体和所述中盾筒体的轴线平行时，两个所述锥面(131、132)分别与所述盾尾筒体(2)的轴线的夹角为1.6度。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括立板(16)，所述立板(16)固定于所述中盾筒体(1)，所述立板(16)的一侧面与所述盾尾筒体(2)的一端为可接触连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一密封圈(11)的第一区段(a)与所述第一密封圈(11)的第二区段(b)之间形成的钝角(α)的范围为130-135度，所述第二密封圈(12)的第一区段(a)与所述第二密封圈(12)的第二区段(b)之间形成的钝角(α)的范围为130-135度。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一密封圈(11)的第一区段(a)和所述第二密封圈(12)的第一区段(a)通过压板(14)和沉头螺钉(15)固定在所述中盾筒体(1)内壁上，所述第一区段(a)位于所述压板(14)和所述中盾筒体(1)内壁之间。

6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述第一密封圈(11)和所述第二密封圈(12)的材质为硬质丁腈橡胶。

7.一种盾构机，所述盾构机包括中盾筒体(1)和盾尾筒体(2)，所述盾尾筒体(2)的一端设在所述中盾筒体(1)的一端内，所述盾构机还包括设置在所述中盾筒体(1)与所述盾尾筒体(2)之间的铰接装置、以及设置在所述中盾筒体(1)与所述盾尾筒体(2)之间的密封装置(3)，其特征在于，所述密封装置(3)为如权利要求1-5任一项所述的密封装置。

8.根据权利要求7所述的盾构机，其特征在于，所述中盾筒体(1)上设有油脂注入通道(4)，所述油脂注入通道(4)的出口位于所述密封装置内。

9.根据权利要求8所述的盾构机，其特征在于，所述油脂注入通道(4)的进口位于所述中盾筒体(1)内部。

10.根据权利要求9所述的盾构机，其特征在于，所述盾尾筒体(2)的一端的外周壁为锥面(6)。