CN110497534B - 一种超高压水射流辅助破岩用旋转接头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高压水射流辅助破岩用旋转接头，解决了现有技术中旋转接头结构复杂、能承受的最高压力和最大流量较小的问题。本发明包括固定壳体，固定壳体内设有旋转轴，旋转轴的一端位于固定壳体内、另一端上设有出口接头件；所述固定壳体上设有进口，旋转轴内设有轴向腔道，出口接头件上设有出口，进口、出口分别与轴向腔道相连通。本发明是一种新型高压水承压密封结构，该旋转接头具备多路高压多路进出水路结构，高压水通流能力大，且轴向尺寸与径向尺寸较小，适用于TBM刀盘内等受空间限制的静态与旋转结构连接处，其轴承结构与高压水密封结构具有承压能力高，结构稳定性好等特点。

Description

一种超高压水射流辅助破岩用旋转接头

技术领域

本发明涉及高压水射流辅助破岩技术领域，特别是指一种超高压水射流辅助破岩用旋转接头。

背景技术

目前TBM隧道掘进时因刀具磨损等频繁停机检修及更换刀具导致不能连续作业，是目前TBM隧道施工，特别是硬岩地质施工难以解决的问题。刀具更换不及时造成过度磨损以致严重磨损刀盘导致机械设备故障，甚至会引发安全事故。因此，降低TBM隧道施工中刀具磨损及换刀次数，是TBM硬岩隧道施工的关键。其中，高压水射流辅助破岩能有效降低超硬岩石对刀具的磨损，减少换刀次数与TBM检修时间，从而降低TBM施工成本。但是如何让后配套高压动力设备产生的大流量超高压水顺利进入刀盘切割硬岩，即超高压旋转接头设计，成为高压水射流辅助破岩系统搭载在TBM设备隧道硬岩施工的关键。

TBM隧道掘进施工是采用的超高压水的压力能达到300Mpa，流量能达150L/min；超高压、大流量成为旋转接头设计要考虑的重点。现有的旋转接头承受压力小或结构复杂占用空间较大，如申请号为20151020567 1. 6的一种高压高速双通路旋转接头，承受的最高压力为30MPa。因此，研制一种超高压水射流破岩用的旋转接头很有必要。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种超高压水射流辅助破岩用旋转接头，解决了现有技术中旋转接头结构复杂、能承受的最高压力和最大流量较小的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种超高压水射流辅助破岩用旋转接头，包括固定壳体，固定壳体内设有旋转轴，旋转轴的一端位于固定壳体内、另一端上设有出口接头件；所述固定壳体上设有进口，旋转轴内设有轴向腔道，出口接头件上设有出口，进口、出口分别与轴向腔道相连通。

所述进口沿固定壳体周向设置，进口的侧部设有第一检测小孔，进口的底部设有第一锥型密封槽，固定壳体内设有轴向汇集腔，第一锥型密封槽通过第一角形流道与轴向汇集腔相连通，轴向汇集腔与轴向腔道相对应。

所述轴向汇集腔的中心轴线与轴向腔道的中心轴线重合。

所述轴向腔道进口端的道宽大于轴向腔道出口端的道宽；轴向腔道出口端沿周向设有第一径向通道，第一径向通道与轴向腔道相连通。

所述出口沿出口接头件周向设置，出口的侧部设有第二检测小孔，出口的底部设有第二锥型密封槽，第二锥型密封槽的底部设有第二径向通道，第二径向通道与第一径向通道一一对应。

所述固定壳体内设有支撑腔，支撑腔内设有用于支撑旋转轴的支撑密封件，支撑密封件与固定壳体之间设有第一密封圈，旋转轴的进液端与固定壳体之间设有高压水密封圈，支撑腔与设置在固定壳体上的检漏孔相连通。

所述旋转轴中间段与固定壳体之间依次设有内唇形密封、第一轴承、第二轴承和外唇形密封，外唇形密封位于固定壳体的外侧端。

所述旋转轴与出口接头件之间设有O型密封圈。

本发明是一种新型高压水承压密封结构，该旋转接头具备多路高压多路进出水路结构，高压水通流能力大，且轴向尺寸与径向尺寸较小，适用于TBM刀盘内等受空间限制的静态与旋转结构连接处，其轴承结构与高压水密封结构具有承压能力高，结构稳定性好等特点，能适应TBM现场掘进过程中的结构震动，提高使用寿命。本发明通过有效的高压接头密封形式，以及旋转接头内部旋转体与轴承的高压密封形式，从而实现超高压、大流量高压水向刀盘传输，实现高压水射流辅助破岩系统稳定、高效运行，提高TBM掘进效率与减低运行成本，加快高压水射流辅助破岩TBM技术推广，提高TBM对超硬岩石的掘进效率，同时减少刀具磨损与换刀次数，节约成本，缩短施工工期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，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为本发明整体内部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，实施例1，一种超高压水射流辅助破岩用旋转接头，包括固定壳体3，固定壳体3内设有旋转轴12，旋转轴与固定壳体能发生相对转动，旋转轴12的一端位于固定壳体3内、另一端上设有出口接头件14，出口接头件14与旋转轴进行同步转动；安装时，固定壳体通过法兰固定于TBM皮带机支架上，出口接头件固定于刀盘旋转接头支座上，随刀盘转动。所述固定壳体3上设有进口1，旋转轴12内设有轴向腔道17，出口接头件14上设有出口15，进口1、出口15分别与轴向腔道17相连通，进口上设有高压软管，高压水经高压软管进入进口中，然后进入旋转轴内的轴向腔道中，然后经出口接头件上的出口进入刀盘内软管管路。本旋转接头是一种超高压（300Mpa）、大流量（150L/min）的旋转接头，通过有效的高压密封回转结构，保证超高压动力设备产生的高压水通过旋转接头，进入刀盘辅助刀具旋转切割硬岩。同时最大限度缩小旋转接头径向尺寸（165mm）与轴向尺寸（237mm），以满足旋转接头安装于刀盘连接的狭小空间内。

进一步，所述进口1沿固定壳体3周向设置，根据需要进口可设置六个，六个进口等角度设置在固定壳体上，TBM后配套产生的大流量高压水分六路经进口进入旋转接头内。进口1的侧部设有第一检测小孔20，进口1的底部设有第一锥型密封槽2，第一锥型密封槽2与高压软管接头形成锥度密封，属于机械硬密封形式，提高密封性，第一检测小孔用于检测高压软管与第一锥型密封槽连接的密封性，有水从第一检测小孔溢出则说明密封性不严，需及时处理。固定壳体3内设有轴向汇集腔18，第一锥型密封槽2通过第一角形流道19与轴向汇集腔18相连通，轴向汇集腔18与轴向腔道17相对应，。所述轴向汇集腔18的中心轴线与轴向腔道17的中心轴线重合。高压水分六路经进口进入旋转接头内在轴向汇集腔18处缓存换向，由径向换为轴向，便于顺利进入旋转轴内的轴向腔道内，提高旋转接头承压能力。

更进一步，所述轴向腔道17进口端的道宽大于轴向腔道17出口端的道宽，提高高压水出水时的压力；轴向腔道17出口端沿周向设有第一径向通道23，第一径向通道23与轴向腔道17相连通，根据需要第一径向通道设置六个，六个第一径向通道等角度设置在旋转轴上，轴向腔道内的高压水分六路经第一径向通道进入出口接头件的出口，轴向腔道内的高压水由轴向变为径向进入出口接头件，实现高压水的换向，高压水在该旋转接头中六进六出，通过出口进入刀盘内软管管路。

实施例2，一种超高压水射流辅助破岩用旋转接头，所述出口15沿出口接头件14周向设置，出口根据需要设置六个，六个出口等角度设置在出口接头件上。出口15的侧部设有第二检测小孔21，出口15的底部设有第二锥型密封槽24，刀盘内软管管路接头与第二锥型密封槽锥度密封，提高其连接密封性，第二检测小孔用于检测刀盘内软管管路与第二锥型密封槽之间连接是否紧密，提高施工安全性。第二锥型密封槽24的底部设有第二径向通道22，第二径向通道22与第一径向通道23一一对应，第二径向通道根据需要设置六个，六个第二径向通道与第一径向通道同轴线设置，一对一密封接触，第一径向通道内的高压水经第二径向通道进入刀盘内软管管路。

进一步，所述固定壳体3内设有支撑腔25，支撑腔25内设有用于支撑旋转轴12的支撑密封件5，支撑密封件5与固定壳体3之间设有第一密封圈6，第一密封圈可采用O型密封圈，旋转轴12的进液端与固定壳体3之间设有高压水密封圈4，支撑密封件、第一密封圈和高压水密封圈高压水进行复合高压密封，提高装置的密封性。支撑腔25与设置在固定壳体3上的检漏孔7相连通，检漏孔径向设置，用于检测高压密封效果，确定旋转接头密封效果及使用寿命。

更进一步，所述旋转轴12中间段与固定壳体3之间依次设有内唇形密封9、第一轴承8、第二轴承11和外唇形密封13，第一轴承8采用球型滚子轴承、第二轴承11采用圆柱滚子轴承，两个轴承配合使用支撑旋转轴与固定壳体之间的相对转动。内唇形密封位于第一轴承右侧，外唇形密封13位于固定壳体3的外侧端且位于第二轴承的左侧，内唇形密封与外唇形密封为第一轴承和第二轴承的油密封，防止其间的润滑油溢出。所述旋转轴12与出口接头件14之间设有O型密封圈10，O型密封圈10分别位于第二径向通道和第一径向通道的两侧，旋转轴12与出口接头件14均随刀盘同步转动。该旋转接头结构设计紧凑，密封强度高且稳定，整个旋转接头外形尺寸为径向尺寸165mm、轴向尺寸237mm，该设计适用于TBM刀盘等狭小空间内的超高压水旋转输送，可以解决高压水射流辅助破岩系统中动力源产生的高压水向旋转切割中的刀盘输送的关键问题。

其他结构与实施例1相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (4)

1.一种超高压水射流辅助破岩用旋转接头，其特征在于：包括固定壳体（3），固定壳体（3）内设有旋转轴（12），旋转轴（12）的一端位于固定壳体（3）内、另一端上设有出口接头件（14）；所述固定壳体（3）上设有进口（1），旋转轴（12）内设有轴向腔道（17），出口接头件（14）上设有出口（15），进口（1）、出口（15）分别与轴向腔道（17）相连通，进口（1）沿固定壳体（3）周向设置，进口（1）的侧部设有第一检测小孔（20）；

所述固定壳体（3）内设有支撑腔（25），支撑腔（25）内设有用于支撑旋转轴（12）的支撑密封件（5），支撑密封件（5）与固定壳体（3）之间设有第一密封圈（6），旋转轴（12）的进液端与固定壳体（3）之间设有高压水密封圈（4），支撑腔（25）与设置在固定壳体（3）上的检漏孔（7）相连通；

所述旋转轴（12）中间段与固定壳体（3）之间依次设有内唇形密封（9）、第一轴承（8）、第二轴承（11）和外唇形密封（13），外唇形密封（13）位于固定壳体（3）的外侧端；

其特征在于：所述轴向腔道（17）进口端的道宽大于轴向腔道（17）出口端的道宽；轴向腔道（17）出口端沿周向设有第一径向通道（23），第一径向通道（23）与轴向腔道（17）相连通；

所述出口（15）沿出口接头件（14）周向设置，出口（15）的侧部设有第二检测小孔（21），出口（15）的底部设有第二锥型密封槽（24），第二锥型密封槽（24）的底部设有第二径向通道（22），第二径向通道（22）与第一径向通道（23）一一对应。

2.根据权利要求1所述的超高压水射流辅助破岩用旋转接头，其特征在于：所述进口（1）的底部设有第一锥型密封槽（2），固定壳体（3）内设有轴向汇集腔（18），第一锥型密封槽（2）通过第一角形流道（19）与轴向汇集腔（18）相连通，轴向汇集腔（18）与轴向腔道（17）相对应。

3.根据权利要求2所述的超高压水射流辅助破岩用旋转接头，其特征在于：所述轴向汇集腔（18）的中心轴线与轴向腔道（17）的中心轴线重合。

4.根据权利要求1或2或3所述的超高压水射流辅助破岩用旋转接头，其特征在于：所述旋转轴（12）与出口接头件（14）之间设有O型密封圈（10）。

Images