CN112610235B - 一种适用于tbm的即插即用式水射流辅助破岩设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备，包括：安装座；水射流喷头，安装在所述安装座上，用于利用水接口引入的高压水抽吸分接口中的流体并在混合后喷出；回转接头，包括第一接头端和与所述第一接头端转动配合的第二接头端，所述第一接头端与所述第二接头端之间至少形成一条导通的流体通道以及一条导通的水流通道，所述第一接头端的流体通道接口与所述水射流喷头的分接口连通，所述第一接头端的水流通道接口与所述水射流喷头的水接口连通，所述第一接头端安装在所述安装座上。该适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备能够有效地解决TBM水流辅助破岩不方便的问题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道掘进技术领域，更具体地说，涉及一种适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备。
背景技术
TBM(全断面硬岩隧道掘进机)在遇到硬岩地质时，由于掌子面岩石硬度高、结构完整性好，滚刀对于掌子面岩层的侵入量不够，导致开挖效率低下。现有TBM在面对硬岩时，通常采用增加刀盘推进力的方法来应对，但是滚刀和刀盘强度有限，过大的推进力将直接导致滚刀刀刃磨损严重、滚刀座压溃、滚刀轴承和滚子磨损、刀盘开裂等严重后果；除此之外，还可以采用缩小刀间距和采用窄刃滚刀的方法来应对硬岩地质，但是前者效果不明显，后者对于刀具要求非常高，且磨损速度快，无法满足实际需求，亟需研究辅助破岩技术，提高TBM的破岩能力。
综上所述，如何有效地解决TBM水流辅助破岩不方便的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备，该适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备可以有效地解决TBM水流辅助破岩不方便的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备，包括：安装座；水射流喷头，安装在所述安装座上，用于利用水接口引入的高压水抽吸分接口中的流体并在混合后喷出；回转接头，包括第一接头端和与所述第一接头端转动配合的第二接头端，所述第一接头端与所述第二接头端之间至少形成一条导通的流体通道以及一条导通的水流通道，所述第一接头端的流体通道接口与所述水射流喷头的分接口连通，所述第一接头端的水流通道接口与所述水射流喷头的水接口连通，所述第一接头端安装在所述安装座上。
在该适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备中，在使用时，将安装座固定安装在全断面硬岩隧道掘进机的刀盘上，并且使回转接头的转动中心与刀盘的转动中心线重合设置，以使得刀盘转动时，第一接头端跟随刀盘相对第二接头端相对转动，且水射流喷头跟随刀盘一起转动，以喷射水磨料进行破岩。在该适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备中，设置了回转接头，以使得水射流喷头可以跟随安装座转动，继而保证喷射效果。而且水射流喷头实行后混式喷射，可以有效地避免出现堵塞的问题。综上所述，该适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备能够有效地解决TBM水流辅助破岩不方便的问题。
优选地，所述水射流喷头上与所述分接口连通的分通道与所述水射流喷头混合腔夹角可调，以能够调整所述分通道导入的流体与水流汇合时夹角。
优选地，还包括套设在所述水射流喷头外侧的保护套。
优选地，所述保护套设置有多个周向均匀设置的锁紧螺钉，所述锁紧螺钉与所述保护套螺纹连接且尾端与所述水射流喷头的喷嘴相抵，以固定所述水射流喷头。
优选地，所述保护套为不锈钢圆筒状结构；所述第一接头端的水流通道与所述水射流喷头的水接口通过刚性导管连通。
优选地，还包括用于将所述安装座固定在刀盘上的螺杆，所述螺杆上涂覆有螺纹胶。
优选地，多个所述分通道围绕所述混合腔设置且均与所述混合腔连通，各个所述分通道相对所述混合腔的倾斜角相等。
优选地，还包括供料小车，所述第二接头端的水流通道与所述供料小车的供水口通过水流管连通、流体通道与所述供料小车的供沙口通过导沙管流通。
优选地，还包括悬吊结构，以吊装所述水流管以及所述导沙管。
优选地，所述悬吊结构通过升降可调机构悬挂于TBM刀盘背部皮带机下方或吊葫芦滑轨上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明实施例提供的即插即用式水射流辅助破岩设备的结构示意图。
附图中标记如下：
安装座1、水射流喷头2、回转接头3、保护套4、锁紧螺钉5、螺杆6、悬吊结构7、供料小车8、水接口11、分接口12、混合腔13。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备，以有效地解决TBM水流辅助破岩不方便的问题。
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做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。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的即插即用式水射流辅助破岩设备的结构示意图。
在一种具体实施例中，本实施例提供了一种适用于TBM(全断面硬岩隧道掘进机)的即插即用式水射流辅助破岩设备，以安装在全断面硬岩隧道掘进机上，以用于破岩。具体的，该即插即用式水射流辅助破岩设备主要包括安装座1、水射流喷头2和回转接头3。
其中安装座1，用于与全断面硬岩隧道掘进机进行固定连接，主要是将安装座1与全断面硬岩隧道掘进机的刀盘固定连接。具体的固定连接方式可以根据需要进行设置，一般为可拆卸连接，如可以进行螺栓连接、螺钉连接以及焊接等。具体的如采用螺钉连接，可以在安装座1上设置螺钉穿孔，而刀盘上上开设有与所述螺钉相对应的螺纹孔。具体的安装座1可以是分离为多个均固定刀盘上的分散部件，以分别与水射流喷头2和回转接头3固定连接。
其中水射流喷头2，安装在所述安装座1上。用于利用水接口11引入的高压水抽吸分接口12中的流体并在混合后喷出。其中水射流喷头2主要包括喷嘴、分接口12、高压水通道和混入流体通道，其中高压水通道一端与水接口11连通，另一端与所述分接口12对齐设置，以使得将水接口11导入的高压水，沿分接口12延伸方向从一端射向另一端，以在高压腔中形成高压高速射流，而在混合的侧边开设通道口以连通混入流体通道，混入流体通道与分接口12流通，以导入混入流体，而因为水接口11中的高压高速水射流对通道口形成抽吸效果，进而使得通道口形成一定的负压，以吸入混入流体通道内的流体进入到该高速高压射流中，形成一定的混合，然后从分接口12的出口流出进入到喷嘴中，以从喷嘴喷出混合液。在该应用中，上述流体指的是供磨料。
其中回转接头3，包括第一接头端和与第一接头端转动配合的第二接头端，第一接头端与第二接头端之间至少形成一条导通的流体通道以及一条导通的水流通道，如果需要混入的流体种类多或为了混合效果更好，那么可以设置有多个流体通道。
需要说明的是，其中第一接头端和第二接头端之间转动连接，且要保证转动过程中，之间通道是连通的，而且不会漏缝。一般是将多个通道形成多个同轴设置的环形通道，环形通道中部分离，且两端能够相对转动，且之间具有密封圈，以在相对转动时，密封圈始终使分离口保持密封状态。如采用同轴设置的大圆管和小圆管，两者套设设置，小圆管分离呈两个小分管，两个小分管之间通过密封圈衔接，以在分离处保持密封衔接，以在一端小分管相对另一端小分管绕中心轴线转动时，保持密封衔接。对应的大圆管分离成两个大分管，两个大分管之间的衔接方式与两个小分管之间的衔接方式相同。此时大圆管与小圆管之间形成一条通道，小圆管管腔形成一条通道。两条通道分别在两端进行偏离导向处理以分离成并列设置的两条通道。
其中第一接头端的流体通道接口与水射流喷头2的分接口12连通，其中第一接头端的水流通道接口与水射流喷头2的水接口11连通，其中第一接头端安装在所述安装座1上，而其中第二接头端用于供料装置连通，具体的，第二接头端的水流通道接口用于与水泵进行连接，而其中的流体通道接口用于与能够供磨料的供料装置连通。以使得通过回转接口将高压水、上述流体分别导向水射流喷头2的水接口11和分接口12。
在该适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备中，在使用时，将安装座1固定安装在全断面硬岩隧道掘进机的刀盘上，并且使回转接头3的转动中心与刀盘的转动中心线重合设置，以使得刀盘转动时，第一接头端跟随刀盘相对第二接头端相对转动，且水射流喷头2跟随刀盘一起转动，以喷射水磨料进行破岩。在该适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备中，设置了回转接头3，以使得水射流喷头2可以跟随安装座1转动，继而保证喷射效果。而且水射流喷头2实行后混式喷射，可以有效地避免出现堵塞的问题。综上所述，该适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备能够有效地解决TBM水流辅助破岩不方便的问题。
进一步的，为了能够实现更好的混合，可以根据需要调节水流与磨料流体混入比，此处优选水射流喷头2上与分接口12连通的分通道与水射流喷头2分接口12夹角可调，以能够调整所述分通道导入的流体与水流汇合时夹角。而且当TBM刀盘上的安装空间受限时，可采用小夹角的设计，降低喷嘴截面尺寸。如上所述，可以设置多个分通道混合腔设置且均与所述混合腔连通，各个分通道相对所述混合腔的倾斜角相等。
进一步的，为了更好的保护水射流喷头2，避免水射流喷头2受撞击损坏。此处优选，还包括套设在水射流喷头2外侧的保护套4。其中保护套4内外壁平滑，前端中心位置开有喷水口，水射流喷头2安装于保护套4内部。其中保护套4可以是不锈钢圆筒状结构。以通过保护套4对水射流喷头2进行外保护。
其中水射流喷头2可以是直接安装在安装座1上，也可以是通过保护套4间接安装在安装座1上。即此时保护套4通过喷头固定装置对水射流喷头2进行限位和固定。为了方便装入水射流喷头2，此处优选保护套4内外壁平滑设置，以方便插入水射流喷头2进入到保护套4内。为了方便安装，其中喷头固定装置具体优选为锁紧螺钉5。具体的，此处优选保护套4设置有多个周向均匀设置的锁紧螺钉5，锁紧螺钉5与保护套4螺纹连接且尾端与水射流喷头2的喷嘴相抵，以固定所述喷嘴。通过锁紧螺钉5，可以更好的使水射流喷头2位于喷头保护套4中心，喷嘴悬空，对准喷头保护套4喷水口。锁紧螺钉5还可以通过调节对水射流喷头2的限位高度和相对于喷头保护套4的偏心距，以为硬管高压接头的安装预留余量。当然其中喷头固定装置还可以采用滑套、楔块等形式，对水射流喷头2进行限位和固定。其中第一接头端的水流通道与所述水射流喷头2的水接口11一般通过刚性导管连通，如通过钢管连通，以保证高压水流流通效果，其中钢管可采用薄壁钢管，具备较高强度和一定弹性。
其中安装座1用于安装在刀盘上，以将保护套4、水射流喷头2以及旋转接头安装在到盘上。为了方便刀盘与安装座1的连接，此处优选还包括用于将所述安装座1固定在刀盘上的螺杆6，所述螺杆6上涂覆有螺纹胶，以起到减震效果。而安装座1上设置有与用于螺杆6穿过的穿孔，刀盘与螺杆6对应的位置一般设置有螺纹孔，以螺杆6进行螺纹连接。其中保护套4可以是与安装座1一体成型、焊接等连接方式进行固定连接，而水射流喷头2通过保护套4间接安装在安装座1上。可以使安装座1分离成两个分部，一个分部与保护套4固定连接，且单独通过螺杆6固定在刀盘上，另一个分部与回转接头3单独通过螺杆6固定在刀盘上。其中螺杆6可以采用自锁螺帽。通过设置螺纹胶，可以提高其抗震松能力。
进一步的，为了方便供料，此处优选还包括供料小车8，可以使第二接头端的水流通道与供料小车8的供水口通过水流管连通、流体通道与所述供料小车8的供沙口通过导沙管流通。其中供料小车8上安装水射流系统其它相关组件，如泵站、电机、冷却系统、控制系统、供沙罐、净水器、储水罐等，用于给整套辅助破岩设备供电、供高压水、供磨料。在辅助破岩设备运行时，可以移动供料小车8放置于TBM刀盘后方适当位置，如连接桥下方。其中供料小车8可采用包括但不限于滚轮、履带等在内的多种移动方式，也可以通过吊耳等方式通过TBM自带的吊机或者平板轨道车进行移动。
考虑到，水流管以及导沙管重量较大，容易弯曲，进而影响流体流动效果。基于此，此处优选还包括悬吊结构7，以吊装水流管以及导沙管。其中悬吊结构7主要结构可以采用抱箍，以通过抱箍固定水流管以及导沙管。当然悬吊结构7还可以包括但不限于螺钉、绑带、胶水等在内的多种固定方式，将悬吊结构7与水流管以及导沙管固定。为了更好的进行固定，以方便进行适应调节，以保证水流管以及导沙管的平整性，此处优选其中悬吊结构7通过升降可调机构悬挂于TBM刀盘背部皮带机下方或吊葫芦滑轨上。其中水流管以及导沙管主要采用软管。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备，其特征在于，包括：
安装座；
水射流喷头，安装在所述安装座上，用于利用水接口引入的高压水抽吸分接口中的流体并在混合后喷出；
回转接头，包括第一接头端和与所述第一接头端转动配合的第二接头端，所述第一接头端与所述第二接头端之间至少形成一条导通的流体通道以及一条导通的水流通道，所述第一接头端的流体通道接口与所述水射流喷头的分接口连通，所述第一接头端的水流通道接口与所述水射流喷头的水接口连通，所述第一接头端安装在所述安装座上；还包括套设在所述水射流喷头外侧的保护套；所述保护套设置有多个周向均匀设置的锁紧螺钉，所述锁紧螺钉与所述保护套螺纹连接且尾端与所述水射流喷头的喷嘴相抵，以固定所述水射流喷头，以使所述水射流喷头位于所述保护套中心以悬空设置；所述第一接头端的水流通道与所述水射流喷头的水接口通过刚性导管连通；所述水射流喷头上与所述分接口连通的分通道与所述水射流喷头混合腔夹角可调，以能够调整所述分通道导入的流体与水流汇合时夹角。
2.根据权利要求1所述的适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备，其特征在于，所述保护套为不锈钢圆筒状结构。
3.根据权利要求2所述的适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备，其特征在于，还包括用于将所述安装座固定在刀盘上的螺杆，所述螺杆上涂覆有螺纹胶。
4.根据权利要求3所述的适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备，其特征在于，多个所述分通道围绕所述混合腔设置且均与所述混合腔连通，各个所述分通道相对所述混合腔的倾斜角相等。
5.根据权利要求4所述的适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备，其特征在于，还包括供料小车，所述第二接头端的水流通道与所述供料小车的供水口通过水流管连通、流体通道与所述供料小车的供沙口通过导沙管流通。
6.根据权利要求5所述的适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备，其特征在于，还包括悬吊结构，以吊装所述水流管以及所述导沙管。
7.根据权利要求6所述的适用于TBM的即插即用式水射流辅助破岩设备，其特征在于，所述悬吊结构通过升降可调机构悬挂于TBM刀盘背部皮带机下方或吊葫芦滑轨上。
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