CN113027476A - 水破岩射流系统及其全断面硬岩隧道掘进机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水破岩射流系统及其全断面硬岩隧道掘进机，水破岩射流系统包括：中心回转接头；水射流泵组，设置在中心回转接头的一侧，水射流泵组与中心回转接头连通；气泵组，设置在中心回转接头的一侧，气泵组与中心回转接头连通；混砂腔室组件，设置在中心回转接头的另一侧，混砂腔室组件通过中心回转接头与水射流泵组和气泵组均连通；磨料储存装置，设置在中心回转接头的任意一侧，磨料储存装置的入口与气泵组连通，磨料储存装置的出口与混砂腔室组件连通。本发明的有益效果是，通过在中心回转接头的一侧设置水射流泵组和气泵组，能够达到提高中心回转接头使用寿命的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种水破岩射流系统及其全断面硬岩隧道掘进机。
背景技术
传统TBM(全断面硬岩隧道掘进机)破岩时需要将低压的冷却水输送到刀盘前部，采用的解决方案是在刀盘背后安装中心回转接头，中心回转接头的作用就是将处于静止状态的泵组和旋转的刀盘连接起来。高压水与TBM搭载、耦合破岩的实际应用案例不多，高压水破岩TBM的难点问题是高压水如何通过中心回转接头，现有技术下中心回转接头的耐压能力最高为60MPa，而高压水破岩时高压泵出口压力要100Mpa以上才能起到破岩效果。高压水路经过何种路径通过中心回转接头一直是高压水力辅助破岩TBM无法攻克的难点。
发明内容
本发明提供了一种水破岩射流系统及其全断面硬岩隧道掘进机，以达到提高中心回转接头使用寿命的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水破岩射流系统，包括：中心回转接头；水射流泵组，设置在中心回转接头的一侧，水射流泵组与中心回转接头连通；气泵组，设置在中心回转接头的一侧，气泵组与中心回转接头连通；混砂腔室组件，设置在中心回转接头的另一侧，混砂腔室组件通过中心回转接头与水射流泵组和气泵组均连通；磨料储存装置，设置在中心回转接头的任意一侧，磨料储存装置的入口与气泵组连通，磨料储存装置的出口与混砂腔室组件连通。
进一步地，中心回转接头包括定子径向通道和转子中心通道；水射流泵组通过供水管路与定子径向通道连接；磨料储存装置设置在中心回转接头的一侧，气泵组通过供气管路与磨料储存装置的入口连接，磨料储存装置的出口与转子中心通道连通；混砂腔室组件，通过连接管路与定子径向通道和转子中心通道均连接。
进一步地，中心回转接头包括定子径向通道和转子中心通道；水射流泵组通过供水管路与定子径向通道连接；气泵组通过供气管路与转子中心通道连接；磨料储存装置设置在中心回转接头的另一侧，磨料储存装置的入口与转子中心通道连接；混砂腔室组件，通过连接管路与定子径向通道和磨料储存装置的出口连接。
进一步地，中心回转接头包括定子径向通道；磨料储存装置设置在中心回转接头的一侧，气泵组通过供气管路与磨料储存装置的第一入口连接，磨料储存装置的出口与定子径向通道连通；水射流泵组通过供水管路与磨料储存装置的第二入口连接；混砂腔室组件，通过连接管路与定子径向通道连接。
进一步地，混砂腔室组件为喷嘴结构。
进一步地，混砂腔室组件包括：轴向设置且依次连接的混合腔室和加速腔室；供水入口，设置在混合腔室远离加速腔室的一侧，且供水入口与混合腔室连通；磨料入口，与混合腔室连通，且磨料入口的轴线与混合腔室的轴线之间的夹角为锐角。
进一步地，混合腔室的长度为2-4cm，加速腔室的长度为混合腔室长度的5-8倍。
进一步地，加速腔室远离混合腔室的一端为喷口，喷口的直径为1-3mm。
进一步地，供水入口为阶梯孔状结构，供水入口包括依次连接的大径段、锥形变径段和小径段，小径段与混合腔室连接。
本发明还提供了一种全断面硬岩隧道掘进机，包括刀盘、后配套拖车和上述水破岩射流系统，混砂腔室组件设置在刀盘上，中心回转接头与刀盘连接，水射流泵组和气泵组均设置在后配套拖车上。
本发明的有益效果是，本发明实施例通过在中心回转接头的一侧设置水射流泵组和气泵组，在中心回转接头的另一侧设置混砂腔室组件，同时可以根据不同需要选择磨料储存装置的位置，从而能够达到提高中心回转接头使用寿命的目的。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明第一实施例的结构示意图；
图2为本发明第二实施例的结构示意图；
图3为本发明第三实施例的结构示意图；
图4为混砂腔室组件的结构示意图。
图中附图标记：1、水射流泵组；2、气泵组；3、磨料储存装置；4、供水管路；5、供气管路；6、定子径向通道；7、转子中心通道；8、中心回转接头；9、刀盘；10、混砂腔室组件；21、供水入口；22、磨料入口；23、混合腔室；24、加速腔室；25、喷口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种水破岩射流系统，包括中心回转接头8、水射流泵组1、气泵组2、混砂腔室组件10和磨料储存装置3。水射流泵组1设置在中心回转接头8的一侧，水射流泵组1与中心回转接头8连通。气泵组2设置在中心回转接头8的一侧，气泵组2与中心回转接头8连通。混砂腔室组件10设置在中心回转接头8的另一侧，混砂腔室组件10通过中心回转接头8与水射流泵组1和气泵组2均连通。磨料储存装置3设置在中心回转接头8的任意一侧，磨料储存装置3的入口与气泵组2连通，磨料储存装置3的出口与混砂腔室组件10连通。
本发明实施例通过在中心回转接头8的一侧设置水射流泵组1和气泵组2，在中心回转接头8的另一侧设置混砂腔室组件10，同时可以根据不同需要选择磨料储存装置3的位置，从而能够达到提高中心回转接头8使用寿命的目的。
需要说明的是，中心回转接头8的一侧为图1中所示中心回转接头8的右侧，中心回转接头8的另一侧为图1中所示中心回转接头8的左侧，上述磨料储存装置3可以设置在中心回转接头8的任一侧意思是可以选择的设置在中心回转接头8的左侧或者右侧。
上述的中心回转接头8为与现有技术的中心回转接头结构一致，此处不对中心回转接头8的具体结构以及工作原理进行详细说明。
如图1所示，本发明的第一种实施例的中心回转接头8包括定子径向通道6和转子中心通道7；水射流泵组1通过供水管路4与定子径向通道6的入口连接；磨料储存装置3设置在中心回转接头8的一侧，气泵组2通过供气管路5与磨料储存装置3的入口连接，磨料储存装置3的出口与转子中心通道7的入口连通；混砂腔室组件10通过连接管路与定子径向通道6的出口和转子中心通道7的出口均连接。
在该实施例中气泵组2输送的气体携带磨料储存装置3的磨料从转子中心通道7通过，水射流泵组1提供的高压水通过定子径向通道6通过，上述磨料和高压水在混砂腔室组件10处混合并向前喷出以实现辅助破岩的作用。
如图2所示，在本发明第二种实施例中中心回转接头8包括定子径向通道6和转子中心通道7；水射流泵组1通过供水管路4与定子径向通道6的入口连接；气泵组2通过供气管路5与转子中心通道7的入口连接；磨料储存装置3设置在中心回转接头8的另一侧，磨料储存装置3的入口与转子中心通道7的出口连接；混砂腔室组件10通过连接管路与定子径向通道6的出口和磨料储存装置3的出口连接。
气泵组2提供的高压气体从转子中心通道7通过，水射流泵组1提供的高压水通过定子径向通道6通过，高压气体再通入磨料储存装置3后，在刀盘前方的混砂腔室组件10处与高压水混合，本实施例能够降低中心回转接头8的密封要求，提高了中心回转接头8的寿命。
如图4所示，上述第一种实施例和第二种实施例中，混砂腔室组件10包括：混合腔室23、加速腔室24、供水入口21和磨料入口22。混合腔室23和加速腔室24沿轴向设置且依次连接。供水入口21设置在混合腔室23远离加速腔室24的一侧，且供水入口21与混合腔室23连通。磨料入口22与混合腔室23连通，且磨料入口22的轴线与混合腔室23的轴线之间的夹角为锐角。
工作时，高压水由供水入口21进入到混合腔室23，磨料由磨料入口22进入到混合腔室23，二者在混合腔室23内充分混合，并通过加速腔室24的加速作用，于图4所示左端位置的喷口25处喷出，以实现破岩的作用。
本实施例中磨料入口22的轴线与混合腔室23的轴线之间的夹角为锐角，目的是为了让磨料与高压水在混合腔室23内充分混合，以使破岩效果更好。
如图4所示，混合腔室23的长度为X，X的范围是2-4cm，加速腔室24的长度为Y，加速腔室24的长度为混合腔室23长度的5-8倍。将混合腔室23的长度设置在上述范围，目的是为磨料和高压水提供足够的混合空间。将加速腔室24长度设置为混合腔室23长度的5-8倍，目的是使高压水与磨料混合物具有足够的加速距离，以利于破岩操作。
优选地，加速腔室24的内壁涂设有耐磨层，以增长加速腔室24的使用寿命。加速腔室24远离混合腔室23的一端为喷口25，喷口25的直径为1-3mm，该直径范围内喷口25不易堵塞，且能够保证足够的喷射速度。
本发明实施例中，供水入口21的轴向为阶梯孔状结构，供水入口21包括依次连接的大径段、锥形变径段和小径段，小径段与混合腔室23连接，且小径段的直径小于1mm。
本实施例中将供水入口21设置成上述结构，目的是通过变径方式对高压水再次进行加压加速，以保证高压水的压力和喷射速度满足设定需求。为提高供水入口21的使用寿命，供水入口21可采用钻石喷嘴制成。
如图3所示，本发明的第三种实施例中，中心回转接头8包括定子径向通道6；磨料储存装置3设置在中心回转接头8的一侧，气泵组2通过供气管路5与磨料储存装置3的第一入口连接，磨料储存装置3的出口与定子径向通道6连通；水射流泵组1通过供水管路4与磨料储存装置3的第二入口连接；混砂腔室组件10通过连接管路与定子径向通道6连接。
在该实施例中水射流泵组1和气泵组2与磨料储存装置3均连接，高压水携带磨料混合后从定子径向通道6通过，并在前方的混砂腔室组件10处喷射出。此处，需要说明的是，混砂腔室组件10为喷嘴结构，该喷嘴结构为常规喷嘴结构，此处不再进行详细说明。
本发明还提供了一种全断面硬岩隧道掘进机，包括刀盘9、后配套拖车和上述的水破岩射流系统，混砂腔室组件10设置在刀盘9上，中心回转接头8与刀盘9连接，水射流泵组1和气泵组2均设置在后配套拖车上。
其中在应用时，水射流泵组1所能提供的压力为0-280Mpa，气泵组2所能提供的压力为0-2Mpa。
在该实施例中，可以根据中心回转接头8的能力和寿命对应在上述水破岩射流系统的三种实施例中进行选取，以达到提高中心回转接头8使用寿命的目的。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：在该实施例中，可以根据中心回转接头8的能力和寿命对应在上述水破岩射流系统的三种实施例中进行选取，以达到提高中心回转接头8使用寿命的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种水破岩射流系统，其特征在于，包括：
中心回转接头(8)；
水射流泵组(1)，设置在中心回转接头(8)的一侧，水射流泵组(1)与中心回转接头(8)连通；
气泵组(2)，设置在中心回转接头(8)的一侧，气泵组(2)与中心回转接头(8)连通；
混砂腔室组件(10)，设置在中心回转接头(8)的另一侧，混砂腔室组件(10)通过中心回转接头(8)与水射流泵组(1)和气泵组(2)均连通；
磨料储存装置(3)，设置在中心回转接头(8)的任意一侧，磨料储存装置(3)的入口与气泵组(2)连通，磨料储存装置(3)的出口与混砂腔室组件(10)连通。
2.根据权利要求1所述的水破岩射流系统，其特征在于，
中心回转接头(8)包括定子径向通道(6)和转子中心通道(7)；
水射流泵组(1)通过供水管路(4)与定子径向通道(6)连接；
磨料储存装置(3)设置在中心回转接头(8)的一侧，气泵组(2)通过供气管路(5)与磨料储存装置(3)的入口连接，磨料储存装置(3)的出口与转子中心通道(7)连通；
混砂腔室组件(10)通过连接管路与定子径向通道(6)和转子中心通道(7)均连接。
3.根据权利要求1所述的水破岩射流系统，其特征在于，
中心回转接头(8)包括定子径向通道(6)和转子中心通道(7)；
水射流泵组(1)通过供水管路(4)与定子径向通道(6)连接；
气泵组(2)通过供气管路(5)与转子中心通道(7)连接；
磨料储存装置(3)设置在中心回转接头(8)的另一侧，磨料储存装置(3)的入口与转子中心通道(7)连接；
混砂腔室组件(10)通过连接管路与定子径向通道(6)和磨料储存装置(3)的出口连接。
4.根据权利要求1所述的水破岩射流系统，其特征在于，
中心回转接头(8)包括定子径向通道(6)；
磨料储存装置(3)设置在中心回转接头(8)的一侧，气泵组(2)通过供气管路(5)与磨料储存装置(3)的第一入口连接，磨料储存装置(3)的出口与定子径向通道(6)连通；
水射流泵组(1)通过供水管路(4)与磨料储存装置(3)的第二入口连接；
混砂腔室组件(10)通过连接管路与定子径向通道(6)连接。
5.根据权利要求4所述的水破岩射流系统，其特征在于，混砂腔室组件(10)为喷嘴结构。
6.根据权利要求2或3所述的水破岩射流系统，其特征在于，混砂腔室组件(10)包括：
轴向设置且依次连接的混合腔室(23)和加速腔室(24)；
供水入口(21)，设置在混合腔室(23)远离加速腔室(24)的一侧，且供水入口(21)与混合腔室(23)连通；
磨料入口(22)，与混合腔室(23)连通，且磨料入口(22)的轴线与混合腔室(23)的轴线之间的夹角为锐角。
7.根据权利要求6所述的水破岩射流系统，其特征在于，混合腔室(23)的长度为2-4cm，加速腔室(24)的长度为混合腔室(23)长度的5-8倍。
8.根据权利要求6所述的水破岩射流系统，其特征在于，加速腔室(24)远离混合腔室(23)的一端为喷口(25)，喷口(25)的直径为1-3mm。
9.根据权利要求6所述的水破岩射流系统，其特征在于，供水入口(21)为阶梯孔状结构，供水入口(21)包括依次连接的大径段、锥形变径段和小径段，所述小径段与混合腔室(23)连接。
10.一种全断面硬岩隧道掘进机，包括刀盘(9)、后配套拖车和权利要求1所述的水破岩射流系统，其特征在于，混砂腔室组件(10)设置在刀盘(9)上，中心回转接头(8)与刀盘(9)连接，水射流泵组(1)和气泵组(2)均设置在所述后配套拖车上。
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