CN113279773A - Tbm刀盘及tbm掘进机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种TBM刀盘及TBM掘进机，该TBM刀盘包括：刀盘盘体、及安装于所述刀盘盘体的喷嘴；供水机构，其安装于所述刀盘盘体；多个内外套设的环状磨料管，其安装于所述刀盘盘体；供磨料装置，其与各个所述环状磨料管连通，用于为各个所述环状磨料管供应磨料；所述供水机构与所述喷嘴连通，用于为所述喷嘴供应高压水；所述喷嘴设置于环状磨料管之间，所述喷嘴通过外磨料通道与其外侧的环状磨料管连通，所述喷嘴通过内磨料通道与其内侧的环状磨料管连通。通过本发明，缓解了破岩过程中难以将磨料稳定地输送至喷嘴的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道掘进装备的技术领域，尤其涉及一种TBM刀盘及TBM掘进机。
背景技术
TBM(Tunnel Boring Machine，隧道掘进机)搭载的高压水辅助破岩系统大多为纯水射流，纯水射流需要的射流压力较高，系统的稳定性较差，破岩效率相对较低。向射流中加入磨料，利用磨料射流进行破岩，可以提高TBM的破岩效率。但是，磨料的自重较大，破岩过程中将磨料稳定地输送至喷嘴的难度较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种TBM刀盘及TBM掘进机，以缓解破岩过程中难以将磨料稳定地输送至喷嘴的技术问题。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供一种TBM刀盘，包括：
刀盘盘体、及安装于所述刀盘盘体的喷嘴；
供水机构，其安装于所述刀盘盘体；
多个内外套设的环状磨料管，其安装于所述刀盘盘体；
供磨料装置，其与各个所述环状磨料管连通，用于为各个所述环状磨料管供应磨料；
所述供水机构与所述喷嘴连通，用于为所述喷嘴供应高压水；
所述喷嘴设置于环状磨料管之间，所述喷嘴通过外磨料通道与其外侧的环状磨料管连通，所述喷嘴通过内磨料通道与其内侧的环状磨料管连通。
在优选的实施方式中，所述供磨料装置包括随刀盘盘体旋转的第一环体、和固设的第二环体，所述第一环体与所述第二环体密封配合，所述第一环体与所述第二环体之间设置环状磨料腔，所述第一环体能够相对于所述第二环体旋转；所述环状磨料管通过磨料管路与所述环状磨料腔连通，所述磨料管路安装于所述第一环体。
在优选的实施方式中，所述第一环体设置有环形槽，所述第二环体嵌设于所述环形槽。
在优选的实施方式中，各个环状磨料管通过磨料连通管相连通；所述磨料管路的一端与所述环状磨料腔连通，所述磨料管路的另一端与最外侧的所述环状磨料管连通。
在优选的实施方式中，所述环状磨料腔位于各个所述环状磨料管的外侧。
在优选的实施方式中，所述供水机构包括供水环、和安装于所述刀盘盘体的中心的中心回转接头，所述供水环与所述中心回转接头相连通，各个所述喷嘴与所述供水环相连通。
在优选的实施方式中，所述TBM刀盘包括径向延伸的集成板，所述集成板安装于刀盘盘体，所述喷嘴安装于所述集成板；所述集成板上设置有与所述供水环连通的供水管，所述喷嘴与所述供水管连通。
在优选的实施方式中，所述TBM刀盘包括多个圆周分布的集成板。
在优选的实施方式中，所述集成板上设置有至少一个供水管；连接于同一个所述供水管的多个所述喷嘴、与多个所述环状磨料管，沿径向依次地交替分布。
本发明提供一种TBM掘进机，包括：掘进机机体和上述的TBM刀盘，所述TBM刀盘安装于所述掘进机机体。
本发明的特点及优点是：
该TBM刀盘在旋转过程中，当喷嘴处于刀盘的中心的高处时，外侧的环状磨料管高于喷嘴，外侧的环状磨料管中的磨料能够顺畅地流向喷嘴；当喷嘴处于刀盘的中心的低处时，内侧的环状磨料管高于喷嘴，内侧的环状磨料管中的磨料能够顺畅地流向喷嘴。因此，该TBM刀盘在旋转过程中，无论喷嘴处于相对于刀盘的中心的任意位置，始终能够保障至少存在一个环状磨料管高于/不低于喷嘴，从而保障至少存在一个环状磨料管，其中的磨料能够顺畅地流向喷嘴，保证磨料连续地供应给各个喷嘴，解决了高压水辅助破岩系统中磨料射流的磨料难以供应的问题。
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为本发明提供的TBM刀盘的正视图；
图2为图1的局部视图；
图3为图2中的A处的局部放大视图；
图4为图1所示的TBM刀盘侧视剖面图；；
图5为图4中的B处的局部放大视图；
图6-图8为图4的局部放大图。
附图标号说明：
11、刀盘盘体；12、喷嘴；
20、环状磨料管；21、内磨料通道；22、外磨料通道；23、磨料连通管；
30、供磨料装置；
31、第一环体；311、环形槽；32、第二环体；33、环状磨料腔；34、磨料管路；
40、供水机构；41、中心回转接头；42、供水环；
51、集成板；52、供水管。
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。
通常情况下，磨料的供应方式与高压水的供应方式相类似，首先将磨料供应至刀盘的中心区域，然后从刀盘的中心区域将磨料输送至各个喷嘴12。喷嘴12安装于刀盘的正面；在工作过程中，刀盘的轴向通常不是保持竖直方向，即刀盘的正面通常不是保持水平方向，因此，随着刀盘旋转，喷嘴12相对于刀盘的中心的位置会发生变化，是时高时低的。当喷嘴12处于刀盘的中心的高处时，由于磨料自身重量较大，磨料输送至喷嘴12的难度较大，从而导致难以保证磨料连续地供应给各个喷嘴12。
实施例一
本发明提供了一种TBM刀盘，如图1-图6和图8所示，该TBM刀盘包括：刀盘盘体11、喷嘴12、供水机构40、环状磨料管20、和供磨料装置30，喷嘴12、供水机构40和环状磨料管20均安装于刀盘盘体11；多个环状磨料管20内外套设地布置，供磨料装置30与各个环状磨料管20连通，用于为各个环状磨料管20供应磨料；供水机构40与喷嘴12连通，用于为喷嘴12供应高压水；喷嘴12设置于环状磨料管20之间，喷嘴12通过外磨料通道22与其外侧的环状磨料管20连通，喷嘴12通过内磨料通道21与其内侧的环状磨料管20连通。
喷嘴12与其外侧的至少一个环状磨料管20相通，同时与其内侧的至少一个环状磨料管20相通。该TBM刀盘在旋转过程中，当喷嘴12处于刀盘的中心的高处时，外侧的环状磨料管20高于喷嘴12，外侧的环状磨料管20中的磨料能够顺畅地流向喷嘴12；当喷嘴12处于刀盘的中心的低处时，内侧的环状磨料管20高于喷嘴12，内侧的环状磨料管20中的磨料能够顺畅地流向喷嘴12。因此，该TBM刀盘在旋转过程中，无论喷嘴12处于相对于刀盘的中心的任意位置，始终能够保障至少存在一个环状磨料管20高于/不低于喷嘴12，从而保障至少存在一个环状磨料管20，其中的磨料能够顺畅地流向喷嘴12，保证磨料连续地供应给各个喷嘴12，解决了高压水辅助破岩系统中磨料射流的磨料难以供应的问题。
该TBM刀盘，供水机构40向喷嘴12供应高压水，供磨料装置30将磨料输送至各个环状磨料管20。对供应磨料的通道进行了改进，先将磨料输送至各个环状磨料管20中，再经环状磨料管20将磨料输送至各个喷嘴12，保障了在刀盘盘体11旋转的过程中，磨料能够连续不间断地供应至各个喷嘴12，磨料与供水机构40供应的高压水混合，形成磨料射流，磨料射流从喷嘴12喷射在岩石表面，在岩石表面切割出深槽。岩石被切割出深槽后，在该TBM刀盘上的滚刀的作用下，岩石发生剥落。深槽能够大大降低滚刀破岩的困难程度，起到辅助破岩的作用。
为了方便将磨料供应至环状磨料管20中，发明人对供磨料装置30作了改进：供磨料装置30包括随刀盘盘体11旋转的第一环体31、和固设的第二环体32，如图4和图5所示，第一环体31与第二环体32密封配合，第一环体31与第二环体32之间设置环状磨料腔33，第一环体31能够相对于第二环体32旋转；环状磨料管20通过磨料管路34与环状磨料腔33连通，磨料管路34安装于第一环体31。第一环体31和磨料管路34固接于刀盘盘体11，在刀盘盘体11旋转过程中，第一环体31和磨料管路34随着一起旋转，使第一环体31和磨料管路34与喷嘴12保持相对静止，便于环状磨料腔33中的磨料经磨料管路34输送至喷嘴12；第二环体32固定设置，不随刀盘盘体11一起旋转，磨料储存罐的管路连接于第二环体32，第二环体32与磨料储存罐及其管路保持静止，方便将磨料储存罐中的磨料输送至环状磨料腔33。具体地，第二环体32可以固设于盾体。
该实施方式中，磨料经第一环体31、第二环体32及环状磨料腔33向喷嘴12输送，可以实现将磨料供应通道与高压水供应通道分离，磨料供应可以不通过中心回转接头41，取消了双介质回转接头，降低了回转接头的设计制造难度，避免磨料的存在影响回转接头的寿命。
如图5所示，第一环体31设置有环形槽311，第二环体32嵌设于环形槽311，环状磨料腔33成型于环形槽311中。第一环体31与第二环体32之间密封配合，可以保障在刀盘盘体11旋转的过程中，磨料能够经环状磨料腔33输送至喷嘴12。具体地，第一环体31与第二环体32之间设置有密封圈。
在一实施方式中，如图1和图2所示，各个环状磨料管20通过磨料连通管23相连通；如图5所示，磨料管路34的一端与环状磨料腔33连通，磨料管路34的另一端与最外侧的环状磨料管20连通。
磨料经磨料管路34输送至最外侧的环状磨料管20，最外侧的环状磨料管20的直径最大，磨料从最外侧进入，经磨料连通管23由外向内供应磨料。在工作过程中，刀盘的轴向通常不是保持竖直方向，即刀盘的正面通常不是保持水平方向，各个环状磨料管20通常沿上下方向分布，磨料可以从最高处供应到最外侧的环状磨料管20，然后依次向靠近中心的环状磨料管20供应磨料，便于依靠磨料的重力使每个环状磨料管20都装满磨料。磨料连通管23可以沿径向设置；磨料管路34的数量可以为多个，多个磨料管路34沿圆周方向分布。
进一步地，环状磨料腔33位于各个环状磨料管20的外侧，如图4所示，在工作过程中，刀盘的轴向通常不是保持竖直方向，即刀盘的正面通常不是保持水平方向，这样，环状磨料腔33的至少部分腔部位于环状磨料管20的高处，便于磨料依靠其自身重力经磨料管路34向环状磨料管20输送。
该TBM刀盘，通过改进磨料的供应通道，实现了对磨料的稳定输送。供磨料装置30可以设置于刀盘盘体11的背部，如图4和图5所示，供磨料装置30可以设置于刀盘盘体11的背部边缘。
在一实施方式中，供水机构40包括供水环42、和安装于刀盘盘体11的中心的中心回转接头41，如图4和图6所示，供水环42与中心回转接头41相连通，各个喷嘴12与供水环42相连通。高压水先进入中心回转接头41，进入回转接头的高压水通过管路向喷嘴12输送，通过布置在刀盘盘体11中心的中心回转接头41，保障在刀盘盘体11旋转过程保障高压水的供应。高压水经喷嘴12喷出，产生虹吸效应，在高压水虹吸的作用下将磨料喷射出去，起到破岩的作用。供水环42可以设置于中心区域，位于各个环状磨料管20内。
在一实施方式中，该TBM刀盘包括径向延伸的集成板51，如图2和图6-图8所示，集成板51安装于刀盘盘体11，喷嘴12安装于集成板51；集成板51上设置有与供水环42连通的供水管52，喷嘴12与供水管52连通。供水环42通过供水管52为集成板51供应高压水。集成板51上所有喷嘴12共用集成板51上的供水管52，高压水经供水管52到达喷嘴12前端。
进一步地，该TBM刀盘包括多个圆周分布的集成板51，喷嘴12安装于集成板51，集成板51一方面为喷嘴12提供了承载载体，另一方面外磨料通道22、内磨料通道21与供水管52均安装于集成板51，保障将磨料和高压水输送高压水。
如图2和图3所示，集成板51上设置有至少一个供水管52；连接于同一个供水管52的多个喷嘴12、与多个环状磨料管20，沿径向依次地交替分布，以保障高压水和磨料能够均匀地输送至各个喷嘴12。多个环状磨料管20同心设置，相邻环状磨料管20同时向环间的喷嘴12供应磨料。优选地，每个喷嘴12都与一个供水管、一个外磨料通道22和一个内磨料通道21连接，内磨料通道21与内侧且邻近喷嘴12的环状磨料管20相通，外磨料通道22与外侧且邻近喷嘴12的环状磨料管20相通。优选地，如图3所示，集成板51上并排设置有两个供水管52。
实施例二
本发明提供了一种TBM掘进机，包括：掘进机机体和上述的TBM刀盘，TBM刀盘安装于掘进机机体。
该TBM掘进机利用磨料射流对岩石表面切割出深槽。岩石被切割出深槽后，在该TBM刀盘上的滚刀的作用下，岩石发生剥落。深槽能够大大降低滚刀破岩的困难程度，起到辅助破岩的作用。并且，TBM刀盘在旋转过程中，无论喷嘴12处于相对于刀盘的中心的任意位置，始终能够保障至少存在一个环状磨料管20高于/不低于喷嘴12，从而保障至少一个环状磨料管20中的磨料能够顺畅地流向喷嘴12，保证磨料连续地供应给各个喷嘴12，解决了高压水辅助破岩系统中磨料射流的磨料难以供应的问题。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种TBM刀盘，其特征在于，包括：
刀盘盘体、及安装于所述刀盘盘体的喷嘴；
供水机构，其安装于所述刀盘盘体；
多个内外套设的环状磨料管，其安装于所述刀盘盘体；
供磨料装置，其与各个所述环状磨料管连通，用于为各个所述环状磨料管供应磨料；
所述供水机构与所述喷嘴连通，用于为所述喷嘴供应高压水；
所述喷嘴设置于环状磨料管之间，所述喷嘴通过外磨料通道与其外侧的环状磨料管连通，所述喷嘴通过内磨料通道与其内侧的环状磨料管连通。
2.根据权利要求1所述的TBM刀盘，其特征在于，所述供磨料装置包括随刀盘盘体旋转的第一环体、和固设的第二环体，所述第一环体与所述第二环体密封配合，所述第一环体与所述第二环体之间设置环状磨料腔，所述第一环体能够相对于所述第二环体旋转；
所述环状磨料管通过磨料管路与所述环状磨料腔连通，所述磨料管路安装于所述第一环体。
3.根据权利要求2所述的TBM刀盘，其特征在于，所述第一环体设置有环形槽，所述第二环体嵌设于所述环形槽。
4.根据权利要求2所述的TBM刀盘，其特征在于，各个环状磨料管通过磨料连通管相连通；所述磨料管路的一端与所述环状磨料腔连通，所述磨料管路的另一端与最外侧的所述环状磨料管连通。
5.根据权利要求4所述的TBM刀盘，其特征在于，所述环状磨料腔位于各个所述环状磨料管的外侧。
6.根据权利要求1所述的TBM刀盘，其特征在于，所述供水机构包括供水环、和安装于所述刀盘盘体的中心的中心回转接头，所述供水环与所述中心回转接头相连通，各个所述喷嘴与所述供水环相连通。
7.根据权利要求6所述的TBM刀盘，其特征在于，所述TBM刀盘包括径向延伸的集成板，所述集成板安装于刀盘盘体，所述喷嘴安装于所述集成板；
所述集成板上设置有与所述供水环连通的供水管，所述喷嘴与所述供水管连通。
8.根据权利要求7所述的TBM刀盘，其特征在于，所述TBM刀盘包括多个圆周分布的集成板。
9.根据权利要求7所述的TBM刀盘，其特征在于，所述集成板上设置有至少一个供水管；连接于同一个所述供水管的多个所述喷嘴、与多个所述环状磨料管，沿径向依次地交替分布。
10.一种TBM掘进机，其特征在于，包括：掘进机机体和权利要求1-9中任一项所述的TBM刀盘，所述TBM刀盘安装于所述掘进机机体。
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