CN113967547B - 喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种喷射装置，该喷射装置包括：喷头体，其设置有喷射出口；加速喉管，其安装于所述喷头体，并且所述加速喉管的下端与所述喷射出口连通；安装于所述喷头体的流体输入接头，所述流体输入接头与所述加速喉管的上端连通；安装于所述喷头体的磨料输入接头，所述磨料输入接头与所述加速喉管相连通。通过本发明，提高了隧道掘进机对硬岩的掘进效率。

Description

喷射装置

技术领域

本发明涉及隧道掘进装备的技术领域，尤其涉及一种喷射装置。

背景技术

目前，TBM(Tunnel Boring Machine，隧道掘进机)是硬岩隧道掘进的主要装备，具有施工安全、高效、环保的特点。为了提高掘进效率，TBM的刀盘上通常增设有喷嘴，喷嘴向外喷射高压水射流，高压水射流辅助破岩。在一些情况下，可以向高压水射流中添加磨料，磨料硬度较高，利用磨料进行破岩，有助于进一步提高破岩效率。但是，现有技术存在隧道掘进机对硬岩的掘进效率较低的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷射装置，以提高隧道掘进机对硬岩的掘进效率。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种喷射装置，包括：喷头体，其设置有喷射出口；加速喉管，其安装于所述喷头体，并且所述加速喉管的下端与所述喷射出口连通；安装于所述喷头体的流体输入接头，所述流体输入接头与所述加速喉管的上端连通；安装于所述喷头体的磨料输入接头，所述磨料输入接头与所述加速喉管相连通。

在优选的实施方式中，所述喷射装置包括混合喉管，所述混合喉管连接于所述加速喉管的下端，所述流体输入接头通过所述加速喉管与所述混合喉管连通；所述加速喉管的内径小于所述混合喉管的内径。

在优选的实施方式中，所述喷射装置包括加速节，所述加速节连接于所述加速喉管的上端，所述加速节设有从上往下依次分布的锥形孔和圆柱孔，所述流体输入接头通过所述锥形孔和所述圆柱孔与所述加速喉管连通；所述圆柱孔的内径小于所述加速喉管的内径，所述锥形孔的内截面从上往下逐渐缩小。

在优选的实施方式中，所述磨料输入接头连接于所述加速喉管的侧壁或者所述混合喉管的侧壁。

在优选的实施方式中，所述磨料输入接头的输入方向与所述加速喉管的轴线交叉设置，所述磨料输入接头的输入方向与所述加速喉管的轴线之间的夹角记为A，0＜A≤90°。

在优选的实施方式中，所述喷射装置包括过滤螺盖，所述过滤螺盖安装于所述喷头体，并且所述过滤螺盖与所述加速喉管相连通。

在优选的实施方式中，所述过滤螺盖的轴线与所述加速喉管的轴线的交点，位于所述磨料输入接头与所述加速喉管的轴线的交点的上方。

在优选的实施方式中，所述喷射装置包括设置于所述流体输入接头的下方的振子机构，经所述流体输入接头进入的流体流经所述振子机构后向所述加速喉管流动；所述振子机构包括从上往下依次连接的压电陶瓷换能器、变幅杆和水波增强罩。

在优选的实施方式中，所述振子机构通过振子安装板安装于所述喷头体，所述振子安装板设置于所述振子机构的上方，所述振子安装板设有多个绕所述加速喉管的轴线圆周分布的板通孔。

在优选的实施方式中，所述喷射装置包括安装于所述喷射出口的压紧螺盖，所述压紧螺盖设有喷射通孔；所述压紧螺盖抵接于所述混合喉管的下端，所述混合喉管抵接于所述加速喉管的下端。

本发明的特点及优点是：

高压水经流体输入接头输入至加速喉管，在加速喉管的作用下，高压水的流速加快，形成高速射流，并且产生文丘里作用，使得加速喉管中产生低压或负压。由于磨料输入接头与加速喉管相连通，磨料输入接头的与加速喉管相连接的一端也产生低压或负压，该低压或者负压能够产生吸力，从而驱使喷头体外的磨料流向磨料输入接头，磨料经磨料输入接头进入到喷头体中，磨料与高速射流汇合，形成磨料射流，磨料经过喷射出口喷射到加工件或岩石面上，进行切割和破岩，提高了破岩效率和破岩量，提高了隧道掘进机对硬岩的掘进效率。

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为本发明提供的喷射装置的一实施方式的结构示意图；

图2为本发明提供的喷射装置的另一实施方式的结构示意图；

图3为图1所示的喷射装置的局部示意图；

图4为本发明提供的喷射装置中的过滤螺盖的结构示意图；

图5和图6为本发明提供的喷射装置中的锁紧螺母的结构示意图；

图7和图8为本发明提供的喷射装置中的水波增强罩的结构示意图；

图9和图10为本发明提供的喷射装置中的振子安装板的结构示意图；

图11和图12为本发明提供的喷射装置中的压环的结构示意图。

附图标号说明：

10、喷头体；101、喷射出口；11、压紧螺盖；12、密封圈；

20、流体输入接头；31、磨料输入接头；311、锁紧螺母；32、过滤螺盖；

41、加速喉管；42、混合喉管；

50、加速节；51、锥形孔；52、圆柱孔；

60、振子机构；61、压电陶瓷换能器；62、变幅杆；63、水波增强罩；631、中心部；632、倾斜部；

64、振子安装板；641、板通孔；65、压环；

71、磨料供给罐；72、高压水发生器。

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。

本发明提供了一种喷射装置，如图1和图2所示，该喷射装置包括：喷头体10、加速喉管41、安装于喷头体10的流体输入接头20、和安装于喷头体10的磨料输入接头31，喷头体10设置有喷射出口101；加速喉管41安装于喷头体10，并且加速喉管41的下端与喷射出口101连通；流体输入接头20与加速喉管41的上端连通；磨料输入接头31与加速喉管41相连通。

高压水经流体输入接头20输入至加速喉管41，在加速喉管41的作用下，高压水的流速加快，形成高速射流，并且产生文丘里作用，使得加速喉管41中产生低压或负压。由于磨料输入接头31与加速喉管41相连通，磨料输入接头31的与加速喉管41相连接的一端也产生低压或负压，该低压或者负压能够产生吸力，从而驱使喷头体10外的磨料流向磨料输入接头31，磨料经磨料输入接头31进入到喷头体10中，磨料与高速射流汇合，形成磨料射流，磨料经过喷射出口101喷射到加工件或岩石面上，进行切割和破岩，提高了破岩效率和破岩量，提高了隧道掘进机对硬岩的掘进效率。

流体输入接头20安装于喷头体10的上端，流体输入接头20与喷头体10通过密封圈12进行密封。将高压水发生器72处的压力记为P0；将磨料输入接头31外端的磨料输送压记为P1，将磨料输入接头31的与加速喉管41相连接的一端产生的低压或负压记为P3，低压或负压P3与磨料输送压P1联合，通过磨料输入接头31将磨料吸入至喷头体10中。该喷射装置可以实现吸入与压入相结合的方式来驱使磨料流向喷头体10内，比较高效；该喷射装置可以采用吸入的方式来驱使磨料流向喷头体10内；该喷射装置还可以采用压入的方式来驱使磨料流向喷头体10内。该喷射装置扩大了磨料输入方式，既可以自吸入，又可以用空气压入干磨料，还可以用高压混合液携带各类磨料输入到喷头体10内，与高速射流混合，能够有效使用破碎、切割岩石等脆性材料自身产生的碎屑作为磨料，进行破碎或切割岩石。该喷射装置适用于破碎岩石等脆性材料，可以应用在隧道掘进工况，满足应用需求。

该喷射装置可以使用磨料与液体的混合液，也可以使用干磨料，可以适应多种磨料，使磨料顺畅地输送至喷头体10内，并与高速射流混合，经喷射出口101喷出后进行破岩。该喷射装置对磨料洁净度、单一性要求比较低，方便就地取材。如图1和图2所示，该喷射装置包括高压水发生器72和磨料供给罐71，高压水发生器72通过高压水管路与流体输入接头20连接，磨料供给罐71通过输砂管路与加速喉管41连接。磨料供给罐71可以为干磨料罐或混合液磨料供给罐71。

在一实施方式中，该喷射装置包括设置于流体输入接头20的下方的振子机构60，经流体输入接头20进入的流体流经振子机构60后向加速喉管41流动；振子机构60包括从上往下依次连接的压电陶瓷换能器61、变幅杆62和水波增强罩63。压电陶瓷换能器61与变幅杆62产生可控超声振动，并通过水波增强罩63将超声振动能转换到高压水中，高压水转换成具有超声波动的高速射流，可以使混合磨料流动性更好、更均匀，改善破岩效果。该喷射装置降低了超声混合磨料射流技术对磨料洁净度、均一性等要求，使几乎所有硬质颗粒都可以作为磨料吸入或压入到喷头体10内，与超声射流混合，再一起喷射出去，对岩石等脆性材料进行破碎、切割。

如图7和图8所示，水波增强罩63具有中心部631和设置于中心部631的外侧的倾斜部632，倾斜部632沿从内向外的方向向下倾斜。进一步地，振子机构60通过振子安装板64安装于喷头体10，振子安装板64设置于振子机构60的上方，振子安装板64设有多个绕加速喉管41的轴线圆周分布的板通孔641，如图1、图9和图10所示，高压水经各个板通孔641流向振子机构60。如图1、图11和图12所示，振子安装板64的上方设有压环65，以保障各部件的稳固性。

在一实施方式中，该喷射装置包括混合喉管42，混合喉管42连接于加速喉管41的下端，流体输入接头20通过加速喉管41与混合喉管42连通；加速喉管41的内径小于混合喉管42的内径。高压水流经加速喉管41后，形成高速射流，进入到混合喉管42中，高速射流经混合喉管42流向喷射出口101。

磨料输入接头31可以连接于混合喉管42，如图1所示，磨料与高速射流在混合喉管42中进行混合。磨料输入接头31也可以连接于加速喉管41，如图2所示，磨料与高速射流在加速喉管41中进行混合，然后高速射流携带磨料一起流经混合喉管42，使两者混合得更加均匀。通过调整加速喉管41的内径与混合喉管42的内径之间的关系，可以使高速射流流经混合喉管42时，混合喉管42的管孔内壁处亦产生低压或负压。

在一实施方式中，该喷射装置包括加速节50，加速节50连接于加速喉管41的上端，加速节50设有从上往下依次分布的锥形孔51和圆柱孔52，流体输入接头20通过锥形孔51和圆柱孔52与加速喉管41连通；圆柱孔52的内径小于加速喉管41的内径，锥形孔51的内截面从上往下逐渐缩小。高压水依次流经锥形孔51、圆柱孔52和加速喉管41，在锥形孔51和圆柱孔52的作用下，高压水的流速增大，形成高速射流，高速射流流经加速喉管41，可以使高速射流流动得更加均匀稳定。

图1和图2所示的喷射装置中，圆柱孔52的内径、加速喉管41的内径和混合喉管42的内径依次增大，磨料与超声射流混合后，混合射流不进行二次加速，减弱了对加速喉管41、混合喉管42的磨损，使得加速喉管41和混合喉管42更耐用，降低了加速节50、加速喉管41、混合喉管42的耐磨性的要求，方便更灵活地设计加速喉管41和混合喉管42形状和位置。

高压水经加速节50，将高压水P0转换成射流V，同时因文丘里作用圆柱孔52的内壁处产生低压或负压；通过调整圆柱孔52的内径、加速喉管41的内径和混合喉管42的内径，超声射流流经加速喉管41、混合喉管42时，加速喉管41的管孔内壁和混合喉管42的管孔内壁处亦有低压或负压，该低压或负压小于P0、P1与大气压。

作为另一种实施方式，可以省去混合喉管42和加速节50中一种，或者将混合喉管42和加速节50均省去。通过加速喉管41，磨料或混合液在加速喉管41内与超声射流进行混合，再通过加速喉管41喷出，进行破岩。通过调整加速喉管41的管孔的内径，可以使加速喉管41的管孔的内壁因文丘里作用产生低压或负压。

磨料输入接头31通过锁紧螺母311实现锁定于喷头体10，如图1、图5和图6，锁紧螺母311套接于磨料输入接头31外。磨料输入接头31设置于加速喉管41的侧方，磨料从高速射流的侧方汇入。具体地，如图1所示，磨料输入接头31连接于加速喉管41的侧壁；或者如图2所示，磨料输入接头31连接于混合喉管42的侧壁。高速射流因文丘里作用产生较大吸力，磨料汇入后，高速射流携带磨料一起流向喷射出口101，两者混合到一起。

流体输入接头20的轴线、加速节50的轴线、加速喉管41的轴线、混合喉管42的轴线均共线。进一步地，磨料输入接头31的输入方向与加速喉管41的轴线交叉设置，磨料输入接头31的输入方向与加速喉管41的轴线之间的夹角记为A，0＜A≤90°。如图3所示，磨料输入接头31的轴线与加速喉管41的轴线之间的夹角为A，通过0＜A≤90°，输入的磨料或混合液，可以与超声射流V达到较佳的混合效果，达到破岩既深又宽的效果，提高破岩效率。

在一实施方式中，该喷射装置包括过滤螺盖32，过滤螺盖32安装于喷头体10，并且过滤螺盖32与加速喉管41相连通。通过高压水形成射流V，因文丘里作用产生低压或负压P3，可以通过过滤螺盖32吸入喷头体10周边的混合液体进入到喷头体10中，与加速喉管41或混合喉管42内高速射流V混合，再次通过喷射出口101喷出，喷射到岩石上进行破岩，对碎屑颗粒、旧磨料等进行二次利用或循环利用。如图1、图2和图4所示，过滤螺盖32设有多个通孔，适合二次利用的颗粒可以穿过该通孔。如图3所示，过滤螺盖32的轴线与加速喉管41的轴线之间的夹角记为B，0＜B≤90°，使得输入的磨料或混合液，可以与超声射流V达到较佳的混合效果，达到破岩既深又宽的效果，提高破岩效率。

加速喉管41的长度记为H0,混合喉管42的长度记为H1。将磨料输送接头的轴线与加速喉管41的轴线的交点记为交点o2，将加速节50的下端面与加速喉管41的轴线的交点记为交点o1，交点o2距交点o1的距离记为H2。优选地，H2﹤(H0+H1)，可以使得输入的磨料或混合液，可以与超声射流V达到较佳的混合效果，达到破岩既深又宽的效果，提高破岩效率。

将过滤螺盖32的轴线与加速喉管41的轴线的交点记为交点o3，交点o3距交点o1的距离记为H3。优选地，H3﹤(H0+H1)，可以使得输入的磨料或混合液，可以与超声射流V达到较佳的混合效果，达到破岩既深又宽的效果，提高破岩效率。

进一步地，过滤螺盖32的轴线与加速喉管41的轴线的交点，位于磨料输入接头31与加速喉管41的轴线的交点的上方，如图1-图3所示，H3﹤H2，减少了磨料输送接头对过滤螺盖32的自吸能力的干扰，可以保障过滤螺盖32稳定且独立地吸入磨料或混合液体。

在一实施方式中，该喷射装置包括安装于喷射出口101的压紧螺盖11，压紧螺盖11设有喷射通孔；压紧螺盖11抵接于混合喉管42的下端，混合喉管42抵接于加速喉管41的下端。压紧螺盖11能够将加速喉管41与混合喉管42压紧，保护加速喉管41与混合喉管42免受岩石撞击、碾压、挤压、摩擦等破坏，提高加速喉管41与混合喉管42的生存能力，进而提高耐用性。如图1所示，压紧螺盖11可以与喷头体10螺纹配合。

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 (6)

1.一种喷射装置，其特征在于，包括：

喷头体，其设置有喷射出口；

加速喉管，其安装于所述喷头体，并且所述加速喉管的下端与所述喷射出口连通；

安装于所述喷头体的流体输入接头，所述流体输入接头与所述加速喉管的上端连通；

安装于所述喷头体的磨料输入接头，所述磨料输入接头与所述加速喉管相连通；

所述喷射装置包括过滤螺盖，所述过滤螺盖设有多个适合二次利用的颗粒穿过的通孔，所述过滤螺盖安装于所述喷头体，并且所述过滤螺盖与所述加速喉管相连通；

所述喷射装置包括混合喉管，所述混合喉管连接于所述加速喉管的下端，所述流体输入接头通过所述加速喉管与所述混合喉管连通；所述加速喉管的内径小于所述混合喉管的内径；

所述过滤螺盖和所述磨料输入接头均连接于所述混合喉管；

所述过滤螺盖的轴线与所述混合喉管的轴线的交点，位于所述磨料输入接头与所述混合喉管的轴线的交点的上方；

所述过滤螺盖的轴线与所述加速喉管的轴线之间的夹角记为B，0＜B≤90°。

2.根据权利要求1所述的喷射装置，其特征在于，所述喷射装置包括加速节，所述加速节连接于所述加速喉管的上端，所述加速节设有从上往下依次分布的锥形孔和圆柱孔，所述流体输入接头通过所述锥形孔和所述圆柱孔与所述加速喉管连通；

所述圆柱孔的内径小于所述加速喉管的内径，所述锥形孔的内截面从上往下逐渐缩小。

3.根据权利要求1所述的喷射装置，其特征在于，所述磨料输入接头的输入方向与所述加速喉管的轴线交叉设置，所述磨料输入接头的输入方向与所述加速喉管的轴线之间的夹角记为A，0＜A≤90°。

4.根据权利要求1所述的喷射装置，其特征在于，所述喷射装置包括设置于所述流体输入接头的下方的振子机构，经所述流体输入接头进入的流体流经所述振子机构后向所述加速喉管流动；所述振子机构包括从上往下依次连接的压电陶瓷换能器、变幅杆和水波增强罩。

5.根据权利要求4所述的喷射装置，其特征在于，所述振子机构通过振子安装板安装于所述喷头体，所述振子安装板设置于所述振子机构的上方，所述振子安装板设有多个绕所述加速喉管的轴线圆周分布的板通孔。

6.根据权利要求1所述的喷射装置，其特征在于，所述喷射装置包括安装于所述喷射出口的压紧螺盖，所述压紧螺盖设有喷射通孔；所述压紧螺盖抵接于所述混合喉管的下端，所述混合喉管抵接于所述加速喉管的下端。

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