CN114033411A - 水导激光式复合破岩喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水导激光式复合破岩喷头，包括：三通，具有第一入口、第二入口和三通出口，第一入口与三通出口同轴，第二入口相对于第一入口垂直设置；射流输入组件，与第二入口连接；激光组件，设置在第一入口处并能够由第一入口向三通出口发射用于破岩的激光；压电陶瓷换能器，设置在三通内且位于第一入口与三通出口之间。本发明的有益效果是，压电陶瓷换能器能够为射流提供超声振动，激光组件能够向三通出口发射破岩用的激光，本发明实施例通过超声振动与激光破岩组合，能够解决硬岩隧道掘进机只搭载高压水进行破岩时效率低下、冲击速度低的问题，进而达到提高破岩效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及隧道掘进领域，具体涉及一种水导激光式复合破岩喷头。
背景技术
硬岩隧道掘进机(Tunnel Boring Machine，TBM)因施工安全、高效、环保等优点，被广泛应用。现有的水射流喷头包括支架平台，支架平台上放置磨料搅拌箱，磨料搅拌箱的出口与磨料输送管连接，磨料输送端的端部连接喷嘴，磨料输送管上设有隔膜式计量泵和蓄能器，磨料输送管靠近喷嘴处设有第一超声振动装置。
现有技术中是将磨料输送管靠近喷嘴处设有第一超声振动装置，该超声振动装置是设置在管道外部，对于破岩效率的提升并不明显。
发明内容
本发明提供了一种水导激光式复合破岩喷头，以达到提高破岩效率的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水导激光式复合破岩喷头，包括：三通，具有第一入口、第二入口和三通出口，第一入口与三通出口同轴，第二入口相对于第一入口垂直设置；射流输入组件，与第二入口连接；激光组件，设置在第一入口处并能够由第一入口向三通出口发射用于破岩的激光；压电陶瓷换能器，设置在三通内且位于第一入口与三通出口之间。
进一步地，射流输入组件包括：水输入接头，设置在第二入口处；水泵，与水输入接头连接并能够向三通内输入设定压力的水。
进一步地，激光组件包括：玻璃透镜，盖设在第一入口处；激光输入组件，设置在三通的外侧并能够朝向玻璃透镜方向发射用于破岩的激光。
进一步地，第一入口处设置有台阶面，玻璃透镜通过透镜压块压紧于台阶面上。
进一步地，激光输入组件包括光纤和激光头，光纤的一端与激光发生器连接，光纤的另一端设置有激光头，且激光头朝向玻璃透镜方向设置。
进一步地，水导激光式复合破岩喷头还包括变幅杆，设置在三通具有三通出口的一端，变幅杆具有轴向通孔，轴向通孔与三通出口同轴连接。
进一步地，轴向通孔内设置有喷头体。
进一步地，喷头体与轴向通孔的配合连接处设置有密封圈。
进一步地，轴向通孔与三通出口的配合连接处设置有密封圈。
进一步地，水输入接头与第二入口的配合连接处设置有密封圈。
本发明的有益效果是，压电陶瓷换能器能够为射流提供超声振动，激光组件能够向三通出口发射破岩用的激光，本发明实施例通过超声振动与激光破岩组合，能够解决硬岩隧道掘进机只搭载高压水进行破岩时效率低下、冲击速度低的问题，进而达到提高破岩效率的目的。
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为本发明实施例的结构示意图。
图中附图标记：1、水输入接头；2、密封圈；3、光纤；4、激光头；5、玻璃透镜；6、透镜压块；7、三通；8、压电陶瓷换能器；9、变幅杆；10、喷头体。
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所示，本发明实施例提供了一种水导激光式复合破岩喷头，包括三通7、射流输入组件、激光组件和压电陶瓷换能器8。三通7具有第一入口、第二入口和三通出口，第一入口与三通出口同轴，第二入口相对于第一入口垂直设置；射流输入组件与第二入口连接，用于提供水射流；激光组件设置在第一入口处并能够由第一入口向三通出口发射用于破岩的激光；压电陶瓷换能器8设置在三通7内且位于第一入口与三通出口之间。
压电陶瓷换能器8能够为射流提供超声振动，激光组件能够向三通出口发射破岩用的激光，本发明实施例通过超声振动与激光破岩组合，能够解决硬岩隧道掘进机只搭载高压水进行破岩时效率低下、冲击速度低的问题，进而达到提高破岩效率的目的。
本实施例中，射流输入组件提供的水射流(高压水)不仅用于射流破岩，也是激光传导的通道，作为激光的传导介质，类似于光纤，激光在水流中发生全反射，然后从水流中射出。这种水导激光的优点是避免了激光反射时对喷头的影响，喷头可以以垂直岩面的角度射出激光破岩，提高了激光的利用率，而普通的激光喷头为了避免激光反射回来的能量烧蚀喷头，都是以一定的倾角射向岩面的，激光利用率低。
具体地，射流输入组件包括水输入接头1和水泵(未图示)。水输入接头1设置在第二入口处；水泵与水输入接头1连接并能够向三通7内输入设定压力的水。本实施例中的水泵能够为装置提供高压水，以进行射流操作。其中具体压力数值以能够进行破岩操作为准。
本实施例中水输入接头1与三通7通过螺纹连接方式进行连接，在连接处设置有凹槽，用于放置密封圈2，以保证整体装置的密封性能。
进一步地，激光组件包括玻璃透镜5和激光输入组件。玻璃透镜5盖设在第一入口处；激光输入组件设置在三通7的外侧并能够朝向玻璃透镜5方向发射用于破岩的激光。
激光经玻璃透镜5折射进入高压水中，在高压水中发生全反射，高压水相当于激光的传导介质，如同光纤般传导、保护、维持稳定的柱形激光，提高了激光破岩的深度。
优选地，第一入口处设置有台阶面，玻璃透镜5通过透镜压块6压紧于台阶面上。设置透镜压块6可以便于玻璃透镜5的安装和拆卸，同时也方便对于玻璃透镜5进行检修维护。
本发明实施例中的激光输入组件包括光纤3和激光头4，光纤3的一端与激光发生器(未图示)连接，光纤3的另一端设置有激光头4，且激光头4朝向玻璃透镜5方向设置。
通过激光发生器可以产生用于破岩的激光，以实现激光破岩的目的，本实施例中激光输入组件设置在整体装置外侧，可以根据不同需要进行角度微调，并且方便后续检修。
如图1所示，水导激光式复合破岩喷头还包括变幅杆9，设置在三通7具有三通出口的一端，变幅杆9具有轴向通孔，轴向通孔与三通出口同轴连接。
采用压电陶瓷换能器8和变幅杆9的方法将电能转换成超声波，超声波再经变幅杆9进行振幅放大，超声波使高压水流具有脉冲冲击的功能，可以进一步提高高压水射流的破岩效果。
本实施例中激光对岩石烧蚀破岩后，经压电陶瓷换能器8和变幅杆9产生的超声振动的高压水对岩石进一步射流切割，实现激光破岩与高压水射流破岩的双重效果。
如图1所述，轴向通孔内设置有喷头体10。喷头体10与轴向通孔的配合连接处设置有密封圈2。设置喷头体10，可以将高压水进一步加速，形成破岩射流所需要求。
压电陶瓷换能器8在喷头体10，外，可直观检验压电陶瓷换能器8状态，方便电线接入且无需考虑额外密封问题。压电陶瓷换能器8中间通过高压水流，在对水流进行机械振动加速的同时也便于压电陶瓷换能器8散热。
优选地，本实施例中轴向通孔与三通出口的配合连接处设置有密封圈2。上述密封圈2的设置可以增加本实施例的整体密封性能，以确保本装置能够安全运行。
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：压电陶瓷换能器8能够为射流提供超声振动，激光组件能够向三通出口发射破岩用的激光，本发明实施例通过超声振动与激光破岩组合，能够解决硬岩隧道掘进机只搭载高压水进行破岩时效率低下、冲击速度低的问题，进而达到提高破岩效率的目的。
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)
1.一种水导激光式复合破岩喷头，其特征在于，包括：
三通(7)，具有第一入口、第二入口和三通出口，所述第一入口与所述三通出口同轴，所述第二入口相对于所述第一入口垂直设置；
射流输入组件，与所述第二入口连接；
激光组件，设置在所述第一入口处并能够由所述第一入口向所述三通出口发射用于破岩的激光；
压电陶瓷换能器(8)，设置在三通(7)内且位于所述第一入口与所述三通出口之间。
2.根据权利要求1所述的水导激光式复合破岩喷头，其特征在于，所述射流输入组件包括：
水输入接头(1)，设置在所述第二入口处；
水泵，与水输入接头(1)连接并能够向三通(7)内输入设定压力的水。
3.根据权利要求1所述的水导激光式复合破岩喷头，其特征在于，所述激光组件包括：
玻璃透镜(5)，盖设在所述第一入口处；
激光输入组件，设置在三通(7)的外侧并能够朝向玻璃透镜(5)方向发射用于破岩的激光。
4.根据权利要求3所述的水导激光式复合破岩喷头，其特征在于，所述第一入口处设置有台阶面，玻璃透镜(5)通过透镜压块(6)压紧于所述台阶面上。
5.根据权利要求3所述的水导激光式复合破岩喷头，其特征在于，所述激光输入组件包括光纤(3)和激光头(4)，光纤(3)的一端与激光发生器连接，光纤(3)的另一端设置有激光头(4)，且激光头(4)朝向玻璃透镜(5)方向设置。
6.根据权利要求1所述的水导激光式复合破岩喷头，其特征在于，所述水导激光式复合破岩喷头还包括变幅杆(9)，设置在三通(7)具有所述三通出口的一端，变幅杆(9)具有轴向通孔，所述轴向通孔与所述三通出口同轴连接。
7.根据权利要求6所述的水导激光式复合破岩喷头，其特征在于，所述轴向通孔内设置有喷头体(10)。
8.根据权利要求7所述的水导激光式复合破岩喷头，其特征在于，喷头体(10)与所述轴向通孔的配合连接处设置有密封圈(2)。
9.根据权利要求6所述的水导激光式复合破岩喷头，其特征在于，所述轴向通孔与所述三通出口的配合连接处设置有密封圈(2)。
10.根据权利要求2所述的水导激光式复合破岩喷头，其特征在于，水输入接头(1)与所述第二入口的配合连接处设置有密封圈(2)。
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