CN114215539A - 高压水刀盘 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高压水刀盘，该高压水刀盘包括：刀盘本体、滚刀、中心回转接头、集中阀块和多个高压水喷头，所述滚刀安装于所述刀盘本体，所述中心回转接头安装于所述刀盘本体的背部；所述集中阀块安装于所述刀盘本体且沿所述刀盘本体的径向布置，所述集中阀块与所述中心回转接头通过管路连通；多个所述高压水喷头安装于所述集中阀块。通过本发明，解决了高压水喷头与滚刀破岩的匹配效果较差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程施工装备的技术领域，尤其涉及一种高压水刀盘。
背景技术
在地下工程领域，盾构法和TBM法施工的应用越来越广泛。盾构机和TBM是一种隧道掘进的专用工程机械，具有开挖切削土体、输送泥渣、拼装隧道衬砌等功能，已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
在TBM掘进机上搭载高压水射流辅助破岩技术，可以提高破岩效果。TBM刀盘上，TBM滚刀通常按线性布置、螺旋布置等方式布置。TBM刀盘空间较紧凑，布置完滚刀后，在相关滚刀的轨迹上布置高压水喷头，目前，存在高压水喷头与滚刀破岩的匹配效果较差的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压水刀盘，以解决高压水喷头与滚刀破岩的匹配效果较差的技术问题。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供一种高压水刀盘，包括：刀盘本体、滚刀、中心回转接头、集中阀块和多个高压水喷头，所述滚刀安装于所述刀盘本体，所述中心回转接头安装于所述刀盘本体的背部；
所述集中阀块安装于所述刀盘本体且沿所述刀盘本体的径向布置，所述集中阀块与所述中心回转接头通过管路连通；多个所述高压水喷头安装于所述集中阀块。
在优选的实施方式中，所述集中阀块设有高压水接口和进砂接口，所述高压水接口与所述中心回转接头的高压水通道连通，所述进砂接口与所述中心回转接头的进砂通道连通。
在优选的实施方式中，所述集中阀块包括承载体和轴向体，所述承载体沿所述刀盘本体的径向延伸，所述轴向体连接于所述承载体的内端且沿所述刀盘本体的轴向延伸，多个所述高压水喷头安装于所述承载体，所述高压水接口和所述进砂接口均设于所述轴向体。
在优选的实施方式中，所述高压水喷头包括座体、喷嘴、混砂体和砂管，所述喷嘴和所述混砂体安装在所述座体内，所述砂管连接于所述混砂体的端部；所述座体设有高压进水口，所述混砂体设有混砂室和与所述混砂室连通的进砂口，所述高压进水口、所述喷嘴、所述混砂室和所述砂管依次连通。
在优选的实施方式中，所述座体的端部连接有耐磨环，所述耐磨环包围所述砂管。
在优选的实施方式中，所述喷嘴的内径范围为0.1mm～1.5mm，所述砂管内径为所述喷嘴的内径1.5～3倍。
在优选的实施方式中，所述砂管的长度为所述砂管的内径的30～50倍。
在优选的实施方式中，沿所述刀盘本体的中心向外的方向，各个所述高压水喷头中的所述砂管的长度逐渐增大。
在优选的实施方式中，所述刀盘本体的半径为d，距中心的距离为0～0.25d的区域为中心区域，距中心的距离大于0.25d的区域为外围区域；所述中心区域的所述高压水喷头的数量为0；在所述外围区域，沿所述刀盘本体的中心向外的方向，各个所述高压水喷头中的所述喷嘴的内径逐渐增大。
在优选的实施方式中，所述刀盘本体的半径大于4m，所述高压水刀盘包括多个所述集中阀块。
本发明的特点及优点是：
高压水经中心回转接头流至集中阀块，通过集中阀块向各个高压水喷头供应高压水，高压水射流辅助破岩，与滚刀破岩相匹配，提高了破岩效果。与高压水喷头分散于刀盘正面的方式不同，该高压水刀盘中，将高压水喷头集中于集中阀块，多个高压水喷头沿径向分布。该高压水刀盘具有以下优点：(1)便于从中心回转接头到多个高压水喷头之间管路布置，高压水喷头集中布置，便于高压水的集中供给，减少各高压水喷头的管路压力损失，有效分配管路布置长度，减少管路折弯数量；(2)解决了布置高压水喷头的空间有限的问题，便于在有限刀盘空间布置高压水喷头。
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-图2为本发明提供的高压水刀盘的结构示意图；
图3-图4为本发明提供的高压水刀盘中的集中阀块与高压水喷头的示意图；
图5为本发明提供的高压水刀盘中的高压水喷头的结构示意图。
附图标号说明：
10、刀盘本体；11、进渣口；12、刀盘背部中心区域；
21、中心区域；22、次中心区域；23、主外围区域；24、次外围区域；
30、滚刀；
40、中心回转接头；41、高压水管；42、进砂管；
50、集中阀块；501、高压水接口；502、进砂接口；
51、承载体；52、轴向体；
60、高压水喷头；
61、座体；62、喷头座；621、高压进水口；63、联接座；
64、喷嘴；65、砂管；66、耐磨环；
70、混砂体；71、混砂室；72、进砂口；73、送砂管。
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。
本发明提供了一种高压水刀盘，如图1-图4所示，该高压水刀盘包括：刀盘本体10、滚刀30、中心回转接头40、集中阀块50和多个高压水喷头60，滚刀30安装于刀盘本体10，中心回转接头40安装于刀盘本体10的背部；集中阀块50安装于刀盘本体10且沿刀盘本体10的径向布置，集中阀块50与中心回转接头40通过管路连通；多个高压水喷头60安装于集中阀块50。
高压水经中心回转接头40流至集中阀块50，通过集中阀块50向各个高压水喷头60供应高压水，高压水射流辅助破岩，与滚刀30破岩相匹配，提高了破岩效果。与高压水喷头60分散于刀盘正面的方式不同，该高压水刀盘中，将高压水喷头60集中于集中阀块50，多个高压水喷头60沿径向分布。该高压水刀盘具有以下优点：(1)便于从中心回转接头40到多个高压水喷头60之间管路布置，高压水喷头60集中布置，便于高压水的集中供给，减少各高压水喷头60的管路压力损失，有效分配管路布置长度，减少管路折弯数量；(2)解决了布置高压水喷头60的空间有限的问题，便于在有限刀盘空间布置高压水喷头60。
集中阀块50上的多个高压水喷头60独立设置。集中阀块50设有高压水接口501和进砂接口502。在一实施方式中，如图2-图4所示，高压水接口501通过高压水管41与中心回转接头40的高压水通道连通，进砂接口502通过进砂管42与中心回转接头40的进砂通道连通；集中阀块50内部设有与高压水接口501连通的第一通道、和与进砂接口502连通的第二通道，各个高压水喷头60分别与第一通道和第二通道连通。
在另一实施方式中，集中阀块50上设有多个高压水接口501和多个进砂接口502，一个高压水喷头60与一组高压水接口501和进砂接口502连通；中心回转接头40的高压水通道通过多个独立的管路分别与各个高压水接口501连通，中心回转接头40的进砂通道通过多个独立的管路分别与各个进砂接口502连通。
如图2所示，中心回转接头40安装在刀盘背部中心区域12，中心回转接头40中心设置进砂通道，周边区域设置高压水通道。高压水喷头60通过集中阀块50固接到刀盘本体10上，至少一个高压水喷头60与至少一个滚刀30位于同一圆周轨迹上。刀盘本体10上设有进渣口11。
如图4所示，集中阀块50包括承载体51和轴向体52，承载体51沿刀盘本体10的径向延伸，轴向体52连接于承载体51的内端且沿刀盘本体10的轴向延伸，多个高压水喷头60安装于承载体51，高压水接口501和进砂接口502均设于轴向体52。优选地，承载体51平行于刀盘本体10的径向；承载体51安装在刀盘本体10的背部。
在一实施方式中，高压水喷头60包括座体61、喷嘴64、混砂体70和砂管65，如图5所示，喷嘴64和混砂体70安装在座体61内，砂管65连接于混砂体70的端部；座体61设有高压进水口621，混砂体70设有混砂室71和与混砂室71连通的进砂口72，高压进水口621、喷嘴64、混砂室71和砂管65依次连通。该高压水喷头60解决了高压水能量集中问题。高压水依次通过高压进水口621、喷嘴64、混砂室71和砂管65的中心孔后，喷射到岩石表面，该高压水刀盘的高压水破岩可以采用两种模式：(1)高压纯水破岩；(2)高压水+磨料破岩。采用高压纯水破岩时，将进砂口72封堵；采用高压水+磨料破岩时，磨料从进砂口72进入混砂室71。进一步地，座体61的端部连接有耐磨环66，耐磨环66包围砂管65，保护砂管65不受岩屑冲击磨损。
如图5所示，座体61包括喷头座62和联接座63，喷头座62设置高压进水口621，喷头座62设置内螺纹与联接座63配合。喷嘴64和混砂体70均依次安装在联接座63内。联接座63设有外螺纹，耐磨环66安装在该外螺纹上。喷嘴64优选为金刚石喷嘴64。该高压水喷头60包括与进砂口72连通的送砂管73，送砂管73固设于喷头座62。
在一实施方式中，喷嘴64的内径范围为0.1mm～1.5mm，砂管65内径为喷嘴64的内径1.5～3倍，有利于高压水破岩形成比较深的切割槽。进一步地，砂管65的长度为砂管65的内径的30～50倍，使高压水具有比较长的加速区，更容易获得大的动能，提高了破岩效果。砂管65优选采用不锈钢材质，避免长时间使用后生锈产生堵管现象。更优选地，沿刀盘本体10的中心向外的方向，各个高压水喷头60中的砂管65的长度逐渐增大。
如图1所示，刀盘本体10的半径为d，距中心的距离为0～0.25d的区域为中心区域21，距中心的距离大于0.25d的区域为外围区域；，外围区域包括次中心区域22、次外围区域24和主外围区域23。
金喷嘴64内径越大，通过的高压水的流量越大，消耗的能量越多，功率高，管路系统发热比较严重。在一实施方式中，中心区域的高压水喷头60的数量为0；在外围区域，沿刀盘本体10的中心向外的方向，各个高压水喷头60中的喷嘴64的内径逐渐增大，减小了靠近中心的喷嘴64的内径，实现了在满足破岩效果需要时，减少喷嘴64直径，降低能量消耗和管路发热，解决了破岩效果与能量消耗之间的匹配问题。优选地，同一区域内可采用相同的配置，不同区域采用不同配置。
进一步地，破岩时，砂管65的最外端距离岩石表面的距离大于30mm。
在一实施方式中，刀盘本体10的半径大于4m，该高压水刀盘包括多个集中阀块50。如图1所示，多个集中阀块50沿圆周方向布置。集中阀块50内独立的高压水喷头60的数量可根据岩石地质情况综合设计。刀盘本体10的直径小于4m时，布置1个集中阀块50。
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)
1.一种高压水刀盘，其特征在于，包括：刀盘本体、滚刀、中心回转接头、集中阀块和多个高压水喷头，所述滚刀安装于所述刀盘本体，所述中心回转接头安装于所述刀盘本体的背部；
所述集中阀块安装于所述刀盘本体且沿所述刀盘本体的径向布置，所述集中阀块与所述中心回转接头通过管路连通；多个所述高压水喷头安装于所述集中阀块。
2.根据权利要求1所述的高压水刀盘，其特征在于，所述集中阀块设有高压水接口和进砂接口，所述高压水接口与所述中心回转接头的高压水通道连通，所述进砂接口与所述中心回转接头的进砂通道连通。
3.根据权利要求2所述的高压水刀盘，其特征在于，所述集中阀块包括承载体和轴向体，所述承载体沿所述刀盘本体的径向延伸，所述轴向体连接于所述承载体的内端且沿所述刀盘本体的轴向延伸，多个所述高压水喷头安装于所述承载体，所述高压水接口和所述进砂接口均设于所述轴向体。
4.根据权利要求1所述的高压水刀盘，其特征在于，所述高压水喷头包括座体、喷嘴、混砂体和砂管，所述喷嘴和所述混砂体安装在所述座体内，所述砂管连接于所述混砂体的端部；
所述座体设有高压进水口，所述混砂体设有混砂室和与所述混砂室连通的进砂口，所述高压进水口、所述喷嘴、所述混砂室和所述砂管依次连通。
5.根据权利要求4所述的高压水刀盘，其特征在于，所述座体的端部连接有耐磨环，所述耐磨环包围所述砂管。
6.根据权利要求4所述的高压水刀盘，其特征在于，所述喷嘴的内径范围为0.1mm～1.5mm，所述砂管内径为所述喷嘴的内径1.5～3倍。
7.根据权利要求4所述的高压水刀盘，其特征在于，所述砂管的长度为所述砂管的内径的30～50倍。
8.根据权利要求7所述的高压水刀盘，其特征在于，沿所述刀盘本体的中心向外的方向，各个所述高压水喷头中的所述砂管的长度逐渐增大。
9.根据权利要求4所述的高压水刀盘，其特征在于，所述刀盘本体的半径为d，距中心的距离为0～0.25d的区域为中心区域，距中心的距离大于0.25d的区域为外围区域；
所述中心区域的所述高压水喷头的数量为0；
在所述外围区域，沿所述刀盘本体的中心向外的方向，各个所述高压水喷头中的所述喷嘴的内径逐渐增大。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的高压水刀盘，其特征在于，所述刀盘本体的半径大于4m，所述高压水刀盘包括多个所述集中阀块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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