CN210858734U - 一种高压水射流双缝耦合破岩掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压水射流双缝耦合破岩掘进机，包括：刀盘，刀盘的第一侧面安装有滚刀；喷射装置，喷射装置的运行轨迹与滚刀的运行轨迹同心且相邻布置；高压液体发生装置，高压液体发生装置与喷射装置连通。增加了喷射装置和高压液体发生装置，喷射装置的运行轨迹与滚刀的运行轨迹同心且相邻，高压液体发生装置为喷射装置提供高压液体。工作时，高压液体发生装置启动，高压液体通过喷射装置先对掌子面岩石进行切割、溅射，使掌子面岩石先产生微裂隙或现有裂隙进一步扩展，随后，位于相邻轨迹的滚刀对掌子面岩石进行进一步的挤压、剪切作用，以实现掘进机高效、快速施工，通过高压液体的喷射可降低滚刀的磨损，提高TBM主轴使用寿命。

Description

一种高压水射流双缝耦合破岩掘进机

技术领域

本实用新型涉及隧洞掘进机的技术领域，尤其是一种高压水射流双缝耦合破岩掘进机。

背景技术

目前长引水隧洞工程、铁路、公路交通隧洞工程施工中，多采用TBM(TunnelBoring Machine，掘进机)施工。传统TBM施工过程中，由于受TBM设备本身能力的限制，在掌子面围岩单轴抗压强度超过150MPa的情况，TBM滚刀贯入度极低，滚刀磨损速率大幅加快，导致TBM掘进进尺低，掘进速度慢，降低TBM主轴使用寿命。

因此，如何提供一种高压水射流双缝耦合破岩掘进机，降低滚刀的磨损，是本领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种高压水射流双缝耦合破岩掘进机，降低滚刀的磨损。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种高压水射流双缝耦合破岩掘进机，其包括：

刀盘，所述刀盘的第一侧面安装有滚刀；

喷射装置，所述喷射装置的运行轨迹与所述滚刀的运行轨迹同心且相邻布置；

高压液体发生装置，所述高压液体发生装置与所述喷射装置连通。

优选的，上述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机中，所述喷射装置为两组，并且两组所述喷射装置的运行轨迹分布在所述滚刀的运行轨迹的两侧，所述喷射装置的运行轨迹与所述滚刀的运行轨迹之间的距离为80～150mm。

优选的，上述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机中，所述喷射装置包括：

高压喷嘴，所述高压喷嘴安装在所述刀盘上，并且所述高压喷嘴的运行轨迹与所述滚刀的运行轨迹同心且相邻布置，所述高压喷嘴与所述高压液体发生装置连通；

喷嘴保护装置，所述喷嘴保护装置罩设在所述高压喷嘴的出口端的外侧，所述喷嘴保护装置具有与所述高压喷嘴的出口相对的通孔。

优选的，上述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机中，所述高压喷嘴通过安装保护套安装在所述刀盘上，所述安装保护套贯穿并固定在所述刀盘上，所述高压喷嘴穿过所述安装保护套并固定在所述安装保护套位于所述刀盘的第二侧面的一端，所述第二侧面与所述第一侧面相对。

优选的，上述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机中，所述高压液体发生装置包括：

纯水过滤器，所述纯水过滤器与供水装置的输出端连通；

超高压栓塞泵，所述超高压栓塞泵用于对所述纯水过滤器输出端的水加压至280MPa，且所述超高压栓塞泵的输出端与所述喷射装置连通；

动力电机，所述动力电机与所述超高压栓塞泵电联接；

控制系统，所述控制系统用于控制所述动力电机的启停。

优选的，上述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机中，所述超高压栓塞泵通过超高压合金硬管和超高压回转接头与所述喷射装置的高压喷嘴相连。

优选的，上述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机中，所述超高压回转接头与所述高压喷嘴通过超高压合金软管连通。

优选的，上述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机中，所述超高压回转接头固定在所述刀盘的第二侧面的中心处，且所述超高压回转接头的输出端连接多个所述高压喷嘴。

优选的，上述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机中，所述超高压回转接头包括：

进口段，所述进口段与所述超高压合金硬管连通；

出口段，所述出口段与所述超高压合金软管转动连接，且所述出口段的直径小于所述进口段的直径；

过渡段，所述过渡段连接所述进口段和所述出口段。

优选的，上述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机中，还包括固定在所述刀盘的边缘的集渣斗。

由以上技术方案可以看出，本实用新型所公开的一种高压水射流双缝耦合破岩掘进机，增加了喷射装置和高压液体发生装置，该喷射装置的运行轨迹与滚刀的运行轨迹同心且相邻布置，而高压液体发生装置与喷射装置连通，为喷射装置提供高压液体。工作时，高压液体发生装置启动，高压液体通过喷射装置先对掌子面岩石进行切割、溅射，使掌子面岩石先产生微裂隙或现有裂隙进一步扩展，随后，位于相邻轨迹的滚刀对掌子面岩石进行进一步的挤压、剪切作用，以实现掘进机高效、快速施工，通过超高压液体的喷射可降低滚刀的磨损，提高TBM主轴使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中公开的高压水射流双缝耦合破岩掘进机的主视剖视图；

图2为本实用新型实施例中公开的高压水射流双缝耦合破岩掘进机的侧视图；

图3为本实用新型实施例中公开的高压水射流双缝耦合破岩掘进机的滚刀运行的轨迹图；

图4为本实用新型实施例中公开的超高压回转接头的剖视图；

图5为本实用新型实施例中公开的高压喷嘴的安装后的剖视图。

具体实施方式

有鉴于此，本实用新型的核心在于公开了一种高压水射流双缝耦合破岩掘进机，降低滚刀的磨损。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1-图5所示，本实用新型公开了一种高压水射流双缝耦合破岩掘进机，包括刀盘1、喷射装置和高压水发生装置。其中，刀盘1的第一侧面安装有滚刀2，该滚刀2为用于破岩的刀具，在实际中，刀盘1上可能会安装多把滚刀2，且安装位置会沿刀盘1的周向布置；为了降低滚刀2的磨损，本申请增加了喷射装置和高压液体发生装置，该喷射装置的运行轨迹与滚刀2的运行轨迹同心且相邻布置，由于刀盘1为圆形结构，在转动时，滚刀2和喷射装置同步转动，因此，喷射装置的运行轨迹与滚刀2的运行轨迹均为圆形。将喷射装置与滚刀2两者的轨迹相邻布置，以通过喷射装置对滚刀2进行辅助破岩。而高压液体发生装置与喷射装置连通，为喷射装置提供高压液体，对于液体的压力可根据不同的需要进行设置，且均在保护范围内。

工作时，高压液体发生装置启动，高压液体通过喷射装置先对掌子面岩石进行切割、溅射，使掌子面岩石先产生微裂隙或现有裂隙进一步扩展，随后，位于相邻轨迹的滚刀2对掌子面岩石进行进一步的挤压、剪切作用，以实现掘进机高效、快速施工，通过高压液体的喷射可降低滚刀的磨损，提高TBM主轴使用寿命。

优选的实施例中，上述的喷射装置为两组，并且两组喷射装置的运行轨迹分布在滚刀2的运行轨迹的两侧。在实际中，喷射装置与滚刀2在各自所在圆周上的任意位置布置。本申请中的喷射装置的运行轨迹与滚刀2的运行轨迹之间的距离为80～150mm。在实际中可根据不同的岩石硬度，以及液体压力进行调节，且均在保护范围内。

具有的实施例中，上述的喷射装置包括高压喷嘴5和喷嘴保护装置，其中，高压喷嘴5安装在刀盘1上，并且高压喷嘴5的运行轨迹与滚刀2的运行轨迹同心且相邻布置，该高压喷嘴5与高压液体发生装置连通；喷嘴保护装置罩设在高压喷嘴5外侧，并且喷嘴保护装置具有与高压喷嘴5的出口相对的通孔，以保证高压液体能够从高压喷嘴5的出口顺利喷射出。具体的，该喷嘴保护装置为金属保护罩4，以确保高压喷嘴5不被掌子面的岩渣磨损、破坏。在工作过程中，保证高压喷嘴5距离岩石掌子面距离为30mm左右。具体的距离可根据超高压液体的压力以及岩石的硬度进行设置，且均在保护范围内。

本申请中的高压喷嘴5通过安装保护套6安装在刀盘1上，安装保护套6贯穿并固定在刀盘1上，高压喷嘴5穿过安装保护套6并固定在安装保护套位于刀盘1的第二侧面的一端，该第二侧面与上述第一侧面相对。

在安装时，将安装保护套6的固定在在刀盘1上，然后将高压喷嘴5穿过安装保护套6，并固定在安装保护套6上，具体的固定在刀盘1的第二侧面上。优选的，高压喷嘴5通过螺栓与安装保护套6位于第二侧面的端部连接。上述设置方式便于从刀盘1后侧更换高压喷嘴5。更换时，将螺栓卸下，然后从刀盘1后侧将高压喷嘴5拔出，更换高压喷嘴5后再穿过安装保护套6并固定在安装保护套6上。

优选的实施例中，上述的高压液体发生装置包括：纯水过滤器7、超高压栓塞泵8和动力电机9。其中，纯水过滤器7与供水装置的输出端连通；而超高压栓塞泵8用于对纯水过滤器7输出端的水加压至280MPa，且超高压栓塞泵8的输出端与喷射装置连通；上述动力电机9与超高压栓塞泵8电联接，为超高压栓塞泵8提供动力源。工作时，纯水过滤器7将TBM供水装置中的水过滤，以满足超高压栓塞泵8的水质要求；启动动力电机9，超高压栓塞泵8启动，通过超高压栓塞泵8做功，将低压水加压至280MPa。具体的，根据系统布置需要，共设置8台超高压栓塞泵8，共分两组布置，一组4台，每组中一台为备用。超高压栓塞泵8的额定工作压力为400MPa，单台超高压栓塞泵8的工作流量为38L/min，单台超高压栓塞泵8的额定功率200kW。

进一步的实施例中，上述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机还包括控制系统，该控制系统用于控制动力电机9的启停。采用控制系统控制动力电机9，可实现自动化控制，具体的，在滚刀2启动的同时控制系统控制动力电机9启动，以为高压喷嘴5提供高压液体。该控制系统可为PLC控制器。

在一具体实施例中，本申请中的超高压栓塞泵8通过超高压合金硬管10、超高压回转接头12和超高压合金软管11与喷射装置的高压喷嘴5相连。超高压栓塞泵8产生的超高压水通过超高压合金硬管10输送至TBM刀盘1背后的超高压回转接头12，TBM的刀盘1转动的同时，超高压回转接头12能安全工作。采用超高压合金硬管10和超高压回转接头12作为连接件和和输送超高压液体的输送装置，可保证超高压液体输送的稳定性，防止发生爆裂的问题。

进一步的实施例中，上述的超高压回转接头12与高压喷嘴5通过超高压合金软管11连接，采用超高压合金软管11可便于超高压回转接头12与高压喷嘴5的连接；此外，在高压喷嘴5喷射时，发生振动也不会使连接的超高压合金软管11破裂，提高了使用寿命。

上述的超高压回转接头12固定在刀盘1的第二侧面的中心处，且超高压回转接头12的输出端连接多个高压喷嘴5。本申请中的刀盘1的第一侧面为正面，而第二侧面为背面。将超高压回转接头12固定在背面可便于分布高压喷嘴5和滚刀2。将超高压回转接头12安装在刀盘1的中心处，可减小对刀盘1上的各个高压喷嘴5到超高压回转接头12的距离，此处公开了一种超高压回转接头12的具体安装位置，在实际中也可根据刀盘1的结构布置将其安装在刀盘1的其他位置。

更进一步的实施例中，本申请中公开的超高压回转接头12包括：进口段，进口段与超高压合金硬管10连通；出口段，出口段与超高压合金软管11转动连接，且出口段的直径小于进口段的直径；过渡段，过渡段连接进口段和出口段。具体的，超高压回转接头12中靠近TBM的刀盘1部分为旋转部分即出口段，远离TBM的刀盘1部分为非旋转部分即进口段。超高压回转接头12分为转动的两部分可进一步保证超高压回转接头12与高压喷嘴5的柔性连接。超高压回转接头12内水压为280MPa，设计流量为160L/min。

本申请中公开的高压水射流双缝耦合破岩掘进机还包括固定在刀盘1的边缘的集渣斗3。本申请中公开的高压喷嘴5为宝石喷嘴。刀盘1上共布置15个超高压宝石喷嘴，其中直径为0.53mm的喷嘴8个，直径为0.74mm的喷嘴7个，对应的喷嘴流量分别为6.7L/min和12.7L/min。高压喷嘴5距离岩石掌子面距离为30mm。

在行业中规定压力超过150MPa则为超高压，本申请中可根据需要将压力设置为超高压。将压力设置为超高压，则需要将对应的高压喷嘴5设置为超高压喷嘴。

本实用新型是在传统TBM刀盘的滚刀运行轨迹的线圈13的相邻位置布置了超高压宝石喷嘴，并在TBM主机及配套台车上布置超高压水发生与输送装置。在硬岩及超硬岩条件下，刀盘1转动的同时启动高压水射流系统，通过宝石喷嘴喷出的高压水射流对掌子面岩石进行切割、溅射与TBM的滚刀2的挤压、剪切耦合作用，大幅提高TBM滚刀2的贯入度，实现硬岩、超硬岩隧洞的快速掘进施工，同时减少刀具的磨损，提高TBM使用寿命。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高压水射流双缝耦合破岩掘进机，其特征在于，包括：

刀盘(1)，所述刀盘(1)的第一侧面安装有滚刀(2)；

喷射装置，所述喷射装置的运行轨迹与所述滚刀(2)的运行轨迹同心且相邻布置；

高压液体发生装置，所述高压液体发生装置与所述喷射装置连通。

2.根据权利要求1所述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机，其特征在于，所述喷射装置为两组，并且两组所述喷射装置的运行轨迹分布在所述滚刀的运行轨迹的两侧，所述喷射装置的运行轨迹与所述滚刀的运行轨迹之间的距离为80～150mm。

3.根据权利要求1所述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机，其特征在于，所述喷射装置包括：

高压喷嘴(5)，所述高压喷嘴(5)安装在所述刀盘(1)上，并且所述高压喷嘴(5)的运行轨迹与所述滚刀的运行轨迹同心且相邻布置，所述高压喷嘴(5)与所述高压液体发生装置连通；

喷嘴保护装置，所述喷嘴保护装置罩设在所述高压喷嘴(5)的出口端的外侧，所述喷嘴保护装置具有与所述高压喷嘴(5)的出口相对的通孔。

4.根据权利要求3所述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机，其特征在于，所述高压喷嘴(5)通过安装保护套(6)安装在所述刀盘(1)上，所述安装保护套(6)贯穿并固定在所述刀盘(1)上，所述高压喷嘴(5)穿过所述安装保护套(6)并固定在所述安装保护套位于所述刀盘(1)的第二侧面的一端，所述第二侧面与所述第一侧面相对。

5.根据权利要求3所述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机，其特征在于，所述高压液体发生装置包括：

纯水过滤器(7)，所述纯水过滤器(7)与供水装置的输出端连通；

超高压栓塞泵(8)，所述超高压栓塞泵(8)用于对所述纯水过滤器(7)输出端的水加压至280MPa，且所述超高压栓塞泵(8)的输出端与所述喷射装置连通；

动力电机(9)，所述动力电机(9)与所述超高压栓塞泵(8)电联接；

控制系统，所述控制系统用于控制所述动力电机(9)的启停。

6.根据权利要求5所述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机，其特征在于，所述超高压栓塞泵(8)通过超高压合金硬管(10)和超高压回转接头(12)与所述喷射装置的高压喷嘴(5)相连。

7.根据权利要求6所述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机，其特征在于，所述超高压回转接头(12)与所述高压喷嘴(5)通过超高压合金软管(11)连通。

8.根据权利要求7所述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机，其特征在于，所述超高压回转接头(12)固定在所述刀盘(1)的第二侧面的中心处，且所述超高压回转接头(12)的输出端连接多个所述高压喷嘴(5)。

9.根据权利要求7所述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机，其特征在于，所述超高压回转接头(12)包括：

进口段，所述进口段与所述超高压合金硬管(10)连通；

出口段，所述出口段与所述超高压合金软管(11)转动连接，且所述出口段的直径小于所述进口段的直径；

过渡段，所述过渡段连接所述进口段和所述出口段。

10.根据权利要求1-9任一项所述的高压水射流双缝耦合破岩掘进机，其特征在于，还包括固定在所述刀盘(1)的边缘的集渣斗(3)。

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