CN211144502U - 一种用于极硬岩的空化水射流辅助破岩tbm刀盘 - Google Patents
一种用于极硬岩的空化水射流辅助破岩tbm刀盘 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，以提高TBM刀盘破岩效率。本实用新型包括刀盘本体，刀盘本体上设有中心滚刀和正滚刀，还包括空化射流机构，空化射流机构设置在刀盘本体上且与中心滚刀和正滚刀相对应。所述空化射流机构包括空化喷头和空化装置，空化喷头垂直设置在刀盘本体的前面板上，且空化喷头通过高压水管道与空化装置相连接。本实用新型在常规刀盘上增加了用于辅助切削硬岩的空化射流破岩装置；通过对空化喷头与滚刀的配合，利用空化射流对极硬岩有较强的破坏性，能削弱岩石的各项性能，对岩石进行双重破碎，提高刀盘的破岩效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及极硬岩钻掘施工技术领域，特别是指一种用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘。
背景技术
近年来，随着高速铁路、城市地铁、矿山开采等大型工程的快速发展，越来越多的隧道正在被规划和建设，在硬岩隧道掘进中众多安全可靠的TBM得到了广泛的应用。相对于传统的人工钻爆发而言，这种掘进方法在安全性以及掘进速度上有了很大的提升。但是在掘进过程中，如果遇到极硬岩地段，刀具就会受到剧烈的磨损损坏，掘进速度也因此受到影响而大幅度降低。在这种情况下，众多的刀具在掘进较短的距离时就受到了损坏而不得不进行换刀作业，过于频繁的TBM换刀操作不仅会使隧道掘进成本极大的增加，而且隧道施工工期也不能得到很好的保证。
从19世纪后半叶在螺旋桨叶片上发现空化现象以来，空化理论及应用已经有了很大发展，并且所涉及的领域也越来越多。其中空化射流是一种比较典型的利用空化效应的高效射流，空化是一种复杂的可压缩流体动力学现象，一般认为水在高速运动过程中，当某处的局部压力低于该处饱和蒸汽压时，溶于水中的空气会逸出，水自身也会气化，形成许多空泡，这些空泡到达高压区时发生崩溃，同时产生高温高压以及微射、流压缩波等，对附近固体表面的破坏性极大。
但是空化辅助破岩属于新型的破岩技术，如何通过空化射流提高刀盘破岩效率，是众多设计工作者的研究重点。
实用新型内容
针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，以提高TBM刀盘破岩效率。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，包括刀盘本体，刀盘本体上设有中心滚刀和正滚刀，还包括空化射流机构，空化射流机构设置在刀盘本体上且与中心滚刀和正滚刀相对应。
所述空化射流机构包括空化喷头和空化装置，空化喷头垂直设置在刀盘本体的前面板上，且空化喷头通过高压水管道与空化装置相连接。
所述刀盘本体的前面板上设有螺纹孔，空化喷头为阶梯形喷嘴，阶梯形喷嘴的中间阶梯台设有外螺纹，空化喷头上的外螺纹与螺纹孔螺纹配合。
所述空化喷头伸出刀盘本体前面板且低于相对应的中心滚刀或正滚刀刀刃最高点。所述空化喷头伸出刀盘本体前面板的距离为30mm~150mm。
所述空化喷头设置在相对应的中心滚刀或正滚刀刀刃运动轨迹线上。
所述空化喷头设置在相对应的中心滚刀或正滚刀刀刃运动轨迹线的两侧。
所述与中心滚刀对应的空化喷头沿中心滚刀反向转动的方向设置在设置在中心滚刀后方；与正滚刀对应的空化喷头沿正滚刀反向转动的方向设置在设置在正滚刀后方，且位于径向相邻两个正滚刀刀刃运动轨迹之间。
本实用新型在常规刀盘上增加了用于辅助切削硬岩的空化射流破岩装置；通过对空化喷头与滚刀的配合，利用空化射流对极硬岩有较强的破坏性，能削弱岩石的各项性能，对岩石进行双重破碎，提高刀盘的破岩效率。本实用新型空化喷头相对滚刀位置的设置，使空化射流作用于滚刀破岩处的最佳破碎位置，充分将空化射流腐蚀岩石的特性和滚刀破岩结合起来，实现最小输出情况下的最佳破岩，同时降低了滚刀和空化喷头的磨损量，具有较高的推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例，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实用新型的一些实施例，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为本实用新型整体结构示意图。
图2为本实用新型空化喷头安装状态示意图。
图3为实施例2中空化喷头与正滚刀位置布置示意图。
图4为实施例3中空化喷头与正滚刀位置布置示意图。
图5为实施例4中空化喷头与正滚刀位置布置示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，实施例1，一种用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，包括刀盘本体1，刀盘本体1上设有中心滚刀2和正滚刀3，中心滚刀2设置在刀盘本体的中心位置，正滚刀3设置在刀盘本体的前正面上，中心滚刀2和正滚刀3与常规TBM刀盘相似即均设置在刀盘本体的前面板上。刀盘本体1上设有空化射流机构，空化射流机构设置在刀盘本体1上且与中心滚刀2和正滚刀3相对应。即空化射流机构的空化射流与中心滚刀2和正滚刀3一一对应，实现机械破岩与高压水空化射流配合工作破岩，提高TBM破岩效率。
进一步，如图2所示，所述空化射流机构包括空化喷头4和空化装置，空化装置设置在后配套拖车或台车上，空化喷头4垂直设置在刀盘本体1的前面板上，且空化喷头4通过高压水管道与空化装置相连接。空化装置采用现有的空化发生装置，即高压水系统，高压水系统将高压水经高压水管道运至空化喷头，空化喷头内后部的局部压力低于出口处饱和蒸汽压，溶于水中的空气会逸出，水自身也会气化，形成许多空泡，这些空泡到达高压区时发生崩溃，同时产生高温高压以及微射、流压缩波等，对附近掌子面进行破碎。所述刀盘本体1的前面板上设有螺纹孔5，空化喷头4为阶梯形喷嘴，即空化喷头的外壁为一体成型的三段不同直经的圆柱，阶梯形喷嘴的中间阶梯台设有外螺纹，空化喷头4上的外螺纹与螺纹孔5螺纹配合，用于固定空化喷头4的同时便于与后方空化装置相连接，同时便于空化喷头损坏后的快速更换。
进一步，所述空化喷头4伸出刀盘本体1前面板且低于相对应的中心滚刀2或正滚刀3刀刃最高点。空化喷头伸出刀盘适当的距离，且空化喷头的高度低于滚刀的高度。空化喷头伸出刀盘是为了保证空化射流到达岩面时压力足够，喷头的高度比滚刀的高度低是为了保护喷头，防止喷头与岩面接触损坏喷头，并减少岩石碎块崩裂时对喷头造成的伤害。所述空化喷头4伸出刀盘本体1前面板的距离为30mm~150mm；具体距离根据刀盘情况和滚刀安装情况而定。
实施例2，如图3所示，一种用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，所述空化喷头4设置在相对应的中心滚刀2或正滚刀3刀刃运动轨迹线上。即在刀盘转动过程中，中心滚刀2、正滚刀3形成多个同心圆轨迹，空化喷头4设置在这些同心圆上，使产生的空化射流正好喷射在切削缝上。即在滚刀滚过岩石面以后，岩面会有一定的裂缝，接着空化喷头射出空化射流，空化射流的冲蚀能力较强，对硬岩造成一定的腐蚀，同时扩大滚刀破岩时产生的裂纹，提高破岩速度和体积，减少滚刀的磨损。
其他结构与实施例1相同。
实施例3，如图4所示，一种用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，所述空化喷头4设置在相对应的中心滚刀2或正滚刀3刀刃运动轨迹线的两侧。即在刀盘转动过程中，中心滚刀2、正滚刀3形成多个同心圆轨迹，空化喷头4设置在这些同心圆轨迹的两侧，从两侧对切削缝进行空化射流破碎，扩大滚刀破岩时产生的裂纹，提高破岩速度和体积，减少滚刀的磨损。
其他结构与实施例2相同。
实施例4，如图5所示，一种用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，所述与中心滚刀2对应的空化喷头4沿中心滚刀2反向转动的方向设置在设置在中心滚刀2后方；与正滚刀3对应的空化喷头4沿正滚刀3反向转动的方向设置在设置在正滚刀3后方，且位于径向相邻两个正滚刀3刀刃运动轨迹之间。即在刀盘转动过程中，中心滚刀2、正滚刀3形成多个同心圆轨迹，空化喷头4设置在这些轨迹圆之间，但位于滚刀的后方，使相对应的滚刀先进行机械破岩，然后空化喷头再对滚刀开挖的痕迹进行空化射流，加速岩石破裂，空化喷头设置在滚刀运动方向的后方，可以保证喷头不会和岩面碰撞摩擦，用于保护空化喷头。
其他结构与实施例3相同。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，包括刀盘本体（1），刀盘本体（1）上设有中心滚刀（2）和正滚刀（3），其特征在于：还包括空化射流机构，空化射流机构设置在刀盘本体（1）上且与中心滚刀（2）和正滚刀（3）相对应。
2.根据权利要求1所述的用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，其特征在于：所述空化射流机构包括空化喷头（4）和空化装置，空化喷头（4）垂直设置在刀盘本体（1）的前面板上，且空化喷头（4）通过高压水管道与空化装置相连接。
3.根据权利要求2所述的用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，其特征在于：所述刀盘本体（1）的前面板上设有螺纹孔（5），空化喷头（4）为阶梯形喷嘴，阶梯形喷嘴的中间阶梯台设有外螺纹，空化喷头（4）上的外螺纹与螺纹孔（5）螺纹配合。
4.根据权利要求3所述的用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，其特征在于：所述空化喷头（4）伸出刀盘本体（1）前面板且低于相对应的中心滚刀（2）或正滚刀（3）刀刃最高点。
5.根据权利要求4所述的用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，其特征在于：所述空化喷头（4）伸出刀盘本体（1）前面板的距离为30mm~150mm。
6.根据权利要求2~5任一项所述的用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，其特征在于：所述空化喷头（4）设置在相对应的中心滚刀（2）或正滚刀（3）刀刃运动轨迹线上。
7.根据权利要求2~5任一项所述的用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，其特征在于：所述空化喷头（4）设置在相对应的中心滚刀（2）或正滚刀（3）刀刃运动轨迹线的两侧。
8.根据权利要求2~5任一项所述的用于极硬岩的空化水射流辅助破岩TBM刀盘，其特征在于：所述与中心滚刀（2）对应的空化喷头（4）沿中心滚刀（2）反向转动的方向设置在设置在中心滚刀（2）后方；与正滚刀（3）对应的空化喷头（4）沿正滚刀（3）反向转动的方向设置在设置在正滚刀（3）后方，且位于径向相邻两个正滚刀（3）刀刃运动轨迹之间。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112502724A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-03-16 | 安徽唐兴机械装备有限公司 | 一种抑制滚刀偏移的顶管机滚刀 |
| CN112610235A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-06 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | 一种适用于tbm的即插即用式水射流辅助破岩设备 |
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