CN216076977U - 一种基于变幅杆结构的水射流喷头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种基于变幅杆结构的水射流喷头，涉及隧道掘进设备领域，该基于变幅杆结构的水射流喷头包括喷头体，具有第一导流腔和第二导流腔，第一导流腔沿喷头体的轴向开设，第二导流腔的一端开口于喷头体的外壁，第二导流腔的另一端开口于第一导流腔的内壁；磨料导管，安装于第一导流腔的一端；喷嘴，安装于第一导流腔的另一端；超声振动装置，套设于喷头体外并通过喷头体驱动第一导流腔内的流体进行超声振动。本实用新型提出的基于变幅杆结构的水射流喷头能够提高水射流的破岩效率。

Description

一种基于变幅杆结构的水射流喷头

技术领域

本实用新型涉及隧道掘进设备领域，特别涉及一种基于变幅杆结构的水射流喷头。

背景技术

隧道掘进机(TBM)能够实现掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点。现有的隧道掘进机一般采用高压水射流和机械力结合破碎岩石的技术方案。

高压水射流，是以水为介质，通过高压发生设备增加获得巨大能量，经一定形状的喷嘴喷出的一股能量集中的高速水流。同时，为了增加高压水射流的破岩能力，还需要在原有纯水射流中加入磨料，形成磨料射流，以提高破岩效率。

但是对于硬质岩石而言，现有高压水射流喷头其所喷出射流的冲击速度低、破岩效率低下、可控频率较少，进而影响掘进施工的掘进效率。

有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出一种基于变幅杆结构的水射流喷头，以期解决现有技术存在的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于变幅杆结构的水射流喷头，能够提高水射流的破岩效率。

为达到上述目的，本实用新型提出一种一种基于变幅杆结构的水射流喷头，其中，所述基于变幅杆结构的水射流喷头包括：

喷头体，具有第一导流腔和第二导流腔，所述第一导流腔沿所述喷头体的轴向开设，所述第二导流腔的一端开口于所述喷头体的外壁，所述第二导流腔的另一端开口于所述第一导流腔的内壁；

磨料导管，安装于所述第一导流腔的一端；

喷嘴，安装于所述第一导流腔的另一端；

超声振动装置，套设于所述喷头体外并通过所述喷头体驱动所述第一导流腔内的流体进行超声振动。

如上所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其中，所述喷嘴的外壁与所述第一导流腔的内壁密封连接，所述喷嘴具有轴向贯通的喷射腔，所述磨料导管的一端为进料端，所述磨料导管的另一端为出料端，所述进料端与所述第一导流腔的内壁密封连接，所述磨料管的外壁和所述第一导流腔的内壁之间形成有导流通道，所述出料端延伸至所述喷射腔内并与所述喷射腔的内壁围合形成射流间隙。

如上所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其中，所述喷射腔具有汇流段和喷射段，所述汇流段与所述第一导流腔相连通，所述汇流段的内壁面为沿射流方向逐渐缩径的内锥面。

如上所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其中，所述出料端具有缩径部和喷射部，所述缩径部的外壁面为与所述汇流段的内壁对位配合的外壁面，所述喷射部伸入所述喷射段内。

如上所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其中，所述喷头体包括轴向设置的端盖部、连接部和变幅杆部，所述端盖部的外径大于所述连接部的外径形成第一限位台阶，所述变幅杆部的外径大于所述连接部的外径形成第二限位台阶，所述第一限位台阶和所述第二限位台阶围合形成安装环槽，所述超声振动装置套设在所述安装环槽内。

如上所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其中，所述端盖部和所述连接部一体成型而成，所述连接部和所述变幅杆部能拆卸地密封连接。

如上所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其中，所述第一导流腔依次贯穿所述端盖部、所述连接部和所述变幅杆部，所述第二导流腔开设于所述端盖部。

如上所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其中，所述进料端包括沿其轴向设置的第一连接段和第二连接段，所述第一连接段的外径大于所述第二连接段的外径形成第三限位台阶，所述第一连接段位于所述喷头体外，所述第二连接段穿设于所述第一导流腔中，所述第三限位台阶顶抵于所述喷头体的外壁上，所述第二连接段与所述第一导流腔的内壁密封连接。

如上所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其中，所述第二导流腔垂直于所述第一导流腔开设。

如上所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其中，所述喷嘴为耐磨喷嘴。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点和优点：

本实用新型提出的基于变幅杆结构的水射流喷头，由第二导流腔向第一导流腔内提供高压水，整个喷头体作为超声波振动单元来赋予第一导流腔内的水流超声波脉冲，具有超声波脉冲的水流再和磨料导管提供的磨料混合，形成超声磨料射流，大大提高了破岩效率。

本实用新型提出的基于变幅杆结构的水射流喷头，其超声振动装置外置，方便控制和冷却。

本实用新型提出的基于变幅杆结构的水射流喷头，其结构简单，可靠性高，具有易加工、易维护、易更换，适配能力强的优点。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本实用新型提出的基于变幅杆结构的水射流喷头一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型中喷头体的结构示意图；

图3为本实用新型提出的基于变幅杆结构的水射流喷头另一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型中固定盘的结构示意图。

附图标记说明：

100、基于变幅杆结构的水射流喷头； 10、喷头体；

11、第一导流腔； 12、第二导流腔；

13、安装环槽； 14、端盖部；

15、连接部； 16、变幅杆部；

17、第一限位台阶； 18、第二限位台阶；

111、导流通道；

20、超声振动装置； 30、磨料导管；

31、第一连接段； 32、第二连接段；

33、导流段； 34、第三限位台阶；

35、第四限位台阶； 36、缩径部；

37、喷射部；

40、喷嘴； 41、喷射腔；

411、汇流段； 412、喷射段。

19、密封圈； 50、固定盘；

51、第一贯通腔； 52、第二贯通腔。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。

如图1、图2所示，本实用新型提出一种基于变幅杆结构的水射流喷头100，该基于变幅杆结构的水射流喷头100包括喷头体10、超声振动装置20、磨料导管30和喷嘴40，喷头体10内开设有第一导流腔11和第二导流腔12，第一导流腔11沿喷头体10的轴向贯通喷头体10，第二导流腔12的一端开口于喷头体10的外壁上，第二导流腔12的另一端开口于第一导流腔11的内壁上，磨料导管30安装于第一导流腔11的一端；喷嘴40安装于第一导流腔的另一端；超声振动装置20固定连接在喷头体10外并驱动第一导流腔11内的液体进行超声振动。

本实用新型提出的基于变幅杆结构的水射流喷头100，由第二导流腔12向第一导流腔内提供高压水，整个喷头体10作为超声波振动单元来赋予第一导流腔11内的水流超声波脉冲，具有超声波脉冲的水流再和磨料导管30提供的磨料混合，形成超声磨料射流，大大提高了破岩效率。

本实用新型提出的基于变幅杆结构的水射流喷头100，其将整个喷头体10作为超声波振动单元进行超声振动，从而能够获得更大的振动单元和更强的超声波脉冲，不但提高了超声波的转换效率，也能将流水转化为更高效超声射流。

本实用新型提出的基于变幅杆结构的水射流喷头100，其超声振动装置20外置，方便控制和冷却。

本实用新型提出的基于变幅杆结构的水射流喷头100，其结构简单，可靠性高，具有易加工、易维护、易更换，适配能力强的优点。

在本实用新型一个可选的实施方式中，喷嘴40的外壁与第一导流腔11的内壁密封连接并能随喷头体10一同振动，喷嘴40具有轴向贯通的喷射腔41，磨料导管30的一端为进料端，磨料导管30的另一端为出料端，进料端与第一导流腔11的内壁密封连接，磨料管30的外壁和第一导流腔11的内壁之间形成有导流通道111，出料端延伸至喷射腔41内并与喷射腔的内壁围合形成射流间隙413。采用上述结构，高压水流经第二导流腔12后进入导流通道111中，之后再在射流间隙413处与磨料发生接触和混合并最后喷出。

在本实用新型一个可选的实施方式中，喷射腔41具有汇流段411和喷射段412，汇流段411与第一导流腔11相连通，且汇流段411的内壁面为沿射流方向(磨料导管30至喷嘴40的方向)逐渐缩径的内锥面。喷嘴40其汇流段411的缩口变径结构能够产生真空度，不但实现自吸磨料，还能产生高速射流，进一步增强射流的破岩效果。

在一个可选的例子中，喷嘴40为耐磨喷嘴。

在该实施方式一个可选的例子中，所述出料端具有缩径部36和喷射部37，缩径部36的外壁面为与汇流段411的内壁对位配合的外壁面，喷射部37伸入喷射段413内并与喷射段412的内壁围合形成射流间隙413。

在本实用新型一个可选的实施方式中，喷头体10包括轴向设置的端盖部14、连接部15和变幅杆部16，端盖部14的外径大于连接部15的外径形成第一限位台阶17，变幅杆部16的外径大于连接部的外径形成第二限位台阶18，第一限位台阶17和第二限位台阶18围合形成安装环槽13，超声振动装置20套设在安装环槽13内。

在该实施方式一个可选的例子中，端盖部14和连接部15一体成型而成，连接部15和变幅杆部16能拆卸地密封连接。

优选的，端盖部14和连接部15为一个一体成型的三通法兰。该三通法兰具有一贯通腔，且在法兰侧面设有与贯通腔相连通的开孔，该贯通腔即为第一导流腔11的一部分，该开孔即为第二导流腔12的一部分。

安装时，先将超声振动装置20套设在连接部15外，再将变幅杆部16连接在连接部15上，利用第二限位台阶18将压电陶瓷压紧在第一限位台阶17上，以提供超声振动装置20所需的预紧力，防止超声振动装置20在发生超声振动时受到拉应力。

进一步的，变幅杆部16和连接部15之间通过螺纹连接，连接部15开设有外螺纹，变幅杆部16开设有内螺纹优选的，变幅杆部16和连接部之间还设置有密封圈19.

进一步的，第一导流腔11分别轴向贯穿端盖部14、连接部15和变幅杆部16。

在本实用新型一个可选的例子中，如图3、图4所示，第一导流腔11内还安装有用于固定磨料导管30的固定盘50，固定盘50上开设有用于容置磨料导管30的第一贯通孔51和多个允许液体流过的第二贯通孔52，第一贯通孔51开设于固定盘50的中心，多个第二贯通孔52均布于第一贯通孔51的外周，固定盘50的外缘与第一导流腔11的内壁相抵接，磨料导管30贯穿第一贯通孔51并与第一贯通孔51的内壁相接触。采用上述结构，固定盘50对磨料导管30起到限位作用，避免磨料导管30在第一导流腔11内发生晃动，同时，开设在固定盘50上的多个第二贯通孔52又能保证液体在第一导流腔11内顺利流动。

在一个可选的例子中，第一导流腔11的内壁上设置有与固定盘50对位配合的限位凸台，固定盘50卡设在限位凸台上，以防止固定盘50沿第一导流腔11的轴向移动。

在本实用新型一个可选的实施方式中，磨料导管30的进料端包括沿其轴向设置的第一连接段31和第二连接段32，第一连接段31的外径大于第二连接段32的外径形成第三限位台阶34，第一连接段31位于喷头体10外部，导流段33和第二连接段32穿设于第一导流腔11中，第三限位台阶34顶抵于喷头体的外壁上，第二连接段32与第一导流腔11的内壁密封连接。在本实用新型一个可选的实施方式中，超声振动装置20为一压电陶瓷。该压电陶瓷外接高频信号驱动，以使喷头体10产生超声振动并传递给流经其内部高压水。

在本实用新型一个可选的例子中，第二导流腔12垂直于第一导流腔11开设。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本实用新型进行解释，以便于能够更好地理解本实用新型，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本实用新型的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (10)

1.一种基于变幅杆结构的水射流喷头，其特征在于，所述基于变幅杆结构的水射流喷头包括：

喷头体，具有第一导流腔和第二导流腔，所述第一导流腔沿所述喷头体的轴向开设，所述第二导流腔的一端开口于所述喷头体的外壁，所述第二导流腔的另一端开口于所述第一导流腔的内壁；

磨料导管，安装于所述第一导流腔的一端；

喷嘴，安装于所述第一导流腔的另一端；

超声振动装置，套设于所述喷头体外并通过所述喷头体驱动所述第一导流腔内的流体进行超声振动。

2.如权利要求1所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其特征在于，所述喷嘴的外壁与所述第一导流腔的内壁密封连接，所述喷嘴具有轴向贯通的喷射腔，所述磨料导管的一端为进料端，所述磨料导管的另一端为出料端，所述进料端与所述第一导流腔的内壁密封连接，所述磨料管的外壁和所述第一导流腔的内壁之间形成有导流通道，所述出料端延伸至所述喷射腔内并与所述喷射腔的内壁围合形成射流间隙。

3.如权利要求2所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其特征在于，所述喷射腔具有汇流段和喷射段，所述汇流段与所述第一导流腔相连通，所述汇流段的内壁面为沿射流方向逐渐缩径的内锥面。

4.如权利要求3所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其特征在于，所述出料端具有缩径部和喷射部，所述缩径部的外壁面为与所述汇流段的内壁对位配合的外壁面，所述喷射部伸入所述喷射段内。

5.如权利要求1所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其特征在于，所述喷头体包括轴向设置的端盖部、连接部和变幅杆部，所述端盖部的外径大于所述连接部的外径形成第一限位台阶，所述变幅杆部的外径大于所述连接部的外径形成第二限位台阶，所述第一限位台阶和所述第二限位台阶围合形成安装环槽，所述超声振动装置套设在所述安装环槽内。

6.如权利要求5所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其特征在于，所述端盖部和所述连接部一体成型而成，所述连接部和所述变幅杆部能拆卸地密封连接。

7.如权利要求5所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其特征在于，所述第一导流腔依次贯穿所述端盖部、所述连接部和所述变幅杆部，所述第二导流腔开设于所述端盖部。

8.如权利要求2所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其特征在于，所述进料端包括沿其轴向设置的第一连接段和第二连接段，所述第一连接段的外径大于所述第二连接段的外径形成第三限位台阶，所述第一连接段位于所述喷头体外，所述第二连接段穿设于所述第一导流腔中，所述第三限位台阶顶抵于所述喷头体的外壁上，所述第二连接段与所述第一导流腔的内壁密封连接。

9.如权利要求1所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其特征在于，所述第二导流腔垂直于所述第一导流腔开设。

10.如权利要求1所述的基于变幅杆结构的水射流喷头，其特征在于，所述喷嘴为耐磨喷嘴。

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