JP5926293B2 - 圧力補償を有するトンネルボーリングマシンのためのカッターアセンブリ - Google Patents
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Description
本願は、米国仮特許出願第61/444,081号(2011年2月17日出願)の利益を主張し、これによって、その全体が参照によって援用される。
トンネルボーリングマシン(「TBM」)は、典型的に土壌および岩の層を貫いてトンネルをボーリングするために使用される掘削装置である。従来のTBMは、典型的に最小の副次的擾乱を伴い、滑らかな円形のトンネル壁を生成する。TBMを能率的かつ確実なものにした飛躍的進歩は、James S.Robbinsによって開発された回転可能なカッターアセンブリを有する回転ヘッドの発明であった。初め、RobbinsのTBMは、回転ヘッドに固定して据え付けられている頑丈なスパイクを使用したが、スパイクは頻繁に壊れた。彼は、これらのグラインディングスパイクを、より長い耐久力のある回転ディスクカッターアセンブリと取り替えることによって、この問題が、有意に低減されることを発見した。
本概要は、簡単化された形態における概念のうちの選択されたものを紹介するために提供され、その概念は、詳細な説明において下記にさらに説明される。本概要は、請求された内容の重要な特徴を識別することは意図されず、本概要は、請求された内容の範囲を決定することを助けるものとして使用されることも意図されない。
本発明はさらに、例えば、以下を提供する。
(項目1)
トンネルボーリングマシンのためのカッターアセンブリであって、該カッターアセンブリは、
シャフトと、
該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
該シャフトの一端に取り付けられている第一の端保持部および該シャフトの反対の端に取り付けられている第二の端保持部であって、該第一の端保持部は、外側表面が局所的な静水圧を受ける可動ピストン部分を有する、第一の端保持部および第二の端保持部と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と
を含み、
該第一の回転シール群は、潤滑剤に浸され、
該可動ピストン部分は、周囲の圧力の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させるように構成されている、
カッターアセンブリ。
(項目2)
前記第一の端保持部は、
固定保持部であって、該固定保持部は、該固定保持部を通る少なくとも1つの圧力ポートを有し、該圧力ポートは、前記潤滑剤と流体的に連絡している、固定保持部と、
該第一の端保持部の前記可動ピストン部分と
を含み、
該可動ピストン部分は、浮動保持部を含み、該浮動保持部は、ギャップが該固定保持部と該浮動保持部との間に画定されるように、該固定保持部にスライド可能に係合し、該ギャップは、該少なくとも1つの圧力ポートと流体的に連絡し、該ギャップも、該潤滑剤で満たされている、項目1に記載のカッターアセンブリ。
(項目3)
前記固定保持部は、環状チャンネルと外周とをさらに含み、さらに、前記浮動保持部は、該環状チャンネルにスライド可能に係合する環状壁と、該固定保持部の該外周にスライド可能に係合する外壁とを含む、項目2に記載のカッターアセンブリ。
(項目4)
前記浮動保持部は、前記ギャップ内へ潤滑剤を注入することを容易にするためのスルーポートと、該スルーポートをシールするように閉じるプラグとをさらに含む、項目2に記載のカッターアセンブリ。
(項目5)
前記カッターリングアセンブリは、テーパーローラーベアリングを用いて前記シャフトに回転可能に据え付けられているハブと、該ハブから半径方向外側に延びているカッターリングとを含む、項目2に記載のカッターアセンブリ。
(項目6)
前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、項目2に記載のカッターアセンブリ。
(項目7)
前記第一の端保持部は、環状チャンネルを画定している外側表面であって、該環状チャンネルは、少なくとも1つの圧力ポートを有し、該少なくとも1つの圧力ポートは、該環状チャンネルから該第一の端保持部を通って延びることにより前記第一の回転シール群の内側との流体的な連絡を提供する、外側表面と、該環状チャンネルにスライド可能に配置されている環状ピストンとを含み、該環状ピストンは、前記静水圧にさらされ、該環状ピストンと該圧力ポートとの間の該環状チャンネルの容積は、前記潤滑剤で満たされている、項目1に記載のカッターアセンブリ。
(項目8)
前記少なくとも1つの圧力ポートは、複数の圧力ポートを含む、項目7に記載のカッターアセンブリ。
(項目9)
前記環状チャンネルに配置されている保持要素をさらに含み、該保持要素は、前記環状ピストンを該環状チャンネルに保持するように動作可能である、項目7に記載のカッターアセンブリ。
(項目10)
前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、項目7に記載のカッターアセンブリ。
(項目11)
前記第一の端保持部は、該第一の端保持部の外側表面に画定されている複数の円筒形くぼみと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つから前記第一の回転シール群まで延びている複数の圧力ポートと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つにスライド可能に配置されている複数のピストンとを含み、該複数のピストンは、前記静水圧にさらされている、項目1に記載のカッターアセンブリ。
(項目12)
複数の拡張可能シールをさらに含み、各拡張可能シールは、前記複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つの外縁の近くに取り付けられている、項目11に記載のカッターアセンブリ。
(項目13)
トンネルボーリングマシンのための圧力補償カッターアセンブリであって、該圧力補償カッターアセンブリは、
シャフトと、
該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
該シャフトの一端に回転不可能に取り付けられている第一の端保持部と、該シャフトの反対の端に回転不可能に取り付けられている第二の端保持部と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と、
を含み、
該第一および第二の回転シール群は、該シャフト、該カッターリングアセンブリ、および該第一および第二の端保持部によって画定されている閉じた容積内に封入され、さらに、該閉じた容積は、その他は潤滑剤で満たされ、
該第一の端保持部は可動部分を含み、該可動部分は、周囲の圧力にさらされた外側表面と、該潤滑剤にさらされた内側表面とを有し、該可動部分は、該周囲の圧力の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させる
圧力補償カッターアセンブリ。
(項目14)
前記第一の端保持部は、前記潤滑剤と流体的に連絡している少なくとも1つの圧力ポートを有する固定保持部を含み、前記可動部分は、浮動保持部を含み、該浮動保持部は、ギャップが該固定保持部と該浮動保持部との間に画定されるように、該固定保持部にスライド可能に係合し、該ギャップは、該潤滑剤で満たされている、項目13に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
(項目15)
前記固定保持部は、環状チャンネルと外周とをさらに含み、さらに、前記浮動保持部は、該環状チャンネルにスライド可能に係合する環状壁と、該固定保持部の該外周にスライド可能に係合する外壁とを含む、項目14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
(項目16)
前記浮動保持部は、前記ギャップ内へ潤滑剤を注入することを容易にするための少なくとも1つのスルーポートを含む、項目14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
(項目17)
前記カッターリングアセンブリは、テーパーローラーベアリングを用いて前記シャフトに回転可能に据え付けられているハブと、該ハブから半径方向外側に延びているカッターリングとを含む、項目14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
(項目18)
前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、項目14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
(項目19)
前記第一の端保持部は、環状チャンネルを画定している外側表面であって、該環状チャンネルは、少なくとも1つの圧力ポートを有し、該少なくとも1つの圧力ポートは、該環状チャンネルから該第一の端保持部を通って延び、該少なくとも1つの圧力ポートは、前記第一の回転シール群と流体的に連絡している、外側表面と、該環状チャンネルにスライド可能に配置されている環状ピストンとを含み、該環状ピストンは、前記周囲の圧力にさらされている、項目14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
(項目20)
前記少なくとも1つの圧力ポートは、複数の圧力ポートを含む、項目19に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
(項目21)
前記少なくとも1つの圧力ポートと前記環状ピストンの内側に配置されている前記環状チャンネルの部分とは、前記潤滑剤で満たされている、項目19に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
(項目22)
前記環状チャンネルに配置されている保持要素をさらに含み、該保持要素は、前記環状ピストンを該環状チャンネルに保持するように動作可能である、項目19に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
(項目23)
前記第一の端保持部は、該第一の端保持部の外側表面に画定されている複数の円筒形くぼみと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つから前記第一の回転シール群まで延びている複数の圧力ポートと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つにスライド可能に配置されている複数のピストンとを含み、該複数のピストンは、前記周囲の圧力にさらされている、項目13に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
(項目24)
複数の拡張可能シールをさらに含み、各拡張可能シールは、前記複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つの外縁の近くに取り付けられている、項目23に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
(項目25)
圧力補償カッターアセンブリであって、該圧力補償カッターアセンブリは、
シャフトと、
該シャフトに回転可能に係合しているカッターリングアセンブリと、
両方が該シャフトに回転不可能に係合している第一の端保持部および第二の端保持部と、
該カッターアセンブリの中に封入された容積の中に配置され、該カッターリングアセンブリと該第一の端保持部との間にシールを提供するように構成されている第一のシール群と、
該カッターアセンブリの中に封入された容積の中に配置され、該カッターリングアセンブリと該第二の端保持部との間にシールを提供するように構成されている第二のシール群と
を含み、
該封入された容積は、潤滑剤で満たされ、該第一および第二の端保持部のうちの少なくとも1つは、ピストン手段を含み、該ピストン手段は、周囲の静水圧の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させるように構成されている、
圧力補償カッターアセンブリ。
上述の局面および本発明の付随する利点の多くが以下の詳細な説明への参照によってよりよく理解されるように、上述の局面および本発明の付随する利点の多くは、添付の図面と共に考慮される場合、より容易に認識される。
図1は、トンネルボーリングマシンのための先行技術のカッターアセンブリ80の断面図である。例示的なトンネルボーリングマシンは、米国特許第7,832,960号に開示され、これによって、その全体が参照によって援用される。
Claims (12)
- トンネルボーリングマシンのためのカッターアセンブリであって、該カッターアセンブリは、
シャフトと、
該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
該シャフトの一端に取り付けられている第一の端保持部および該シャフトの反対の端に取り付けられている第二の端保持部であって、該第一の端保持部は、固定保持部であって、該固定保持部は、該固定保持部を通る圧力ポートを有する、固定保持部と、外側表面が局所的な静水圧を受ける可動ピストン部分とを有し、該可動ピストン部分は、浮動保持部を含み、該浮動保持部は、ギャップが該固定保持部と該浮動保持部との間に画定されるように、該固定保持部にスライド可能に係合し、該ギャップは、該圧力ポートと流体的に連絡している、第一の端保持部および第二の端保持部と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と
を含み、
それにより、該第一の回転シール群は、潤滑剤に浸され、該潤滑剤は、該ポートと流体的に連絡し、該固定保持部と該浮動保持部との間の該ギャップを満たすことにより、該可動ピストン部分は、該局所的な静水圧の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させるように構成され、
さらに、該固定保持部は、環状チャンネルと外周とをさらに含み、さらに、該浮動保持部は、該環状チャンネルにスライド可能に係合する環状壁と、該固定保持部の該外周にスライド可能に係合する外壁とを含む、カッターアセンブリ。 - 前記浮動保持部は、前記ギャップ内へ潤滑剤を注入することを容易にするためのスルーポートと、該スルーポートをシールするように閉じるプラグとをさらに含む、請求項1に記載のカッターアセンブリ。
- 前記カッターリングアセンブリは、テーパーローラーベアリングを用いて前記シャフトに回転可能に据え付けられているハブと、該ハブから半径方向外側に延びているカッターリングとを含む、請求項1に記載のカッターアセンブリ。
- 前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、請求項1に記載のカッターアセンブリ。
- トンネルボーリングマシンのためのカッターアセンブリであって、該カッターアセンブリは、
シャフトと、
該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
該シャフトの一端に取り付けられている第一の端保持部および該シャフトの反対の端に取り付けられている第二の端保持部であって、該第一の端保持部は、外側表面が局所的な静水圧を受ける可動ピストン部分を有する、第一の端保持部および第二の端保持部と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と
を含み、
該第一の回転シール群は、潤滑剤に浸され、
該可動ピストン部分は、該局所的な静水圧の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させるように構成され、
該第一の端保持部は、環状チャンネルを画定している外側表面であって、該環状チャンネルは、少なくとも1つの圧力ポートを有し、該少なくとも1つの圧力ポートは、該環状チャンネルから該第一の端保持部を通って延びることにより該第一の回転シール群の内側との流体的な連絡を提供する、外側表面と、該環状チャンネルにスライド可能に配置されている環状ピストンとを含み、該環状ピストンを該環状チャンネルに保持する手段をさらに含み、該環状ピストンは、該静水圧にさらされ、該環状ピストンと該圧力ポートとの間の該環状チャンネルの容積は、該潤滑剤で満たされている、カッターアセンブリ。 - 前記少なくとも1つの圧力ポートは、複数の圧力ポートを含む、請求項5に記載のカッターアセンブリ。
- 前記環状チャンネルに配置されている保持要素をさらに含み、該保持要素は、前記環状ピストンを該環状チャンネルに保持するように動作可能である、請求項5に記載のカッターアセンブリ。
- 前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、請求項5に記載のカッターアセンブリ。
- トンネルボーリングマシンのための圧力補償カッターアセンブリであって、該圧力補償カッターアセンブリは、
シャフトと、
該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
該シャフトの一端に回転不可能に取り付けられている第一の端保持部と、該シャフトの反対の端に回転不可能に取り付けられている第二の端保持部と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と
を含み、
該第一および第二の回転シール群は、該シャフト、該カッターリングアセンブリ、および該第一および第二の端保持部によって画定されている閉じた容積内に封入され、さらに、該閉じた容積は、その他は潤滑剤で満たされ、
該第一の端保持部は可動部分を含み、該可動部分は、周囲の圧力にさらされた外側表面と、該潤滑剤にさらされた内側表面とを有し、それにより、該可動部分は、該周囲の圧力の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させ、
該第一の端保持部は、該潤滑剤と流体的に連絡している少なくとも1つの圧力ポートを有する固定保持部を含み、該可動部分は、浮動保持部を含み、該浮動保持部は、ギャップが該固定保持部と該浮動保持部との間に画定されるように、該固定保持部にスライド可能に係合し、該ギャップは、該潤滑剤で満たされ、
該固定保持部は、環状チャンネルと外周とをさらに含み、さらに、該浮動保持部は、該環状チャンネルにスライド可能に係合する環状壁と、該固定保持部の該外周にスライド可能に係合する外壁とを含む、圧力補償カッターアセンブリ。 - 前記浮動保持部は、前記ギャップ内へ潤滑剤を注入することを容易にするための少なくとも1つのスルーポートをさらに含む、請求項9に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
- 前記カッターリングアセンブリは、テーパーローラーベアリングを用いて前記シャフトに回転可能に据え付けられているハブと、該ハブから半径方向外側に延びているカッターリングとを含む、請求項9に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
- 前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、請求項9に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
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