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一种盾构机迷宫背压结构、密封系统及其工作方法

2021-04-08 07:37:03

一种盾构机迷宫背压结构、密封系统及其工作方法

  技术领域

  本发明涉及盾构机驱动密封的技术领域,尤其涉及一种盾构机迷宫背压结构、密封系统及其工作方法。

  背景技术

  盾构机已作为地铁、跨海隧道、地下管廊等施工的主要设备,具有掘进效率高、施工成本低等特点。众所周知,建立支撑压力维持水土压力平衡,是盾构机安全施工的必要前提。掌子面压力失衡将直接引发地面隆起、地面坍塌、房屋倒塌等重大安全隐患,造成重大人身经济安全损失。但近年来,盾构施工埋深越来越大,水压越来越高,对于承受高水压的盾构需求越来越多。而现今市场上的盾构机,其主驱动密封通过三道或四道唇型密封的形式来建立支撑压力,这种密封系统承压一般不超过6bar,为了提高密封承压能力,会进行主驱动箱加压提供背压,从而提高密封系统的承压能力。

  在专利申请号为“201821518639.9”、专利名称为“一种盾构机主驱动高压密封系统和一种泥水平衡盾构机”公开了利用压缩空气输入接口的进口用于连接气源,第一正作用气动调节阀中,进口连接压缩空气输入接口的出口…….,第一正作用气动调节阀和第一反作用气动调节阀的负压力检测端,均连接油气密封腔,整体实现了气动闭环反馈、随动响应控制,安全可靠,自动化程度高,从根本上提高唇形密封理论承压能力;对于上述技术方案和目前常规的三道或四道唇形密封形式中仍需要主驱动箱承压、减速机承压,同时需要一套精密的控制系统,加工设计成本高,控制系统要求高,而且主驱动箱、减速机承压承压能力有限。

  发明内容

  针对目前常规的三道或四道唇形密封形式中仍需要主驱动箱承压、减速机承压,同时需要一套精密的控制系统,加工设计成本高,控制系统要求高,而且主驱动箱、减速机承压承压能力有限技术问题,本发明提出一种盾构机迷宫背压结构、密封系统及其工作方法。

  为了解决上述问题,本发明的技术方案是这样实现的:

  一种盾构机迷宫背压结构,包括迷宫密封腔、密封润滑腔、齿轮油腔和检测腔,所述迷宫密封腔、密封润滑腔、齿轮油腔和检测腔依次设置在主驱动上;所述检测腔后侧设置有迷宫回流通道和径向供液通道,迷宫回路通道与径向供液通道相连通。

  优选地,所述迷宫密封腔与密封润滑腔之间、密封润滑腔与齿轮油腔之间、齿轮油腔与检测腔之间、检测腔与径向供液通道和迷宫回流通道之间均设置有唇形密封。

  一种盾构机迷宫密封系统,包括盾构机主驱动箱,所述盾构机主驱动箱通过第一过滤器与液压齿轮油泵相连通,液压齿轮油泵通过比例调速阀块与液压油源相连通,液压齿轮油泵通过齿轮油分配器与盾构机迷宫背压结构相连通,盾构机迷宫背压结构上安装有压力检测组件,比例调速阀和压力检测组件与PLC控制器相连接。

  优选地,所述液压齿轮油泵与齿轮油分配器之间油路上还依次设置有压力传感器和第二过滤器,压力传感器与PLC控制器相连接。

  优选地,所述齿轮油分配器上设置有计数传感器,计数传感器与PLC控制器相连接。

  优选地,所述压力检测组件包括压力变送器,压力变送器与PLC控制器相连接且盾构机迷宫背压结构的上部、中部和下部均安装有压力变送器。

  一种盾构机迷宫密封系统的工作方法,包括以下步骤:

  S1、在盾构机正常掘进机过程中,通过相应的压力变送器分别监测水土压力、迷宫密封腔内压力、密封润滑腔内压力、齿轮油腔内压力和检测腔内压力;

  S2、当水土压力小于6bar时,利用主驱动上的4道唇形密封满足承压需求;

  S3、当水土压力大于6bar时,通过气压向检测腔内压入齿轮油进行保压,保证齿轮油腔与检测腔之间的压差小于4bar;

  S4、根据步骤S3,通过齿轮油泵向迷宫回流通道内输送齿轮油,齿轮油在迷宫回流通道内循环对检测腔后部末道密封产生的背压,通过压力变送器对检测腔后部末道密封的背压实时监测,保证背压大于检测腔压力在0.5bar~1bar之间;

  S5、根据步骤S4,当水土压力升高时,检测腔压力增大,PLC控制器控制比例调速阀增大齿轮油泵转速,齿轮油泵增大迷宫回油通道内循环油量,增大迷宫回流通道内循环对检测腔后部末道密封产生的背压,实现背压的闭环控制;

  S6、根据步骤S4或步骤S5,当水土压力降低时,检测腔压力降低,PLC控制器控制比例调速阀降低齿轮油泵转速,减少迷宫回流通道内循环油量,降低迷宫回流通道内循环对检测腔后部末道密封产生的背压。

  与现有技术相比,本发明的有益效果:

  1、本发明整体结构设计合理紧凑,通过在主驱动末道密封后增加齿轮油的径向供液通道和迷宫回流通道,迷宫回流通道与主驱动齿轮油箱连通,通过齿轮油泵输送齿轮油在迷宫回流通道内循环,由迷宫节流效应在末道密封后产生背压,由此背压在末端密封前后实现压力平衡,从而在现有的密封压力控制系统的基础上实现高承压能力;

  2、本发明通过盾构机迷宫背压结构中安装压力变送器,利用压力变送器分别监测水土压力、迷宫密封腔内压力、密封润滑腔内压力、齿轮油腔内压力、检测腔内压力和末端密封背压压力变化,根据盾构机承受的水土压力,调节齿轮油流量,控制末端密封的背压,产生主驱动密封需要的背压,从而建立一种新型密封控制系统;

  3、本发明通过通过迷宫背压结构及密封压力调节系统和常用密封控制系统结合,形成新的高压系统解决了目前常规的三道或四道唇形密封形式中仍需要主驱动箱承压、减速机承压,同时需要一套精密的控制系统,加工设计成本高,控制系统要求高,而且主驱动箱、减速机承压承压能力有限技术问题。

  附图说明

  为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将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为本发明中盾构机迷宫背压结构的结构示意图。

  图2为本发明中密封系统的工作原理图。

  图中,1为迷宫密封腔,2为密封润滑腔,3为齿轮油腔,4为检测腔,5为径向供液通道,6为迷宫回流通道,7为盾构机主动驱动箱,8为第一过滤器,9为液压齿轮油泵,10为比例调速阀,11为PLC控制器,12为压力传感器,13为第二过滤器,14为齿轮油分配器,15为计数传感器,16为压力变送器。

  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,都属于本发明保护的范围。

  实施例1:如图1所示,一种盾构机迷宫背压结构,包括迷宫密封腔1、密封润滑腔2、齿轮油腔3和检测腔4,所述迷宫密封腔1、密封润滑腔2、齿轮油腔3和检测腔4依次设置在主驱动上;所述检测腔4后侧设置有迷宫回流通道6和径向供液通道5,迷宫回流通道6与径向供液通道5相连通。

  所述迷宫密封腔1与密封润滑腔2之间、密封润滑腔2与齿轮油腔3之间、齿轮油腔3与检测腔4之间、检测腔4与径向供液通道5和迷宫回流通道6之间均设置有唇形密封,利用唇形密封形成主驱动支撑压力。在检测腔后方的主驱动末道唇形密封后增加齿轮油的径向供液通道和迷宫回流通道,迷宫回流通道与主驱动齿轮油箱连通,由迷宫节流效应在末道密封后产生背压,此背压在末端密封前后实现压力平衡,从而在现有的密封压力控制系统的基础上实现高承压能力,减少主驱动和减速机的承压,整体迷宫背压结构特别适用于大埋深、高水压的恶略工况下。

  实施例2:如图2所示,一种盾构机迷宫密封系统,包括盾构机主驱动箱7,所述盾构机主驱动箱7通过第一过滤器8与液压齿轮油泵9相连通,第一过滤器为磁性过滤器,磁性过滤器保证油液质量的,循环过滤,吸附铁屑,液压齿轮油泵9通过比例调速阀10与液压油源相连通,液压齿轮油泵9通过齿轮油分配器14与盾构机迷宫背压结构相连通,盾构机迷宫背压结构上安装有压力检测组件,比例调速阀10和压力检测组件与PLC控制器11相连接。

  所述液压齿轮油泵9与齿轮油分配器14之间油路上还依次设置有压力传感器12和第二过滤器13,第二过滤器为高精度过滤器作用、好处压力传感器12与PLC控制器11相连接,利用压力传感器监测液压齿轮油泵输送的齿轮油总压力,保证齿轮油输送稳定。

  所述齿轮油分配器14上设置有计数传感器15,计数传感器15与PLC控制器11相连接,利用计数传感器,对供油量进行实时检测,便于调控。

  所述压力检测组件包括压力变送器16,压力变送器16与PLC控制器11相连接且盾构机迷宫背压结构的上部、中部和下部均安装有压力变送器16,在盾构机迷宫背压结构各个腔体内的底部、顶部和腰线位置均安装有压力变送器,通过液压齿轮油泵输送齿轮油在迷宫回流通道内循环,由迷宫节流效应在末道密封后产生背压,并安装压力变送器,利用压力变送器分别监测盾构机迷宫背压结构各腔体压力变化,由此背压在末端密封前后实现压力平衡,从而在现有的密封压力控制系统的基础上实现高承压能力。在掘进过程中,根据探测盾构机承受的水土压力,利用PLC控制器控制比例调速阀调节液压齿轮油泵转速,进而调节迷宫回流通道内流量。

  实施例3:一种盾构机迷宫密封系统的工作方法,包括以下步骤:

  S1、在盾构机正常掘进机过程中,通过相应的压力变送器16分别监测水土压力、迷宫密封腔内压力、密封润滑腔内压力、齿轮油腔内压力和检测腔内压力;

  S2、当水土压力小于6bar时,利用主驱动上的4道唇形密封满足承压需求;

  S3、当水土压力大于6bar时,通过气压向检测腔4内压入齿轮油进行保压,保证齿轮油腔3与检测腔4之间的压差小于4bar;

  S4、根据步骤S3,通过液压齿轮油泵9向迷宫回流通道6内输送齿轮油,齿轮油在迷宫回流通道6内循环对检测腔4后部末道密封产生背压,通过压力变送器16对检测腔4后部末道密封的背压实时监测,保证背压大于检测腔压力在0.5bar~1bar之间;

  S5、根据步骤S4,当水土压力升高时,检测腔压力增大,PLC控制器11控制比例调速阀10增大液压齿轮油泵9转速,液压齿轮油泵9增大迷宫回流通道6内循环油量,迷宫回流通道6内齿轮油循环对检测腔后部末道密封产生的背压增大,实现背压的闭环控制;

  S6、根据步骤S4或步骤S5,当水土压力降低时,检测腔压力降低,PLC控制器11控制比例调速阀10降低液压齿轮油泵9转速,减少迷宫回流通道内循环油量,迷宫回流通道6内齿轮油循环对检测腔后部末道密封产生的背压降低,通过迷宫背压结构及密封压力调节系统和常用密封控制系统结合,形成新的高压系统解决了目前常规的三道或四道唇形密封形式中仍需要主驱动箱承压、减速机承压,同时需要一套精密的控制系统,加工设计成本高,控制系统要求高,而且主驱动箱、减速机承压承压能力有限技术问题。

  以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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