一种用于盾尾密封的多点密封注脂装置及方法
技术领域
本发明涉及盾构密封领域，具体涉及一种用于盾尾密封的多点密封注脂装置及方法。
背景技术
盾构机密封主要有主轴承密封、铰接密封和盾尾密封，确保盾构机外部与隧道内隔离，保证施工安全。盾尾密封失效可导致隧道外水、泥渗漏进隧道，严重时会导致重大安全事故，盾尾密封的正常运行至关重要。
盾尾密封是在盾尾圆环钢板内部焊接三或四排钢丝刷，钢丝刷末端压紧管片外表面，盾尾、钢丝刷和管片外表面之间形成二或三个环形腔室，环形腔室内充满密封脂。当盾构向前推进时，管片不动，钢丝刷随盾构向前推进在管片外表面上滑动，部分密封脂滞留在管片外表面上，密封脂会有损失。
目前采用气动注脂泵向环形腔室上的注脂点依次注入密封脂来补偿密封脂的损失，确保环形腔室填充饱满。随着盾构直径的增大，选用的气动注脂泵单冲程注脂量增加(一个冲程注脂量一般为125ml，最高达到175ml)，导致盾尾密封注脂系统中注脂点注脂的间隔时间增大(有时达到5～8min)。但随着盾构向前推进环形腔室各个位置的密封脂是一直在损失的，这就造成密封脂注入不及时，有时会造成盾尾密封失效。因此，传统的气动注脂泵已经不能满足要求，需要提供可以多通道注脂的装置，保证多个通道同时注脂，保证密封脂损耗量在正常范围内，确保密封腔室内损失的密封脂及时注入填充，保证盾尾密封安全。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于盾尾密封的多点密封注脂装置及方法，可以进行多通道同时供脂，相比于传统的单一通道供脂，可以确保及时补充密封腔室内损失的密封脂，保证盾尾密封安全。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于盾尾密封的多点密封注脂装置，包括电机、减速机、旋转轴、旋转叶片、凸轮盘、储物桶以及安装注脂结构；
减速机与电机相连通过电机驱动，旋转轴设置在安装注脂结构内并由减速机驱动，旋转叶片设置在旋转轴上；凸轮盘与旋转轴固定，凸轮盘上设置滑槽，滑槽的作用是使得柱塞泵的活动部件作往复运动；
储物桶上设置进脂孔，密封脂通过进脂孔进入储物桶中；储物桶设置在安装注脂结构的上方，安装注脂结构的壁上设置若干柱塞泵安装孔，储物桶与安装注脂结构之间具有流脂通道，流脂通道一侧连向储物桶内，流脂通道的另一侧与柱塞泵的第一进脂口连通。
作为优选方式，电机为变频电机。
作为优选方式，储物桶上设置盖板。
作为优选方式，旋转轴端部设置螺纹孔，旋转叶片放置好后通过螺母、垫片固定。
作为优选方式，储物桶与安装注脂结构之间设置滤网。
作为优选方式，安装注脂结构的上部设置为空心圆柱结构，空心圆柱结构的侧壁上设置柱塞泵安装孔。
作为优选方式，柱塞泵安装孔设置在同心圆上，同心圆的圆心在空心圆柱结构的轴线上。
作为优选方式，储物桶与安装注脂结构通过螺栓连接。
作为优选方式，储物桶内设置挡板，挡板设置在旋转叶片下方。
作为优选方式，储物桶内安装滑动板。
一种用于盾尾密封的多点密封注脂方法，采用以上所述的装置，具体包括如下内容：
密封脂先通过进脂孔进入储物桶中，电机旋转经减速机，带动旋转轴旋转，从而带动旋转叶片旋转，搅拌储脂空间A中的密封脂；
柱塞泵的活动部件安装在凸轮盘上的滑槽内；凸轮盘旋转，安装注脂结构上的柱塞泵活动部件在凸轮通过过程中实现伸缩，进而将储脂空间A中的密封脂通过流脂通道进入柱塞泵中，实现多个柱塞泵多点密封注脂。
本发明的有益效果是：本发明提供一种用于盾尾密封的多点密封注脂装置及方法，通过多通道供脂，相比于传统的单一通道供脂，可以确保及时补充密封腔室内损失的密封脂，保证盾尾密封安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明实施例三的柱塞泵结构示意图；
图中，1-活动部件，2-第一进脂口，3-储脂空间B，4-圆柱体，5-第一通道，6-第二通道，7-第三通道，8-第二进脂口，9-移动部件，10-第一弹簧，11-第一固定部件，12-第二固定部件，13-调节部件，14-第四通道，15-球体，16-第二弹簧，17-空心部件，18-第三固定部件，19-第五通道，20-第六通道，21-出脂口，22-第四固定部件，23-第五固定部件，24-减速机，25-旋转轴，26-凸轮盘，27-滤网，28-旋转叶片，29-储脂空间A，30-滑动板，31-储气空间，32-安全气阀，33-连接螺栓，34-盖板，35-超声波传感器，36-进气口，37-桶壁，38-进脂孔，39-柱塞泵。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，如果含有术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，如果存在第一特征在第二特征之上或之下，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。如果存在第一特征在第二特征之下、下方和下面，包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一
如图1所示，一种用于盾尾密封的多点密封注脂装置，包括电机、减速机24、旋转轴25、旋转叶片28、凸轮盘26、储物桶以及安装注脂结构；
减速机24与电机相连通过电机驱动，旋转轴25设置在安装注脂结构内并由减速机24驱动，旋转叶片28设置在旋转轴25上；凸轮盘26与旋转轴25固定，凸轮盘26上设置滑槽，滑槽的作用是使得柱塞泵39的活动部件1作往复运动；
储物桶上设置进脂孔38，密封脂通过进脂孔38进入储物桶中；储物桶设置在安装注脂结构的上方，安装注脂结构的壁上设置若干(至少2个)柱塞泵39安装孔，储物桶与安装注脂结构之间具有流脂通道，流脂通道一侧连向储物桶内，流脂通道的另一侧与柱塞泵39的第一进脂口2连通。
电机为变频电机，可以通过控制变频电机的电流来达到控制密封脂消耗量的目的。
储物桶上设置盖板34，盖板34通过连接螺栓33与储物桶连接，储物桶内安装滑动板30，避免密封脂溢出。
旋转轴25端部设置螺纹孔，旋转叶片28放置好后通过螺母、垫片固定。
储物桶与安装注脂结构之间设置滤网27，避免杂质进入柱塞泵39。
安装注脂结构的上部设置为空心圆柱结构，空心圆柱结构的侧壁上设置柱塞泵39安装孔。
柱塞泵39安装孔设置在同心圆上，同心圆的圆心在空心圆柱结构的轴线上，便于安装，且整个结构巧妙，便于观察、操作。
储物桶与安装注脂结构通过螺栓连接，通过螺栓连接，成本低，安装方便、快捷。
储物桶内设置挡板，并与储物桶焊接固定，增强储物桶的稳定性。挡板设置在旋转叶片28下方，避免旋转叶片28晃动，打到滤网27或者其他物件。挡板的上表面光滑，挡板上有多个流脂通道并预留中心孔可穿过旋转轴25。
实施例二
本实施例与实施例一相似，其不同之处在于，盖板34上安装超声波传感器35，超声波传感器35与滑动板30配合使用，可以控制储脂空间A29内密封脂体积。
为了清楚说明上述问题，特做如下说明。
储物桶通过滑动板30将储物桶内的空间分为储脂空间A29和储气空间31，滑动板30可沿着储物桶内壁上下滑动。滑动板30外径上可设置密封槽，密封槽内安装密封圈，防止储脂空间A29内密封脂进入储气空间31内。储脂空间A29的侧壁上设置进脂孔38，储气空间31的侧壁(桶壁37)上设置进气口36和排气口，排气口连接一根排气管道，排气管道上安装安全气阀32。
具体的工作流程如下：
储气空间31中一直充满由进气口36供应的不间断压力空气(如3bar)。当超声波传感器35检测到储脂空间A29中密封脂为空或者满空间的0％-20％时，发出一个检测信号A，操作人员或者气动注脂泵根据该检测信号A，往进脂孔38内注入密封脂，密封脂进入储脂空间A29，储脂空间A29中的密封脂压力增高，推动滑动板30上移，储气空间31中的空气受压增高(如3.5bar)时，安全气阀32自动打开排空气；
当超声波传感器35检测到储脂空间A29中密封脂为满或者满空间的80％-100％时，关闭注脂设备(比如气动注脂泵)。
实施例三
如图2所示，本发明还包括一种盾构用盾尾密封注脂柱塞泵39，包括滑动组件和单向阀机构；
滑动组件包括移动部件9、第一弹簧10和第一固定部件11，当第一弹簧10动作时，移动部件9内表面和第一固定部件11外表面之间产生滑动；
单向阀机构包括球体15、第二弹簧16、空心部件17和第三固定部件18，当第二弹簧16动作时，空心部件17内表面和第三固定部件18外表面之间产生滑动；
还包括壳体、活动部件1以及传导部件，活动部件1设置在壳体前端，活动部件1与传导部件(比如圆柱体4)之间具有储脂空间B3；壳体包括第二固定部件12、第四固定部件22和第五固定部件23；
传导部件上设置第一通道5，壳体上设置第二通道6，移动部件9与壳体之间形成第三通道7，壳体上还设置第二进脂口8，第三通道7与第二进脂口8连通，第二进脂口8连接至第五固定部件23内部的第四通道14，第四通道14在球体15上移的情况下与第五通道19连通；
第五通道19的端部安装第三固定部件18，第三固定部件18插入空心部件17，第三固定部件18的前端设置第二弹簧16，第二弹簧16与球体15接触；第五通道19与第三固定部件18上的第六通道20连通，第六通道20连接至出脂口21。当柱塞泵39通道内充满密封脂时，第一弹簧10和第二弹簧16不与密封脂相接触，即第一弹簧10和第二弹簧16安装在密闭空间内。由于密封脂含有纤维，第一弹簧10和第二弹簧16不与密封脂相接触，降低了弹簧失效的几率，这是本发明的优势。
具体的密封结构如下：
移动部件9与第一固定部件11形成第一密闭空间，第一弹簧10安装在第一密闭空间内。
第一固定部件11上设置第一密封槽，第一密封槽内安装第一密封圈。
第一密封槽的数量至少为2个，第一密封槽之间平行设置。
第三固定部件18、空心部件17和球体15之间形成第二密闭空间，第二弹簧16安装在第二密闭空间内。
球体15直径比空心部件17外径(空心圆柱)大，球体15与空心部件17下部焊接固定。
第三固定部件18上设置第二密封槽，第二密封槽内安装第二密封圈。
第二密封槽的数量至少为2个，第二密封槽之间平行设置。
柱塞泵工作时，空心部件17的内表面一直在第二密封圈上滑动。
本发明设置流量和压力可调机构，具体设置了第一可调机构和第二可调机构。
第一可调机构：第一固定部件11通过连接件与第二固定部件12连接。连接件为图2所示的调节部件13，调节部件13与第二固定部件12通过螺纹连接，通过调节连接件与第二固定部件12之间的固定螺纹长度，可以微量调节储脂空间B3中的容积，进而微调了柱塞泵39的单冲程容积。
第二可调机构：第三固定部件18包括两个圆柱段，分别是第一圆柱段和第二圆柱段，第一圆柱段的直径大于第二圆柱段，第一圆柱段与第五通道19的通道壁连接。与第一可调机构同理，通过调节第一圆柱段与第五通道19的通道壁的螺纹连接长度，可以调节球体15对第五固定部件23的压力，也就是单向阀机构能够顶开的压力。
当凸轮盘26旋转时，凸轮带动活动部件1左移，储脂空间A29中的低压力密封脂经第一进脂口2进入储脂空间B3并充满。凸轮带动活动部件1右移，将第一进脂口2关闭。活动部件1继续右移时，储脂空间B3中密封脂受压成高压密封脂，推动圆柱体4右移，进而移动部件9右移、第一弹簧10受压，第一通道5和第二通道6相通，高压密封脂经第一通道5、第二通道6、第三通道7、第二进脂口8到达第四通道14，推动球体15上移，高压密封脂经第五通道19、第六通道20、出脂口21，最终到达密封腔内的注脂点。下一次，凸轮带动活动部件1左移时，第四通道14内的高压密封脂压力降低，球体15在第二弹簧16作用下下移封住进脂口。第一弹簧10推动移动部件9左移，然后储脂空间A29中的低压力密封脂经第一进脂口2再次进入储脂空间B3并充满，进入下一注密封脂循环。
由于本实施例柱塞泵39的单冲程注脂量很小(可以做到5～10ml),可以有效提高盾尾密封注脂频率，一个盾尾密封注脂装置可以配套多个(比如12个)柱塞泵39，可以保证各个注脂点的注入频率高，注入量基本相同，能及时填充损耗的密封脂，确保了盾尾密封安全。
实施例四
本实施例提供一种用于盾尾密封的多点密封注脂方法，采用实施例一-实施例三任一所述的装置，具体包括如下内容：
密封脂先通过进脂孔38进入储物桶中，多点泵装置中变频电机旋转经减速机24，带动旋转轴25旋转，从而带动旋转叶片28旋转，搅拌储脂空间A29中的密封脂；
柱塞泵39的活动部件1安装在凸轮盘26上的滑槽内；凸轮盘26旋转，安装注脂结构上的柱塞泵活动部件1在凸轮通过(旋转)过程中实现伸或者缩，进而将储脂空间A29中的密封脂通过流脂通道带到柱塞泵39中，实现多个柱塞泵多点密封注脂。吸脂与注脂工作，每个柱塞泵39对应盾构密封腔的一个注脂点，柱塞泵39出口的高压密封脂经管路注入盾构密封腔内。
单个柱塞泵39单位时间内的注入量可以通过调节变频电机的速度控制，每个柱塞泵单冲程容积可以通过调节调节部件13控制，当一个或数个注脂点根据需要应比其它注脂点增加或减少注脂量时，可通过调节部件13解决。
由于本实施例所介绍的方法为实施本发明装置实施例所采用的方法，故而本发明实施例中所介绍的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的装置的具体实施方式以及各种变化形式，所以本发明实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本发明实施例中的方法，都属于本发明的保护范围。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。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，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
