一种高承压加强型盾构机主驱动密封结构的制作方法

1.本实用新型涉及盾构机技术领域，具体为一种高承压加强型盾构机主驱动密封结构。


背景技术：

2.随着国内外隧道工程的不断增加，隧道规划正朝着大埋深、硬岩性、高承压、长距离等方向发展。主驱动作为盾构机的关键核心部件，其运转的可靠性直接影响或决定着整台盾构机的工作状态。在高水压条件下工作的盾构机，其主驱动密封结构一旦出现故障，极易造成盾构机心脏部件（主轴承）的损坏，进而造成整台盾构机的长期停机检修甚至报废，而且在地下高水压环境下修复主轴承极其困难且耗资惊人，给整个隧道工程造成巨大的安全和经济隐患。为了使盾构机主驱动密封更好的适应地下工程技术发展的需求，有必要对主驱动密封系统开展技术研究。
3.目前，国内外盾构机普遍采用的主驱动密封结构形式有两种：1
‑
采用多道vd橡胶密封组合的型式；2
‑
采用多道四指聚氨酯密封组合的型式。这两种常规型式的主驱动密封结构分别有各自的适用场合和应用限制。盾构机在大埋深、高承压、硬岩地层掘进时，这两种常规型式的盾构机主驱动密封结构便不适用。
4.采用多道vd橡胶密封组合型式的主驱动密封结构，由于其单道vd密封的承压能力较低（一般≤0.4mpa），故其组合后的整体密封结构承压能力也不会很高（一般≤1mpa）。由于盾构机主驱动结构长度的限制，故单纯通过增加vd橡胶密封组合道数的方式来提高主驱动密封的承压能力，实际不可行。
5.采用多道四指聚氨酯密封组合型式的主驱动密封结构，由于其单道四指密封的承压能力较高（一般≥1mpa），故其多道组合后的整体密封结构承压能力较高。但由于聚氨酯密封耐温特性的限制（一般≤70℃），故多道四指聚氨酯密封组合型式的主驱动密封结构不适用于硬岩地层中掘进的盾构机，该地层掘进要求盾构机连续长时间运转，聚氨酯密封发热量较大极易受热老化，从而使主驱动密封失效。
6.由于材料自身特性的原因，橡胶密封的耐高温性能（一般≤120℃）要优于聚氨酯密封，故多道vd橡胶密封组合型式的主驱动密封结构，其更适用于低水压、硬岩地层中需要主驱动连续长时间运转的场合。对于高水压、硬岩地层中掘进的盾构机，单纯采用多道vd橡胶密封组合型式的主驱动密封结构便不适用。
7.通过调研和实践可以看出，常规型式的盾构机主驱动密封结构（纯vd橡胶密封排列型式）对密封各零部件的加工精度和安装精度要求较高。由于常规型式的盾构机主驱动密封其零部件一般为超大直径薄壁环件，该环件加工难度大且不可避免地存在挠曲变形等缺陷，从而直接影响主驱动密封的密封效果。
8.常规型式的盾构机主驱动密封结构（多道vd橡胶密封组合型式），其密封结构的安装作业较复杂，对安装人员的技术水平要求较高，极易导致主驱动密封的安装质量不稳定。且这种常规密封安装完成后的质量状态不可见，从而使密封的安装过程具备一定的盲目
性，因此很难确保主驱动密封的安装质量。基于此，本实用新型设计了一种高承压加强型盾构机主驱动密封结构，以解决上述问题。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的在于提供一种高承压加强型盾构机主驱动密封结构，特殊指通过端面四指聚氨酯密封与径向橡胶vd密封相结合的方式，来建立一套承压能力更高、耐温性能更好、工作可靠性更高的盾构机主驱动密封结构。
10.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高承压加强型盾构机主驱动密封结构，包括设置在刀盘上用于密封的端面耐磨环，所述端面耐磨环的背部设置有冷却水腔，在刀盘上的开设冷却水进/出水口，其与冷却水腔相通，所述端面耐磨环的背部安装直接检测端面密封摩擦面的生热温度的温度传感器，所述端面耐磨环的一侧通过端面四指聚氨酯密封进行密封，所述端面四指聚氨酯密封通过固定压板安装在径向vd橡胶密封的前部，直接与盾构机的泥水仓接触，泥水仓的一侧设置径向密封固定隔环和径向密封耐磨环，所述径向密封固定隔环的上部连接可以输送多种流体介质的流体通道箱，流体通道连通到径向密封固定隔环的外部，且径向密封固定隔环和径向密封耐磨环位于流体通道外侧排列组合多道径向vd橡胶密封。
11.优选的，所述冷却水腔为整圈环槽型，且环槽内部设有防腐层，以防止冷却水腔浸水锈蚀。
12.优选的，所述冷却水进/出水口在冷却水腔环槽下部设置有相邻的两个，两个冷却水进/出水口之间通过设置水流挡板进行阻隔。
13.优选的，在所述密封固定隔环上设计了vd橡胶密封的金属支撑结构。
14.优选的，所述端面耐磨环为经过特殊硬化处理的耐磨钢板，其通过水密焊接的方式与刀盘组成为一体。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本发明结构所涉及的端面四指聚氨酯密封，其承压能力高（动态承压能力可达1mpa）。与常规搭载vd橡胶密封的盾构机相比，搭载高耐压加强型主驱动密封结构的盾构机，其工作承压能力更高。
16.本发明结构所涉及的端面四指聚氨酯密封，其断面型式为四唇指形。这就相当于在原常规单唇指vd橡胶密封的基础上，又增加了4道单唇指密封，从而大大提高了盾构机主驱动密封结构的密封效果。
17.本发明所涉及的新型主驱动密封结构，与常规盾构机主驱动密封结构（纯vd橡胶密封排列）相比，该新型主驱动密封结构具有更长、更复杂的迷宫密封腔，从而可以进一步增强主驱动密封结构的迷宫效果，增大盾构机外部污染物突破主驱动密封结构的难度。
18.本发明所涉及的新型主驱动密封结构，由于端面四指聚氨酯密封的存在，因此与常规盾构机主驱动密封结构（纯vd橡胶密封排列）相比，可以取消特制专用密封油脂（hbw）的使用，改用常规ep1润滑油脂（hbw密封油脂的价格为ep1润滑油脂的4
‑
5倍），从而有效降低盾构机使用方的施工成本。
19.通过采用本发明所涉及的新型主驱动密封结构，在常规盾构机主驱动密封结构（纯vd橡胶密封排列型式）的基础上增设特制的端面四指聚氨酯密封，可以适当弥补常规主驱动vd密封型式其各零部件的加工精度和安装精度缺陷，从而提高主驱动密封的工作可靠
性。
20.本发明所涉及的新型主驱动密封结构，其增设端面四指聚氨酯密封的结构简单，相应密封结构件的加工方便且安装简单。在不改变盾构机整体结构设计的前提下即可以有效实施。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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。
22.图1为本实用新型结构示意图；
23.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0024]1‑
端面耐磨环，2
‑
冷却水腔，3
‑
冷却水进/出水口，4
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温度传感器，5
‑
端面四指聚氨酯密封，6
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固定压板，7
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vd橡胶密封，8
‑
径向密封固定隔环，9
‑
径向密封耐磨环，10
‑
流体通道箱。
具体实施方式
[0025]
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0026]
请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种高承压加强型盾构机主驱动密封结构，包括设置在刀盘上用于密封的端面耐磨环1，端面耐磨环1为经过特殊硬化处理的耐磨钢板，其通过水密焊接的方式与刀盘组成为一体。
[0027]
端面耐磨环1的背部设置有冷却水腔2，端面耐磨环1背部为预先开制在刀盘上的冷却水腔2，冷却水腔2为整圈环槽型，且环槽内部设有防腐层，以防止冷却水腔2浸水锈蚀。冷却水腔2制作完成后，需要对水腔进行耐压试验，确保冷却水腔的耐压能力大于5bar。
[0028]
在刀盘上的开设冷却水进/出水口3，其与冷却水腔2相通，冷却水进/出水口3在冷却水腔2环槽下部设置有相邻的两个，两个冷却水进/出水口3之间通过设置水流挡板进行阻隔，从而使冷却水进水水流沿冷却水腔2整环流动之后才可以从出水口流出，以确保冷却水的整圈环状流动，增加冷却效果。
[0029]
端面耐磨环1的背部安装直接检测端面密封摩擦面的生热温度的温度传感器4，可实时监测端面四指聚氨酯密封5的摩擦工作温度，并实时反馈至盾构机掘进控制系统。盾构机掘进控制系统根据温度传感器4检测的温度，联动控制相应的端面密封密封冷却水系统，以降低端面密封摩擦面的工作温度，从而防止四指聚氨酯密封的高温老化。
[0030]
端面耐磨环1的一侧通过端面四指聚氨酯密封5进行密封，端面四指聚氨酯密封5通过固定压板6安装在径向vd橡胶密封7的前部，直接与盾构机的泥水仓接触，单道四指聚氨酯密封的承压能力可达1mpa，并且其密封的安装质量和精度容易保证，从而大大提高整个主驱动密封结构的工作可靠性。
[0031]
泥水仓的一侧设置径向密封固定隔环8和径向密封耐磨环9，径向密封固定隔环8的上部连接可以输送多种流体介质的流体通道箱10，流体通道连通到径向密封固定隔环8的外部，且径向密封固定隔环8和径向密封耐磨环9位于流体通道外侧排列组合多道径向vd橡胶密封7。
[0032]
在密封固定隔环8上设计了vd橡胶密封7的金属支撑结构，进一步提高径向vd橡胶密封7的承压能力，即使当vd橡胶密封7承受较大的工作压力时，也可以防止密封唇口发生翻转，从而提高整个主驱动密封结构的工作可靠性。
[0033]
进一步提升径向vd橡胶密封耐磨环9的耐磨性，特殊针对径向密封耐磨环9进行了表面淬火硬化处理，淬火后耐磨环表面硬度可达55hrc，有效硬化层深度可达3mm，从而有效提升了整个主驱动密封结构的使用寿命。
[0034]
整个高承压加强型盾构机主驱动密封结构，其各道密封唇在运转时均需要相应的油脂或稀油进行润滑。主驱动密封结构的每两道密封之间分别形成一个润滑油注入腔，此注入腔内的润滑油通过流体通道箱10内相应的管路输送而来。其中端面四指聚氨酯密封5与第一道径向vd橡胶密封7之间的腔体内注入ep1或ep2油脂，其余vd橡胶密封7之间的润滑油注入腔根据设计需求分别注入相应牌号的油脂或稀油。
[0035]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0036]
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。