CN107063661B - 可调式喷头冲刷试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可调式喷头冲刷试验装置，解决了盾构施工过程中易结泥饼，影响盾构施工掘进的稳定性和安全性的问题，包括加压罐体、箱体和若干个可调式喷头，可调式喷头固定在加压罐体上，加压罐体上设有视镜和压力传感器，视镜和压力传感器的位置均与可调式喷头相对应；所述箱体通过第一软管与可调式喷头相连接，第一软管上设有变频冲洗泵，加压罐体的下部通过第二软管与箱体相连接，第二软管上设有出口阀门；所述变频冲洗泵上设有水密封冲洗机构。本发明可以模拟不同工况下喷嘴和冲刷***的冲刷试验效果，解决了盾构施工中易结泥饼的问题，降低施工风险，降低制造及维修成本。

Description

可调式喷头冲刷试验装置

技术领域

本发明涉及盾构机冲刷装置的技术领域，具体涉及一种可调式喷头冲刷试验装置，适用于泥水及土压盾构在掘进中需要的冲刷装置。

背景技术

当前，盾构机及TBM等隧道掘进机的数量不断增多，且随着盾构直径的日益增大，施工过程中结“泥饼”的现象也不断增多，并造成了巨大的经济损失。那么，如果想有效的选取喷嘴来解决结“泥饼”的问题，使盾构施工掘进更稳定更安全，就必须在相关试验台上成功取得应用试验模拟。模拟成功后才允许在真正的设备上应用，避免在隧道施工时出现改造现象。因此，降低设备施工风险、降低制造及维修成本等成为了需要解决的重要问题。

喷嘴设计及冲刷***设计作为盾构施工的关键应用，其合理性及可靠性极其重要。为了降低施工风险就需要通过试验台真实模拟工况，从而来判断喷嘴及冲刷***的可靠性。

发明内容

针对盾构施工过程中易结泥饼，影响盾构施工掘进的稳定性和安全性的技术问题，本发明提出一种可调式喷头冲刷试验装置，结构简单，具有超低净空占用的特点。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可调式喷头冲刷试验装置，包括加压罐体、箱体和若干个可调式喷头，可调式喷头固定在加压罐体上，加压罐体上设有视镜和压力传感器，视镜和压力传感器的位置均与可调式喷头相对应；所述箱体通过第一软管与可调式喷头相连接，第一软管上设有变频冲洗泵，加压罐体的下部通过第二软管与箱体相连接，第二软管上设有出口阀门；所述变频冲洗泵上设有水密封冲洗机构。

所述水密封冲洗机构的软管上依次设有手动球阀、压力开关、流量调节阀和止回阀，流量调节阀两侧设有压力表，水密封冲洗机构通过手动球阀与变频冲洗泵相连接。

所述变频冲洗泵两端通过挠性接头与第一软管相连接，变频冲洗泵和可调式喷头之间的第一软管上依次设有压力表、手动球阀和流量计；所述箱体的上部和下部均设有液位开关。

所述加压罐体的一侧设有第一喷嘴接口、第二喷嘴接口、第三喷嘴接口和视镜，加压罐体的另一侧设有与第一喷嘴接口、第二喷嘴接口、第三喷嘴接口相对应的视镜和压力传感器，第一喷嘴接口、第二喷嘴接口、第三喷嘴接口均通过第三法兰与可调式喷头相连接。

所述第一喷嘴接口和第二喷嘴接口的数量均设有3个，其中2个第一喷嘴接口和2个第二喷嘴接口对侧均固定有压力传感器，1个第一喷嘴接口和1个第二喷嘴接口对侧均设有视镜；所述第三喷嘴接口的数量设有个，第三喷嘴接口对侧的加压罐体上固定有压力传感器；所述加压罐体的上部设有视镜。

所述压力传感器与加压罐体之间设有密封条，密封条为O形密封条，密封条通过螺栓与加压罐体相连接。

所述可调式喷头包括喷嘴、活塞杆、第一螺杆和第二螺杆，喷嘴通过第二法兰与活塞杆固定连接；所述第一螺杆通过螺母与第三法兰的上部相连接，第二螺杆固定在第三法兰的下部；所述活塞杆末端固定有第四法兰，第四法兰通过螺母与第一螺杆和第二螺杆相连接。

所述第二法兰的中部设有第一密封垫，第二法兰的周边通过螺栓、螺母和垫片将喷嘴和活塞杆固定连接；所述活塞杆通过软管连接法兰与第一软管相连接，软管连接法兰与第一螺杆和第二螺杆通过螺母相连接，软管连接法兰和活塞杆之间设有第二密封垫。

所述活塞杆与第三法兰之间设有往复运动密封，往复运动密封后端设有挡块，挡块的上部与第三法兰固定连接，挡块的上部与第三法兰之间设有调整垫片。

所述加压罐体的一侧设有盖体，盖体通过第一法兰与加压罐体相连接；所述加压罐体下部固定在支撑架，支撑架固定在底座上。

本发明通过可调节喷头与压力传感器或视镜分别设置在加压罐体的相对两侧，可以调节喷嘴与喷射目标的距离，实时检测和观察冲刷试验的效果；变频冲洗泵可以调节喷头的流量，加压罐体出口处的出口阀门可以调节加压罐体的压力，从而可以模拟不同工况下喷嘴和冲刷***的冲刷试验效果；加压罐体上设有不同的喷嘴接口，适合对不同尺寸的喷嘴进行测试。本发明解决了盾构施工中易结泥饼的问题，降低施工风险，降低制造及维修成本。

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为本发明的结构示意图。

图2为本发明加压罐体的结构示意图。

图3为本发明可调式喷头和压力传感器与加压罐体连接的结构示意图。

图4为本发明可调式喷头和视镜与加压罐体连接的结构示意图。

图5为图3中A的放大图。

图中，1为加压罐体，2为可调式喷头，3为盖体，4为第一法兰，5为液位开关，6为底座，7为压力表，8为第一喷嘴接口，9为第二喷嘴接口，10为第三喷嘴接口，11为第一软管，12为第二软管，13为视镜，14为压力传感器，15为密封条，16为喷嘴，17为第二法兰，18为往复运动密封，19为第一密封垫，20为第三法兰，21为调整垫片，22为挡块，23为活塞杆，24为第一螺杆，25为第二螺杆，26为第四法兰，27为第二密封垫，29为软管连接法兰，30为支撑架，31为挠性接头，32为变频冲洗泵，33为手动球阀，34为流量计，35为止回阀，36为箱体，37为压力开关，38为流量调节阀，39为出口阀门。

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。

如图1和图2所示，一种可调式喷头冲刷试验装置，包括加压罐体1、箱体36和若干个可调式喷头2，可调式喷头2固定在加压罐体1上，可调式喷头2上固定有喷嘴16，可调式喷头2可相对于加压罐体1移动，可以调节喷嘴16的伸出长度。通过调整喷嘴16与冲击面的距离，可以测试在不同靶距情况下的冲刷效果。加压罐体1上设有视镜13和压力传感器14，视镜13和压力传感器14的位置均与可调式喷头2相对应，分别位于加压罐体1的相两侧，即视镜13和压力传感器14设置在可调式喷头2的喷嘴16喷出介质的冲击面上，视镜13方便观察喷嘴16对其前端的加压罐体1的冲刷效果，压力传感器14可以实时检测喷嘴16对其前端的加压罐体1的冲刷压力。视镜13和压力传感器14距离地面的高度与可调式喷头2距离地面的高度的相同，即可调式喷头2、视镜13和压力传感器14的中心在同一水平线上。箱体36通过第一软管11与可调式喷头2相连接，第一软管11上设有变频冲洗泵32，变频冲洗泵32将箱体36内的冲刷介质输送至可调式喷头2，同时可以改变进入可调式喷头2的流量。加压罐体1的下部通过第二软管12与箱体36相连接，第二软管12上设有出口阀门39，出口阀门39可以将加压罐体1内的冲刷介质输送至箱体36，从而形成循环利用。出口阀门39可以改变加压罐体1的压力，实现不同压力的调节，因此，加压罐体1可模拟不同的压力工况，可改变冲击面的受力状态。变频冲洗泵32上设有水密封冲洗机构，用于对变频冲洗泵32进行水密封。

水密封冲洗机构的软管上依次设有手动球阀33、压力开关37、流量调节阀38和止回阀35，流量调节阀38两侧设有压力表7，水密封冲洗机构通过手动球阀33与变频冲洗泵32相连接。止回阀35防止变频冲洗泵32内的介质倒流，影响水密封性能。压力表7用于检测水密封冲洗机构上的压力，然后通过压力开关37调节其软管的压力，流量调节阀38用于调节水密封冲洗机构的流量。

第一软管11设置在箱体36的下部，变频冲洗泵32两端通过挠性接头31与第一软管11相连接，方便拆卸和维修。变频冲洗泵32和可调式喷头2之间的第一软管11上依次设有压力表7、手动球阀33和流量计34，压力表7用于观察变频冲洗泵32出口的压力，手动球阀33用于手动调节第一软管11的通断，方便维修。流量计34用于记录进入可调式喷头2的流量。箱体36的上部和下部均设有液位开关5，液位开关5用于检测箱体36的液位。箱体36的下部还设有出水管，用于将箱体36内多余的测试介质排出。通过调整变频冲洗泵32来控制可调式喷头2前端的喷嘴16的流量，并读取不同流量情况下压力传感器的数值，测试冲刷效果。测试介质不同为水、膨润土或加砂膨润土等。

优选地，如图2所示，加压罐体1的一侧设有第一喷嘴接口8、第二喷嘴接口9、第三喷嘴接口10和视镜13，加压罐体1的另一侧设有与第一喷嘴接口8、第二喷嘴接口9、第三喷嘴接口10相对应的视镜13和压力传感器14，第一喷嘴接口8、第二喷嘴接口9、第三喷嘴接口10均通过第三法兰20与可调式喷头2相连接。第三法兰20固定在加压罐体1上。第一喷嘴接口8、第二喷嘴接口9、第三喷嘴接口10的直径依次增大，分别适应于直径为50、80和100mm的喷嘴，调节喷嘴的大小，可改变喷嘴的管径、正面受力面积。

第一喷嘴接口8和第二喷嘴接口9的数量均设有3个，其中，2个第一喷嘴接口8和2个第二喷嘴接口9对侧均固定有压力传感器14、1个第一喷嘴接口8和1个第二喷嘴接口9对侧均设有视镜13。设置两个相同的第一喷嘴接口8和第二喷嘴接口9是为了方便同时测试两个相同尺寸的喷嘴不同距离时的冲刷效果。第三喷嘴接口10的数量设有1个，第三喷嘴接口10对侧的加压罐体1上固定有压力传感器14。与视镜13相匹配的第一喷嘴接口8和第二喷嘴接口9，可观察实验泥沙被冲刷的效果。所述加压罐体1的上部设有视镜13，视镜13为透明玻璃，视镜13固定在加压罐体1的内部。视镜13设置在加压罐体1的侧部和上部，方便从不同角度随时观察喷嘴的冲刷效果。加压罐体1上部设有液压开关5，用于检测加压罐体1内介质的液位。加压罐体1上部均匀分布有压力表7，用于检测加压罐体1不同部位的压力。加压罐体1的两侧设有泄压孔和安全阀，防止加压罐体1的压力过大而进行自动泄压。

加压罐体1的两侧设有盖体3，盖体3通过第一法兰4与加压罐体1相连接，通过法兰连接方便工作人员进入加压罐体1对里面的部件进行维护。加压罐体1下部固定在支撑架30，支撑架30固定在底座6上，底座6和支撑架30可以对加压罐体1进行稳定的支护。

如图3和图4所示，压力传感器14和视镜13与可调式喷头2相对应。可调式喷头2包括喷嘴16、活塞杆23、第一螺杆24和第二螺杆25，喷嘴16通过第二法兰17与活塞杆23固定连接，喷嘴16设置在加压罐体1的内部，喷嘴16在活塞杆23的带动下水平移动。第一螺杆24通过螺母与第三法兰20的上部相连接，第二螺杆25固定在第三法兰20的下部，活塞杆23可以相对于第一螺杆24和第二螺杆25水平移动。活塞杆23末端固定有第四法兰26，第四法兰26通过螺母与第一螺杆24和第二螺杆25相连接，第四法兰26上焊接有两颗螺母或者其上设有两个螺纹孔，通过第二螺杆25可以调节活塞杆23向外移动；第三法兰20焊接有螺母或者设有两个螺纹孔，通过第一螺杆24可以调节活塞杆23向内移动。

优选地，压力传感器14与加压罐体1之间设有密封条15，密封条15为O形密封条，密封条15通过螺栓与加压罐体1相连接。喷嘴16喷射的介质打到密封条15上，压力传感器14检测其受力的压力。

优选地，第二法兰17的中部设有第一密封垫19，第二法兰17的周边通过螺栓、螺母和垫片将喷嘴16和活塞杆23固定连接，第一密封垫19对活塞杆23和喷嘴16的连接处进行密封，防止介质外流。活塞杆23通过软管连接法兰29与第一软管相连接，软管连接法兰29与第一螺杆24和第二螺杆25通过螺母相连接，软管连接法兰29和活塞杆23之间设有第二密封垫27，第二密封垫27用于密封活塞杆23与软管连接法兰29的连接处。

优选地，如图5所示，活塞杆23与第三法兰20之间设有往复运动密封18，用于保护第三法兰20与活塞杆23相对活动中的密封性。往复运动密封18后端设有挡块22，挡块22的上部通过螺栓与第三法兰20固定连接，挡块22的上部与第三法兰20之间设有调整垫片21，挡块22用于将往复运动密封18设置在第三法兰20与活塞杆23之间。通过螺栓和调整垫片21可以调节往复运动密封18的大小。

加压罐体1可改变压力工况，通过改变试验中的不同参数来完成所需要的模拟试验，并通过一系列的传感器等仪器监测运转情况。

1、在加压罐体加压或常压情况下，选取一种喷嘴，调节变频调速泵的排量，使喷嘴的流速在15~20m/s左右，在等流量的情况下，通过调整可调式喷头与靶的距离，读取压力传感器的数值，控制在不同靶距情况下的测试冲刷效果。从加压罐体1的外侧测量活塞杆的长度即可计算喷嘴与密封条即靶的距离。

2、在加压罐体加压或常压情况下，根据试验1的结论，选择同种喷嘴，在试验1中效果最佳的同靶距的情况下，通过调整变频冲洗泵来控制喷嘴的流量，在不同流量情况下读取压力传感器的数值，测试冲刷效果。

3、在加压罐体加压或常压情况下，利用第一喷嘴接口8、第二喷嘴接口9、第三喷嘴接口10选择不同直径的喷嘴，根据试验1和2在同靶距最优流速的情况下，读取压力传感器数值，测试冲刷效果。

4、在加压罐体加压或常压情况下，根据试验1、2、3结论，在视镜13的内侧涂抹泥沙，选择一定的参数设计的喷嘴进行冲刷试验，记录泥沙被冲洗完毕所用的时间，并做好试验现象。

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。

Claims (9)

1.一种可调式喷头冲刷试验装置，其特征在于，包括加压罐体（1）、箱体（36）和若干个可调式喷头（2），可调式喷头（2）固定在加压罐体（1）上，加压罐体（1）上设有视镜（13）和压力传感器（14），视镜（13）和压力传感器（14）的位置均与可调式喷头（2）相对应；所述箱体（36）通过第一软管与可调式喷头（2）相连接，第一软管上设有变频冲洗泵（32），加压罐体（1）的下部通过第二软管与箱体（36）相连接，第二软管上设有出口阀门（39）；所述变频冲洗泵（32）上设有水密封冲洗机构；

所述水密封冲洗机构的软管上依次设有手动球阀（33）、压力开关（37）、流量调节阀（38）和止回阀（35），流量调节阀（38）两侧设有压力表（7），水密封冲洗机构通过手动球阀（33）与变频冲洗泵（32）相连接。

2.根据权利要求1所述的可调式喷头冲刷试验装置，其特征在于，所述变频冲洗泵（32）两端通过挠性接头（31）与第一软管相连接，变频冲洗泵（32）和可调式喷头（2）之间的第一软管上依次设有压力表（7）、手动球阀（33）和流量计（34）；所述箱体（36）的上部和下部均设有液位开关（5）。

3.根据权利要求1所述的可调式喷头冲刷试验装置，其特征在于，所述加压罐体（1）的一侧设有第一喷嘴接口（8）、第二喷嘴接口（9）、第三喷嘴接口（10）和视镜（13），加压罐体（1）的另一侧设有与第一喷嘴接口（8）、第二喷嘴接口（9）、第三喷嘴接口（10）相对应的视镜（13）和压力传感器（14），第一喷嘴接口（8）、第二喷嘴接口（9）、第三喷嘴接口（10）均通过第三法兰（20）与可调式喷头（2）相连接。

4.根据权利要求3所述的可调式喷头冲刷试验装置，其特征在于，所述第一喷嘴接口（8）和第二喷嘴接口（9）的数量均设有3个，其中2个第一喷嘴接口（8）和2个第二喷嘴接口（9）对侧均固定有压力传感器（14）、1个第一喷嘴接口（8）和1个第二喷嘴接口（9）对侧均设有视镜（13）；所述第三喷嘴接口（10）的数量设有1个，第三喷嘴接口（10）对侧的加压罐体（1）上固定有压力传感器（14）；所述加压罐体（1）的上部设有视镜（13）。

5.根据权利要求1或4所述的可调式喷头冲刷试验装置，其特征在于，所述压力传感器（14）与加压罐体（1）之间设有密封条（15），密封条（15）为O形密封条，密封条（15）通过螺栓与加压罐体（1）相连接。

6.根据权利要求1所述的可调式喷头冲刷试验装置，其特征在于，所述可调式喷头（2）包括喷嘴（16）、活塞杆（23）、第一螺杆（24）和第二螺杆（25），喷嘴（16）通过第二法兰（17）与活塞杆（23）固定连接；所述第一螺杆（24）通过螺母与第三法兰（20）的上部相连接，第二螺杆（25）固定在第三法兰（20）的下部；所述活塞杆（23）末端固定有第四法兰（26），第四法兰（26）通过螺母与第一螺杆（24）和第二螺杆（25）相连接。

7.根据权利要求6所述的可调式喷头冲刷试验装置，其特征在于，所述第二法兰（17）的中部设有第一密封垫（19），第二法兰（17）的周边通过螺栓、螺母和垫片将喷嘴（16）和活塞杆（23）固定连接；所述活塞杆（23）通过软管连接法兰（29）与第一软管相连接，软管连接法兰（29）与第一螺杆（24）和第二螺杆（25）通过螺母相连接，软管连接法兰（29）和活塞杆（23）之间设有第二密封垫（27）。

8.根据权利要求6所述的可调式喷头冲刷试验装置，其特征在于，所述活塞杆（23）与第三法兰（20）之间设有往复运动密封（18），往复运动密封（18）后端设有挡块（22），挡块（22）的上部与第三法兰（20）固定连接，挡块（22）的上部与第三法兰（20）之间设有调整垫片（21）。

9.根据权利要求1所述的可调式喷头冲刷试验装置，其特征在于，所述加压罐体（1）的一侧设有盖体（3），盖体（3）通过第一法兰（4）与加压罐体（1）相连接；所述加压罐体（1）下部固定在支撑架（30），支撑架（30）固定在底座（6）上。

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