土压平衡式盾构用主驱动密封气动压力控制系统及其控制方法

传统土压平衡式盾构机主驱动密封压力控制采用一种油气混合压力控制装置,该装置承压能力不超过0.6 MPa。在操作过程中需要技术人员实时调节,对人员操作要求较高,存在误操作等安全风险,严重时会导致掌子面塌陷、主驱动密封失效、主轴承损坏等严重后果。为解决这一问题,设计了一种土压平衡式盾构用主驱动密封气动压力控制系统及其控制方法。该系统根据土压平衡式盾构机土仓压力的变化自动调节主驱动密封腔压力,并将主驱动密封的最大承压能力提高至0.8 MPa,显著降低人员操作安全风险。该系统对需高承压盾构施工的设备制造及操作有较强的指导意义。

盾构机主驱动密封维修改造关键技术

为解决土压平衡盾构机在掘进过程中容易出现主驱动密封失效,造成盾构机主轴承损坏的难题。通过理论分析和现场测试相结合的方法,介绍了主驱动密封的工作原理,分析了主驱动密封损坏的原因。认为:VD密封采用粘结方式安装,容易造成应力集中发生断裂,唇形密封和密封衬套采用丁晴橡胶的材质,在高温条件下极易造成磨损失效;提出了改造方案:将密封材质改为耐高温、抗疲劳的含氯的合成橡胶,VD密封采用压板方式,使密封与壳体的结合更加可靠,避免了密封局部受力不均导致的断裂失效。通过后续实体工程的应用检测,再没有出现过密封损坏事故,达到了密封改造技术研究的预期效果。结果表明:密封材质、安装方式及密封油脂是影响主驱动密封工作状态的关键因素,在盾构机的选型设计过程中应引起高度重视。

主驱动密封系统试验台液压系统研究

试验台模拟了盾构机主驱动密封的工作环境,为解决现有的实验装置无法实现使密封圈在左右两腔不同压力点的工作状态,对试验台液压控制系统进行研究。介绍其液压系统的原理组成及其加载装置和动力装置。动力装置通过调节变量泵的排量改变液压马达的转速,以及控制电磁换向阀实现正反转;加载装置通过比例减压阀对油缸输出压力,使波纹管压缩,经由高压液压软管总成对实验容器左右两腔分别加压。并通过AMESIM对以比例减压阀为核心的闭环控制系统进行仿真分析。最终结果表明该控制系统可以满足实验要求。

盾构主驱动密封优化研究

为提升盾构主驱动密封系统的密封性能和使用寿命,在分析盾构主驱动密封常见失效形式和失效原因的基础上,针对现有盾构密封系统的布局、结构设计和安装工艺的不足,总结提出密封安装结构设计优化和密封安装工艺优化的方案,以提升主驱动密封系统的密封性能,保障盾构施工安全稳定。以目前广泛应用的唇形密封为例,就工作压力对密封系统的影响规律进行建模分析。研究发现:1)密封唇口的变形量主要受压力差影响;2)密封隔环设置支撑对密封的承压能力、使用寿命和防止密封翻转有改善作用;3)通过构建背压,形成合理的压差,能够提高密封系统整体的承压能力;4)并联安装中间环的方法,可有效解决因外载压力过大导致密封翻转、进而密封系统整体失效的问题。

盾构机主驱动密封结构优化研究

盾构机主驱动密封系统是盾构机的关键系统之一,主驱动密封圈性能直接影响盾构机的性能。对影响盾构机主驱动密封性能的唇形密封圈主要结构参数建立正交试验方案,利用有限元分析软件ABAQUS建立盾构机主驱动密封圈工作过程中开启压力差及接触宽度的计算方法,并按照正交试验方案对开启压力差及接触宽度进行仿真计算,然后对计算结果进行方差分析。分析结果表明:唇形密封圈的唇高度和唇厚度对开启压力差有显著影响,唇曲度和唇高度对接触宽度有显著影响。根据密封要求与分析结果,选取唇曲度为17 mm,唇高度为22.35 mm,压缩量为7.1 mm,唇厚度为5 mm的密封圈结构为最适结构,结构优化后开启压力差降低33%,接触宽度降低23%。

盾构主驱动密封失效检测及原因分析

为解决盾构主驱动密封系统在掘进过程中失效,造成主驱动、主轴承或齿轮损坏的问题,以某系列土压平衡盾构主驱动密封系统的结构和工作原理为基础,首先,采用适用于现场施工条件的主驱动密封气压检测技术,即分别向内、外密封各腔体内通入100k Pa压缩空气,保压30 min后,压降值在允许范围内为合格,超出为不合格,进而判定主驱动密封是否失效。然后,结合现场经验和理论分析,从设计、装配、操作、磨损4个方面对密封失效的原因进行分析,得出装配不合格、操作不当和正常磨损等问题均是目前最常见的密封失效原因。最后,针对密封失效原因,分别从设计、安装、操作、日常维保等各个环节进行预防把控,以保证主驱动密封系统达到设计使用寿命。

掘进机主驱动密封润滑系统试验研究

为从不同工况、动态、静态等状态下分析主驱动密封润滑系统对主驱动轴承的保护效果,提出一些可以供掘进机主驱动设计、使用参考的建议。首先,制作透明的主驱动密封油脂扩散装置,通过油脂计量阀进行油脂注入,分别设置不同的迷宫长度、迷宫间隙和润滑量,进行油脂扩散弧长的计量,从而验证油脂的扩散与主驱动迷宫设计对主驱动保护的异同。然后,以某主驱动润滑系统模拟试验台为基础,采用不同的密封润滑剂形式、润滑剂量和刀盘转速相结合,从不同角度对主驱动密封的温度上升原因进行分析,并提出合适的密封工作温度建议。最后,针对部分TBM机型密封失效原因进行分析,并提出可以根据不同机型进行主驱动密封润滑系统设计的思路,以保证主驱动密封系统的良好性能。

基于压差控制的泥水平衡式盾构机主驱动密封气动自动保压系统研究及应用

泥水平衡式盾构机主驱动四道唇形密封组合承压能力一般不超过0.6 MPa,无法满足设备在大于0.6 MPa的高水压工况下的安全施工需求。据此,设计了基于压差控制的泥水平衡式盾构机主驱动密封气动自动保压系统。该系统可将现有唇形密封承压能力提高至0.8 MPa,并可自动实现加压、泄压,无需人为参与,降低工人劳动强度。对该系统进行了仿真分析和实验验证,结果表明,该系统设计合理,控制精度高,安全可靠,可满足泥水盾构机在0.8 MPa高水压工况下主驱动的密封要求。

始发井下盾构机主驱动密封系统维修

以土压平衡盾构机主驱动密封系统的结构及工作原理为基础,结合维修经验,总结主驱动密封失效的表现、原因及维护措施,介绍始发井下主驱动密封与跑道的更换过程。

隧道内盾构机主驱动密封更换技术

盾构机主驱动系统被称为盾构机的"心脏",如果在施工中因密封损坏或磨损间隙过大等问题而造成主轴承齿轮油泄漏或泥砂颗粒进入齿轮箱,会引起主轴承或齿轮损坏,导致盾构机瘫痪。通过此次隧道内常压状态下更换主驱动外密封案列进行分析,总结盾构施工维保技术。

盾构机主驱动密封维修改造关键技术的思考

在盾构机运行过程中,经常会出现主驱动密封失效问题,对机器的主轴承产生损坏。本文将采用理论与实践相结合的方式,首先对主驱动密封的工作原理进行分析,然后找出导致密封损坏的原因,最终得出密封材质、安装形式将对密封状态产生关键影响的结论。

超大直径盾构机主驱动密封带压更换技术

随着盾构施工技术的日渐成熟,盾构机作为核心设备被越来越多的投入到地铁、高铁隧道施工中。针对济南黄河隧道施工中,使用的超大直径复合式泥水平衡盾构机盾构机主驱动密封失效问题,经过现场检查、制定方案,最后在粉质黏土地层中采用带压进仓方式,成功完成了超大直径盾构机主驱动密封的更换,国内首次实现了自主带压进仓更换主驱动密封,具有较为深远的意义。

饱和粉细砂层内盾构机主驱动密封缺陷修复地层加固综合技术应用研究

文章以南京地铁三号线过江隧道工程为例,分析了长江漫滩饱和粉细砂地层中大直径泥水盾构掘进过程中主驱动密封检查、更换时作业风险,在比对常用加固技术措施和实际操作可行性基础上,探索实践了MJS加固技术与盾尾环箍注浆相结合为地铁工程主驱动密封缺陷检修提供安全作业条件的成功运用,为今后类似工程施工提供了一个成功的借鉴案例。

大埋深、高水压的盾构机主驱动密封系统研究

随着盾构施工工法在轨道交通、城市管廊、水利水电、煤矿等各行业应用日渐成熟,不同行业的应用工况条件对盾构机也提出了不同的需求,其中大埋深、高水压是很典型的一种工况需求。本文对目前国内已在使用的、针对这种工况设计的主驱动多唇形密封方案及翅型密封+VD密封方案进行了研究分析,通过剖析原理,优劣对比,最终提出了更适合高水土压力工况的密封配置方案。

基于TRIZ主驱动密封安装装置的创新设计

为提高主驱动密封安装装置的工作效率,运用发明问题解决理论(Theory of the Solution of Inventive Problems,TRIZ)中的功能分析与冲突分析,对主驱动密封方式进行创新设计。一方面,通过功能分析确定密封安装装置模型中的不足,并对比两种方案确立后续任务为设计新型辅助工具——主驱动密封安装装置。另一方面,通过冲突分析确定采用“机械系统的替代”与“动态化”原理进行密封安装装置的创新设计。主驱动密封安装装置采用机械多点同时固定橡胶棒的形式,实现了工作过程中安装唇形密封的动作一致性;设计有可沿圆弧移动的装置,使装置定位一个点后,可沿圆弧装置轨道继续定位下一点,从而完成整体唇形密封的安装。运用功能分析与冲突分析对主驱动密封安装装置进行结构创新设计,大大提高了唇形密封的安装效率与嵌合度,为主驱动结构创新设计提供了参考。

大埋深TBM主驱动密封洞内修复及改造关键技术研究

为解决某TBM在大埋深、高地应力地层掘进时出现的主驱动密封多次失效的设备故障问题,首先分析大埋深、高地应力对TBM主驱动的不利影响,以及主驱动密封失效原因,提出主驱动密封系统结构优化方案;针对TBM大埋深掘进难题,采取增加主驱动防尘挡板和增加皮带溜渣板等设备优化措施。采用本文提出的基于大埋深TBM掘进工况下的主驱动防积渣工艺措施以及主驱动密封结构改造方案,顺利解决了现场主驱动密封失效问题,保障了设备的高效运行,可为后续类似TBM故障处理提供参考。

盾构主驱动密封性能流固耦合仿真

该文针对盾构主驱动密封唇口开启,通过反向介质流动实现密封效果的特殊工作原理,建立了一种流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)计算方法。该方法基于固体力学有限元计算方法及计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD),通过互相传输变形、压力数据,解决了传统双向FSI在材料超弹性特性、两相流和非Newton流体等复杂计算条件下的不收敛问题,并通过试验验证了该方法的有效性。计算结果表明:初始密封间隙较大时,由于第2道腔室(P2)内油脂压降较大,不会产生回流现象;主驱动密封在设计参数下随着流动逐渐达到稳态且唇形密封不再产生变形时,第1道腔室(P1)油脂有向P2回流的趋势,但是最终不产生回流现象,这对密封失效分析具有重要指导意义。该FSI模型及结论为主驱动密封的密封结构性能研究提供了理论基础。

隧道掘进机主驱动高压密封系统关键参数试验研究

为解决隧道掘进机主驱动高压密封技术难题,指导高压工况下密封系统参数设计,通过搭建Φ5 m级主驱动密封试验台,采用静态试验与动态试验相结合的方法,验证密封试验台的可行性,并深入研究转速、承压状态与冷却水流量对唇形密封与聚氨酯密封2种高压密封系统运行温度的影响。结果表明:1)静态试验下,高压密封系统逐级加压至2 MPa可保持稳定,验证了2种密封系统的高承压能力;2)唇形密封与聚氨酯密封的动态试验显示,高转速会降低承压密封的稳定性,在高压下影响显著增强;3)转速对密封系统温度有较大影响,与密封系统温升呈正相关,并且承压越高,密封系统温升越大;4)2种密封系统在转速1.5 r/min附近可均衡系统稳定性与发热量要求,聚氨酯密封结构的冷却水流量控制在50 L/min较优。

盾构机主驱动超大聚氨酯密封圈的研制及工程应用

针对盾构机主驱动超大聚氨酯(PU)密封圈(简称PU密封圈)在生产及应用中存在的问题,利用有限元分析软件Ansys对盾构机主驱动PU密封圈结构进行仿真优化;研究了主要原材料对PU弹性体性能的影响;进一步对盾构机主驱动PU密封圈的生产环境、配套设备和工艺以及产品评测平台进行优化设计,形成了整套自动化连续硫化生产技术,确保了盾构机主驱动PU密封圈的质量稳定性和在实际工程中良好的应用效果。

高埋深土压平衡盾构主驱动密封改造关键技术

某盾构在施工过程中,驱动密封系统受损出现主驱动系统进水现象。密封更换后采取了一系列措施,确保主驱动密封系统在复杂的施工环境下正常工作。主驱动密封系统失效的主要原因可能是在设计、装配、密封材料选型或者后期使用过程中维护不到位造成,对盾构主驱动密封系统从密封结构形式、密封的组合结构和密封结构的密封机理等方面做深入研究。