[发明专利]自适应土仓压力变化的盾构机主驱动密封系统及方法

说明书

本发明公开了一种自适应土仓压力变化的盾构机主驱动密封系统及方法，其包括流体通道箱、摩擦环、密封介质以及多个密封圈，流体通道箱套摄于摩擦环上且与摩擦环之间成型环形的间隙，多个密封圈将间隙分隔成多道环形的压力腔，流体通道箱内开设注入通道，密封介质填充于注入通道、压力腔内。密封方法为控制水土压力以及各工作压力满足以下条件：P₂＝P₁+ΔP₁，且P_N＝P_N‑1‑ΔP_N,ΔP₁＞0，ΔP_N＞0。该系统可以将主驱动密封系统的工作压力同土仓压力变化相联动，使主驱动密封系统的承压能力与土仓压力相匹配；超高水土压力下工作的盾构机对主驱动密封系统的密封效果要求更高、且要具备较高的工作可靠性。

技术领域

本发明属于盾构机设备领域，特别涉及自适应土仓压力变化的盾构机主驱动密封系统及方法。

背景技术

近年来，随着国内外隧道工程的不断增多，盾构机作为隧道工程的重要施工装备在其中得到了广泛应用。主驱动作为盾构机的关键核心部件，其工作可靠性直接决定着整台盾构机的工作状态。因此，本发明面向如何提升盾构机主驱动密封效果展开研究。

如图1、2所示，一般而言，盾构机上常用的主驱动密封型式分为两大类：1)多道VD橡胶密封排列组合型式；2)多道四指聚氨酯密封排列组合型式。

这两种型式的主驱动密封系统，均是通过在每两道密封之间持续注入润滑、密封介质，借用润滑、密封介质的外排效应，来阻止外部土仓内的水土杂质进入到主驱动内部。

这种传统型式的主驱动密封系统，其各道密封之间的注脂压力和注脂量不会随着土仓压力的变化而变化。

然而在盾构机工作过程中，其土仓内的水土压力是不断变化的。如果主驱动密封系统的注脂压力和注脂量持续偏低，就会导致密封效果欠佳、水土等杂质极易进入主驱动内部，从而损坏主驱动传动系统。

如果注脂压力和注脂量持续偏高，则会导致各道密封长期处于较高的压力下工作，极易造成密封本体的变形、老化和磨损，从而缩短主驱动密封系统的使用寿命。再者，持续偏高的注脂量，也必然会造成润滑介质的浪费，从而提高了施工成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种自适应土仓压力变化的盾构机主驱动密封系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自适应土仓压力变化的盾构机主驱动密封系统，其包括流体通道箱、摩擦环、密封介质以及多个密封圈，所述流体通道箱套摄于所述摩擦环上且与所述摩擦环之间成型环形的间隙，多个密封圈将间隙分隔成多道环形的压力腔，所述流体通道箱内开设多个用于分别向各个压力腔内注入密封介质的注入通道，所述密封介质填充于所述注入通道、所述压力腔内。

优化的，所述密封系统还包括设于所述压力腔内的密封隔环，所述密封隔环的外周面与所述流体通道箱密封贴合，其内周面与所述摩擦环相离，其上开设有连通所述注入通道和所述压力腔的注入辅道。

优化的，所述流体通道箱、摩擦环以及多个密封圈同轴设置。

优化的，所述密封圈为唇型密封，其包括外周环以及与所述外周环相连接的唇环，所述外周环的外周面与所述流体通道箱内侧壁贴合，所述唇环大致呈锥台状，其外径较大的一端与所述外周环相连接，其外径较小的一端紧贴所述摩擦环，所述外周环的外侧壁上具有与所述外周环同轴的第一环状突起，所述唇环的外周面朝向外侧鼓起。

进一步的，所述密封隔环的内周面上设有环形槽，所述环形槽与所述摩擦环之间形成空间为所述压力腔的一部分，所述密封隔环的前后端面上具有环形的第二环状突起和第三环状突起，所述第二环状突起呈台阶状。

优化的，所述注入通道分为多组，且呈环形阵列状分别于所述摩擦环的轴线四周，同一组中的各所述注入通道分别与各所述压力腔一一对应连通。