一种具备主动控温功能的盾构机主驱动密封系统的制作方法

1.本实用新型属于盾构机技术领域，尤其涉及一种具备主动控温功能的盾构机主驱动密封系统。


背景技术：

2.随着国内外隧道工程的不断增多，盾构机作为隧道施工的利器正在得到更为广泛的应用。为了促进盾构机设备的技术升级，进一步提高盾构机在高寒/高热地区的工程适应性，需要对盾构机关键核心部件-主驱动密封系统进行技术研究。
3.目前盾构机行业常用的主驱动密封结构为多层多道/多种密封排列组合的型式（如下图），但其中对于主驱动密封的实际工作温度往往缺乏主动监测和控制方面的研究。
4.主驱动密封圈在运转过程中产生的摩擦生热，往往会积攒在主驱动密封腔和主驱动密封摩擦面上，很难得到有效的热量疏解和降温。虽然主驱动密封圈之间持续加注的润滑油脂会耗散一部分摩擦热量，但是降温效果仍然比较微小。
5.当主驱动密封圈连续长时间摩擦旋转时，摩擦面将产生较高的热量。该热量值将会导致主驱动密封的物理和力学性能（如抗撕裂强度）降低，从而降低主驱动密封结构的工作可靠性。
6.持续高温的工作环境也将加快主驱动密封材质的老化速度，从而减少主驱动密封结构的使用寿命。
7.为了应对高寒/高热地区的工程需求，常见的盾构机主驱动密封结构设计往往选择更耐低温或更耐高温的主驱动密封材质（如耐低温的氢化丁腈橡胶和耐高温的氟橡胶）。但是这种更耐低温或更耐高温的主驱动密封材质其成本较高（如氢化丁腈橡胶的价格是常规丁腈橡胶价格的2倍以上，氟橡胶的价格是常规丁腈橡胶价格的3倍以上），从而增加了盾构机的制造成本。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于提供一种具备主动控温功能的盾构机主驱动密封系统，旨在通过该系统确保盾构机主驱动密封始终处于最优的工作温度范围，从而大大提高主驱动密封工作的可靠性,提高盾构机在高寒/高热地区的工程适应性。
9.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是设计一种具备主动控温功能的盾构机主驱动密封系统，包括主驱动密封圈、密封摩擦板和冷热水流通腔体；所述主驱动密封圈的摩擦面贴在环形的密封摩擦板上；所述密封摩擦板覆盖在冷热水流通腔体表面；所述冷热水流通腔体为一环形腔体，且在腔体壁上设有至少两个进出水口；在所述冷热水流通腔体内部，位于进出水口之间设有分隔挡板。
10.进一步的，所述密封摩擦板由耐磨钢板制成，耐磨钢板卷圆后通过两端水密焊接的方式覆盖在冷热水流通腔体的表面。
11.进一步的，所述耐磨钢板厚度范围10-15mm。
12.进一步的，还包括密封润滑脂注入管；所述密封润滑脂注入管穿过冷热水流通腔体和密封摩擦板，并通向主驱动密封圈和密封摩擦板的接触面；通过密封润滑脂注入管向主驱动密封圈表面注入润滑油脂。
13.进一步的，还包括密封工作温度传感器；所述密封工作温度传感器埋设于密封摩擦板的背部，并穿越冷热水流通腔体。
14.进一步的，所述密封工作温度传感器前端的温度探头与密封摩擦板表面的距离控制在5mm以内。
15.进一步的，还包括信号处理及显示单元；所述密封工作温度传感器监测到的热量信号被采集到信号处理及显示单元中进行模/数转换和数值显示。
16.进一步的，还包括超限判定与控温执行单元、冷水供给系统和热水供给系统；所述密封工作温度传感器监测信号被传输到超限判定与控温执行单元中，通过与超限判定与控温执行单元中自定义的温度限值进行比较，从而自动判定主驱动密封处于高温超限或低温超限，进而自启动相应的冷水供给系统或热水供给系统。
17.本实用新型的优点和有益效果在于：
18.1、本实用新型同时具备密封加温和密封冷却两种控温功能，从而可以确保主驱动密封始终处于良好的工作温度范围，一般为+20℃～+60℃；
19.2、可以确保盾构机主驱动密封系统的工作状况不受外界环境温度的影响，一定程度上也提高了盾构机的工程环境适应性；
20.3、为保证主驱动密封维持良好的物理和力学特性提供了外部支撑，从而提高了主驱动密封的密封效果和工作可靠性；
21.4、有利于减缓主驱动密封材质的老化速度，从而延长了主驱动密封圈的使用寿命；
22.5、可以拓宽以往单纯选择更耐高温/更耐低温密封材质的设计理念；通过选择常规/常温材质的密封圈，可以有效降低盾构机主驱动密封结构的制造成本。
附图说明
23.图1为本实用新型的结构示意图。
24.图2为本实用新型的剖面示意图。
25.其中，主驱动密封圈1、密封摩擦板2、冷热水流通腔体3、分隔挡板4、密封润滑脂5、密封工作温度传感器6、信号处理及显示单元7、超限判定与控温执行单元8、冷水供给系统9、热水供给系统10、进出水口11。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
27.实施例：
28.具备主动控温功能的盾构机主驱动密封系统，包括主驱动密封圈1、密封摩擦板2、冷热水流通腔体3、分隔挡板4、密封润滑脂注入管5、密封工作温度传感器6、信号处理及显
示单元7、超限判定与控温执行单元8、冷水供给系统9、热水供给系统10、进出水口11；
29.所述主驱动密封圈1的摩擦面贴在环形的密封摩擦板2上，密封摩擦板2由10-15mm厚度的耐磨钢板制成，钢板卷圆后通过两端水密焊接的方式覆盖在冷热水流通腔体3的表面，形成主驱动密封圈1的滑动跑道；
30.所述冷热水流通腔体3为一环形腔体，且在腔体壁上设有至少两个进出水口11（一个进口，一个出口）；在冷热水流通腔体3内部，位于两个进出水口11之间设有分隔挡板4，以保证冷/热水在冷热水流通腔体3内能够实现整环流通，从而实现高效温控；
31.所述密封润滑脂注入管5穿过冷热水流通腔体3和密封摩擦板2，并通向主驱动密封圈1和密封摩擦板2的接触面；通过密封润滑脂注入管5向主驱动密封圈1表面注入润滑油脂，用于实现主驱动密封圈摩擦时的润滑减摩；所述密封润滑脂注入管5穿越冷热水流通腔体3的位置需要进行水密焊接；
32.所述密封工作温度传感器6埋设于密封摩擦板2的背部，为了提高温度监测精度，需要将密封工作温度传感器6前端的温度探头与密封摩擦板2表面的距离控制在5mm以内；
33.所述密封工作温度传感器6需要穿越冷热水流通腔体3，因此，在穿越位置需要进行密封工作温度传感器6的隔温防护。密封工作温度传感器6各处焊接固定位置需要进行水密焊接；密封工作温度传感器6监测到的热量信号被采集到信号处理及显示单元7中进行模/数转换和数值显示，便于操作人员可视观察；
34.密封工作温度传感器6监测信号被进一步传输到超限判定与控温执行单元8中，通过与超限判定与控温执行单元8中自定义的温度限值进行比较，从而自动判定主驱动密封处于高温超限或低温超限，进而自启动相应的冷水供给系统9或热水供给系统10，实现主驱动密封的控温功能；
35.为了防止冷/热水流异常渗漏，需要在冷热水流通腔体3结构制作时对所有与冷热水流通腔体3相关的焊缝进行水密焊接；焊接完成后必须针对所有水密焊缝进行100%pt（着色探伤）或100%mt（磁粉探伤），确保所有水密焊缝无裂纹等缺陷。
36.为了确保冷热水流通腔体3的承压能力和工作可靠性，需要在冷热水流通腔体3结构制作完成后对冷热水流通腔体3进行耐压试验，耐压试验压力应大于实际工作时的冷/热供水压力。
37.工作原理：当盾构机处于高寒的外部环境时，其主驱动密封圈1的静置工作温度也比较低。当主驱动密封圈1的静置检测温度低于密封材质的理想工作温度（如20℃）时，操作人员必须先启动盾构机主驱动密封控温系统，通过热水循环的方式对主驱动密封圈1及其密封摩擦板2进行水浴加热。待密封工作温度传感器6检测到的温度值达到密封材质的理想工作温度范围（如+20℃～+60℃）时，再启动盾构机刀盘开始旋转。
38.当盾构机处于高热的外部环境时，其主驱动密封圈1的静置工作温度也比较高。当主驱动密封圈1的静置检测温度高于密封材质的理想工作温度（如60℃）时，操作人员必须先启动盾构机主驱动密封控温系统，通过冷水循环的方式对主驱动密封圈1及其密封摩擦板2进行水浴降温。待密封工作温度传感器6检测到的温度值达到密封材质的理想工作温度范围（如+20℃～+60℃）时，再启动盾构机刀盘开始旋转。
39.盾构机刀盘在正常运转过程中，主驱动密封圈1与密封摩擦板2（一般由钢质耐磨材料制成）之间产生摩擦生热。密封工作温度传感器6实时监测这些热量，当密封工作温度
传感器6检测到的热量值高于密封材质的理想工作温度（如60℃）时，该温度超限信号将实时反馈至盾构机主驱动密封控温系统，控温系统自动开启冷水供给系统9对主驱动密封圈1及其密封摩擦板2进行循环流动降温。
40.冷水供给系统9的供水温度可以在5℃～20℃之间进行调节。当主驱动密封圈1的摩擦生热效率过快、温升过大时，将需要对主驱动密封圈1及其密封摩擦板2进行高效和快速降温，此时需要将冷水供给系统9的供水温度设定为较低的值。
41.如果盾构机刀盘在正常运转过程中，密封工作温度传感器6检测到的温度值始终处于低温超限状态（如冻土地质下掘进），则该温度超限信号将实时反馈至盾构机主驱动密封控温系统，控温系统自动持续开启热水供给系统10对主驱动密封圈1及其密封摩擦板2进行循环流动加温。
42.热水供给系统10的供水温度可以在50℃～80℃之间进行调节。当主驱动密封圈1的工作温度过低、降温幅度过大时，可以将热水供给系统10的供水温度设定为较高的值。
43.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。