中心回转装置、防渣除渣方法及回转式输渣装置与流程

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1.本发明属于隧道开挖设备技术领域，特别是涉及中心回转装置、防渣除渣方法及回转式输渣装置。

背景技术：

2.竖井掘进过程中，深度可达数百米，工况特别恶劣，常规的刮板、泥水环流等方式应用在竖井设备时，存在效率低、工序复杂等问题。利用负压气力输送出渣的方式具有效率高、便于安装等优点，已开始在竖井项目和悬臂式掘进机中应用。
3.气力输送出渣系统一般在隧道开挖面设有吸渣口或吸渣管，在某些特定工况下，吸渣口或吸渣管需要随开挖刀盘同步旋转，需要在吸渣口或吸渣管和固定出渣管道之间布置中心回转装置。申请公布号cn110541707a(申请公布日：2019.12.06)的中国发明专利申请公开了一种新型竖井出渣装置，该出渣装置包括延伸至竖井底部的吸渣口，当开挖装置为旋转刀盘时，在吸渣口和固定的吸渣管之间布置回转接头，吸渣口随刀盘旋转。由于工况恶劣，且主要输送物料为渣土，在回转装置与吸渣管道的配合面，极易有渣土侵入，造成回转装置磨损、卡顿、甚至损坏，严重影响工程进度。
4.因此，需要开发一种气力输送出渣工况下可实现防止渣土侵入并可对侵入渣土进行清除的中心回转装置。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供中心回转装置及防渣除渣方法，以解决现有技术中气力输送出渣工况下中心回转装置易被渣土入侵且渣土不易清除的技术问题。本发明的目的还在于提供回转式输渣装置，以解决现有技术中中心回转装置被渣土侵入造成设备损坏从而影响工程效率的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明所提供的中心回转装置防渣除渣方法的技术方案是：
7.中心回转装置防渣除渣方法，在固定输送管道安装活动套，活动套与旋转组件接头形成点压间隙配合，在中心回转装置密封腔通入正压气体，用于防止渣土侵入，当有大块渣土侵入卡住时，控制活动套移动，增大活动套与旋转组件接头间隙，解除渣土被卡状态，将渣土吹出。
8.有益效果是：该技术方案通过向密封腔内通入正压气体，有两方面的作用，一是对密封件起到支撑作用，保证了密封件的密封效果，二是可以防止渣土侵入，并将侵入的渣土吹出，实现防渣除渣效果。当有大块渣土侵入卡在间隙中时，控制活动套移动，增大间隙，解除渣土被卡状态，易于被气体吹出。本技术方案满足了中心回转装置防渣除渣的使用需求，避免了在作业时因渣土侵入卡死造成设备损坏停机现象的出现，延长了使用寿命，提高了施工效率。
9.作为进一步地改进，在间隙内放置传感器，根据传感器检测信号判断有无渣土侵入，控制活动套移动，进行间隙大小的调整。
10.有益效果是：通过传感器信号可以及时判断是否有渣土侵入，及时进行除渣调整，进一步减小了渣土对中心回转装置磨损的可能性。
11.为实现上述目的，本发明所提供的中心回转装置的技术方案是：
12.中心回转装置，包括固定件、旋转件和回转支撑件，所述固定件用于连接输送管道，所述旋转件用于连接旋转接头，所述回转支撑件为旋转件提供支撑，固定件和旋转件之间设有密封件，固定件内设有可轴向移动的活动套，所述活动套设有可使输送管道穿过的孔，活动套与旋转件形成点压间隙配合，安装密封件的腔体连接有进气管道。
13.有益效果是：通过进气管道向密封腔内通气，可以将渣土吹出，起到防止渣土进入的作用，还可以起到支撑密封件的作用，当有大块渣土侵入卡住时，调整活动套，增大间隙，解除渣土的卡死状态，再将渣土从间隙中吹出该中心回转装置可实现防渣除渣的功能，避免了渣土入侵对中心回转装置造成磨损，延长了中心回转装置的使用寿命，进而提高了施工效率。
14.作为进一步地改进，中心回转装置还包括喷吹管道，所述活动套和旋转件的配合间隙设有喷吹管道过气口。
15.有益效果是：当侵入渣土较大不易吹出时，可通过喷吹管道向间隙中补充瞬时高压喷吹气流，将渣土吹出，提高了除渣的效率。
16.作为进一步地改进，所述活动套为中部直径小于两端直径的凹环，所述凹环靠近密封件一端设有喷吹管道过气口，另一端封闭并连接有驱动结构。
17.有益效果是：凹环结构便于在中部连接喷吹管道，在下端设置过气通道，使得喷吹气流在接触到密封件或旋转件时，从下向上反射，便于将渣土吹出。
18.作为进一步地改进，所述喷吹管道过气口朝向密封件。
19.有益效果是：密封件一般为皮碗式密封件，喷吹气流朝向密封件也可以实现将密封件展开的作用，增强了密封效果。
20.作为进一步地改进，所述凹环封闭一端设有密封驱动腔体，所述驱动结构包括所述密封驱动腔体，所述密封驱动腔体连接有补压管道和卸压管道。
21.有益效果是：活动套形成一种活塞式结构，可以无级调整，通过压力控制，便于实现。
22.作为进一步地改进，活动套、固定件和旋转件的配合间隙中设有传感器。
23.有益效果是：通过传感器信号可以及时判断是否有渣土侵入，及时进行除渣调整，进一步减小了渣土对中心回转装置磨损的可能性。
24.作为进一步地改进，中心回转装置还包括控制单元，所述控制单元可识别传感器信号，并与进气管道、喷吹管道、补压管道、卸压管道的控制阀门连接。
25.有益效果是：控制单元根据传感器信号自动控制各阀门开闭，实现了防渣除渣的自动化，提高了防渣除渣效率。
26.为实现上述目的，本发明所提供的回转式输渣装置的技术方案是：
27.回转式输渣装置，包括输送管道、旋转接头和将输送管道和旋转接头连接的中心回转装置，中心回转装置包括固定件、旋转件和回转支撑件，所述固定件用于连接输送管道，所述旋转件用于连接旋转接头，所述回转支撑件为旋转件提供支撑，固定件和旋转件之间设有密封件，固定件内设有可轴向移动的活动套，所述活动套设有可使输送管道穿过的
孔，活动套与旋转件形成点压间隙配合，安装密封件的腔体连接有进气管道。
28.有益效果是：通过进气管道向密封腔内通气，可以将渣土吹出，起到防止渣土进入的作用，还可以起到支撑密封件的作用，当有大块渣土侵入卡住时，调整活动套，增大间隙，解除渣土的卡死状态，再将渣土从间隙中吹出该中心回转装置可实现防渣除渣的功能，避免了渣土入侵对中心回转装置造成磨损，延长了中心回转装置的使用寿命，进而提高了施工效率。
29.作为进一步地改进，中心回转装置还包括喷吹管道，所述活动套和旋转件的配合间隙设有喷吹管道过气口。
30.有益效果是：当侵入渣土较大不易吹出时，可通过喷吹管道向间隙中补充瞬时高压喷吹气流，将渣土吹出，提高了除渣的效率。
31.作为进一步地改进，所述活动套为中部直径小于两端直径的凹环，所述凹环靠近密封件一端设有喷吹管道过气口，另一端封闭并连接有驱动结构。
32.有益效果是：凹环结构便于在中部连接喷吹管道，在下端设置过气通道，使得喷吹气流在接触到密封件或旋转件时，从下向上反射，便于将渣土吹出。
33.作为进一步地改进，所述喷吹管道过气口朝向密封件。
34.有益效果是：密封件一般为皮碗式密封件，喷吹气流朝向密封件也可以实现将密封件展开的作用，增强了密封效果。
35.作为进一步地改进，所述凹环封闭一端设有密封驱动腔体，所述驱动结构包括所述密封驱动腔体，所述密封驱动腔体连接有补压管道和卸压管道。
36.有益效果是：活动套形成一种活塞式结构，可以无级调整，通过压力控制，便于实现。
37.作为进一步地改进，活动套、固定件和旋转件的配合间隙中设有传感器。
38.有益效果是：通过传感器信号可以及时发现是否有渣土侵入，及时进行除渣调整，进一步减小了渣土对中心回转装置磨损的可能性。
39.作为进一步地改进，中心回转装置还包括控制单元，所述控制单元可识别传感器信号，并与进气管道、喷吹管道、补压管道、卸压管道的控制阀门连接。
40.有益效果是：控制单元根据传感器信号自动控制各阀门开闭，实现了防渣除渣的自动化，提高了防渣除渣效率。
附图说明
41.图1为本发明中回转式输渣装置实施例1的结构示意图。
42.附图标记说明：
43.1、旋转接头；2、旋转件；3、回转支撑件；4、密封件；5、固定件；6、活动套；7、伸缩件；8-1、补压阀；8-2、卸压阀；9、输送管道；10、传感器；11、补气阀；12、进气阀；13、压力设定单元；14、控制单元；15、气压调节单元。
具体实施方式
44.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不
用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
45.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
46.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。
47.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
50.本发明所提供的回转式输渣装置的具体实施例1：
51.本实施例所提供的回转式输渣装置如图1所示，包括输送管道9、旋转接头1和中心回转装置，输送管道9与负压发生器连接，利用负压将开挖面渣土向外输送，旋转接头1同掘进机开挖刀盘同步旋转，负压发生器和开挖刀盘为现有技术，此处不再赘述。中心回转装置包括固定件5、旋转件2、回转支撑件3、活动套6及各部分管道总成，旋转件2与旋转接头1连接，活动套6设在固定件5内，输送管道9从活动绕6的中心孔内穿过。在旋转接头1和输送管道9配合位置，因二者相对转动，在某些工况下会有渣土从配合面向外撒出。回转支撑件3设在固定件5和旋转件2之间，旋转件2可随回转支撑件3转动，回转支撑件3轴向长度小于固定件5和旋转件2，在回转支撑件3、旋转件2和固定件5之间的空间设有密封件4，形成密封腔，密封腔连接有进气管道，进气管道向密封腔内通入正压气体，一方面起到支撑密封件4的作用，另一方面可以防止渣土侵入，进气阀12控制进气管道的开闭。
52.活动套6可上下活动，为了保证旋转件2能够正常转动，活动套6下行程极限位置与旋转件2端部留有一定间隙。活动套6为中部直径小于两端直径的凹环，在中心凹部位置连接有喷吹管道，补气阀11控制喷吹管道的开闭。活动套6下端设有喷吹管道过气口，过气口朝向密封件4，喷吹管道气流从过气口喷出，可以将较大块渣土吹向输送管道。。密封件4为皮碗式密封，喷吹通道内的气流有将密封件4展开的作用，可以进一步提高密封件4的密封效果。
53.活动套6内外两侧设有薄壁环件(因壁厚较薄，图中未示出)，活动套6上端、两侧薄壁环件及上方端盖形成密封驱动腔体，并连接有伸缩件7，密封驱动腔体连接有补压管道和卸压管道，补压阀8-1控制补压管道的开闭，卸压阀8-2控制卸压管道的开闭。当补压阀8-1开启，卸压阀8-2关闭时，活动套6向下移动，间隙减小，当补压阀8-1关闭，卸压阀8-2打开时，活动套6向上移动，间隙增大。伸缩部件7对活动套6有拉力作用，随活动套6上下滑动伸缩，限制了活动套6的下行程极限位置。
54.在活动套6和旋转件2之间的间隙中设有传感器10，传感器10可以是压力传感器，当间隙中有大块渣土侵入时，会引起间隙内压力变化，传感器10检测压力信号值发生变化，此时可以准确判断是否有渣土侵入。
55.本实施例还包括控制单元14，控制单元14和进气管道、喷吹管道、补压管道、卸压管道、传感器10连接，同时还连接有压力设定单元13。控制单元14可以根据传感器10检测信号值自动识别控制各部分阀的开启与关闭。压力设定单元13用于设定传感器10检测的气压值的正常范围。
56.在补气阀11和控制单元14之间还设有气压调节单元15，气压调节单元15可以控制喷吹管道内气压大小。在使用时，根据传感器10信号变化范围判断侵入的渣土大小，调整喷吹管道气压，实现精准除渣的效果。
57.本实施例的作业原理：
58.保持进气阀12开启，进气通道持续向密封腔充气，防止渣土进入，此时传感器10检测压力值处于稳定状态。当有渣土侵入卡住时，传感器10信号异常波动，超出压力设定单元13设定正常范围，控制单元14收到信号，打开卸压阀8-2，活动套6上升，间隙增大，解除渣土被卡状态。为了提高除渣效率，控制单元14同时打开补气阀11，并根据信号波动大小控制气压调节单元15，喷吹管道向间隙内补充瞬时高压气体，将渣土从活动套6和旋转件2之间的间隙吹走，由输送管道9向外输送排出，完成除渣。
59.本实施例可以实现防渣除渣的功能，在气力输渣工况下，可以有效避免中心回转装置因渣土侵入卡死损坏甚至造成设备停机等现象的出现，延长了使用寿命，提高了施工效率。
60.本发明所提供的回转式输渣装置的具体实施例2，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，中心回转装置包括喷吹管道和补压阀11。在本实施例中，不设有喷吹管道和补压阀，在活动套上升解除渣土被卡状态时，通过增大进气管道气压将渣土吹出。
61.本发明所提供的回转式输渣装置的具体实施例3，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，活动套6内外两侧设有薄壁环件，起到密封作用。在本实施例中，活动套内外两侧设有橡胶密封件，，活动套、固定件、输送管道与上端盖形成密封驱动腔体，此时清除的渣土由输送管道从旋转接头配合位置向外吸出。
62.本发明所提供的回转式输渣装置的具体实施例4，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，设有传感器10，可以通过传感器10检测压力值判断有无渣土侵入。在本实施例中，补气腔内无传感器，根据经验和旋转件状态判断补气通道开闭。
63.本发明所提供的回转式输渣装置的具体实施例5，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，传感器10是压力传感器。在本实施例中，传感器可以是振动传感器、温度传感器、空气流量传感器中的一种，当有渣土侵入卡住时，会因摩擦带来振动、发热、空气流量改
变等变化，使用对应类型传感器同样可以识别。
64.本发明所提供的回转式输渣装置的具体实施例6，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，活动套6上下伸缩由气压驱动。在本实施例中，不包括补压管道和卸压管道，伸缩件为刚性电动伸缩杆，可通过伸缩件实现活动套的上下伸缩调整。
65.本发明所提供的回转式输渣装置的具体实施例7，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，喷吹管道连接有气压调节单元15。在本实施例中，喷吹管道未连接气压调节单元，喷吹管道可以输出稳定的高压气体。
66.本发明所提供的回转式输渣装置的具体实施例8，其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，活动套6内外两侧设有薄壁环件起到密封作用。在本实施例中，活动套为中空密封环件，且上方设有独立密封腔体，活动套和固定件之间为间隙配合，此时，渣土可以从活动套和固定件之间的间隙辅助排出，提高了除渣效率。
67.本发明中的中心回转装置的具体实施例：
68.中心回转装置的实施例即上述回转式输渣装置的实施例1-8中任一实施例记载的中心回转装置，此处不再具体说明。
69.本发明中的中心回转装置防渣除渣方法的具体实施例：
70.中心回转装置防渣除渣方法，在固定输送管道安装活动套，活动套与旋转组件接头形成点压间隙配合，在回转装置密封腔通入正压气体，用于防止渣土进入密封，当有大块渣土侵入卡住时，控制活动套移动，增大活动套与旋转组件接头间隙，解除渣土被卡状态，将渣土吹出。防渣除渣方法可通过即回转式输渣装置的实施例1-8中的任一实施例中记载的中心回转装置实现，此处以实施例1为例，具体包括以下步骤：
71.s1：清渣预处理，保持进气阀12开启，进气通道持续向密封腔通入正压气体，清除残留的渣土，调整活动套6上升，释放可能残留卡住的大块渣土，同时打开补气阀11，喷吹管道向间隙内补充高压气体，将大块渣土从间隙中吹出，由输送管道9向外排出，调整活动套6下降到一定位置，补气阀11关闭，待传感器10在设定时间内无异常信号波动，视为预处理完成；
72.s2：进入气力除渣工况，保持进气阀12开启，进气通道持续向密封腔内通入正压气体，防止渣土侵入。假定传感器10正常信号范围为a-b，当传感器10检测信号大于b时，视为有大块渣土侵入，调整活动套6上升，解除大块渣土被卡状态，同时打开补气阀11，补气通道向补气腔充入高压气体，清除侵入的渣土。完成后，调整活动套6下降到初始位置，关闭补气阀11。待传感器10检测信号回到a-b时，视为除渣完成，此时进气阀12开启，保持防渣效果；
73.s3：清渣后处理，完成气力输渣后，首先关闭负压发生器，停止气力输送，然后保持进气阀12开启，进气通道持续向密封腔通入正压气体，防止残留渣土。调整活动套6上升，打开补气阀11，保证不残留渣土，完成后处理后，关闭所有单元和阀，停机。
74.最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。

技术特征：

1.中心回转装置防渣除渣方法，其特征在于，在固定输送管道安装活动套，活动套与旋转组件接头形成点压间隙配合，在中心回转装置密封腔通入正压气体，用于防止渣土侵入，当有大块渣土侵入卡住时，控制活动套移动，增大活动套与旋转组件接头间隙，解除渣土被卡状态，将渣土吹出。2.根据权利要求1所述的中心回转装置防渣除渣方法，其特征在于，在间隙内放置传感器，根据传感器检测信号判断有无渣土侵入，控制活动套移动，进行间隙大小的调整。3.中心回转装置，包括固定件(5)、旋转件(2)和回转支撑件(3)，所述固定件(5)用于连接输送管道(9)，所述旋转件(2)用于连接旋转接头(1)，所述回转支撑件(3)为旋转件(2)提供支撑，固定件(5)和旋转件(2)之间设有密封件(4)，其特征在于，固定件(5)内设有可轴向移动的活动套(6)，所述活动套(6)设有可使输送管道(9)穿过的孔，活动套(6)与旋转件(2)形成点压间隙配合，安装密封件(4)的腔体连接有进气管道。4.根据权利要求3所述的中心回转装置，其特征在于，还包括喷吹管道，所述活动套(6)和旋转件(2)的配合间隙设有有喷吹管道过气口。5.根据权利要求4所述的中心回转装置，其特征在于，所述活动套(6)为中部直径小于两端直径的凹环，所述凹环靠近密封件(4)一端设有喷吹管道过气口，另一端封闭并连接有驱动结构。6.根据权利要求5所述的中心回转装置，其特征在于，所述喷吹管道过气口朝向密封件(4)。7.根据权利要求6所述的中心回转装置，其特征在于，所述凹环封闭一端设有密封驱动腔体，所述驱动结构包括所述密封驱动腔体，所述密封驱动腔体连接有补压管道和卸压管道。8.根据权利要求7所述的中心回转装置，其特征在于，活动套(6)、固定件(5)和旋转件(2)的配合间隙中设有传感器。9.根据权利要求8所述的中心回转装置，其特征在于，还包括控制单元(14)，所述控制单元(14)可识别传感器信号，并与进气管道、喷吹管道、补压管道、卸压管道的控制阀门连接。10.回转式输渣装置，包括输送管道(9)、旋转接头(1)和将输送管道(9)和旋转接头(1)连接的中心回转装置，其特征在于，中心回转装置为权利要求3-9中任意一项所述的中心回转装置。

技术总结

本发明提供了中心回转装置、防渣除渣方法及回转式输渣装置，该防渣除渣方法为在固定输送管道安装活动套，活动套与旋转组件接头形成点压间隙配合，在回转装置密封腔通入正压气体，用于防止渣土侵入，当有大块渣土侵入卡住时，控制活动套移动，增大活动套与旋转组件接头间隙，解除渣土被卡状态，将渣土吹出，本发明中防渣除渣方法通过向密封腔内通入正压气体，起到防止渣土侵入的作用，通过活动套调整间隙，起到防止侵入渣土卡住的作用，解决了气力输渣工况下，因渣土侵入造成中心回转装置损坏，影响施工的问题。该中心回转装置包括回转件、固定件、回转支撑件及实现上述防渣除渣方法的组件及气压管道；该回转式输渣装置包括上述中心回转装置。述中心回转装置。述中心回转装置。