СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЯ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ГЛАВНОГО ПРИВОДА ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА И ПРОХОДЧЕСКИЙ ЩИТ С ГИДРОПРИГРУЗОМ
HIGH-PRESSURE SEALING SYSTEM OF THE MAIN DRIVE OF A TUNNELLING SHIELD AND SLURRY TUNNELLING SHIELD

[01] В настоящей заявке испрашивается приоритет согласно заявке на патент Китая №201811092816.6, озаглавленной «Система уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита и проходческий щит с гидропригрузом», поданной в Национальное управление по интеллектуальной собственности Китая 17 сентября 2018 г., раскрытие которой во всей полноте включенной в настоящую заявку посредством отсылки.
Область техники, к которой относится изобретение
[02] Настоящая заявка относится к области проходческих щитов, в частности, к системе уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита и к проходческому щиту с гидропригрузом, содержащему соответствующую систему.
Уровень техники
[03] Растущий объем строительства объектов национальной инфраструктуры дал начало постепенному переходу к строительству тоннелей большого сечения, большой глубины заложения, с высоким гидростатическим давлением и большой протяженностью. Для успешной работы в таких сложных и тяжелых условиях, при строительстве тоннелей широко применяют сложное тоннелепроходческое оборудование - проходческий щит, осуществляющий комплекс работ по разработке, выдаче разработанного грунта и устройству сегментной обделки. Его наличие стало стандартным показателем развития строительной техники страны. [04] В условиях высокого гидростатического напора, например, при прокладке тоннелей через реку или море, необходимо применение проходческого щита с гидропригрузом. В настоящее время, самым распространенным, безопасным и надежным способом является применение проходческого щита с гидропригрузом непрямого действия с воздушной буферной камерой.
[05] Главный привод - важная часть проходческого щита с гидропригрузом, а характеристики уплотнения главного привода непосредственно определяют способность проходческого щита к сопротивлению гидростатическому и грунтовому давлению. На сегодняшний день, в главном приводе проходческого щита применяют, в большинстве случаев, резиновое кромочное уплотнение. Для повышения способности к сопротивлению гидростатическому и грунтовому давлению, обычно создают четыре уплотнительные кромки. Снаружи первой уплотнительной кромки выполнена лабиринтная камера, в которую непрерывно вводят консистентную смазку с высоким содержанием волокна для противодействия проникновению наружного разжиженного грунта; смазочная камера Р1 образована первой и второй уплотнительными кромками и непрерывно наполняется консистентной смазкой, с одной стороны, дополнительно улучшающей показатели уплотнения главного привода, а с другой стороны - смазывающей уплотнительные кромки для снижения износа; при этом кольцевая камера, образованная второй и третьей уплотнительными кромками, представляет собой камеру Р2 маслогазового уплотнения; то есть, если внешнее гидростатическое давление превысит определенное значение, редукторное масло и воздух будут закачаны в данную камеру для создания опоры для уплотнительных кромок; третья уплотнительная кромка и четвертая уплотнительная кромка обычно расположены напротив друга с образованием камеры Р3 контроля герметичности; четвертая уплотнительная кромка выполнена, главным образом, для уплотнения редуктора Р4 для предотвращения утечки внутреннего редукторного масла.
[06] Нагрузочная способность одного резинового кромочного уплотнения обычно составляет около 3 бар. Если гидростатическое и грунтовое давление ниже 3 бар, сопротивление внешнему гидростатическому и грунтовому давлению может обеспечить давление консистентной смазки смазочной камеры Р1, обеспечивая надежность уплотнения главного привода.
[07] Если гидростатическое и грунтовое давление выше 3 бар, но ниже 6 бар, то суммарное давление, создаваемое камерой Р2 маслогазового уплотнения и смазочной камерой Р1, также обеспечивает сопротивление внешнему гидростатическому и грунтовому давлению.
[08] Если проходческий щит работает на большой глубине заложения и при высоком гидростатическом давлении, то гидростатическое и грунтовое давление превышает 6 бар, и за счет традиционного многокромочного комбинированного уплотнения трудно обеспечить сопротивление внешнему гидростатическому давлению, при этом наружный разжиженный грунт будет проникать через уплотнение и поступать в главный привод, приводя к остановкам проходческого щита и задержке реализации проекта.
[09] Кроме того, создание избыточного давления в системе уплотнения главного привода по традиционной технологии в большинстве случаев осуществляют в ручном режиме, что требует наличия у пользователей большого опыта работы и приводит к значительным ошибкам. В тяжелых случаях, указанный ручной режим может стать причиной технических аварийных ситуаций, например, неустойчивого давления суспензии, обрушения забоя выработки, обрушения кровли и т.п. Кроме того, система уплотнения главного привода в известном техническом решении не выполнена с возможностью автоматического снижения давления, в связи с чем, при отсутствии необходимости создания избыточного давления в уплотнительной камере, выпускной шаровой клапан нужно открывать вручную, что создает определенные потенциальные угрозы для безопасности.
Сущность изобретения
[010] С учетом вышесказанного, целью заявленного изобретения является создание системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита и проходческого щита с гидропригрузом, содержащего соответствующую систему, выполненных с возможностью пневматической замкнутой обратной связи и следящего управления по реакции, безопасных и надежных, с возможностью сокращения вмешательства оператора, с высокой степенью автоматизации и с возможностью фундаментального повышения расчетной нагрузочной способности кромочного уплотнения по давлению.
[011] Указанная цель достигается за счет следующих технических решений по настоящей заявке.
[012] Система уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита содержит воздушную буферную камеру, камеру маслогазового уплотнения, канал ввода сжатого воздуха, первый повышающий пневматический регулирующий клапан и первый понижающий пневматический регулирующий клапан, причем
вход канала ввода сжатого воздуха служит для соединения с источником воздуха, выход канала ввода сжатого воздуха соединен с входом первого повышающего пневматического регулирующего клапана, выход первого повышающего пневматического регулирующего клапана соединен с входом первого понижающего пневматического регулирующего клапана и камерой маслогазового уплотнения, а выход первого понижающего пневматического регулирующего клапана соединен с выпускным трубопроводом;
положительный зажим измерения давления первого повышающего пневматического регулирующего клапана и положительный зажим измерения давления первого понижающего пневматического регулирующего клапана соединены с воздушной буферной камерой;
отрицательный зажим измерения давления первого повышающего пневматического регулирующего клапана и отрицательный зажим измерения давления первого понижающего пневматического регулирующего клапана соединены с камерой маслогазового уплотнения;
при разности давлений между воздушной буферной камерой и камерой маслогазового уплотнения не ниже первого заранее заданного значения происходит открытие первого повышающего пневматического регулирующего клапана, при этом первый понижающий пневматический регулирующий клапан находится в закрытом состоянии («в закрытом состоянии» здесь и далее означает, что закрытие клапанного элемента происходит в этот момент или он был закрыт заранее); и
при разности давлений между воздушной буферной камерой и камерой маслогазового уплотнения не выше второго заранее заданного значения происходит открытие первого понижающего пневматического регулирующего клапана, при этом первый повышающий пневматический регулирующий клапан находится в закрытом состоянии.
[013] Система уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита предпочтительно дополнительно содержит редуктор, второй повышающий пневматический регулирующий клапан и второй понижающий пневматический регулирующий клапан, причем
выход канала ввода сжатого воздуха соединен с входом второго повышающего пневматического регулирующего клапана, выход второго повышающего пневматического регулирующего клапана соединен с входом второго понижающего пневматического регулирующего клапана и редуктором, а выход второго понижающего пневматического регулирующего клапана соединен с выпускным трубопроводом;
положительный зажим измерения давления второго повышающего пневматического регулирующего клапана и положительный зажим измерения давления второго понижающего пневматического регулирующего клапана соединены с камерой маслогазового уплотнения;
отрицательный зажим измерения давления второго повышающего пневматического регулирующего клапана и отрицательный зажим измерения давления второго понижающего пневматического регулирующего клапана соединены с редуктором;
при разности давлений между камерой маслогазового уплотнения и редуктором не ниже третьего заранее заданного значения происходит открытие второго повышающего пневматического регулирующего клапана, при этом второй понижающий пневматический регулирующий клапан находится в закрытом состоянии; и
при разности давлений между камерой маслогазового уплотнения и редуктором не выше четвертого заранее заданного значения происходит открытие второго понижающего пневматического регулирующего клапана, при этом второй повышающий пневматический регулирующий клапан находится в закрытом состоянии.
[014] Система уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита предпочтительно дополнительно содержит камеру контроля герметичности, третий повышающий пневматический регулирующий клапан и третий понижающий пневматический регулирующий клапан, причем выход второго повышающего пневматического регулирующего клапана соединен с входом третьего повышающего пневматического регулирующего клапана, выход третьего повышающего пневматического регулирующего клапана соединен с входом третьего понижающего пневматического регулирующего клапана и камерой контроля герметичности, а выход третьего понижающего пневматического регулирующего клапана соединен с выпускным трубопроводом; положительный зажим измерения давления третьего повышающего пневматического регулирующего клапана и положительный зажим измерения давления третьего понижающего пневматического регулирующего клапана соединены с редуктором;
отрицательный зажим измерения давления третьего повышающего пневматического регулирующего клапана и отрицательный зажим измерения давления третьего понижающего пневматического регулирующего клапана соединены с камерой контроля герметичности;
при разности давлений между редуктором и камерой контроля герметичности не ниже пятого заранее заданного значения происходит открытие третьего повышающего пневматического регулирующего клапана, при этом третий понижающий пневматический регулирующий клапан находится в закрытом состоянии; и
при разности давлений между редуктором и камерой контроля герметичности не выше шестого заранее заданного значения происходит открытие третьего понижающего пневматического регулирующего клапана, при этом третий повышающий пневматический регулирующий клапан находится в закрытом состоянии.
[015] В предпочтительном варианте системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита предусмотрен первый обратный клапан у выхода первого понижающего пневматического регулирующего клапана;
и/или предусмотрен второй обратный клапан у выхода второго понижающего пневматического регулирующего клапана;
и/или предусмотрен третий обратный клапан у выхода третьего понижающего пневматического регулирующего клапана.
[016] В предпочтительном варианте системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита первый предохранительный клапан и/или первый датчик давления дополнительно предусмотрены на выходном соединительном трубопроводе первого повышающего пневматического регулирующего клапана;
и/или второй предохранительный клапан и/или второй датчик давления дополнительно предусмотрены на выходном соединительном трубопроводе второго повышающего пневматического регулирующего клапана;
и/или третий предохранительный клапан и/или третий датчик давления дополнительно предусмотрены на выходном соединительном трубопроводе третьего повышающего пневматического регулирующего клапана.
[017] Система уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита предпочтительно дополнительно содержит трубопровод аварийного сброса давления, соединенный с камерой маслогазового уплотнения, редуктором и камерой контроля герметичности.
[018] В предпочтительном варианте системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита предусмотрен четвертый обратный клапан между камерой маслогазового уплотнения и трубопроводом аварийного сброса давления;
и/или предусмотрен пятый обратный клапан между редуктором и трубопроводом аварийного сброса давления;
и/или предусмотрен шестой обратный клапан между камерой контроля герметичности и трубопроводом аварийного сброса давления;
и/или предусмотрен первый шаровой клапан на трубопроводе аварийного сброса давления;
и/или первый глушитель расположен на трубопроводе аварийного сброса давления.
[019] В предпочтительном варианте системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита предусмотрен второй глушитель на выпускном трубопроводе.
[020] Также раскрыт проходческий щит с гидропригрузом, снабженный раскрытой выше системой уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита.
[021] Указанный проходческий щит с гидропригрузом предпочтительно дополнительно содержит:
устройство контроля уровня жидкости, выполненное с возможностью определения уровня жидкости в камере редукторного масла;
и/или дренаж, выполненный с возможностью опорожнения редуктора;
и/или бак маслогазового уплотнения между камерой маслогазового уплотнения и камерой редукторного масла, причем на баке маслогазового уплотнения предусмотрены реле верхнего предела уровня жидкости и/или реле нижнего предела уровня жидкости.
[022] Из приведенного выше раскрытия технических решений можно понять, что система уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита и содержащий ее проходческий щит с гидропригрузом по настоящей заявке выполнены с полностью пневматическим управлением и с возможностью пневматической замкнутой обратной связи, следящего управления по реакции и высокоточного регулирования. Это обеспечивает возможность надежного сопротивления конструкции уплотнения главного привода внешнему гидростатическому и грунтовому давлению даже в случае обесточивания тоннеля, что не только обеспечивает безопасность и надежность, сокращает вмешательство оператора и обеспечивает высокую степень автоматизации, но и фундаментально повышает расчетную нагрузочную способность кромочного уплотнения по давлению. Кроме того, в системе уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита, помимо выпуска по выпускному трубопроводу, реализованы выпуск и сброс давления, автоматически и по перепаду давления, через первый понижающий пневматический регулирующий клапан, что повышает чувствительность системы и уменьшает перегрузку, тем самым способствуя повышению стабильности системы. Кроме того, применение системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита и содержащего ее проходческого щита с гидропригрузом по настоящей заявке обеспечивает возможность надежного уплотнения главного привода проходческого щита с гидропригрузом даже в условиях большой глубины заложения и высокого гидростатического давления, в частности, когда гидростатическое давление выше 6 бар.
Краткое описание чертежей
[023] Ниже будут кратко описаны чертежи, четче иллюстрирующие технические решения по вариантам осуществления изобретения по настоящей заявке или по известной технологии, на примере которых раскрыты указанные варианты и технология. Разумеется, чертежи в нижеследующем описании представляют собой только некоторые примеры по настоящей заявке, при этом специалисты в данной области техники смогут получить другие чертежи на их основе без каких-либо творческих усилий.
[024] ФИГ. 1 - принципиальная схема структуры газового тракта системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита по варианту осуществления заявленного изобретения;
[025] ФИГ. 2 - принципиальная схема конструкции уплотнения главного привода проходческого щита по варианту осуществления заявленного изобретения; и
[026] ФИГ. 3 - принципиальная схема структуры системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита по варианту осуществления заявленного изобретения.
[027] Номера позиций на чертежах:
Р1 - смазочная камера, Р2 - камера маслогазового уплотнения, Р3 - камера контроля герметичности, Р4 - редуктор, 1 воздушный фильтр, 8 - первый шаровой клапан, 11 - бак маслогазового уплотнения, 12 - устройство контроля уровня жидкости, 13 - дренаж, 21 - первый повышающий пневматический регулирующий клапан, 22 - второй повышающий пневматический регулирующий клапан, 23 - третий повышающий пневматический регулирующий клапан, 31 - первый предохранительный клапан, 32 - второй предохранительный клапан, 33 - третий предохранительный клапан, 41 - первый датчик давления, 42 - второй датчик давления, 43 - третий датчик давления, 51 - первый понижающий пневматический регулирующий клапан, 52 - второй понижающий пневматический регулирующий клапан, 53 - третий понижающий пневматический регулирующий клапан, 61 - первый обратный клапан, 62 - второй обратный клапан, 63 - третий обратный клапан, 71 - четвертый обратный клапан, 72 - пятый обратный клапан, 73 - шестой обратный клапан, 91 - первый глушитель, 92 - второй глушитель, 101 - реле верхнего предела уровня жидкости, 102 - реле нижнего предела уровня жидкости.
Осуществление изобретения
[028] Раскрытые в настоящей заявке система уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита и содержащий ее проходческий щит с гидропригрузом выполнены с возможностью пневматической замкнутой обратной связи и следящего управления по реакции, являются безопасными и надежными, обеспечивают возможность сокращения вмешательства оператора и высокую степень автоматизации, а также позволяют фундаментально повысить расчетную нагрузочную способность кромочного уплотнения по давлению.
[029] Ниже будет ясно и полностью раскрыто техническое решение по вариантам осуществления заявленного изобретения на примерах чертежей вариантов осуществления заявленного изобретения. Следует понимать, что раскрыты только некоторые, но не все, варианты осуществления заявленного изобретения. Все прочие варианты осуществления заявленного изобретения, созданные специалистом в данной области техники на основе раскрытых в настоящей заявке вариантов осуществления без каких-либо творческих усилий, входят в объем охраны по настоящей заявке.
[030] На ФИГ. 1 - 3, ФИГ. 1 - принципиальная схема структуры газового тракта системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита по варианту осуществления заявленного изобретения, ФИГ. 2 - принципиальная схема конструкции уплотнения главного привода проходческого щита по варианту осуществления заявленного изобретения, а ФИГ. 3 - принципиальная схема конструкции системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита по варианту осуществления заявленного изобретения.
[031] Система уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита, предложенная в варианте осуществления заявленного изобретения, предпочтительно содержит три основных газовых тракта, а именно - первый газовый тракт, второй газовый тракт и третий газовый тракт.
[032] В частном варианте осуществления первый газовый тракт включает в себя воздушную буферную камеру, камеру Р2 маслогазового уплотнения, канал ввода сжатого воздуха, первый повышающий пневматический регулирующий клапан 21 и первый понижающий пневматический регулирующий клапан 51, причем вход канала ввода сжатого воздуха служит для соединения с источником воздуха, выход канала ввода сжатого воздуха соединен с входом первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21, выход первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21 соединен с входом первого понижающего пневматического регулирующего клапана 51 и камерой Р2 маслогазового уплотнения, а выход первого понижающего пневматического регулирующего клапана 51 соединен с выпускным трубопроводом; и положительный зажим «+» измерения давления первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21 и положительный зажим «+» измерения давления первого понижающего пневматического регулирующего клапана 51 соединены с воздушной буферной камерой; а отрицательный зажим «-» измерения давления первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21 и отрицательный зажим «-» измерения давления первого понижающего пневматического регулирующего клапана 51 соединены с камерой Р2 маслогазового уплотнения.
[033] В частности, при разности давлений между воздушной буферной камерой и камерой Р2 маслогазового уплотнения не ниже первого заранее заданного значения происходит открытие первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21, при этом первый понижающий пневматический регулирующий клапан 51 находится в закрытом состоянии («в закрытом состоянии» здесь и далее означает, что закрытие клапанного элемента происходит в этот момент или он был закрыт заранее); при этом при разности давлений между воздушной буферной камерой и камерой Р2 маслогазового уплотнения не выше второго заранее заданного значения происходит открытие первого понижающего пневматического регулирующего клапана 51, при этом первый повышающий пневматический регулирующий клапан 21 находится в закрытом состоянии.
[034] «Первое заранее заданное значение» задано согласно минимальному значению открытия (т.е. значению, при достижении или превышении которого разностью давлений происходит открытие первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21 и его разблокирование), заранее заданному в первом повышающем пневматическом регулирующем клапане 21, и минимальному значению закрытия (т.е. значению, при достижении или превышении которого разностью давлений происходит закрытие первого понижающего пневматического регулирующего клапана 51 и его преграждение), заранее заданному в первом понижающем пневматическом регулирующем клапане 51. Первое заранее заданное значение предпочтительно равно минимальному значению открытия первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21 и не ниже минимального значения закрытия первого понижающего пневматического регулирующего клапана 51.
[035] «Второе заранее заданное значение» задано согласно максимальному значению закрытия (т.е., когда разность давлений достигает данного значения или падает ниже его, происходит закрытие первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21 и его преграждение), заранее заданному в первом повышающем пневматическом регулирующем клапане 21, и максимальному значению открытия (т.е., когда разность давлений достигает данного значения или падает ниже его, происходит открытие первого понижающего пневматического регулирующего клапана 51 и его разблокирование), заранее заданному в первом понижающем пневматическом регулирующем клапане 51. Второе заранее заданное значение предпочтительно равно максимальному значению открытия первого понижающего пневматического регулирующего клапана 51 и не выше максимального значения закрытия первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21.
[036] Таким образом,
[037] 1) когда разность давлений между воздушной буферной камерой и камерой Р2 маслогазового уплотнения возрастает до первого заранее заданного значения или превышает его, происходит открытие первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21, при этом первый понижающий пневматический регулирующий клапан 51 находится в закрытом состоянии, и происходит загрузка сжатого воздуха в камеру Р2 маслогазового уплотнения (т.е., бак 11 маслогазового уплотнения) после прохождения по каналу ввода сжатого воздуха и через первый повышающий пневматический регулирующий клапан 21;
[038] 2) загрузка камеры Р2 маслогазового уплотнения происходит непрерывно до тех пор, пока суммарное давление камеры Р2 маслогазового уплотнения и смазочной камеры Р1 не сможет уравновесить внешнее гидростатическое и грунтовое давление для обеспечения надежности уплотнения главного привода, при этом в это время разность давлений между воздушной буферной камерой и камерой Р2 маслогазового уплотнения предпочтительно достигает или падает ниже промежуточного значения (которое ниже первого заранее заданного значения и не выше номинального давления смазочной камеры Р1), заранее заданного в первом повышающем пневматическом регулирующем клапане 21, и происходит закрытие первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21 (или, в других частных вариантах, первый повышающий пневматический регулирующий клапан 21 может оставаться в открытом состоянии, в котором подача первого повышающего пневматического регулирующего клапана является низкой, для компенсации утечки);
[039] 3) если давление в воздушной буферной камере падает, то, при разности давлений между воздушной буферной камерой и камерой Р2 маслогазового уплотнения не выше второго заранее заданного значения происходит открытие первого понижающего пневматического регулирующего клапана 51, при этом первый повышающий пневматический регулирующий клапан 21 находится в закрытом состоянии, и в это время происходит выпуск сжатого воздуха из камеры Р2 маслогазового уплотнения через первый понижающий пневматический регулирующий клапан 51; и
[040] 4) выпуск сжатого воздуха из камеры Р2 маслогазового уплотнения происходит непрерывно до тех пор, пока разность давлений между воздушной буферной камерой и камерой Р2 маслогазового уплотнения не достигнет промежуточного значения (которое выше второго заранее заданного значения), заранее заданного в первом понижающем пневматическом регулирующем клапане 51, и не произойдет закрытие первого понижающего пневматического регулирующего клапана 51.
[041] В частном варианте осуществления системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита источником воздуха для производства сжатого воздуха является воздушный компрессор за пределами тоннеля. В ходе эксплуатации, после фильтрации воздушным фильтром 1, сжатый воздух поступает в канал ввода сжатого воздуха системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита, а затем поступает в систему уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита.
[042] Из приведенного выше описания технического решения можно понять, что система уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита, предложенная в варианте осуществления заявленного изобретения, выполнена с полностью пневматическим управлением и с возможностью пневматической замкнутой обратной связи, следящего управления по реакции и высокоточного регулирования. Это обеспечивает возможность надежного сопротивления конструкции уплотнения главного привода внешнему гидростатическому и грунтовому давлению даже в случае обесточивания тоннеля, что не только обеспечивает безопасность и надежность, сокращает вмешательство оператора и обеспечивает высокую степень автоматизации, но и фундаментально повышает расчетную нагрузочную способность кромочного уплотнения по давлению.
[043] Кроме того, в системе уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита, помимо выпуска по выпускному трубопроводу, реализованы выпуск и сброс давления, автоматически и по перепаду давления, через первый понижающий пневматический регулирующий клапан 51, что повышает чувствительность системы и уменьшает перегрузку, тем самым способствуя повышению стабильности системы.
[044] В одном из вариантов осуществления система уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита выполнена с возможностью применения в проходческом щите с гидропригрузом для обеспечения надежного уплотнения главного привода проходческого щита с гидропригрузом даже в условиях большой глубины заложения и высокого гидростатического давления, в частности - если гидростатическое давление выше 6 бар.
[045] В частном варианте осуществления второй газовый тракт системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита включает в себя камеру Р2 маслогазового уплотнения, редуктор Р4, второй повышающий пневматический регулирующий клапан 22 и второй понижающий пневматический регулирующий клапан 52, причем
выход канала ввода сжатого воздуха соединен с входом второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22, выход второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22 соединен с входом второго понижающего пневматического регулирующего клапана 52 и редуктором Р4, а выход второго понижающего пневматического регулирующего клапана 52 соединен с выпускным трубопроводом; и
положительный зажим «+» измерения давления второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22 и положительный зажим «+» измерения давления второго понижающего пневматического регулирующего клапана 52 соединены с камерой Р2 маслогазового уплотнения; при этом отрицательный зажим «-» измерения давления второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22 и отрицательный зажим «-» измерения давления второго понижающего пневматического регулирующего клапана 52 соединены с редуктором.
[046] В частности, при разности давлений между камерой Р2 маслогазового уплотнения и редуктором Р4 не ниже третьего заранее заданного значения происходит открытие второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22, при этом второй понижающий пневматический регулирующий клапан 52 находится в закрытом состоянии; при этом при разности давлений между камерой Р2 маслогазового уплотнения и редуктором Р4 не выше четвертого заранее заданного значения происходит открытие второго понижающего пневматического регулирующего клапана 52, при этом второй повышающий пневматический регулирующий клапан 22 находится в закрытом состоянии.
[047] «Третье заранее заданное значение» задано согласно минимальному значению открытия (т.е. значению, при достижении или превышении которого разностью давлений происходит открытие второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22 и его разблокирование), заранее заданному во втором повышающем пневматическом регулирующем клапане 22, и минимальному значению закрытия (т.е. значению, при достижении или превышении которого разностью давлений происходит закрытие второго понижающего пневматического регулирующего клапана 52 и его преграждение), заранее заданному во втором понижающем пневматическом регулирующем клапане 52. Третье заранее заданное значение предпочтительно равно минимальному значению открытия второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22 и не ниже минимального значения закрытия второго понижающего пневматического регулирующего клапана 52.
[048] «Четвертое заранее заданное значение» задано согласно максимальному значению закрытия (т.е., когда разность давлений достигает данного значения или падает ниже его, происходит закрытие второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22 и его преграждение), заранее заданному во втором повышающем пневматическом регулирующем клапане 22, и максимальному значению открытия (т.е., когда разность давлений достигает данного значения или падает ниже его, происходит открытие второго понижающего пневматического регулирующего клапана 52 и его разблокирование), заранее заданному во втором понижающем пневматическом регулирующем клапане 52. Четвертое заранее заданное значение предпочтительно равно максимальному значению открытия второго понижающего пневматического регулирующего клапана 52 и не выше максимального значения закрытия второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22.
[049] Таким образом,
[050] 1) для предотвращения утечки редукторного масла из редуктора из-за чрезмерного давления, при разности давлений между камерой Р2 маслогазового уплотнения и редуктором Р4 выше третьего заранее заданного значения происходит открытие второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22, при этом второй понижающий пневматический регулирующий клапан 52 находится в закрытом состоянии, и происходит загрузка сжатого воздуха в редуктор Р4 после прохождения по каналу ввода сжатого воздуха и через второй повышающий пневматический регулирующий клапан 22 для загрузки редуктора;
[051] 2) загрузка редуктора Р4 происходит непрерывно до тех пор, пока разность давлений между камерой Р2 маслогазового уплотнения и редуктором Р4 не достигнет или не упадет ниже промежуточного значения (которое ниже третьего заранее заданного значения), заранее заданного во втором повышающем пневматическом регулирующем клапане 22, при этом в это время происходит закрытие второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22 (или, в других частных вариантах, второй повышающий пневматический регулирующий клапан 22 может оставаться в открытом состоянии, в котором подача второго повышающего пневматического регулирующего клапана является низкой, для компенсации утечки);
[052] 3) когда давление в воздушной буферной камере падает, также падает давление в камере Р2 маслогазового уплотнения, при этом при разности давлений между камерой Р2 маслогазового уплотнения и редуктором Р4 не выше четвертого заранее заданного значения происходит открытие второго понижающего пневматического регулирующего клапана 52, при этом второй повышающий пневматический регулирующий клапан 22 находится в закрытом состоянии, и в это время происходит выпуск сжатого воздуха из редуктора Р4 через второй понижающий пневматический регулирующий клапан 52; при этом
[053] 4) выпуск сжатого воздуха из редуктора Р4 происходит непрерывно до тех пор, пока разность давлений между камерой Р2 маслогазового уплотнения и редуктором Р4 не достигнет промежуточного значения (которое выше четвертого заранее заданного значения), заранее заданного во втором понижающем пневматическом регулирующем клапане 52, и не произойдет закрытие второго понижающего пневматического регулирующего клапана 52. [054] В частном варианте осуществления третий газовый тракт системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита включает в себя редуктор Р4, камеру Р3 контроля герметичности, третий повышающий пневматический регулирующий клапан 23 и третий понижающий пневматический регулирующий клапан 53, причем
выход второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22 соединен с входом третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23, выход третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23 соединен с входом третьего понижающего пневматического регулирующего клапана 53 и камерой Р3 контроля герметичности, а выход третьего понижающего пневматического регулирующего клапана 53 соединен с выпускным трубопроводом; и
положительный зажим «+» измерения давления третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23 и положительный зажим «+» измерения давления третьего понижающего пневматического регулирующего клапана 53 соединены с редуктором Р4; отрицательный зажим «-» измерения давления третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23 и отрицательный зажим «-» измерения давления третьего понижающего пневматического регулирующего клапана 53 соединены с камерой Р3 контроля герметичности.
[055] В частности, при разности давлений между редуктором Р4 и камерой Р3 контроля герметичности не ниже пятого заранее заданного значения происходит открытие третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23, при этом третий понижающий пневматический регулирующий клапан 53 находится в закрытом состоянии; при этом при разности давлений между редуктором Р4 и камерой Р3 контроля герметичности не выше шестого заранее заданного значения происходит открытие третьего понижающего пневматического регулирующего клапана 53, при этом третий повышающий пневматический регулирующий клапан 23 находится в закрытом состоянии.
[056] «Пятое заранее заданное значение» задано согласно минимальному значению открытия (т.е. значению, при достижении или превышении которого разностью давлений происходит открытие третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23 и его разблокирование), заранее заданному в третьем повышающем пневматическом регулирующем клапане 23, и минимальному значению закрытия (т.е. значению, при достижении или превышении которого разностью давлений происходит закрытие третьего понижающего пневматического регулирующего клапана 53 и его преграждение), заранее заданному в третьем понижающем пневматическом регулирующем клапане 53. Пятое заранее заданное значение предпочтительно равно минимальному значению открытия третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23 и не ниже минимального значения закрытия третьего понижающего пневматического регулирующего клапана 53.
[057] «Шестое заранее заданное значение» задано согласно максимальному значению закрытия (т.е., когда разность давлений достигает данного значения или падает ниже его, происходит закрытие третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23 и его преграждение), заранее заданному в третьем повышающем пневматическом регулирующем клапане 23, и максимальному значению открытия (т.е., когда разность давлений достигает данного значения или падает ниже его, происходит открытие третьего понижающего пневматического регулирующего клапана 53 и его разблокирование), заранее заданному в третьем понижающем пневматическом регулирующем клапане 53. Шестое заранее заданное значение предпочтительно равно максимальному значению открытия третьего понижающего пневматического регулирующего клапана 53 и не выше максимального значения закрытия третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23.
[058] Таким образом,
[059] 1) при разности давлений между редуктором Р4 и камерой Р3 контроля герметичности не ниже пятого заранее заданного значения происходит открытие третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23, при этом третий понижающий пневматический регулирующий клапан 53 находится в закрытом состоянии, и происходит загрузка сжатого воздуха в камеру Р3 контроля герметичности после прохождения по каналу ввода сжатого воздуха, через второй повышающий пневматический регулирующий клапан 22 и третий повышающий пневматический регулирующий клапан 23;
[060] 2) загрузка камеры Р3 контроля герметичности происходит непрерывно до тех пор, пока суммарное давление камеры Р3 контроля герметичности, камеры Р2 маслогазового уплотнения и смазочной камеры Р1 не сможет уравновесить внешнее гидростатическое и грунтовое давление для обеспечения надежности уплотнения главного привода, и в это время разность давлений между редуктором Р4 и камерой Р3 контроля герметичности предпочтительно достигает или падает ниже промежуточного значения (которое ниже пятого заранее заданного значения), заранее заданного в третьем повышающем пневматическом регулирующем клапане 23, и происходит закрытие третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23 (или, в других частных вариантах, третий повышающий пневматический регулирующий клапан 23 может оставаться в открытом состоянии, в котором подача третьего повышающего пневматического регулирующего клапана является невысокой, для компенсации утечки);
[061] 3) когда давление в воздушной буферной камере падает, также падает давление в камере Р3 контроля герметичности, при этом при разности давлений между редуктором Р4 и камерой Р3 контроля герметичности не выше шестого заранее заданного значения происходит открытие третьего понижающего пневматического регулирующего клапана 53, при этом третий повышающий пневматический регулирующий клапан 23 находится в закрытом состоянии. В это время происходит выпуск сжатого воздуха из камеры Р3 контроля герметичности через третий понижающий пневматический регулирующий клапан 53;
[062] 4) выпуск сжатого воздуха из камеры Р3 контроля герметичности происходит непрерывно до тех пор, пока разность давлений между редуктором Р4 и камерой Р3 контроля герметичности не достигнет промежуточного значения (которое выше шестого заранее заданного значения), заранее заданного в третьем понижающем пневматическом регулирующем клапане 53, и не произойдет закрытие третьего понижающего пневматического регулирующего клапана 53.
[063] Для дополнительной оптимизации раскрытого выше технического решения на Фиг. 1, в системе уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита дополнительно предусмотрен трубопровод аварийного сброса давления, соединенный с камерой Р2 маслогазового уплотнения, редуктором Р4 и камерой Р3 контроля герметичности, для предотвращения чрезмерного давления в уплотнении из-за повреждения какого-либо клапанного элемента. В предпочтительном варианте на трубопроводе аварийного сброса давления предусмотрены первый шаровой клапан 8 и первый глушитель 91. При падении внешнего гидростатического давления до значения в диапазоне нагрузочной способности по давлению одинарного уплотнения главного привода происходит открытие первого шарового клапана 8, выпуск сжатого воздуха из камеры Р2 маслогазового уплотнения, камеры Р3 контроля герметичности и редуктора Р4 и его сброс по трубопроводу аварийного сброса давления соответственно.
[064] В частном варианте осуществления на ФИГ. 1 на выпускном трубопроводе системы уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита предусмотрен второй глушитель 92. Первый глушитель 91 и второй глушитель 92 выполнены с возможностью уменьшения шумового загрязнения во время выпуска.
[065] Для дополнительной оптимизации раскрытого выше технического решения, в системе уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита: первый обратный клапан 61 предусмотрен у выхода первого понижающего пневматического регулирующего клапана 51; второй обратный клапан 62 предусмотрен у выхода второго понижающего пневматического регулирующего клапана 52; а третий обратный клапан 63 предусмотрен у выхода третьего понижающего пневматического регулирующего клапана 53. В частности, первый обратный клапан 61, второй обратный клапан 62 и третий обратный клапан 63 параллельно соединены с вышеуказанным выпускным трубопроводом.
[066] Кроме того, в системе уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита: четвертый обратный клапан 71 предусмотрен между камерой Р2 маслогазового уплотнения и трубопроводом аварийного сброса давления; пятый обратный клапан 72 предусмотрен между редуктором Р4 и трубопроводом аварийного сброса давления; и шестой обратный клапан 73 предусмотрен между камерой Р3 контроля герметичности и трубопроводом аварийного сброса давления. В частности, четвертый обратный клапан 71, пятый обратный клапан 72 и шестой обратный клапан 73 параллельно соединены с вышеуказанным трубопроводом аварийного сброса давления.
[067] Для дополнительной оптимизации раскрытого выше технического решения, в системе уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита:
первый предохранительный клапан 31 и первый датчик 41 давления также соединены с выходом первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21 (т.е., выходным соединительным трубопроводом первого повышающего пневматического регулирующего клапана 21). Первый предохранительный клапан 31 выполнен с возможностью поддержания давления камеры Р2 маслогазового уплотнения в пределах регулируемого диапазона и предотвращения повреждения уплотнения из-за чрезмерного давления. Первый датчик 41 давления выполнен с возможностью сбора данных о давлении камеры Р2 маслогазового уплотнения в режиме реального времени, что удобно для анализа, визуального отображения и хранения;
второй предохранительный клапан 32 и второй датчик давления 42 также соединены с выходом второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22 (т.е., выходным соединительным трубопроводом второго повышающего пневматического регулирующего клапана 22). Второй предохранительный клапан 32 выполнен с возможностью поддержания давления редуктора Р4 в пределах регулируемого диапазона и предотвращения повреждения уплотнения из-за чрезмерного давления. Второй датчик давления 42 выполнен с возможностью сбора данных о давлении редуктора Р4 в режиме реального времени, что удобно для анализа, визуального отображения и хранения; и
третий предохранительный клапан 33 и третий датчик давления 43 также соединены с выходом третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23 (т.е. выходным соединительным трубопроводом третьего повышающего пневматического регулирующего клапана 23). Третий предохранительный клапан 33 выполнен с возможностью поддержания давления камеры Р3 контроля герметичности в пределах регулируемого диапазона и предотвращения повреждения уплотнения из-за чрезмерного давления. Третий датчик давления 43 выполнен с возможностью сбора данных о давлении камеры Р3 контроля герметичности в режиме реального времени, что удобно для анализа, визуального отображения и хранения.
[068] Кроме того, предложен проходческий щит с гидропригрузом по варианту осуществления заявленного изобретения, при этом проходческий щит с гидропригрузом выполнен с раскрытой выше системой уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита.
[069] В частности, вышеуказанный проходческий щит с гидропригрузом на ФИГ. 3 дополнительно содержит устройство 12 контроля уровня жидкости, дренаж 13 и бак 11 маслогазового уплотнения, причем:
устройство 12 контроля уровня жидкости выполнено с возможностью определения уровня жидкости в камере редукторного масла и осуществления цепной защиты камеры редукторного масла. При падении уровня жидкости ниже предусмотренного нижнего уровня срабатывает сигнал останова; дренаж 13 выполнен с возможностью опорожнения редуктора Р4 для предотвращения нарастания давления, кроме того, для предотвращения повреждения дренажа 13 на ступени высокого давления, между дренажем 13 и главным приводом дополнительно установлен второй шаровой клапан; при этом бак 11 маслогазового уплотнения расположен между камерой Р2 маслогазового уплотнения и камерой редукторного масла, при этом бак 11 маслогазового уплотнения снабжен реле 101 верхнего предела уровня жидкости и реле 102 нижнего предела уровня жидкости, при этом должен происходить слив масла из бака 11 маслогазового уплотнения при срабатывании реле 101 верхнего предела уровня жидкости и добавление масла в бак 11 маслогазового уплотнения при срабатывании реле 102 нижнего предела уровня жидкости.
[070] Таким образом, система уплотнения высокого давления главного привода проходческого щита и проходческий щит с гидропригрузом, выполненный с системой по варианту осуществления заявленного изобретения, обеспечивают, по меньшей мере, следующие положительные эффекты:
[071] 1) регулирующие клапаны логически соединены друг с другом, что обеспечивает безопасность и надежность системы;
[072] 2) процесс управления не требует участия оператора, при этом степень автоматизации является высокой;
[073] 3) замкнутая обратная связь позволяет повысить точность управления системой; и
[074] 4) обеспечено уплотнение и надежность главного привода даже при гидростатическом давлении выше 6 бар.
[075] В заключение, также следует отметить, что в настоящей заявке понятия, обозначающие взаимоотношение, например, «первый» и «второй», служат исключительно для проведения различия между объектами или операциями, не требуя и не подразумевая наличия фактического взаимоотношения между этими объектами или операциями или их последовательности. Кроме того, понятия «содержать», «включать в себя» или их варианты следует поникать как означающие неисключительное включение в состав, т.е. то, что процесс, способ, изделие или устройство, включающее в себя ряд элементов, включает в себя не только их, но и элементы, явным образом не перечисленные или внутренне присущие такому процессу, способу, изделию или устройству. При отсутствии явных ограничений, выражение «включающий в себя...» не исключает возможности наличия в процессе, способе, изделии или устройстве схожих элементов, помимо тех, что перечислены.
[076] Варианты осуществления раскрыты выше в определенной последовательности. В каждом из вариантов осуществления основное внимание уделяется раскрытию его отличий от других вариантов осуществления, при этом раскрытие может содержать указания на части, являющиеся одними и теми же или схожими в разных вариантах осуществления.
[077] Ознакомившись с раскрытыми выше вариантами осуществления, специалисты в данной области техники смогут реализовать на практике или использовать заявленное изобретение. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что в указанные варианты осуществления можно внести разнообразные модификации, а также то, что сформулированные в настоящей заявке общие принципы можно осуществить и в других вариантах без отступления от существа и объема заявленного изобретения. Таким образом, настоящая заявка не ограничена раскрытыми выше вариантами осуществления, при этом ее следует понимать настолько широко, насколько это соответствует раскрытому в ней принципу и новым признакам.