盾構中心旋轉接頭指形密封維修改造

靳黨鵬，肖 軍

（中交天和機械設備制造有限公司，江蘇 常熟 215500）

中心回轉節(jié)是盾構機中不可或缺的部件，是連接刀盤并通過內(nèi)部轉軸為刀盤提供注水、泡沫、加泥等通路，回轉軸與土倉隔板處通過VD密封進行密封。在珠海城際軌道交通隧道應用的土壓平衡盾構，由于中心回轉節(jié)安裝誤差偏大，盾構機在全斷面硬巖掘進過程中出現(xiàn)中心回轉密封滲漏泥水現(xiàn)象。為了快速有效解決中心回轉節(jié)密封失效的問題，采用新的密封設計方案——仿主軸承密封形式。

針對珠海軌道交通隧道施工土壓平衡盾構中心回轉節(jié)密封維修，密封維修改造方案分為兩部分：土倉內(nèi)采用一道指形密封貼緊土倉壁密封，指形密封的外面有一道50mm鋼圈板防護；盾體內(nèi)采用一道指形密封反裝在中心回轉軸上，密封指形段加裝一段10mm耐磨環(huán)。組成結構類似驅動密封形式，具有適應性好，密封性能優(yōu)良等特點。

1 土倉內(nèi)密封設計及安裝

1.1 密封設計

中心回轉節(jié)土倉內(nèi)密封改造圖如圖1。圖1中，指形密封尺寸為?592×?776×40，密封變形量不小于8mm；材質采用聚氨酯，其有耐磨性好，強度高，塑變好的特點。為保證土倉壁板不被磨穿，土倉壁板與指形密封的接觸面加焊一塊40mm的耐磨板（圖1，件2），耐磨環(huán)板為對開式在土倉內(nèi)焊接成一個整體。為保證指形密封支持環(huán)有較好的剛度，指形密封安裝環(huán)板采用40mm鋼板環(huán)（圖1，件1），鋼板環(huán)為對開形式，利用定位銷及螺栓連接定位后焊接成一個整體。為保證密封安裝環(huán)板定位準確，保證密封安裝后有合適的變形量，密封環(huán)底部有一個軸套焊接成一個整體，定位后，軸套后端與軸焊接為整體。

圖1 中心回轉節(jié)土倉內(nèi)密封改造圖

由于土倉內(nèi)條件復雜，為保證土倉內(nèi)密封內(nèi)的可靠性，密封安裝環(huán)及耐磨板保護鋼板環(huán)均要加筋板以提升結構的整體強度。

1.2 密封安裝條件

現(xiàn)場施工條件必須達到安全施工條件。例如撐子面穩(wěn)定、通風良好、電焊機等必要的工具等。用鋼管、木板結合刀盤、倉壁搭設寬600mm長1 200mm的艙內(nèi)作業(yè)平臺。

1.3 安全注意事項

1）檢查撐子面是否穩(wěn)定，實時監(jiān)控確保施工安全。

2）有害氣體檢測。

3）勞保用品要正確佩戴，安全帽、安全鞋、工作服，防護手套。

4）佩戴安全帶，防止墜落。

5）做好防水、防火措施，防漏電（用24V燈照明）。

6）特殊操作人員必須持證上崗。

為驗證所設計的電介質超表面能夠實現(xiàn)寬帶電磁渦旋發(fā)生器。設計一個由50×50個單元組成的完整電介質超表面用以產(chǎn)生電磁渦旋波束。距離電介質超表面30厘米處的圓形波導管用作饋電天線。如圖9，10和11所示提供了在53，60和70 GHz處距離超表面20 cm處產(chǎn)生的電磁渦旋波束的交叉極化反射電場的相位和幅度分布，其清楚地表現(xiàn)出螺旋相位性質和近似甜甜圈形狀電磁渦旋波束的振幅模式。為了定量地評估電磁渦旋波束模式的純度，電磁渦旋模式光譜也被計算并顯示在圖12中可以看出，模式m=-1在53，60和70 GHz均為主模。

7）通風設備要滿足施工需要。

8）安全的工作平臺（倉內(nèi)做簡單平臺）。

1.4 土倉內(nèi)密封安裝

安裝順序如下：

1)對土倉壁板進行清理，并對安裝面進行打磨平整。

2)清理倉壁與回轉軸間隙內(nèi)填充油脂、渣土及其他雜物。

3)定位件2的安裝位置，點焊后再次確定安裝位置并滿焊。割除定位裝置，并打磨平整。

4)拼裝件1利用連接螺栓拼成正圓，并焊接成圓，打磨光滑。

5)安裝件4（指型密封），利用螺栓固定并用膠水粘合。

7)再次確定件1位置，確定完成后滿焊。

8)安裝油路焊接對絲，安裝油脂管。

9)安裝油路保護板。

10)打油，直至油脂從件1與件2處滲出為止，查看油脂壓力。

2 盾體內(nèi)密封座、壓板環(huán)的設計及安裝

2.1 密封設計

由于中心旋轉軸已經(jīng)磨損，指形朝下正裝時對軸磨損更大，不利于密封，故此處指形密封采用反裝形式，將指形朝外安裝。指形密封設計時內(nèi)徑比軸徑小4～5mm，安裝時采用熱裝形式，密封冷卻后能可靠的縮緊在軸上。

密封座設計時，內(nèi)徑比指形密封安裝外徑相當；當指形密封和密封座均安裝完畢后，可以用耐磨鋼套調(diào)節(jié)密封的壓縮量。

密封座的最內(nèi)側設計一道10mm厚、可更換式耐磨套，起到防止密封將密封座大量磨損及調(diào)節(jié)密封壓縮量的作用；耐磨套中部開油槽，尾部設計有防扭轉緊定螺釘。壓環(huán)外側開有相應的螺栓孔，與耐磨套對應，用于防止耐磨套轉動；壓環(huán)內(nèi)側開有環(huán)向密封槽，用于壓緊密封座后的密封作用。

2.2 指形密封、密封座、壓板環(huán)安裝

中心回轉節(jié)盾體內(nèi)密封改造圖如圖2。

圖2 中心回轉節(jié)盾體內(nèi)密封改造圖

提前準備好?600左右的鐵盆或其他容器、開水、30mm開口扳手、榔頭、銅棒、手拉葫蘆、繩索、油脂、指型密封1、O型圈、中心回轉節(jié)壓板、一字螺絲刀、十字螺絲刀、玻璃膠等工具和材料。

安裝順序如下：

1）將中心旋轉軸磨損處均勻填涂玻璃膠。

2）將件8(O型圈)安裝進密封座密封槽內(nèi)，并將件1（VD密封座）水平推上軸套最前端。此過程中注意防止O型圈脫落。

3）將件7(指型密封1)放進鐵盆或容器內(nèi)加水加熱，水溫控制在80℃左右；保持10min左右，確保密封受熱均勻膨脹；迅速取出密封安裝到VD密封座內(nèi)部。

4）將件5（O型圈）安裝在件6（中心軸套）上，件6內(nèi)外圈均勻涂抹黃油，用榔頭和銅棒將其準確安裝進密封座內(nèi)；注意盡量保證尾部螺栓孔位置與壓板環(huán)相對位置，方便后續(xù)安裝。

5）將件4（O型圈）用黃油粘在件1槽中，用緊定螺釘將件1與件6定位緊固。

6）調(diào)整件3的位置，使其準確定位；先安裝上下兩顆定位銷，然后安裝對角4顆螺栓，并均勻緊固，保證壓板壓緊均勻，一圈無縫隙；安裝其余螺栓。

7）安裝回轉節(jié)尾部，整個安裝完成。

3 總 結

本次盾構中心回轉節(jié)密封維修改造方案總圖如圖3。

回轉節(jié)安裝要求較高，偏心過大會導致回轉節(jié)與土倉間密封失效，土倉內(nèi)泥水進入到盾構機內(nèi)，嚴重時會導致停機甚至安全事故，所以此處的密封尤為重要。為了保證此設備的正常工作，通過改造密封的形式，補償回轉節(jié)跳動間隙，達到密封的要求。改造后實際應用，中心回轉節(jié)密封得到有效控制，掘進過程中密封良好，掘進正常。

圖3 中心回轉節(jié)密封改造圖