盾构中心旋转接头指形密封维修改造

靳党鹏，肖 军

（中交天和机械设备制造有限公司，江苏 常熟 215500）

中心回转节是盾构机中不可或缺的部件，是连接刀盘并通过内部转轴为刀盘提供注水、泡沫、加泥等通路，回转轴与土仓隔板处通过VD密封进行密封。在珠海城际轨道交通隧道应用的土压平衡盾构，由于中心回转节安装误差偏大，盾构机在全断面硬岩掘进过程中出现中心回转密封渗漏泥水现象。为了快速有效解决中心回转节密封失效的问题，采用新的密封设计方案——仿主轴承密封形式。

针对珠海轨道交通隧道施工土压平衡盾构中心回转节密封维修，密封维修改造方案分为两部分：土仓内采用一道指形密封贴紧土仓壁密封，指形密封的外面有一道50mm钢圈板防护；盾体内采用一道指形密封反装在中心回转轴上，密封指形段加装一段10mm耐磨环。组成结构类似驱动密封形式，具有适应性好，密封性能优良等特点。

1 土仓内密封设计及安装

1.1 密封设计

中心回转节土仓内密封改造图如图1。图1中，指形密封尺寸为∅592×∅776×40，密封变形量不小于8mm；材质采用聚氨酯，其有耐磨性好，强度高，塑变好的特点。为保证土仓壁板不被磨穿，土仓壁板与指形密封的接触面加焊一块40mm的耐磨板（图1，件2），耐磨环板为对开式在土仓内焊接成一个整体。为保证指形密封支持环有较好的刚度，指形密封安装环板采用40mm钢板环（图1，件1），钢板环为对开形式，利用定位销及螺栓连接定位后焊接成一个整体。为保证密封安装环板定位准确，保证密封安装后有合适的变形量，密封环底部有一个轴套焊接成一个整体，定位后，轴套后端与轴焊接为整体。

图1 中心回转节土仓内密封改造图

由于土仓内条件复杂，为保证土仓内密封内的可靠性，密封安装环及耐磨板保护钢板环均要加筋板以提升结构的整体强度。

1.2 密封安装条件

现场施工条件必须达到安全施工条件。例如撑子面稳定、通风良好、电焊机等必要的工具等。用钢管、木板结合刀盘、仓壁搭设宽600mm长1 200mm的舱内作业平台。

1.3 安全注意事项

1）检查撑子面是否稳定，实时监控确保施工安全。

2）有害气体检测。

3）劳保用品要正确佩戴，安全帽、安全鞋、工作服，防护手套。

4）佩戴安全带，防止坠落。

5）做好防水、防火措施，防漏电（用24V灯照明）。

6）特殊操作人员必须持证上岗。

为验证所设计的电介质超表面能够实现宽带电磁涡旋发生器。设计一个由50×50个单元组成的完整电介质超表面用以产生电磁涡旋波束。距离电介质超表面30厘米处的圆形波导管用作馈电天线。如图9，10和11所示提供了在53，60和70 GHz处距离超表面20 cm处产生的电磁涡旋波束的交叉极化反射电场的相位和幅度分布，其清楚地表现出螺旋相位性质和近似甜甜圈形状电磁涡旋波束的振幅模式。为了定量地评估电磁涡旋波束模式的纯度，电磁涡旋模式光谱也被计算并显示在图12中可以看出，模式m=-1在53，60和70 GHz均为主模。

7）通风设备要满足施工需要。

8）安全的工作平台（仓内做简单平台）。

1.4 土仓内密封安装

安装顺序如下：

1)对土仓壁板进行清理，并对安装面进行打磨平整。

2)清理仓壁与回转轴间隙内填充油脂、渣土及其他杂物。

3)定位件2的安装位置，点焊后再次确定安装位置并满焊。割除定位装置，并打磨平整。

4)拼装件1利用连接螺栓拼成正圆，并焊接成圆，打磨光滑。

5)安装件4（指型密封），利用螺栓固定并用胶水粘合。

7)再次确定件1位置，确定完成后满焊。

8)安装油路焊接对丝，安装油脂管。

9)安装油路保护板。

10)打油，直至油脂从件1与件2处渗出为止，查看油脂压力。

2 盾体内密封座、压板环的设计及安装

2.1 密封设计

由于中心旋转轴已经磨损，指形朝下正装时对轴磨损更大，不利于密封，故此处指形密封采用反装形式，将指形朝外安装。指形密封设计时内径比轴径小4～5mm，安装时采用热装形式，密封冷却后能可靠的缩紧在轴上。

密封座设计时，内径比指形密封安装外径相当；当指形密封和密封座均安装完毕后，可以用耐磨钢套调节密封的压缩量。

密封座的最内侧设计一道10mm厚、可更换式耐磨套，起到防止密封将密封座大量磨损及调节密封压缩量的作用；耐磨套中部开油槽，尾部设计有防扭转紧定螺钉。压环外侧开有相应的螺栓孔，与耐磨套对应，用于防止耐磨套转动；压环内侧开有环向密封槽，用于压紧密封座后的密封作用。

2.2 指形密封、密封座、压板环安装

中心回转节盾体内密封改造图如图2。

图2 中心回转节盾体内密封改造图

提前准备好∅600左右的铁盆或其他容器、开水、30mm开口扳手、榔头、铜棒、手拉葫芦、绳索、油脂、指型密封1、O型圈、中心回转节压板、一字螺丝刀、十字螺丝刀、玻璃胶等工具和材料。

安装顺序如下：

1）将中心旋转轴磨损处均匀填涂玻璃胶。

2）将件8(O型圈)安装进密封座密封槽内，并将件1（VD密封座）水平推上轴套最前端。此过程中注意防止O型圈脱落。

3）将件7(指型密封1)放进铁盆或容器内加水加热，水温控制在80℃左右；保持10min左右，确保密封受热均匀膨胀；迅速取出密封安装到VD密封座内部。

4）将件5（O型圈）安装在件6（中心轴套）上，件6内外圈均匀涂抹黄油，用榔头和铜棒将其准确安装进密封座内；注意尽量保证尾部螺栓孔位置与压板环相对位置，方便后续安装。

5）将件4（O型圈）用黄油粘在件1槽中，用紧定螺钉将件1与件6定位紧固。

6）调整件3的位置，使其准确定位；先安装上下两颗定位销，然后安装对角4颗螺栓，并均匀紧固，保证压板压紧均匀，一圈无缝隙；安装其余螺栓。

7）安装回转节尾部，整个安装完成。

3 总 结

本次盾构中心回转节密封维修改造方案总图如图3。

回转节安装要求较高，偏心过大会导致回转节与土仓间密封失效，土仓内泥水进入到盾构机内，严重时会导致停机甚至安全事故，所以此处的密封尤为重要。为了保证此设备的正常工作，通过改造密封的形式，补偿回转节跳动间隙，达到密封的要求。改造后实际应用，中心回转节密封得到有效控制，掘进过程中密封良好，掘进正常。

图3 中心回转节密封改造图