一种应用于泥水盾构机管路延伸系统的波纹管式封堵球转让专利
申请号 : CN201910814661.0
文献号 : CN110645437B
文献日 : 2021-07-02
发明人 : 李树勋 , 杨凌杰 , 张万年 , 陶善祥 , 徐晓刚 , 唐陵 , 史宇宇 , 汪小峰 , 康云星 , 黄程波 , 刘太雨 , 徐晖
申请人 : 安徽铜都流体科技股份有限公司
摘要 :
本发明是一种应用于泥水盾构机管路延伸系统的波纹管式封堵球，它包括金属波纹管，金属波纹管外包覆一层聚氨酯弹性体材料。对于所述的金属波纹管，其波距t，波厚a，波纹管单层厚度h0，波高H以及连接封头厚度h1是基于管道内径计算得出的。主要是解决泥水盾构机管路延伸封堵装置现有研究中技术不足，以及不便操作、质量较重、挠度小、摩擦力较大等问题。
权利要求 :
1.一种应用于泥水盾构机管路延伸系统的波纹管式封堵球，它包括金属波纹管，金属波纹管外包覆一层聚氨酯弹性体材料，其特征在于：对于所述的金属波纹管，其波距t，波厚a，波纹管单层厚度h0，波高H以及连接封头厚度h1是基于管道内径计算得出的；
所述金属波纹管的波距t和波厚a依下式计算：t＝0.068Din；
a＝0.0408Din；
式中：Din是泥浆旁通管管道内径，mm；
t是波纹管的波距，t＝0.12d，mm；
d是金属波纹管内径， mm；
D是金属波纹管外径，D＝0.85Din，mm；
a是金属波纹管波厚,a＝0.6t，mm；
所述金属波纹管的单层厚度h0和金属波纹管的波高H依下式计算：式中：h0为金属波纹管单层壁厚，mm；
Din是泥浆旁通管管道内径，mm；
p为波纹管最大承受压力，MPa；
[σ]为材料许用应力，MPa；
H为金属波纹管波高，mm；
所述金属波纹管的连接封头厚度h1依下式计算：式中：h1为连接封头厚度，mm；
Din是泥浆旁通管管道内径，mm；
p为波纹管最大承受压力，MPa；
L0是金属波纹管的有效长度，L0＝1.275Din。
说明书 :
一种应用于泥水盾构机管路延伸系统的波纹管式封堵球
技术领域
[0001] 本发明涉及一种泥水平衡盾构机管路延伸系统中封堵泥水的波纹管封堵装 置。
背景技术
[0002] 泥水盾构机在掘进的过程中，送泥管和排泥管是固定的，泥水不断的往刀 盘供泥和向地面排泥。但进泥管和排泥管长度有限，每前进数米，就需停下进 行接管。接管时若拆
开已连接的管法兰，则钢管内的大量泥水必将全部流入隧 道，对施工环境造成破坏，且浪
费泥水资源，不符合文明环保施工及节约资源 的要求。此外，反复接管这一工序复杂且费
时，对整个盾构机高效推进产生了 严重的不利影响。目前市场上已经有一种实体的闭塞柱
体式封堵球，如专利 CN104390090A，在管道发生泄露时，管接头的半球形管腔内的封堵球
在水压的 作用下，封堵球与小孔道压紧，将一侧管道堵住，从而防止管道内的水流失。 这
种类型的封堵球刚度小，不易操作，磨损较为严重，且受到现有材料的限制。 又如专利
CN206936667U，公开了一种管道封堵球及管道封堵结构。可在管道外 部利用磁场来隔离控
制管内封堵球的赤道径向胀缩，使该封堵球在赤道径向膨 胀时恰好与管道过盈配合，起到
封堵作用。但是该类型的封堵球存在质量较重 而摩擦阻力大、因挠度较小而很难通过三通
换向阀等缺点，并且随着使用次数 增加，闭塞柱体中部会塌陷，从而使封堵效果变差。
开已连接的管法兰，则钢管内的大量泥水必将全部流入隧 道，对施工环境造成破坏，且浪
费泥水资源，不符合文明环保施工及节约资源 的要求。此外，反复接管这一工序复杂且费
时，对整个盾构机高效推进产生了 严重的不利影响。目前市场上已经有一种实体的闭塞柱
体式封堵球，如专利 CN104390090A，在管道发生泄露时，管接头的半球形管腔内的封堵球
在水压的 作用下，封堵球与小孔道压紧，将一侧管道堵住，从而防止管道内的水流失。 这
种类型的封堵球刚度小，不易操作，磨损较为严重，且受到现有材料的限制。 又如专利
CN206936667U，公开了一种管道封堵球及管道封堵结构。可在管道外 部利用磁场来隔离控
制管内封堵球的赤道径向胀缩，使该封堵球在赤道径向膨 胀时恰好与管道过盈配合，起到
封堵作用。但是该类型的封堵球存在质量较重 而摩擦阻力大、因挠度较小而很难通过三通
换向阀等缺点，并且随着使用次数 增加，闭塞柱体中部会塌陷，从而使封堵效果变差。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供泥水平衡盾构机管路延伸系统中封堵泥水的波纹管 封堵球，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于泥水平衡盾构机 管路延伸系统的封堵球包括：金属波纹管、金属波纹管外包覆的一层聚氨酯弹 性体材料。
[0005] 主要是基于管道内径计算，具体方法如下：
[0006] 一种应用于泥水盾构机管路延伸系统的波纹管式封堵球，所述金属波纹管 的波距t和波厚a依下式计算：
[0007] t＝0.068Din；
[0008] a＝0.0408Din；
[0009] 式中：Din是泥浆旁通管管道内径，mm；
[0010] t是波纹管的波距，t＝0.12d，mm；
[0011] d是金属波纹管内径， mm；
[0012] D是金属波纹管外径，D＝0.85Din，mm；
[0013] a是金属波纹管波厚,a＝0.6t，mm。
[0014] 一种应用于泥水盾构机管路延伸系统的波纹管式封堵球，所述金属波纹管 的单层厚度h0和金属波纹管的波高H依下式计算：
[0015]
[0016]
[0017] 式中：h0为金属波纹管单层壁厚，mm；
[0018] H为金属波纹管波高，mm；
[0019] p为波纹管最大承受压力，MPa；
[0020] Din是泥浆旁通管管道内径，mm；
[0021] [σ]为材料许用应力，MPa。
[0022] 一种应用于泥水盾构机管路延伸系统的波纹管式封堵球，其所述金属波纹 管的连接封头厚度h1，波数n依下式计算：
[0023]
[0024] 式中：h1为连接封头厚度，mm；
[0025] L0是金属波纹管的有效长度，L0＝1.275Din；
[0026] a是金属波纹管波厚,a＝0.6t；
[0027] [σ]为材料许用应力，MPa
[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0029] 1.质量轻，挠度大；
[0030] 2.使用方便且封堵性能好；
[0031] 3.安装拆卸方便，结构简单，易于实现。
附图说明
[0032] 图1是输泥水管道正常工作状态示意图；
[0033] 图2是对旁通管3中封堵装置打水压示意图。
[0034] 图3是金属波纹管的结构图。
[0035] 图4是波纹管式封堵球的结构图。
[0036] 图5是金属波纹管和封头的焊接接头。
[0037] 图中：1、阀前泥浆主管，2、阀后泥浆主管，3、旁通管，4、封堵球，5、 135度三通换向阀。
具体实施方式
[0038] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，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。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动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。
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动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。
[0039] 本发明提供一种技术方案：一种应用于泥水盾构机管路延伸系统的波纹管式 封堵球，它包括金属波纹管，金属波纹管外包覆一层聚氨酯弹性体材料。其特 征在于：对于所
述的金属波纹管，其波距t，波厚a，波纹管单层厚度h0，波高H 以及连接封头厚度h1是基于管
道内径计算得出的；
述的金属波纹管，其波距t，波厚a，波纹管单层厚度h0，波高H 以及连接封头厚度h1是基于管
道内径计算得出的；
[0040] 所述金属波纹管的波距t和波厚a依下式计算：
[0041] t＝0.068Din；
[0042] a＝0.0408Din。
[0043] 式中：Din是泥浆旁通管管道内径，mm；
[0044] t是波纹管的波距，t＝0.12d，mm；
[0045] d是金属波纹管内径， mm；
[0046] D是金属波纹管外径，D＝0.85Din，mm；
[0047] a是金属波纹管波厚,a＝0.6t，mm；
[0048] 所述金属波纹管的单层厚度h0和金属波纹管的波高H依下式计算：
[0049]
[0050]
[0051] 式中：h0为金属波纹管单层壁厚，mm；
[0052] Din是泥浆旁通管管道内径，mm；
[0053] p为波纹管最大承受压力，MPa；
[0054] [σ]为材料许用应力，MPa；
[0055] H为金属波纹管波高，mm；
[0056] 所述金属波纹管的连接封头厚度h1依下式计算：
[0057]
[0058] 式中：h1为连接封头厚度，mm；
[0059] Din是泥浆旁通管管道内径，mm；
[0060] p为波纹管最大承受压力，MPa；
[0061] L0是金属波纹管的有效长度，L0＝1.275Din。
[0062] 本发明以下将结合附图作进一步描述：
[0063] 图1是输泥水管道正常工作状态，收到接管命令，转动三通换向阀，接通阀 前泥浆主管1和旁通管3。
[0064] 图2是对旁通管3中封堵装置打水压，把封堵球推进到阀前泥浆主管1的适当 位置开始接管。接管完成后，封堵球在泥浆的作用下回到旁通管3中初始位置， 转动三通换向
阀，接通阀前泥浆主管1和阀后泥浆主管2，泥水输送工作正常进 行。
阀，接通阀前泥浆主管1和阀后泥浆主管2，泥水输送工作正常进 行。
[0065] 为详细说明本发明中金属波纹管式封堵球的设计内容，下面结合实例并配 合附图予以详细说明。
[0066] 以输泥管道(内径450mm)内的封堵装置为例。
[0067] 第一步、确定金属波纹管的外径和内径及其有效长度。
[0068] 外径：D＝0.85Din＝0.85×450＝382.5mm；
[0069] 内径： 取内径为260mm；
[0070] 金属波纹管的有效长度：L0＝1.2D＝1.2×382.5＝459mm,取L0＝460mm。
[0071] 第二步、确定金属波纹管的波距和波厚。
[0072] 金属波纹管的波距t：
[0073] t＝0.068Din＝0.068×450＝31.2mm；
[0074] 波厚a：
[0075] a＝0.0408Din＝0.0408×450＝18.72mm；
[0076] 取波厚为20mm。
[0077] 第三步、确定金属波纹管的厚度和金属波纹管的波高。
[0078] 选金属波纹管材料为06Cr19Ni10，最大承受压力3MPa，波纹管单层厚度h0为：
[0079]
[0080] 向上圆整取h0＝4.5mm，层数为5层，每层0.9mm。
[0081] 金属波纹管的波高H：
[0082] 第四步、确定金属波纹管封头厚度。
[0083]
[0084] 考虑附加余量，取封头厚度为8mm
[0085] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言， 可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变 化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。