一种盾构机用防堵塞型泥浆阀

摘要

本发明涉及一种盾构机用防堵塞型泥浆阀，包括阀体，阀体设置有圆管状输入管和圆管状输出管，输入管和输出管处均安装有用来疏通输入管内腔和输出管内腔的机械振推机构。所述盾构机用防堵塞型泥浆阀通过在现有泥浆阀的输入管和输出管处均安装机械振推机构，该机械振推机构产生作用在输入管内腔、输出管内腔的振动力和推动力，通过振动力和推动力对输入管内腔或输出管内腔进行疏通作业，即使输入管内腔、阀座处以及输出管内腔都发生堵塞，只需启动机械振推机构即可完成疏通作业，疏通效果好，最终达到防堵塞的目的，显著降低维护、维修成本，应用价值高。

权利要求

1.一种盾构机用防堵塞型泥浆阀，包括阀体(10)，所述阀体(10)设置有圆管状输入管(11)和圆管状输出管(12)，所述输入管(11)和输出管(12)同轴设置，其特征在于：所述输入管(11)和输出管(12)处均安装有用来疏通输入管(11)内腔和输出管(12)内腔的机械振推机构，所述机械振推机构产生作用在输入管(11)内腔或输出管(12)内腔的振动力和推动力，所述机械振推机构通过振动力和推动力对输入管(11)内腔或输出管(12)内腔进行疏通作业；

所述机械振推机构包括呈倾斜设置的斜管(21)、安装在斜管(21)尾端的振动板(22)、用来驱动振动板(22)进行振动的超声波换能器(23)、多根呈阵列分布的振动杆(30)，所述输入管(11)的侧壁和输出管(12)的侧壁均设置有与斜管(21)首端相连通的安装孔，所述振动板(22)的边沿与斜管(21)的尾端密封连接，所述超声波换能器(23)固定安装在振动板(22)的外侧；所述振动杆(30)包括与斜管(21)的轴向呈平行设置的斜杆段(31)、与输入管(11)的轴向或输出管(12)的轴向呈平行设置的横杆段(32)，所述斜杆段(31)的尾端设置在斜管(21)的内部且斜杆段(31)的尾端与振动板(22)固定连接，所述斜杆段(31)的首端设置在输入管(11)的内部或输出管(12)的内部，所述斜杆段(31)的首端与横杆段(32)的尾端连接为一体；所述斜管(21)的内部还填充有多个介质球(25)，所述安装孔处设置有用来阻挡介质球(25)溢出斜管(21)的格栅(24)，所述格栅(24)的边沿与安装孔的孔壁固定连接，所述格栅(24)设置有供斜杆段(31)穿过并活动的网格结构。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机用防堵塞型泥浆阀，其特征在于：所述斜杆段(31)的长度方向与横杆段(32)的长度方向之间的夹角为α，120°≤α≤135°。

3.根据权利要求1所述的一种盾构机用防堵塞型泥浆阀，其特征在于：所述介质球(25)包括空心金属球壳(251)，所述空心金属球壳(251)的内部设置有实心芯球(252)，所述实心芯球(252)的直径小于空心金属球壳(251)内径的二分之一。

4.根据权利要求1所述的一种盾构机用防堵塞型泥浆阀，其特征在于：所述斜杆段(31)的横截面为圆形，所述横杆段(32)由横截面为椭圆形的第一杆部(321)和与第一杆部(321)呈同轴设置的第二杆部(322)，所述第一杆部(321)的尾端与斜杆段(31)的首端连接为一体，所述第一杆部(321)的首端与第二杆部(322)的尾端连接为一体，所述第二杆部(322)尾端的横截面为椭圆形，所述第二杆部(322)首端的横截面为菱形；从第二杆部(322)的尾端到第二杆部(322)的首端，所述第二杆部(322)的横截面积连续减小；从第二杆部(322)的尾端到第二杆部(322)的首端，第二杆部(322)侧壁的椭圆形结构与第二杆部(322)侧壁的菱形结构之间呈平滑过渡。

5.根据权利要求4所述的一种盾构机用防堵塞型泥浆阀，其特征在于：位于输入管(11)内部的横杆段(32)为标杆一(32p)，所述标杆一(32p)在输入管(11)横截面的投影排列成多圈同心圆结构，标杆一(32p)排列成的同心圆的圆心与标杆一(32p)的轴线之间的垂线为第一垂线，第一垂线与标杆一(32p)外周椭圆结构的长轴之间的夹角为100°，标杆一(32p)外周菱形结构的对角线与标杆一(32p)外周椭圆结构的长轴之间共线设置；位于输出管(12)内部的横杆段(32)为标杆二(32q)，所述标杆二(32q)在输出管(12)横截面的投影排列成多圈同心圆结构，标杆二(32q)排列成的同心圆的圆心与标杆二(32q)的轴线之间的垂线为第二垂线，第二垂线与标杆二(32q)外周椭圆结构的长轴之间的夹角为80°，标杆二(32q)外周菱形结构的对角线与标杆二(32q)外周椭圆结构的长轴之间共线设置。

6.根据权利要求5所述的一种盾构机用防堵塞型泥浆阀，其特征在于：与输入管(11)呈配套设置的每根斜杆段(31)的长度均相等，与输入管(11)呈配套设置的每根横杆段(32)的长度均相等；与输出管(12)呈配套设置的每根斜杆段(31)的长度均相等，与输出管(12)呈配套设置的横杆段(32)首端在输出管(12)的内部排列成的曲面为球冠结构。

7.根据权利要求4所述的一种盾构机用防堵塞型泥浆阀，其特征在于：所述第一杆部(321)的长度为a，所述第二杆部(322)的长度为b，2.3≤b/a≤2.6。

说明书

一种盾构机用防堵塞型泥浆阀

技术领域

[0001] 本发明涉及一种盾构机用防堵塞型泥浆阀，属于盾构机配套阀门技术领域。

背景技术

[0002] 泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外
分离。

[0003] 在泥水式盾构机的管路中，通常使用大量的泥浆阀。现有泥浆阀因流通性好的特点，是盾构机泥浆管道系统常用的一种阀门结构。由于盾构机系统的介质为泥浆，对阀门性
能要求较高。

[0004] 目前的泥浆阀应用于盾构机过程中，泥浆阀的内壁易附着以及残留大量的泥浆杂物，长时间积累时，容易造成泥浆阀内部出现堵塞，影响泥浆阀输送效率；如果发生堵塞情
况，会使得阀座关闭困难，导致密封泄漏；并且，一旦发生堵塞，盾构机的工作环境恶劣，维
护/维修成本较高。

发明内容

[0005] 本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种盾构机用防堵塞型泥浆阀，具体技术方案如下：

[0006] 一种盾构机用防堵塞型泥浆阀，包括阀体，所述阀体设置有圆管状输入管和圆管状输出管，所述输入管和输出管同轴设置，所述输入管和输出管处均安装有用来疏通输入
管内腔和输出管内腔的机械振推机构，所述机械振推机构产生作用在输入管内腔或输出管
内腔的振动力和推动力，所述机械振推机构通过振动力和推动力对输入管内腔或输出管内
腔进行疏通作业。

[0007] 上述技术方案的进一步优化，所述机械振推机构包括呈倾斜设置的斜管、安装在斜管尾端的振动板、用来驱动振动板进行振动的超声波换能器、多根呈阵列分布的振动杆，
所述输入管的侧壁和输出管的侧壁均设置有与斜管首端相连通的安装孔，所述振动板的边
沿与斜管的尾端密封连接，所述超声波换能器固定安装在振动板的外侧；所述振动杆包括
与斜管的轴向呈平行设置的斜杆段、与输入管的轴向或输出管的轴向呈平行设置的横杆
段，所述斜杆段的尾端设置在斜管的内部且斜杆段的尾端与振动板固定连接，所述斜杆段
的首端设置在输入管的内部或输出管的内部，所述斜杆段的首端与横杆段的尾端连接为一
体；所述斜管的内部还填充有多个介质球，所述安装孔处设置有用来阻挡介质球溢出斜管
的格栅，所述格栅的边沿与安装孔的孔壁固定连接，所述格栅设置有供斜杆段穿过并活动
的网格结构。

[0008] 上述技术方案的进一步优化，所述斜杆段的长度方向与横杆段的长度方向之间的夹角为α，120°≤α≤135°。

[0009] 上述技术方案的进一步优化，所述介质球包括空心金属球壳，所述空心金属球壳的内部设置有实心芯球，所述实心芯球的直径小于空心金属球壳内径的二分之一。

[0010] 上述技术方案的进一步优化，所述斜杆段的横截面为圆形，所述横杆段由横截面为椭圆形的第一杆部和与第一杆部呈同轴设置的第二杆部，所述第一杆部的尾端与斜杆段
的首端连接为一体，所述第一杆部的首端与第二杆部的尾端连接为一体，所述第二杆部尾
端的横截面为椭圆形，所述第二杆部首端的横截面为菱形；从第二杆部的尾端到第二杆部
的首端，所述第二杆部的横截面积连续减小；从第二杆部的尾端到第二杆部的首端，第二杆
部侧壁的椭圆形结构与第二杆部侧壁的菱形结构之间呈平滑过渡。

[0011] 上述技术方案的进一步优化，位于输入管内部的横杆段为标杆一，所述标杆一在输入管横截面的投影排列成多圈同心圆结构，标杆一排列成的同心圆的圆心与标杆一的轴
线之间的垂线为第一垂线，第一垂线与标杆一外周椭圆结构的长轴之间的夹角为100°，标
杆一外周菱形结构的对角线与标杆一外周椭圆结构的长轴之间共线设置；位于输出管内部
的横杆段为标杆二，所述标杆二在输出管横截面的投影排列成多圈同心圆结构，标杆二排
列成的同心圆的圆心与标杆二的轴线之间的垂线为第二垂线，第二垂线与标杆二外周椭圆
结构的长轴之间的夹角为80°，标杆二外周菱形结构的对角线与标杆二外周椭圆结构的长
轴之间共线设置。

[0012] 上述技术方案的进一步优化，与输入管呈配套设置的每根斜杆段的长度均相等，与输入管呈配套设置的每根横杆段的长度均相等；与输出管呈配套设置的每根斜杆段的长
度均相等，与输出管呈配套设置的横杆段首端在输出管的内部排列成的曲面为球冠结构。

[0013] 上述技术方案的进一步优化，所述第一杆部的长度为a，所述第二杆部的长度为b，2.3≤b/a≤2.6。

[0014] 本发明的有益效果：

[0015] 所述盾构机用防堵塞型泥浆阀通过在现有泥浆阀的输入管和输出管处均安装机械振推机构，所述机械振推机构产生作用在输入管内腔、输出管内腔的振动力和推动力，通
过振动力和推动力对输入管内腔或输出管内腔进行疏通作业，即使输入管内腔、阀座处以
及输出管内腔都发生堵塞，只需启动机械振推机构即可完成疏通作业，疏通效果好，最终达
到防堵塞的目的，显著降低维护、维修成本，应用价值高。

附图说明

[0016] 图1为本发明所述盾构机用防堵塞型泥浆阀的结构示意图；

[0017] 图2为本发明所述振动杆的结构示意图；

[0018] 图3为本发明所述标杆一在输入管横截面的投影排列示意图；

[0019] 图4为本发明所述标杆二在输出管横截面的投影排列示意图；

[0020] 图5为本发明所述横杆段的结构示意图；

[0021] 图6为本发明所述横杆段的结构示意图(俯视状态)；

[0022] 图7为本发明所述第二杆部的结构示意图；

[0023] 图8为本发明所述第二杆部的结构示意图(侧视状态)；

[0024] 图9为本发明所述介质球的结构示意图；

[0025] 图10为实施例6中阀一的示意图。

具体实施方式

[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。

[0027] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位
或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而
不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此
不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能
理解为指示或暗示相对重要性。

[0028] 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，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。

[0029] 实施例1

[0030] 如图1所示，所述盾构机用防堵塞型泥浆阀，包括阀体10，所述阀体10设置有圆管状输入管11和圆管状输出管12，所述输入管11和输出管12同轴设置，所述输入管11和输出
管12处均安装有用来疏通输入管11内腔和输出管12内腔的机械振推机构，所述机械振推机
构产生作用在输入管11内腔或输出管12内腔的振动力和推动力，所述机械振推机构通过振
动力和推动力对输入管11内腔或输出管12内腔进行疏通作业。

[0031] 所述机械振推机构能够产生振动力和推动力从而对输入管11内腔或输出管12内腔进行疏通作业，最终达到防堵塞的目的。

[0032] 实施例2

[0033] 基于实施例1，如图1所示，所述机械振推机构包括呈倾斜设置的斜管21、安装在斜管21尾端的振动板22、用来驱动振动板22进行振动的超声波换能器23、多根呈阵列分布的
振动杆30，所述输入管11的侧壁和输出管12的侧壁均设置有与斜管21首端相连通的安装
孔，所述斜管21的内腔与输入管11的内腔之间通过安装孔连通，所述斜管21的内腔与输出
管12的内腔之间通过安装孔连通，所述振动板22的边沿与斜管21的尾端密封连接，所述超
声波换能器23固定安装在振动板22的外侧；所述振动杆30包括与斜管21的轴向呈平行设置
的斜杆段31、与输入管11的轴向或输出管12的轴向呈平行设置的横杆段32，所述斜杆段31
的尾端设置在斜管21的内部且斜杆段31的尾端与振动板22固定连接，所述斜杆段31的首端
设置在输入管11的内部或输出管12的内部，所述斜杆段31的首端与横杆段32的尾端连接为
一体；所述斜管21的内部还填充有多个介质球25，所述安装孔处设置有用来阻挡介质球25
溢出斜管21的格栅24，所述格栅24的边沿与安装孔的孔壁固定连接，所述格栅24设置有供
斜杆段31穿过并活动的网格结构。

[0034] 所述斜管21的轴线与输入管11的轴线或输出管12的轴线之间呈夹角设置，与输入管11相对应的那个斜管21与输入管11连接为一体，与输出管12相对应的那个斜管21与输出
管12连接为一体。

[0035] 所述盾构机用防堵塞型泥浆阀在使用过程中，泥浆从输入管11进入，经过阀座，最终从输出管12处流出，泥浆的流向见图1中的空心箭头。

[0036] 所述盾构机用防堵塞型泥浆阀在使用过程中，所述超声波换能器23工作时的频率为17‑43kHz，所述振动板22采用不锈钢板制成，在超声波换能器23的驱动下，振动板22能够
对着斜管21的内部产生大量的超声波；由于斜杆段31的长度方向与振动板22的板面之间呈
垂直设置，振动板22产生的振动波一部分会直接传递给斜杆段31，由于介质球25的存在，介
质球25能够将大部分余波传递给斜杆段31，促使斜杆段31高频振动；由于泥浆为非牛顿性
流体，泥浆会穿过格栅24的网格空隙进入到斜管21的内部，泥浆会将介质球25以及位于斜
管21内部的那部分斜杆段31给包裹；泥浆在斜杆段31和介质球25的高频振动下会剧烈运
动，泥浆作为非牛顿流体，在高频振动的情况下，会悬空并做不规则运动，能够有效传递振
动，并将振动有效传递到输入管11的内腔或输出管12的内腔；相对于牛顿流体来说，非牛顿
流体在高频振动过程不易产生大量气泡。

[0037] 格栅24一方面起到承载的作用，降低振动板22受到的称压力；另一方面，格栅24还能够有效阻挡介质球25溢出进入到输入管11的内腔或输出管12的内腔。

[0038] 进一步地，如图3‑8所示，所述斜杆段31的横截面为圆形，所述横杆段32由横截面为椭圆形的第一杆部321和与第一杆部321呈同轴设置的第二杆部322，所述第一杆部321的
尾端与斜杆段31的首端连接为一体，所述第一杆部321的首端与第二杆部322的尾端连接为
一体，所述第二杆部322尾端的横截面为椭圆形，所述第二杆部322首端的横截面为菱形；从
第二杆部322的尾端到第二杆部322的首端，所述第二杆部322的横截面积连续减小；从第二
杆部322的尾端到第二杆部322的首端，第二杆部322侧壁的椭圆形结构与第二杆部322侧壁
的菱形结构之间呈平滑过渡。

[0039] 其中，位于输入管11内部的横杆段32为标杆一32p，所述标杆一32p在输入管11横截面的投影排列成多圈同心圆结构，标杆一32p排列成的同心圆的圆心与标杆一32p的轴线
之间的垂线为第一垂线，第一垂线与标杆一32p外周椭圆结构的长轴之间的夹角为100°，标
杆一32p外周菱形结构的对角线与标杆一32p外周椭圆结构的长轴之间共线设置；位于输出
管12内部的横杆段32为标杆二32q，所述标杆二32q在输出管12横截面的投影排列成多圈同
心圆结构，标杆二32q排列成的同心圆的圆心与标杆二32q的轴线之间的垂线为第二垂线，
第二垂线与标杆二32q外周椭圆结构的长轴之间的夹角为80°，标杆二32q外周菱形结构的
对角线与标杆二32q外周椭圆结构的长轴之间共线设置。

[0040] 进一步地，所述第一杆部321的长度为a，所述第二杆部322的长度为b，2.3≤b/a≤2.6。

[0041] 首先，横杆段32中第二杆部322尾端的横截面为椭圆形，第二杆部322首端的横截面为菱形；从第二杆部322的尾端到第二杆部322的首端，所述第二杆部322的横截面积连续
减小；根据力学原理辅助高频振动，该结构的第二杆部322能够将上下振动的振动力转化为
推动或搅动其四周的作用力，从而促使输入管11/输出管12内部的泥浆向前前进，推动力辅
助振动力，即使输入管11/输出管12处存在堵塞，也能够快速疏通，疏通效果好。

[0042] 其次，从第二杆部322的尾端到第二杆部322的首端，第二杆部322侧壁的椭圆形结构与第二杆部322侧壁的菱形结构之间呈平滑过渡，这有利于降低泥浆流动的阻力。

[0043] 第一杆部321的横截面为椭圆形，加上第一垂线与标杆一32p外周椭圆结构的长轴之间的夹角为100°，第二垂线与标杆二32q外周椭圆结构的长轴之间的夹角为80°，再加上
同心圆结构设置，这使得泥浆能够在输入管11/输出管12的内部能够发生搅动，并且搅动的
方向呈相反设置，这有利于最大限度的输入管11、输出管12内部的泥浆在搅动的过程呈对
冲设置，从而进一步降低堵塞发生的几率。而将第一杆部321设置为圆杆，则无上述效果。第
一杆部321为过渡部件，将振动力大量转化为推动力主要依靠第二杆部322，因此，必须严格
限度第一杆部321的占比长度。

[0044] 实施例3

[0045] 基于实施例2，如图2所示，所述斜杆段31的长度方向与横杆段32的长度方向之间的夹角为α，120°≤α≤135°。也同步限定了斜管21的轴线与输入管11/输出管12的轴线之间
的夹角。经过多次试验，发现上述角度范围，能够最大限度降低输入管11/输出管12内部的
轴向阻力。

[0046] 实施例4

[0047] 基于实施例3，如图9所示，所述介质球25包括空心金属球壳251，所述空心金属球壳251的内部设置有实心芯球252，所述实心芯球252的直径小于空心金属球壳251内径的二
分之一。

[0048] 由于斜杆段31之间的杆间距限定，所述空心金属球壳251的外径小于或等于10mm，所述空心金属球壳251的厚度为1.5±0.1mm，所述实心芯球252的直径小于2.5mm。所述空心
金属球壳251采用不锈钢制成，所述实心芯球252采用铅球制成。

[0049] 相对于介质球25为实心球来说，实心球更易传递机械振动。但是本发明所述介质球25中的空心金属球壳251，其在传递机械振动的同时，空心金属球壳251还会带动其内部
的空心金属球壳251会不规则运动，空心金属球壳251在不规则运动的过程会不断的撞击空
心金属球壳251，从而会产生大量振幅更小的中低频振动；相对于振幅较高的高频超声振动
来说，振幅较小的中低频振动，这有利于拓宽频谱，从而能够极大提高泥浆中的某些成分发
生共振，也就是显著降低泥浆在输入管11/输出管12内部发生堵塞的几率。

[0050] 实施例5

[0051] 基于实施例4，与输入管11呈配套设置的每根斜杆段31的长度均相等，与输入管11呈配套设置的每根横杆段32的长度均相等；这使得在输入管11内部，横杆段32能够最大限
度发挥推动力，向前的推动力能够在输入管11内部的空间最大限度发挥。

[0052] 与输出管12呈配套设置的每根斜杆段31的长度均相等，与输出管12呈配套设置的横杆段32首端在输出管12的内部排列成的曲面为球冠结构。排列成球冠结构，虽然推动力
不会发挥到最大，但是由于越靠近输出管12的管壁，阻力越大，球冠结构状的排列能够使得
横杆段32在输入管11内部的流体出料更均匀，从而进一步提高疏通效果。

[0053] 实施例6

[0054] 阀门堵塞表征试验一

[0055] 步骤1.1、将淀粉与水按照2.6:1的质量比混合制成淀粉料，该淀粉料同泥浆一样，都是非牛顿流体，可用来模拟泥浆。淀粉料暂存在储料槽。

[0056] 步骤1.2、将输入管11与压滤机专用污泥泵连通，利用压滤机专用污泥泵将储料槽内部的淀粉料输送到金属管道50，如图10所示，金属管道50与输入管11连通。输出管12的下
方盛放取样槽，取样槽能够用来接收输出管12排出的物料。在试验中，输出管12处未安装机
械振推机构；此时的所述盾构机用防堵塞型泥浆阀简称为阀一。其中，空的取样槽质量为
m0。

[0057] 压滤机专用污泥泵采用杭州卓越泵业有限公司生产的WQP型，额定流量为10m3/h，扬程为10m，额定功率为1.75kw。

[0058] 步骤1.3、启动压滤机专用污泥泵，使其在额定功率进行作业，阀一全开；淀粉料依次通过金属管道50、输入管11、输出管12，最终从输出管12处排出。利用取样槽接收输出管
12处排出的物料，接收时间为2分钟，完成取样。

[0059] 步骤1.4、将取样槽接收的物料进行称重，得到总质量为m1。此时，未堵塞时排出的淀粉料的质量为m1‑m0。

[0060] 步骤1.5、利用电磁感应加热装置(例如电磁线圈)对金属管道50进行加热，加热部位靠近输入管11，加热至90‑95℃，加热时间为5分钟；重复步骤1.3和步骤1.4，最终得到总
质量为m2的取样槽。

[0061] 由于淀粉在高温加热的情况下会糊化，导致大量的淀粉会粘在输入管11的附近区域。当压滤机专用污泥泵启动后，会将该部分糊化淀粉料推到输入管11的内部。糊化的淀粉
料可以用来模拟阀一内部的堵塞情况。

[0062] 当阀一内部的流体为非牛顿流体时，阀一内部的堵塞率λ1＝[(m1‑m0)‑(m2‑m0)]/(m1‑m0)＝(m1‑m2)/(m1‑m0)。如此，测量三次，结果见表1。

[0063] 阀门堵塞表征试验二

[0064] 步骤2.1、储料槽内部储存有纯水。

[0065] 步骤2.2、利用压滤机专用污泥泵将储料槽内部的纯水输送到金属管道50，金属管道50与输入管11连通。在试验中，输出管12处未安装机械振推机构；此时的所述盾构机用防
堵塞型泥浆阀简称为阀一。其中，空的取样槽质量为m0。

[0066] 压滤机专用污泥泵采用杭州卓越泵业有限公司生产的WQP型，额定流量为10m3/h，扬程为10m，额定功率为1.75kw。

[0067] 步骤2.3、启动压滤机专用污泥泵，使其在额定功率进行作业，阀一全开；纯水依次通过金属管道50、输入管11、输出管12，最终从输出管12处排出。利用取样槽接收输出管12
处排出的物料，接收时间为2分钟，完成取样。

[0068] 步骤2.4、将取样槽接收的物料进行称重，得到总质量为m3。此时，未堵塞时排出的纯水的质量为m3‑m0。

[0069] 步骤2.5、利用电磁感应加热装置(例如电磁线圈)对金属管道50进行加热，加热部位靠近输入管11，加热至90‑95℃，加热时间为5分钟；重复步骤2.3和步骤2.4，最终得到总
质量为m4的取样槽。

[0070] 当阀一内部的流体为牛顿流体时，阀一内部的堵塞率λ2＝(m3‑m4)/(m3‑m0)。如此，测量三次，结果见表1。由于纯水即使在加热也不会糊化，其内部不易发生堵塞，由于前后测
量误差等原因，可能会有一部分的λ2为负值。

[0071] 阀门堵塞表征试验三

[0072] 在阀门堵塞表征试验一中，将步骤1.5修改为：利用电磁感应加热装置(例如电磁线圈)对金属管道50进行加热，加热部位靠近输入管11，加热至90‑95℃，加热时间为5分钟；
启动机械振推机构，重复步骤1.3和步骤1.4，最终得到阀一内部的堵塞率λ3，结果见表1。

[0073] 阀门堵塞表征试验四

[0074] 在阀门堵塞表征试验二中，将步骤2.5修改为：利用电磁感应加热装置(例如电磁线圈)对金属管道50进行加热，加热部位靠近输入管11，加热至90‑95℃，加热时间为5分钟；
启动机械振推机构，重复步骤2.3和步骤2.4，最终得到阀一内部的堵塞率λ4，结果见表1。

[0075] 表1

[0076]

[0077] 对比表1中的λ1与λ3可知：当非牛顿流体在泥浆阀内部发生堵塞时，通过启动机械振推机构，能够显著疏通泥浆阀的内部，从而显著降低泥浆阀内部的堵塞率。

[0078] 对比表1中的λ1与λ2、λ3与λ4可知：本发明所述盾构机用防堵塞型泥浆阀在用于牛顿流体时，无显著证据证明其能够改善堵塞情况。

[0079] 分析λ4均为负值可知：由于机械振推机构在作业过程中会产生一些推动力，从而能够有利于水从输入管11流向输出管12，最终造成输出管12处排出的水量更多，从而导致
λ4均为负值。

[0080] 实施例7

[0081] 振动力和推动力表征试验

[0082] 在试验中，输出管12处未安装机械振推机构；此时的所述盾构机用防堵塞型泥浆阀简称为阀二。在输出管12的轴线处安装三轴加速度传感器，该三轴加速度传感器选用深
圳市颖芯创展科技有限公司的LS型产品以及配套的频谱分析仪；该三轴加速度传感器的灵
敏度为100mv/g，横向灵敏度＜5％。

[0083] 当阀二的机械振推机构在作业时，阀二全开，在输出管12内部的三轴加速度传感器测得的时域信号经过快速傅里叶变换得到轴线处通道信号的频谱图，从频谱图中可以得
到对应的加速度振动幅值及对应的频率；测量时超声波换能器23工作时的频率为17‑
3
21kHz，输入管11处的输入流量为8m/h。在安装三轴加速度传感器时，三轴加速度传感器不
但靠近阀座，而且三轴加速度传感器的通道方向X对应着输出管12的轴向，三轴加速度传感
器的通道方向Y对应着输出管12的上下方向，三轴加速度传感器的通道方向Z对应着输出管
12的前后方向；本实施例所述上、下、左、右、前、后相对于图1而言。

[0084] 当超声波换能器23工作时的频率为17kHz时，所测得对应的频谱中，利用软件自动2
统计：在一个周期内，X向的最大振幅值大于3.142m/s所对应的区间面积与最大振幅值大
2
于1m/s所对应的区间面积之间的百分比为γ。

[0085] 实施例8

[0086] 实施例5中所述盾构机用防堵塞型泥浆阀简称为阀三。将膨润土与水按照质量比2:1的比例混合均匀制成泥浆。利用实施例6中的压滤机专用污泥泵来向输入管11处输送泥
浆。阀三全开，按照实施例7中的《振动力和推动力表征试验》进行试验，测量时超声波换能
器23工作时的频率为17kHz、18kHz、19kHz、20kHz、21kHz时测得对应5组数据，如表2所示。

[0087] 表2

[0088]

[0089] 根据表2分析可以看出，在机械振推机构作业时，主要是在X(左右方向)的振动能够达到振幅的最大值，并且X(左右方向)的最大振幅明显要大于Y(上下方向)和Z(前后方
向)；通过图1可知，即横杆段32在输入管11的内部产生非常大的推动力，从而能有效对输入
管11的内部进行疏通。

[0090] 在本实施例中，输入管11内部的流体为泥浆。最终测得：在一个周期内，X向的最大2 2
振幅值大于3.142m/s所对应的区间面积与最大振幅值大于1m/s所对应的区间面积之间的
百分比为γ1，结果见表3。

[0091] 实施例9

[0092] 在本实施例中，按照实施例7中的《振动力和推动力表征试验》进行试验，输入管112
内部的流体为纯水，最终测得：在一个周期内，X向的最大振幅值大于3.142m/s所对应的区
2
间面积与最大振幅值大于1m/s所对应的区间面积之间的百分比为γ2，结果见表3。

[0093] 实施例10

[0094] 本实施例与实施例5的区别是，本实施例最终的成品为对照阀五；将实施例5中的介质球25替换成实心球，其对应的成品阀为对照阀五。

[0095] 将对照阀五按照实施例7中的《振动力和推动力表征试验》进行试验，输入管11内部的流体为泥浆，该泥浆与实施例8中的泥浆相同。最终测得：在一个周期内，X向的最大振
2 2
幅值大于3.142m/s所对应的区间面积与最大振幅值大于1m/s所对应的区间面积之间的百
分比为γ3，结果见表3。

[0096] 表3

[0097]γ1(％) γ2(％) γ3(％)
13.17 7.23 4.11

[0098] 通过对比γ1和γ2可知：纯水作为介质，在纯水处易产生大量振幅较小的共振，共振较为集中，因此γ2值较小。

[0099] 实施例11

[0100] 本实施例与实施例5的区别是，本实施例最终的成品为对照阀一；将实施例5中的横杆段32替换成整根为圆柱状结构的对照杆一，其对应的成品阀为对照阀一。

[0101] 将对照阀一按照实施例7中的《振动力和推动力表征试验》进行试验，输入管11内部的流体为泥浆，该泥浆与实施例8中的泥浆相同。测量时超声波换能器23工作时的频率为
17kHz、18kHz、19kHz、20kHz、21kHz时测得对应5组数据，如表4所示。

[0102] 表4

[0103]

[0104] 实施例12

[0105] 本实施例与实施例5的区别是，本实施例最终的成品为对照阀二；将实施例5中的横杆段32替换成对照杆二，对照杆二的横截面为菱形，其对应的成品阀为对照阀二。

[0106] 将对照阀二按照实施例7中的《振动力和推动力表征试验》进行试验，输入管11内部的流体为泥浆，该泥浆与实施例8中的泥浆相同。测量时超声波换能器23工作时的频率为
17kHz、18kHz、19kHz、20kHz、21kHz时测得对应5组数据，如表5所示。

[0107] 表5

[0108]

[0109] 实施例13

[0110] 本实施例与实施例5的区别是，本实施例最终的成品为对照阀三；将实施例5中的横杆段32替换成锥杆状的对照杆三，其对应的成品阀为对照阀三。对照阀三中的对照杆三
的小端指向对照阀三的阀座。

[0111] 将对照阀三按照实施例7中的《振动力和推动力表征试验》进行试验，输入管11内部的流体为泥浆，该泥浆与实施例8中的泥浆相同。测量时超声波换能器23工作时的频率为
17kHz、18kHz、19kHz、20kHz、21kHz时测得对应5组数据，如表6所示。

[0112] 表6

[0113]

[0114]

[0115] 实施例14

[0116] 本实施例与实施例5的区别是，本实施例最终的成品为对照阀四；将实施例5中的横杆段32替换成对照杆四，对照杆四的横截面为椭圆形，其对应的成品阀为对照阀四。

[0117] 将对照阀四按照实施例7中的《振动力和推动力表征试验》进行试验，输入管11内部的流体为泥浆，该泥浆与实施例8中的泥浆相同。测量时超声波换能器23工作时的频率为
17kHz、18kHz、19kHz、20kHz、21kHz时测得对应5组数据，如表7所示。

[0118] 表7

[0119]

[0120] 在上述实施例中，通过分析表4与表2可知，表4中的X向的最大振幅值明显要小于表2中的X向的最大振幅值，这说明横杆段32如果为圆柱状结构，其在输入管11的内部产生
的推动力有限，对输入管11内部的疏通效果有限。

[0121] 通过分析表5与表2可知，表5中的X向的最大振幅值明显要小于表2中的X向的最大振幅值，这说明横杆段32的横截面如果为菱形，其在输入管11的内部产生的推动力有限，对
输入管11内部的疏通效果有限。

[0122] 对比表4与表5，如果横杆段32存在棱边，其X、Y、Z向的最大振幅有明显的提高，说明振动效果变好。

[0123] 通过分析表6、表2、表4可知，相对于表4来说，表6中的X向的最大振幅值明显提升，接近表2中的X向的最大振幅值；这说明横杆段32如果为锥杆，虽然能够明显提高其在输入
管11的内部产生的推动力。但是，表6中的Y、Z向的最大振幅值明显要低于表2中的Y、Z向的
最大振幅值；与表4中的Y、Z向的最大振幅值相比，表6中的Y、Z向的最大振幅值无明显改善。
振动幅值过小，说明其对输入管11内部的振动效果有限。

[0124] 通过分析表7、表2、表4、表5可知，表7中的X向的最大振幅值接近表5中的X向的最大振幅值；表7中的Y、Z向的最大振幅值波动范围较大，处在表4、表5中Y、Z向的最大振幅值
的范围，无明显改善。

[0125] 通过对比γ1和γ3可知：γ3值非常小，说明实心球传递高频振动的效果更好。也就从侧面佐证，本发明所述介质球25采用空心金属球壳251配合空心金属球壳251，会产生大
量振幅更小的中低频振动，从而能够极大提高泥浆的共振效果。

[0126] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。