超前加固封浆装置溢流器及超前加固封浆装置

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容进行详细描述，本部分中，在对超前加固封浆装置进行整体描述的同时，描述了溢流器的结构和工作原理，因此对溢流器结构的不再另行单独描述。本部分的描述仅是解释性的示范性的，除非有特别说明，具体的描述顺序和语言不应对本发明的保护范围有任何限制作用。

如图2所示，超前加固封浆装置包括三部分：掌子面管1、溢流器2和封浆器3，掌子面管1与溢流器2之间，和溢流器2与封浆器3之间都通过相配合的法兰盘联结，相应的法兰盘通过紧固装置4固定在一起。下面对各部分进行分别说明。

所述封浆器3位于溢流器2后端，并与溢流器2相联接。所述封浆器3包括封浆筒30。所述封浆筒30能够容纳钻杆，所述钻杆穿过封浆筒30后，进入溢流器2内筒内；所述的封浆器3能够将钻杆100与封浆筒20之间的空间进行密封，阻止浆液从钻杆100与封浆筒30之间回流。鉴于封浆器的结构和工作原理已在现有技术中描述，在此不再赘述。

所述掌子面管1位于溢流器2的前端，其具体结构可以结合实际工况进行确定，只要其后端能够与溢流器2前端相联接，就能够实现超前加固的目的，其结构与现有技术相同，此处也不再赘述。

溢流器2位于所述掌子面管1与封浆器3之间，如图3所示，溢流器2包括外筒20、内筒23和止浆机构24。所述外筒20上设有溢流管22，溢流管22与外筒20内腔相通；所述内筒23位于外筒20内，优选的技术方案是内筒23与外筒20为同中心线的圆形筒；内筒23内能够容纳钻杆100，以使钻杆100能够穿过。

结合图3和图4，所述止浆机构24包括止浆板24-1、臂板24-2、止浆轴24-3和回转机构24-4。所述止浆轴24-3位于内筒23壁外，与外筒20相对固定，也可以与内筒23固定，且能够相对外筒20进行旋转运动。为了便于翻转止浆板24-1，优选的技术方案是止浆轴24-3可旋转地固定外筒20上，并使其至少一端伸出外筒20外，并使其轴线与所述内筒23中线相垂直。结合图5和图6，臂板24-2一端固定在止浆轴24-3上，另一端与止浆板24-1的外边缘固定；优选的技术方案是用两个对称的臂板24-2与止浆板24-1固定，并使两个臂板24-2位于内筒23与外筒20之间，内筒23与外筒20之间有相应的空间，使臂板24-2随止浆轴24-3旋转打开或关闭止浆口时，不会受到内筒23或外筒20干涉。所述的内筒23止浆口与止浆板24-1相互配合，且其配合面为旋转曲面，在配合时止浆口封闭；所述旋转曲面为一条线绕止浆轴24-3轴线旋转α形成。所述止浆轴24-3的能够旋转角度不小于α，在需要打开止浆口时，止浆轴24-3旋转的角度不小于α时，才能将止浆口完全打开，保证钻杆100穿过内筒23时不会与止浆板24-1相碰撞；如果止浆轴24-3的旋转角度小于α，在旋转α后，止浆板24-1还可能会遮掩一部分止浆口，钻杆100穿过内筒23时会与止浆板24-1相碰撞。

请参看图4，回转机构24-4为手柄，手柄一端与止浆轴24-3伸出外筒20的端部相配合，能够使止浆轴24-3旋转，止浆轴24-3的旋转带动止浆板24-1的旋转，止浆板24-1的旋转能够将止浆口的打开或关闭。

本例中，如图7所示，外筒20为圆筒，溢流管22为圆管，为了增加溢流管22的流浆量，使溢流管22与外筒20的交截面更大，溢流管22的中心线与外筒20中以线不相交，并使溢流管22外表面上有一条与外筒20相切的直线。在进行旋喷作业时，可以使溢流管22水平放置，在溢流管22径向尺寸相同的情况下，溢流管22与外筒20的交截面最大，也使其溢流口面积最大，能够加大溢流量，防止溢流口阻塞。在进行旋喷作业时，可以使溢流管22水平放置，以使溢流器2外筒20下侧的浆液也能够顺利流出。

本例中提供的溢流器2的工作过程是：在需要钻杆100前移进行工作时，旋转止浆轴24-3。将内筒23的止浆口打开，止浆板24-1位于内筒23与外筒20之间的空隙内，如图3中虚线位置；钻杆100能够穿过内筒23前移到预定的土层面，进行旋喷作业；在进行旋喷作业时，一部分浆液会携带小颗粒土块从溢流管22流出。当旋喷作业结束后，将溢流管22封闭，钻杆100后退到内筒23内时，用回转机构24-4驱动止浆轴24-3旋转，带动止浆板24-1回转，并与内筒23前端边缘配合，将内筒23的止浆口关闭，阻止止浆板24-1前端的浆液流出。

本例中，止浆板24-1与内筒23前端边缘的配合面为旋转曲面，在将止浆口打开或关闭时，止浆轴24-3旋转角度比较小。现有技术中，止浆板旋转的角度至少90度，在本发明中，止浆板旋转的角度大至40度到65度之间，减小了止浆轴旋转的角度，减少操作溢流器2时占用的空间。由于止浆板24-1与止浆口的配合面为旋转曲面，减少浆液滞留，可以降低止浆口阻塞的几率。另外，在拆卸后，曲面形状的配合面也为溢流器2的清洗提供便利。

为了使止浆板24-1制作更方便，本例中，止浆板24-1可以为柱形旋转曲面，与止浆板24-1相适应，内筒23止浆口边缘也在一个柱形旋转曲面上，以使二者相互配合，阻止浆液流出。本领域技术人员可以理解，只要止浆板24-1与止浆口的配合面为旋转曲面，且旋转曲面的轴线与止浆轴24-3重合，就可以通过旋转止浆板24-1实现对止浆口的密封。

上述中提供了溢流器2止浆板24-1关闭或打开止浆口时，为了保证止浆板24-1与止浆口配合面的密封性能，一般使止浆板24-1与止浆口配合间隙比较小。在实际使用时，由于滞留在配合面上浆液的磨擦作用，在旋转止浆板24-1需要较大的作用力，使止浆板24-1旋转困难。为使止板板24-1旋转更顺畅，实施例二提供了另一种结构的止浆机构，使止浆机构24旋转曲面的轴线与内筒23中线之间的距离大于止浆轴24-3轴线与内筒中线之间的距离，且两轴线相互平行。

实施例二提供的止浆机构24一方面能够方便止浆口的打开与关闭；在打开止浆口时，止浆板24-1与止浆口边缘的间隙越来越大，止浆板24-1受到的摩擦力越来越小，旋转止浆轴24-3越来越省力；关闭止浆口后，止浆板24-1遮住止浆口后，止浆口能够干涉止浆板24-1的运动，从而能够阻止止浆板24-1继续旋转，使操作人员可以产生相应的手感，从而可以通过旋转力的大小判断止浆口是否已经关闭，增强溢流器2的操作舒适性。另一方面，能够保证止浆板24-1与止浆口较小的配合间隙，保证配合面的密封性能。具体的原理如下：

在图8a、8b、8c、8d、8e中，设一正交平面，该正交平面与旋转曲面轴线相垂直，且通过内筒23的中线；在正交平面上，旋转曲面与正交平面的交线为P，旋转曲面的轴线在正交平面上的投影为原点O，止浆板24-1上的配合面与正交平面的交线为P1，止浆轴24-3轴线在正交平面上的投影为O1，正交平面的X轴与内筒23中线平行，正半轴指向内筒23后端，Y轴正半轴指向内筒23中线。

如图8a，当O1在Y轴正半轴时，止浆板24-1顺时针旋转，P1位置改变，止浆口保持不动，P保持不动，当旋转一定角度时，P1向外运动，且与P之间产生相应的距离；当止浆板24-1逆时针旋转时，如图8b，P1向内运动，且会进入P的内部。也就是说，当止浆机构24旋转曲面轴线与内筒23中线之间的距离大于止浆轴24-3轴线与内筒23中线之间的距离，止浆板24-1顺时针旋转运动时，止浆板24-1与止越口的间隙会越来越大；打开止浆口时，旋转止浆轴24-3会越来越省力。止浆板24-1逆时针旋转运动时，止浆板24-1与止越口的间隙会越来越小；关闭止浆口后，止浆口能够干涉止浆板24-1的运动，从而能够阻止止浆板24-1继续旋转。

在另一种实施例中，还提供了一种旋转曲面轴线与内筒23后端面之间的距离大于止浆轴24-3轴线与内筒23后端面之间的距离的止浆机构24，同时保持旋转曲面轴线与止浆轴24-3轴线相互平行。如图8c所示，当O1在X轴正半轴时，止浆板24-1顺时针旋转时，P1与P之间也会产生相应的距离；当止浆板24-1逆时针旋转时，P1也会进入P的内部。也就是说，当止浆机构24旋转曲面轴线与内筒23后端面之间的距离大于止浆轴24-3轴线与内筒23后端面之间的距离时，打开止浆口时，旋转止浆轴24-3也会越来越省力；关闭止浆口后，止浆口能够干涉止浆板24-1的运动，也能够阻止止浆板24-1继续旋转，能够达到相同的技术效果。

本领域技术人员可以理解，达到上述技术效果不限于上述两个位置，通过对其原理的分析可以进一步进行确定旋转曲面轴线与止浆轴24-3轴线的相对位置关系。下面对于达到上述技术效果的原理进行说明，如图8e所示的运动原理图，P两端点为z1和z2，在z1z2上任取一点A；在P以中心点O1进行顺时针方向旋转运动时，A的运动方向为V1，V1有方向与O1A垂直；设通过A与旋转曲面相切的切线为AB。如图所示，当O1在z1O右上侧时，V1的方向与AB之间有一夹角，在P以O1为中心顺时针旋转时，V1偏向P外侧，从而在打开止浆口时，旋转止浆轴24-3越来越省力；在P以O1为中心进行逆时针旋转时，V1的反向延长线与P相割，V1偏向P内侧，从而在关闭止浆口后，止浆口能够干涉止浆板24-1的运动，从而能够阻止止浆板24-1继续旋转。在实施例中，O1与O距离应当适当，以保证止浆板24-1与止浆口的配合。因此，可以归纳出达到上述技术效果需要同时满足的条件是：

1，止浆轴24-3轴线与旋转曲面轴线平行，即在上述的正交平面上，止浆轴24-3轴线与旋转曲面轴线的投影分别为O1和O，正交平面与旋转曲面的交线为一弧线z1z2；

2，所述O1在z1O右上侧，z1为与X轴较远的一个端点。

具体到本发明止浆机构24中，本领域技术人员可以理解，当止浆轴24-3轴线满足上述条件时，顺时针旋转止浆板24-1，打开止浆口时，止浆板24-1与止越口的间隙越来越大，旋转止浆轴24-3越来越省力。当止浆口关闭后，逆时针旋转止浆板24-1时，止浆口会干涉止浆板24-1的运动，阻止止浆板24-1继续旋转，使操作人员产生相应的手感，从而能够判断止浆口已关闭，产生上述的技术效果。因此，实现打开省力，关闭时产生相应手感，并保证密封性能的技术效果的目的，本领域技术人员还可以有多种选择，可以使旋转曲面轴线与止浆轴24-3轴线有多种不同的偏离方案，本领域技术人员可以理解，两轴线偏离的距离不宜过大，优先的技术方案是：使旋转曲面轴线与内筒23后端面之间的距离大于止浆轴24-3轴线与内筒23后端面之间的距离；并使旋转曲面轴线与内筒23中线之间的距离大于止浆轴24-3轴线与内筒23中线之间的距离，并使旋转曲面轴线与止浆轴24-3轴线平行。

紧固装置4是连接封浆器3和溢流器2，和溢流器2与掌子面管1的连接件，如图9所示，本例提供的紧固装置包括扣环41、紧固螺钉42和锁扣座43；所述的扣环41为槽状，包括两个槽壁部41-1、41-2和一个槽底部41-3，所述两个槽壁部41-1、41-2之间能够容纳法兰盘4-01和法兰盘4-02的边缘部分，法兰盘4-01和和法兰盘4-02相配合。槽壁部41-1与锁扣座43通过铰接轴铰接，锁扣座43与法兰盘4-01固定，本例中是将锁扣座43焊接在法兰盘4-01上；槽壁部41-2装有紧固螺钉42，紧固螺钉42端部与法兰盘4-02面相接触。

在需要将法兰盘4-01和和法兰盘4-02固定时，可以移动法兰盘4-01或法兰盘4-02所在的部件，使法兰盘4-01或法兰盘4-02基本对正；然后，旋转固定在法兰盘4-01的扣环41使法兰盘4-01和法兰盘4-02的边缘在两个槽壁部41-1、41-2之间，旋转紧固螺钉42，就可以将法兰盘41-01、41-02固定，从而将法兰盘41-01、41-02所在的部件连接。由于不存在螺栓固定时相对的孔，对正法兰盘时，法兰盘41-01、41-02之间允许的偏差可以更大一些。本领域技术人员可以理解，使用现有紧固件进行紧固，允许的偏差最多也就是2～3mm，本例中，可以允许的偏差为10～15mm，由于允许的偏差比较大，可以减少法兰盘的对正时间，加快安装的速度；在拆卸时，仅通过松动紧固螺钉42，再将扣环41旋转，就可以实现法兰盘的拆卸时，不必将整个螺栓拧下，缩短拆卸时间。由于封浆器3与溢流器2，溢流器2与掌子面管1之间需要经常安装与拆卸，采用上述的结构可以大大提高旋喷钻机的作业效率。本领域技术人员可以理解，也可以将槽壁部41-1直接与法兰盘4-01铰接，同样可以实现本发明的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。