Cutter assembly for a tunnel boring machine having a pressure compensation

申请号 JP2013554611 申请日 2012-02-16 公开(公告)号 JP2014505817A 公开(公告)日 2014-03-06
申请人 ザ ロビンス カンパニー; 发明人 アーロン ジェイ. シャナハン,; スティーブン エム. スメイディング,; ティモシー エー. ラング,; ザッカリー ジェイ. ボックス,; ブライアン ビー. カリギ,; ブラッド ディー. グローテン,; カール イー. リナバーグ,; ジェイ エム. マクニーリー,; 眞一 紺田;
摘要 トンネルボーリングマシンのための圧 力 補償カッターアセンブリは、シャフトと、シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、シャフトに回転不可能に取り付けられている第一および第二の端保持部とを含む。 潤滑剤に浸された回転シール群は、回転カッターリングアセンブリと端保持部との間に可動式のシールを提供する。 増加する周囲の圧力が潤滑剤の圧力を増加させ、それによって、シールを横切る圧力差を小さく保つように、可動ピストン部材は、周囲の圧力にさらされ、可動ピストン部材は、潤滑剤に 接触 する。 一実施形態において、このピストンは、浮動保持部部分である。 他の実施形態において、このピストンは、環状ピストンであり、別の実施形態において、このピストンは、第一の保持部に配置されている複数のより小さなピストンである。
权利要求
  • トンネルボーリングマシンのためのカッターアセンブリであって、該カッターアセンブリは、
    シャフトと、
    該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
    該シャフトの一端に取り付けられている第一の端保持部および該シャフトの反対の端に取り付けられている第二の端保持部であって、該第一の端保持部は、外側表面が局所的な静水圧を受ける可動ピストン部分を有する、第一の端保持部および第二の端保持部と、
    該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
    該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と を含み、
    該第一の回転シール群は、潤滑剤に浸され、
    該可動ピストン部分は、周囲の圧力の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させるように構成されている、
    カッターアセンブリ。
  • 前記第一の端保持部は、
    固定保持部であって、該固定保持部は、該固定保持部を通る少なくとも1つの圧力ポートを有し、該圧力ポートは、前記潤滑剤と流体的に連絡している、固定保持部と、
    該第一の端保持部の前記可動ピストン部分と を含み、
    該可動ピストン部分は、浮動保持部を含み、該浮動保持部は、ギャップが該固定保持部と該浮動保持部との間に画定されるように、該固定保持部にスライド可能に係合し、該ギャップは、該少なくとも1つの圧力ポートと流体的に連絡し、該ギャップも、該潤滑剤で満たされている、請求項1に記載のカッターアセンブリ。
  • 前記固定保持部は、環状チャンネルと外周とをさらに含み、さらに、前記浮動保持部は、該環状チャンネルにスライド可能に係合する環状壁と、該固定保持部の該外周にスライド可能に係合する外壁とを含む、請求項2に記載のカッターアセンブリ。
  • 前記浮動保持部は、前記ギャップ内へ潤滑剤を注入することを容易にするためのスルーポートと、該スルーポートをシールするように閉じるプラグとをさらに含む、請求項2に記載のカッターアセンブリ。
  • 前記カッターリングアセンブリは、テーパーローラーベアリングを用いて前記シャフトに回転可能に据え付けられているハブと、該ハブから半径方向外側に延びているカッターリングとを含む、請求項2に記載のカッターアセンブリ。
  • 前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、請求項2に記載のカッターアセンブリ。
  • 前記第一の端保持部は、環状チャンネルを画定している外側表面であって、該環状チャンネルは、少なくとも1つの圧力ポートを有し、該少なくとも1つの圧力ポートは、該環状チャンネルから該第一の端保持部を通って延びることにより前記第一の回転シール群の内側との流体的な連絡を提供する、外側表面と、該環状チャンネルにスライド可能に配置されている環状ピストンとを含み、該環状ピストンは、前記静水圧にさらされ、該環状ピストンと該圧力ポートとの間の該環状チャンネルの容積は、前記潤滑剤で満たされている、請求項1に記載のカッターアセンブリ。
  • 前記少なくとも1つの圧力ポートは、複数の圧力ポートを含む、請求項7に記載のカッターアセンブリ。
  • 前記環状チャンネルに配置されている保持要素をさらに含み、該保持要素は、前記環状ピストンを該環状チャンネルに保持するように動作可能である、請求項7に記載のカッターアセンブリ。
  • 前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、請求項7に記載のカッターアセンブリ。
  • 前記第一の端保持部は、該第一の端保持部の外側表面に画定されている複数の円筒形くぼみと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つから前記第一の回転シール群まで延びている複数の圧力ポートと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つにスライド可能に配置されている複数のピストンとを含み、該複数のピストンは、前記静水圧にさらされている、請求項1に記載のカッターアセンブリ。
  • 複数の拡張可能シールをさらに含み、各拡張可能シールは、前記複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つの外縁の近くに取り付けられている、請求項11に記載のカッターアセンブリ。
  • トンネルボーリングマシンのための圧力補償カッターアセンブリであって、該圧力補償カッターアセンブリは、
    シャフトと、
    該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
    該シャフトの一端に回転不可能に取り付けられている第一の端保持部と、該シャフトの反対の端に回転不可能に取り付けられている第二の端保持部と、
    該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
    該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と、
    を含み、
    該第一および第二の回転シール群は、該シャフト、該カッターリングアセンブリ、および該第一および第二の端保持部によって画定されている閉じた容積内に封入され、さらに、該閉じた容積は、その他は潤滑剤で満たされ、
    該第一の端保持部は可動部分を含み、該可動部分は、周囲の圧力にさらされた外側表面と、該潤滑剤にさらされた内側表面とを有し、該可動部分は、該周囲の圧力の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させる 圧力補償カッターアセンブリ。
  • 前記第一の端保持部は、前記潤滑剤と流体的に連絡している少なくとも1つの圧力ポートを有する固定保持部を含み、前記可動部分は、浮動保持部を含み、該浮動保持部は、ギャップが該固定保持部と該浮動保持部との間に画定されるように、該固定保持部にスライド可能に係合し、該ギャップは、該潤滑剤で満たされている、請求項13に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
  • 前記固定保持部は、環状チャンネルと外周とをさらに含み、さらに、前記浮動保持部は、該環状チャンネルにスライド可能に係合する環状壁と、該固定保持部の該外周にスライド可能に係合する外壁とを含む、請求項14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
  • 前記浮動保持部は、前記ギャップ内へ潤滑剤を注入することを容易にするための少なくとも1つのスルーポートを含む、請求項14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
  • 前記カッターリングアセンブリは、テーパーローラーベアリングを用いて前記シャフトに回転可能に据え付けられているハブと、該ハブから半径方向外側に延びているカッターリングとを含む、請求項14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
  • 前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、請求項14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
  • 前記第一の端保持部は、環状チャンネルを画定している外側表面であって、該環状チャンネルは、少なくとも1つの圧力ポートを有し、該少なくとも1つの圧力ポートは、該環状チャンネルから該第一の端保持部を通って延び、該少なくとも1つの圧力ポートは、前記第一の回転シール群と流体的に連絡している、外側表面と、該環状チャンネルにスライド可能に配置されている環状ピストンとを含み、該環状ピストンは、前記周囲の圧力にさらされている、請求項14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
  • 前記少なくとも1つの圧力ポートは、複数の圧力ポートを含む、請求項19に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
  • 前記少なくとも1つの圧力ポートと前記環状ピストンの内側に配置されている前記環状チャンネルの部分とは、前記潤滑剤で満たされている、請求項19に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
  • 前記環状チャンネルに配置されている保持要素をさらに含み、該保持要素は、前記環状ピストンを該環状チャンネルに保持するように動作可能である、請求項19に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
  • 前記第一の端保持部は、該第一の端保持部の外側表面に画定されている複数の円筒形くぼみと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つから前記第一の回転シール群まで延びている複数の圧力ポートと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つにスライド可能に配置されている複数のピストンとを含み、該複数のピストンは、前記周囲の圧力にさらされている、請求項13に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
  • 複数の拡張可能シールをさらに含み、各拡張可能シールは、前記複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つの外縁の近くに取り付けられている、請求項23に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
  • 圧力補償カッターアセンブリであって、該圧力補償カッターアセンブリは、
    シャフトと、
    該シャフトに回転可能に係合しているカッターリングアセンブリと、
    両方が該シャフトに回転不可能に係合している第一の端保持部および第二の端保持部と、
    該カッターアセンブリの中に封入された容積の中に配置され、該カッターリングアセンブリと該第一の端保持部との間にシールを提供するように構成されている第一のシール群と、
    該カッターアセンブリの中に封入された容積の中に配置され、該カッターリングアセンブリと該第二の端保持部との間にシールを提供するように構成されている第二のシール群と を含み、
    該封入された容積は、潤滑剤で満たされ、該第一および第二の端保持部のうちの少なくとも1つは、ピストン手段を含み、該ピストン手段は、周囲の静水圧の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させるように構成されている、
    圧力補償カッターアセンブリ。
  • 说明书全文

    (関連出願の参照)
    本願は、米国仮特許出願第61/444,081号(2011年2月17日出願)の利益を主張し、これによって、その全体が参照によって援用される。

    (背景)
    トンネルボーリングマシン(「TBM」)は、典型的に土壌および岩の層を貫いてトンネルをボーリングするために使用される掘削装置である。 従来のTBMは、典型的に最小の副次的擾乱を伴い、滑らかな円形のトンネル壁を生成する。 TBMを能率的かつ確実なものにした飛躍的進歩は、James S. Robbinsによって開発された回転可能なカッターアセンブリを有する回転ヘッドの発明であった。 初め、RobbinsのTBMは、回転ヘッドに固定して据え付けられている頑丈なスパイクを使用したが、スパイクは頻繁に壊れた。 彼は、これらのグラインディングスパイクを、より長い耐久のある回転ディスクカッターアセンブリと取り替えることによって、この問題が、有意に低減されることを発見した。

    したがって、現代のTBMは、ヘッドに回転可能に据え付けられているディスクカッターアセンブリを有する回転ヘッドを用いる。 ヘッドは、カッターアセンブリのうちの少なくともいくつかが対象の表面に係合するように、対象の表面に対して有意な力で動かされる。 ヘッドが回転する場合、カッターは、材料を細分し、押しつぶし、かつ/またはばらばらにし、その材料は、TBMによって運び去られる。 ばらばらにされた材料が除去される場合、TBMは、前進することによりトンネルをボーリングする。

    多様な地盤の状況が、いくつかのトンネルの掘削において遭遇される。 砂、マール、石灰岩、粘土、およびチョークは、すべて予期され得る。 時々、いくつかのタイプの地盤が、同時に遭遇され得る。 ディスクカッターアセンブリは、典型的に、極端な状況において動作しなければならず、高い負荷のもと確実に機能しなければならない。 例えば、カッターディスクまたはブレードは、岩の表面に垂直に75,000ポンドよりも大きい力を働かせ得る。

    トンネルボーリング軌道沿いの地下面はまた、かなり変化し得る。 いくつかの用途において、TBMは、非常に飽和した流動可能な材料に遭遇する。 ゆるいかつ/または飽和した土壌の状況に遭遇する場合、カッターアセンブリへの静水圧は、有意であり得る。 泥または他の異物がカッターベアリングアセンブリ内へ入る場合、カッターアセンブリは、動かなくなり、続行する前にカッターアセンブリを修理または取り替えることをユーザーに要求し得る。 カッターアセンブリは、耐久性があり丈夫なシールを提供されることにより、ベアリングアセンブリ内への泥の侵入を避ける。 しかし、シールを横切る静水負荷が有意に大きくなる場合、シールは、破られ得る。

    高い静水圧の状況において動作するトンネルボーリングマシンのカッターアセンブリ内へ泥および他の異物が侵入することを防ぐための改良されたシールメカニズムに対するニーズが残されている。

    (概要)
    本概要は、簡単化された形態における概念のうちの選択されたものを紹介するために提供され、その概念は、詳細な説明において下記にさらに説明される。 本概要は、請求された内容の重要な特徴を識別することは意図されず、本概要は、請求された内容の範囲を決定することを助けるものとして使用されることも意図されない。

    例えば、非常に飽和した土壌および高い周囲の圧力における使用に適したトンネルボーリングマシンのためのカッターアセンブリが、開示される。 カッターアセンブリは、シャフトと、シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、シャフトに回転不可能に取り付けられている第一および第二の対向して配置されている端保持部とを含む。 シール群(例えば、メカニカルフェースシールまたはデュオコーンシール)は、回転構成要素と非回転構成要素との間にシールを提供し、カッターアセンブリにおける利用可能な容積は、潤滑剤(例えば、オイル)で満たされる。 カッターアセンブリが深い場所において動作させられる場合、シール群を横切る圧力の大きさは、端保持部のうちの少なくとも1つに可動ピストン部分を組み込むことによって低減される。 可動ピストン部分は、局所的な周囲の圧力にさらされる外側表面を有し、可動ピストン部分は、周囲の圧力の増加に応答して、潤滑剤の圧力を増加させるように構成される。 カッターリングアセンブリは、一体の構造として形成され得るか、または1つ以上のカッターリングが取り外し可能に取り付けられているハブを用いて形成され得る。

    一実施形態において、端保持部のうちの少なくとも1つは、潤滑剤と流体的に連絡している圧力ポートを有する固定保持部と、固定保持部にスライド可能に係合することにより潤滑剤で満たされるギャップを画定する浮動保持部とを含む。 浮動保持部は、固定保持部を受けるように構成される外壁と、固定保持部における環状チャンネルにスライド可能に係合するように構成される内壁とを含み得る。

    一実施形態において、端保持部のうちの少なくとも1つは、端保持部を通って延びている圧力ポートを有する外側に面している環状チャンネルと、チャンネルにスライド可能に配置されるリング型ピストンとを含む。 潤滑剤は、チャンネルとピストンとの間の容積を満たす。 増加する周囲の圧力が、潤滑剤の圧力を増加させるように、リング型ピストンは、局所的な周囲の圧力にさらされる。 チャンネルは、複数の圧力ポートを含み得る。

    一実施形態において、端保持部のうちの少なくとも1つは、複数の円筒形くぼみと対応するポートとを含み、その対応するポートは、くぼみから端保持部を通って延びる。 ピストンは、各くぼみにスライド可能に配置され、各ピストンとポートとの間の容積は、潤滑剤で満たされる。 一実施形態において、拡張可能シールが、各くぼみの上に提供される。

    一実施形態において、トンネルボーリングマシンのための圧力補償カッターアセンブリは、シャフトと、シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングと、シャフトに回転不可能に取り付けられている第一の端保持部および第二の端保持部と、潤滑剤に浸されかつカッターリングと第一および第二の端保持部との間に配置されているシール群と、外部の周囲の圧力の少なくとも一部を潤滑剤に伝えるように構成されている、端保持部のうちの少なくとも1つに組み込まれたピストン手段とを含む。

    (図面の説明)
    上述の局面および本発明の付随する利点の多くが以下の詳細な説明への参照によってよりよく理解されるように、上述の局面および本発明の付随する利点の多くは、添付の図面と共に考慮される場合、より容易に認識される。

    図1は、先行技術のカッターアセンブリの正面断面図である。

    図2は、本発明に従った圧力補償カッターアセンブリの第一の実施形態の正面断面図である。

    図3は、図2に示されたカッターアセンブリの圧力補償保持アセンブリの側面断面図である。

    図4は、本発明に従った圧力補償カッターアセンブリの第二の実施形態の正面断面図である。

    図5は、図4に示されたカッターアセンブリの側面図である。

    図6は、図4に示されたカッターアセンブリの圧力ポートのクローズアップを示す詳細な断面図である。

    図7は、本発明に従った圧力補償カッターアセンブリの第三の実施形態の透視図である。

    図8は、図7に示されたカッターアセンブリの正面断面図である。

    図9は、図7に示されたカッターセンブリのピストンおよび圧力ポートを示す詳細な断面図である。

    (詳細な説明)
    図1は、トンネルボーリングマシンのための先行技術のカッターアセンブリ80の断面図である。 例示的なトンネルボーリングマシンは、米国特許第7,832,960号に開示され、これによって、その全体が参照によって援用される。

    カッターアセンブリ80は、TBM回転ヘッドに固定して取り付けられるように構成されているシャフト81を含む。 環状のカッターリング82は、保持リング84を用いてハブ83に取り付けられることにより、リングアセンブリ85を形成する。 リングアセンブリ85は、一対のベアリングアセンブリを用いてシャフト81に回転可能に据え付けられ、その一対のベアリングアセンブリは、内側ベアリングレース87と、外側ベアリングレース88と、複数のテーパーローラーベアリング89とを含む。 一対の端保持部90、91は、ハブ83の両側に配置される。 動作中、リングアセンブリ85は、シャフト81まわりに回転可能であり、端保持部90、91は、シャフト81に固定される。

    回転シール群92は、端保持部90、91の各々とリングアセンブリ85との間のインターフェースに提供される。 カッターアセンブリのための回転シール群は、典型的に、デュオコーンシールとも呼ばれるメカニカルフェースシールである。 特定のデュオコーンシールアセンブリは、米国特許第3,985,366号に開示され、これによって、その全体が参照によって援用される。 メカニカルフェースシールは、最も不利な状況において作動する機器を保護するために開発され、メカニカルフェースシールは、一対の環状の金属シールリング93と、一対の弾性のある円環状部材94(例えば、Oリング)とを含む。 外側金属シールリング93は、関連した端保持部90または91に円環状部材94を通して係合して固定され、関連した内側金属シールリング93は、リングアセンブリ85に円環状部材94を通して係合する。 2つの関連した金属シールリング93は、接触することにより、可動式のシールインターフェースを形成する。 典型的に、端保持部90、91間の利用可能な内部容積は、潤滑剤(例えば、オイルまたはグリース)で満たされる。

    回転シール群92は、シールを提供することにより、ベアリングアセンブリを損傷または破壊し得る泥の侵入を防ぐ。 メカニカルフェースシールは、非常に厳しい環境において確実なシール保護を提供するように特別に設計された。 しかし、カッターアセンブリ80が、高い静水圧負荷を有する環境(例えば、飽和した媒質における有意な深さ)において使用される場合、外圧は、回転シール群92に打ち勝ち、それは、カッターアセンブリの破損をもたらし得る。

    図2は、本発明に従った圧力補償カッターアセンブリ100の断面図である。 圧力補償カッターアセンブリ100は、上記に論じられた先行技術のカッターアセンブリ80と多くの局面において類似している。 ハブ103に据え付けられて保持リング104を用いて固定された環状のカッターリング102を含むリングアセンブリ105が、示される。 リングアセンブリの他の構成が、想定される。 例えば、代替実施形態において、カッターリングおよびハブは、現在好ましいアセンブリのようにではなく、1つの一体の構成要素として形成され得る。 リングアセンブリ105は、左および右ベアリングアセンブリを用いてシャフト101に回転可能に据え付けられ、各ベアリングアセンブリは、内側レース107と、外側レース108と、ベアリングケージ106に捕捉された複数のテーパーローラーベアリング109とを含む。 メカニカルフェースシールを含む一対の回転シール群112は、ベアリングアセンブリに保護を提供する。

    従来の端保持部110が、片側(図2における左側)においてシャフト101に取り付けられ、圧力補償保持アセンブリ115が、反対側(図2における右)においてシャフト101に取り付けられる。 本実施形態において、圧力補償端保持部115は、固定保持部116と、浮動保持部117とを含み、その浮動保持部117は、下記で論じられるように、カッターアセンブリ100における潤滑剤の圧力を増加させるためのピストンとして機能する。

    固定保持部116は、シャフト101に固定され、浮動保持部117は、固定保持部116にスライド可能に係合する。 本実施形態において、固定保持部116は、ねじを切られた中心開口部118を有し、そのねじを切られた中心開口部118は、シャフト101上の対応するねじ山に係合する。

    次に、圧力補償保持アセンブリ115の断面図を分離して示す図3も参照されたい。 固定保持部116は、回転シール群112の非回転部分に係合するように構成されている周縁内側くぼみ部分119を有する。 1つ以上の開口部120は、くぼみ部分119を通して提供される。 例えば、本実施形態において、4つの均等に間隔をあけられた開口部120が、提供される(図3において、2つが見える)。 外部環状スロット121はまた、くぼみ部分119と中心開口部118との間の半径方向の位置に提供される。

    浮動保持部117は、一般に、固定保持部116の外周にスライド可能に係合するようにサイズを合わせられかつ配置されている外壁122と、環状スロット121にスライド可能に係合するようにサイズを合わせられかつ配置されている内壁123とを有するU字断面を有する環状リングである。 第一のOリング124は、浮動保持部117の外壁122と固定保持部116との間にシールを提供する。 一対のOリング125、126は、内壁123と固定保持部116の環状スロット121との間にシールを提供する。 浮動保持部117を通る1つ以上のねじを切られた開口部127は、固定保持部116と浮動保持部117との間のギャップ129内へ潤滑剤を注入する手段を提供する。 ねじを切られた開口部127は、対応するねじプラグ128を用いて閉じられる。

    次に、カッターアセンブリ100における利用可能な容積がさらに、潤滑剤で満たされることを思い出すと、圧力補償カッターアセンブリ100の動作は、認識され得る。 カッターアセンブリ100における静水圧が増加する場合(例えば、ボーリング動作が、有意な深さにおいて非常に飽和した地盤に遭遇する場合)、高い静水圧は、浮動保持部117を固定保持部116の方へ内側に動かし、ギャップ129におけるオイル(または、他の潤滑剤)を加圧し、それによって、シール群112後方の容積を加圧する。 したがって、シール群112を横切る圧力差は、浮動保持部117のはたらきによって自動的に小さいままであり、ベアリングアセンブリ内への異物侵入のリスクは、大いに減らされる。

    本発明に従った圧力補償カッターアセンブリ200の別の実施形態が、図4〜6に示される。 図4は、カッターアセンブリ200の断面図であり、図5は、カッターアセンブリ200の側面図であり、図6は、圧力ポートのクローズアップを示す詳細な断面図である。

    本例示的実施形態は、ハブ203に据え付けられ、保持リング204を用いて固定された2つのカッターリング202および歯状突起のあるスペーサー211を有するダブルディスクカッターアセンブリ200を図示する。 上記に論じられたベアリングアセンブリと同様に、ベアリングアセンブリ207は、リングアセンブリ205を中心シャフト201に回転可能に連結する。 対向して配置されている圧力補償端保持部215は、シャフト201に固定され、例えば、端保持部215は、ボルト206を用いてシャフト201に取り付き得る。 上記に開示されたものと同様に、一対の回転シール群212は、回転構成要素と固定構成要素との間にシールを提供する。

    本実施形態において、端保持部215は、各々、外向きに開いた環状チャンネル230を画定する。 複数のポート216は、環状チャンネル230からカッターアセンブリ200の内部まで端保持部215を通って延びる。 環状ピストン231は、チャンネル230にスライド可能に配置され、環状ピストン231は、Oリング224を用いて環状チャンネル230の壁にシールするように係合する。 環状ピストン231は、Cクリップ232または同様のものを用いてチャンネル230に保持され得る。

    上記に論じられたように、カッターアセンブリ200の内部は、潤滑剤(例えば、オイル)で満たされる。 本実施形態において、ポート216および環状チャンネル230の内側部分も、オイルで満たされる。

    次に、カッターアセンブリが高い静水圧に遭遇する場合、外圧Pは、環状ピストン231を内側に押し、オイルを加圧して、ポート216を通じて押し、それによって、シール群212を横切る圧力がほぼ均一にされるように、回転シール群212の後方の領域を加圧する傾向があることが認識される。 したがって、シール群212を横切る圧力差は、環状ピストン231のはたらきによって小さいままであり、ベアリングアセンブリ内への異物侵入のリスクは、大いに減らされる。

    本発明に従った圧力補償カッターアセンブリ300の別の実施形態が、図7〜9に示される。 図7は、カッターアセンブリ300の透視図であり、図8は、カッターアセンブリ300の断面図であり、図9は、圧力ポートのクローズアップを示す詳細な断面図である。

    カッターアセンブリ300はまた、上記に説明されたカッターアセンブリ200と同様に、保持リング304を用いてハブ303に据え付けられている2つのカッターリング302および歯状突起のあるスペーサー311を有するダブルディスクカッターである。 一対のテーパーローラーベアリングアセンブリ307は、リングアセンブリ305を中心シャフト301に回転可能に連結する。 対向して配置されている圧力補償端保持部315はまた、シャフト301に取り付けられる。 一対のメカニカルフェースシールの回転シール群312は、回転リングアセンブリ305と固定構成要素との間にシールを提供する。

    本実施形態において、端保持部315は、各保持部315の外側表面上の複数の円筒形くぼみ330を含み、その複数の円筒形のくぼみ330は、関連したポート316を通ってカッターアセンブリ300の内部に接続する。 浮動ディスク型ピストン331は、各くぼみ330に配置され、浮動ディスク型ピストン331は、Oリング324によって円筒形くぼみ330にシールするように係合する。 円形にひだをつけられたまたはその他拡張可能なシール333は、泥および他の異物から円筒形くぼみ330を保護する。 シール333は、Cクリップ332または同様のものを用いてくぼみ330に保持され得る。

    上記の実施形態の場合と同様に、カッターアセンブリ300は、潤滑剤で満たされ、円筒形くぼみ330は、少なくとも関連したピストン331から内側に配置されている部分について、同様に潤滑剤で満たされる。 図9に表示されているように、カッターアセンブリ300が、外部静水圧Pを受ける場合、ピストン331は、内側に動かされ、関連したくぼみ330における潤滑剤を加圧し、それによって、カッターアセンブリ300の内部を加圧する。 したがって、カッターアセンブリ300の内部における圧力は、外部静水圧Pにほぼ釣り合う。

    本実施形態において、3つの円筒形くぼみ330を有する端保持部315が示されているが、より多いまたはより少ない圧力補償メカニズムが利用され得ることが、容易に認識される。

    同様に、拡張可能シール333に対応する外部伸張可能シールが、当業者にとって明白であるわかりやすい変化を用いて、上記の第二の開示された実施形態200に組み込まれ得ることが認識される。

    本発明の好ましい実施形態が、図示されかつ説明されてきたが、種々の変化が、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、本発明の好ましい実施形態に対してなされ得ることが、認識される。

    排他的な所有権または特許権が請求される本発明の実施形態は、特許請求の範囲に定義される。

    一実施形態において、トンネルボーリングマシンのための圧力補償カッターアセンブリは、シャフトと、シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングと、シャフトに回転不可能に取り付けられている第一の端保持部および第二の端保持部と、潤滑剤に浸されかつカッターリングと第一および第二の端保持部との間に配置されているシール群と、外部の周囲の圧力の少なくとも一部を潤滑剤に伝えるように構成された、端保持部のうちの少なくとも1つに組み込まれたピストン手段とを含む。
    本発明はさらに、例えば、以下を提供する。
    (項目1)
    トンネルボーリングマシンのためのカッターアセンブリであって、該カッターアセンブリは、
    シャフトと、
    該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
    該シャフトの一端に取り付けられている第一の端保持部および該シャフトの反対の端に取り付けられている第二の端保持部であって、該第一の端保持部は、外側表面が局所的な静水圧を受ける可動ピストン部分を有する、第一の端保持部および第二の端保持部と、
    該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
    該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と
    を含み、
    該第一の回転シール群は、潤滑剤に浸され、
    該可動ピストン部分は、周囲の圧力の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させるように構成されている、
    カッターアセンブリ。
    (項目2)
    前記第一の端保持部は、
    固定保持部であって、該固定保持部は、該固定保持部を通る少なくとも1つの圧力ポートを有し、該圧力ポートは、前記潤滑剤と流体的に連絡している、固定保持部と、
    該第一の端保持部の前記可動ピストン部分と
    を含み、
    該可動ピストン部分は、浮動保持部を含み、該浮動保持部は、ギャップが該固定保持部と該浮動保持部との間に画定されるように、該固定保持部にスライド可能に係合し、該ギャップは、該少なくとも1つの圧力ポートと流体的に連絡し、該ギャップも、該潤滑剤で満たされている、項目1に記載のカッターアセンブリ。
    (項目3)
    前記固定保持部は、環状チャンネルと外周とをさらに含み、さらに、前記浮動保持部は、該環状チャンネルにスライド可能に係合する環状壁と、該固定保持部の該外周にスライド可能に係合する外壁とを含む、項目2に記載のカッターアセンブリ。
    (項目4)
    前記浮動保持部は、前記ギャップ内へ潤滑剤を注入することを容易にするためのスルーポートと、該スルーポートをシールするように閉じるプラグとをさらに含む、項目2に記載のカッターアセンブリ。
    (項目5)
    前記カッターリングアセンブリは、テーパーローラーベアリングを用いて前記シャフトに回転可能に据え付けられているハブと、該ハブから半径方向外側に延びているカッターリングとを含む、項目2に記載のカッターアセンブリ。
    (項目6)
    前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、項目2に記載のカッターアセンブリ。
    (項目7)
    前記第一の端保持部は、環状チャンネルを画定している外側表面であって、該環状チャンネルは、少なくとも1つの圧力ポートを有し、該少なくとも1つの圧力ポートは、該環状チャンネルから該第一の端保持部を通って延びることにより前記第一の回転シール群の内側との流体的な連絡を提供する、外側表面と、該環状チャンネルにスライド可能に配置されている環状ピストンとを含み、該環状ピストンは、前記静水圧にさらされ、該環状ピストンと該圧力ポートとの間の該環状チャンネルの容積は、前記潤滑剤で満たされている、項目1に記載のカッターアセンブリ。
    (項目8)
    前記少なくとも1つの圧力ポートは、複数の圧力ポートを含む、項目7に記載のカッターアセンブリ。
    (項目9)
    前記環状チャンネルに配置されている保持要素をさらに含み、該保持要素は、前記環状ピストンを該環状チャンネルに保持するように動作可能である、項目7に記載のカッターアセンブリ。
    (項目10)
    前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、項目7に記載のカッターアセンブリ。
    (項目11)
    前記第一の端保持部は、該第一の端保持部の外側表面に画定されている複数の円筒形くぼみと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つから前記第一の回転シール群まで延びている複数の圧力ポートと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つにスライド可能に配置されている複数のピストンとを含み、該複数のピストンは、前記静水圧にさらされている、項目1に記載のカッターアセンブリ。
    (項目12)
    複数の拡張可能シールをさらに含み、各拡張可能シールは、前記複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つの外縁の近くに取り付けられている、項目11に記載のカッターアセンブリ。
    (項目13)
    トンネルボーリングマシンのための圧力補償カッターアセンブリであって、該圧力補償カッターアセンブリは、
    シャフトと、
    該シャフトに回転可能に据え付けられているカッターリングアセンブリと、
    該シャフトの一端に回転不可能に取り付けられている第一の端保持部と、該シャフトの反対の端に回転不可能に取り付けられている第二の端保持部と、
    該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第一の端保持部に係合している第二の部分とを有する第一の回転シール群と、
    該カッターリングアセンブリに係合している第一の部分と該第二の端保持部に係合している第二の部分とを有する第二の回転シール群と、
    を含み、
    該第一および第二の回転シール群は、該シャフト、該カッターリングアセンブリ、および該第一および第二の端保持部によって画定されている閉じた容積内に封入され、さらに、該閉じた容積は、その他は潤滑剤で満たされ、
    該第一の端保持部は可動部分を含み、該可動部分は、周囲の圧力にさらされた外側表面と、該潤滑剤にさらされた内側表面とを有し、該可動部分は、該周囲の圧力の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させる
    圧力補償カッターアセンブリ。
    (項目14)
    前記第一の端保持部は、前記潤滑剤と流体的に連絡している少なくとも1つの圧力ポートを有する固定保持部を含み、前記可動部分は、浮動保持部を含み、該浮動保持部は、ギャップが該固定保持部と該浮動保持部との間に画定されるように、該固定保持部にスライド可能に係合し、該ギャップは、該潤滑剤で満たされている、項目13に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
    (項目15)
    前記固定保持部は、環状チャンネルと外周とをさらに含み、さらに、前記浮動保持部は、該環状チャンネルにスライド可能に係合する環状壁と、該固定保持部の該外周にスライド可能に係合する外壁とを含む、項目14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
    (項目16)
    前記浮動保持部は、前記ギャップ内へ潤滑剤を注入することを容易にするための少なくとも1つのスルーポートを含む、項目14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
    (項目17)
    前記カッターリングアセンブリは、テーパーローラーベアリングを用いて前記シャフトに回転可能に据え付けられているハブと、該ハブから半径方向外側に延びているカッターリングとを含む、項目14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
    (項目18)
    前記第一の回転シール群は、デュオコーンシールを含む、項目14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
    (項目19)
    前記第一の端保持部は、環状チャンネルを画定している外側表面であって、該環状チャンネルは、少なくとも1つの圧力ポートを有し、該少なくとも1つの圧力ポートは、該環状チャンネルから該第一の端保持部を通って延び、該少なくとも1つの圧力ポートは、前記第一の回転シール群と流体的に連絡している、外側表面と、該環状チャンネルにスライド可能に配置されている環状ピストンとを含み、該環状ピストンは、前記周囲の圧力にさらされている、項目14に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
    (項目20)
    前記少なくとも1つの圧力ポートは、複数の圧力ポートを含む、項目19に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
    (項目21)
    前記少なくとも1つの圧力ポートと前記環状ピストンの内側に配置されている前記環状チャンネルの部分とは、前記潤滑剤で満たされている、項目19に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
    (項目22)
    前記環状チャンネルに配置されている保持要素をさらに含み、該保持要素は、前記環状ピストンを該環状チャンネルに保持するように動作可能である、項目19に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
    (項目23)
    前記第一の端保持部は、該第一の端保持部の外側表面に画定されている複数の円筒形くぼみと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つから前記第一の回転シール群まで延びている複数の圧力ポートと、該複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つにスライド可能に配置されている複数のピストンとを含み、該複数のピストンは、前記周囲の圧力にさらされている、項目13に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
    (項目24)
    複数の拡張可能シールをさらに含み、各拡張可能シールは、前記複数の円筒形くぼみのうちの対応する1つの外縁の近くに取り付けられている、項目23に記載の圧力補償カッターアセンブリ。
    (項目25)
    圧力補償カッターアセンブリであって、該圧力補償カッターアセンブリは、
    シャフトと、
    該シャフトに回転可能に係合しているカッターリングアセンブリと、
    両方が該シャフトに回転不可能に係合している第一の端保持部および第二の端保持部と、
    該カッターアセンブリの中に封入された容積の中に配置され、該カッターリングアセンブリと該第一の端保持部との間にシールを提供するように構成されている第一のシール群と、
    該カッターアセンブリの中に封入された容積の中に配置され、該カッターリングアセンブリと該第二の端保持部との間にシールを提供するように構成されている第二のシール群と
    を含み、
    該封入された容積は、潤滑剤で満たされ、該第一および第二の端保持部のうちの少なくとも1つは、ピストン手段を含み、該ピストン手段は、周囲の静水圧の増加に応答して、該潤滑剤の圧力を増加させるように構成されている、
    圧力補償カッターアセンブリ。

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