CN108316863B - 冰下湖取样钻进用热熔钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冰下湖取样钻进用热熔钻头，包括基体、密封压力舱和灰尘收集器，其中密封压力舱装配在基体的上端，密封压力舱与基体之间通过芯杆连接，芯杆插设在密封压力舱和基体的中间部位，灰尘收集器设在密封压力舱的上部，灰尘收集器的上端连接有钻具外管。有益效果：将温度传感器和加热棒置于一个密闭的安全空间内，避免了融水对温度传感器和加热棒电路系统造成的损害。其结构简单，工作可靠，大大提高了热熔钻头的工作寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种热熔钻头，特别涉及一种冰下湖取样钻进用热熔钻头。
背景技术
目前，科学家已经在南极大陆底部发现了超过400个冰下湖泊，这些冰下湖泊和与之相连的冰下溪流等组成了一个巨大的冰下水系统。这个独特的水系统已经被南极厚厚的冰盖封存了数百万年。通过钻探的技术手段进入冰下湖中并取得湖水样品对研究古气候和寻找其中蕴藏的独特生命形式具有重要的意义。钻穿南极冰盖进入冰下湖的技术方法有电动机械钻进、热水钻进和热熔钻进。截至目前，科学家已经在南极进行了利用电动机械钻具和热水钻机钻入冰下湖泊的尝试。但通过热熔钻进方法来完成冰下湖钻探取样的例子尚属空白。南极冰盖中包含火山灰等固体颗粒，在热熔钻进过程中，这些颗粒会随着钻进深度的增加慢慢积累在热熔钻头底部，导致热熔钻头与冰层传热效果变差，进而使钻进速度变慢且使其自身过热。而且冰下湖泊上覆巨厚冰层导致其极有可能承受巨大的静压力。这对热熔钻头的设计也提出了巨大的挑战。目前，国外的热熔钻头均没有针对含灰尘冰层钻进难题进行有效的设计。国内外也未见有相关文献资料介绍专门针对冰下湖取样用的热熔钻头。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前热熔钻头在钻探过程中存在的诸多问题而提供的一种冰下湖取样钻进用热熔钻头。
本发明提供的冰下湖取样钻进用热熔钻头包括基体、密封压力舱和灰尘收集器，其中密封压力舱装配在基体的上端，密封压力舱与基体之间通过芯杆连接，芯杆插设在密封压力舱和基体的中间部位，灰尘收集器设在密封压力舱的上部，灰尘收集器的上端连接有钻具外管。
基体的材质为铜质，基体内交错插设有第一加热棒和第二加热棒，第一加热棒的长度大于第二加热棒的长度，第一加热棒插设到基体的底部位置处，第二加热棒插设到基体的中间部位，第一加热棒和第二加热棒与基体中心之间的基体上开设有环形的隔热槽。
密封压力舱由不锈钢加工而成，密封压力舱为门型结构，密封压力舱的底部与基体接触的部位分别设有第一密封圈和第二密封圈进行密封，密封压力舱上部与芯杆的接触部位设有第三密封圈和第四密封圈进行密封，密封压力舱的顶端通过锁紧螺母与芯杆紧密贴合，密封压力舱内设置有温度传感器，密封压力舱上部钻有两个螺纹孔供加热棒供电水密插件和温度传感器水密插件安装，加热棒供电水密插件和温度传感器水密插件与密封压力舱之间通过其自带的O型圈密封。
芯杆与基体之间相螺接。
灰尘收集器为圆柱形结构，灰尘收集器的下部通过四个螺钉与密封压力舱的上端相连接，灰尘收集器的上部通过四个螺钉与钻具外管的下端相连接，灰尘收集器的外壁上部开设有两圈通孔，其中下部的通孔为进水孔，上部的通孔为出水孔，灰尘收集器内腔的顶端设置有挡板。
本发明的工作原理：
将组装好的热熔钻头下放至冰孔底部后通电进行热熔钻进，钻进过程中，须通过温度传感器实时监控钻头内部温度。钻进过程中，产生的融水携带着冰层中的固体灰尘颗粒首先进入灰尘收集器的下部通孔中，之后固体灰尘颗粒在灰尘收集器中沉积下来，融水则通过上部通孔排出至钻头和孔壁环状空间。当钻至冰下湖完成取样后，热熔钻具回到地表，取出灰尘收集器中的灰尘颗粒进行分析。
本发明的有益效果：
本发明提供的钻头解决了冰下湖取样热熔钻进过程中固体灰尘颗粒影响钻进速度的难题，通过在热熔钻头上部设计灰尘收集器，实现了对冰层中固体颗粒的收集。不仅提高了热熔钻头的钻进速度，而且获得了分析冰盖物质组成的原材料。这项发明对促进热熔钻进技术和极地研究的发展具有重要作用。
本发明设计了密封压力舱结构，将温度传感器和加热棒置于一个密闭的安全空间内，避免了融水对温度传感器和加热棒电路系统造成的损害。其结构简单，工作可靠，大大提高了热熔钻头的工作寿命。
附图说明
图1为本发明所述钻头整体结构示意图。
图2为本发明所述钻头剖视结构示意图。
1、基体 2、密封压力舱 3、灰尘收集器 4、芯杆 5、钻具外管
6、第一加热棒 7、第二加热棒 8、隔热槽 9、第一密封圈
10、第二密封圈 11、第三密封圈 12、第四密封圈 13、锁紧螺母
14、温度传感器 15、加热棒供电水密插件
16、温度传感器水密插件 17、螺钉 18、进水孔 19、出水孔
20、挡板。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示：
本发明提供的冰下湖取样钻进用热熔钻头包括基体1、密封压力舱2和灰尘收集器3，其中密封压力舱2装配在基体1的上端，密封压力舱2与基体1之间通过芯杆4连接，芯杆4插设在密封压力舱2和基体1的中间部位，灰尘收集器3设在密封压力舱2的上部，灰尘收集器3的上端连接有钻具外管5。
基体1的材质为铜质，基体1内交错插设有第一加热棒6和第二加热棒7，第一加热棒6的长度大于第二加热棒7的长度，第一加热棒6插设到基体1的底部位置处，第二加热棒7插设到基体1的中间部位，第一加热棒6和第二加热棒7与基体1中心之间的基体1上开设有环形的隔热槽8。
密封压力舱2由不锈钢加工而成，密封压力舱2为门型结构，密封压力舱2的底部与基体1接触的部位分别设有第一密封圈9和第二密封圈10进行密封，密封压力舱2上部与芯杆4的接触部位设有第三密封圈11和第四密封圈12进行密封，密封压力舱2的顶端通过锁紧螺母13与芯杆4紧密贴合，密封压力舱2内设置有温度传感器14，密封压力舱2上部钻有两个螺纹孔供加热棒供电水密插件15和温度传感器水密插件16安装，加热棒供电水密插件15和温度传感器水密插件16与密封压力舱2之间通过其自带的O型圈密封。
芯杆4与基体1之间相螺接。
灰尘收集器3为圆柱形结构，灰尘收集器3的下部通过两个螺钉17与密封压力舱2的上端相连接，灰尘收集器3的上部通过两个螺钉17与钻具外管5的下端相连接，灰尘收集器3的外壁上部开设有两圈通孔，其中下部的通孔为进水孔18，上部的通孔为出水孔19，灰尘收集器3内腔的顶端设置有挡板20。
本发明的工作原理：
将组装好的热熔钻头下放至冰孔底部后通电进行热熔钻进，钻进过程中，须通过温度传感器14实时监控钻头内部温度。钻进过程中，产生的融水携带着冰层中的固体灰尘颗粒首先进入灰尘收集器3的下部通孔中，之后固体灰尘颗粒在灰尘收集器中沉积下来，融水则通过上部通孔排出至钻头和孔壁环状空间。当钻至冰下湖完成取样后，热熔钻具回到地表，取出灰尘收集器3中的灰尘颗粒进行分析。
Claims (3)
1.一种冰下湖取样钻进用热熔钻头，包括有基体、密封压力舱和灰尘收集器，其中密封压力舱装配在基体的上端，密封压力舱与基体之间通过芯杆连接，芯杆插设在密封压力舱和基体的中间部位，灰尘收集器设在密封压力舱的上部，灰尘收集器的上端连接有钻具外管，其特征在于：所述的密封压力舱由不锈钢加工而成，密封压力舱为门型结构，密封压力舱的底部与基体接触的部位分别设有第一密封圈和第二密封圈进行密封，密封压力舱上部与芯杆的接触部位设有第三密封圈和第四密封圈进行密封，密封压力舱的顶端通过锁紧螺母与芯杆紧密贴合，密封压力舱内设置有温度传感器，密封压力舱上部钻有两个螺纹孔供加热棒供电水密插件和温度传感器水密插件安装，加热棒供电水密插件和温度传感器水密插件与密封压力舱之间通过其自带的O型圈密封；灰尘收集器为圆柱形结构，灰尘收集器的下部通过四个螺钉与密封压力舱的上端相连接，灰尘收集器的上部通过四个螺钉与钻具外管的下端相连接，灰尘收集器的外壁上部开设有两圈通孔，其中下部的通孔为进水孔，上部的通孔为出水孔，灰尘收集器内腔的顶端设置有挡板。
2.根据权利要求1所述的一种冰下湖取样钻进用热熔钻头，其特征在于：所述的基体的材质为铜质，基体内交错插设有第一加热棒和第二加热棒，第一加热棒的长度大于第二加热棒的长度，第一加热棒插设到基体的底部位置处，第二加热棒插设到基体的中间部位，第一加热棒和第二加热棒与基体中心之间的基体上开设有环形的隔热槽。
3.根据权利要求1所述的一种冰下湖取样钻进用热熔钻头，其特征在于：所述的芯杆与基体之间相螺接。
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