CN108661555B - 热气冰层取芯钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热气冰层取芯钻具，包括有负压真空水泵、储水舱、取样管、加热舱和钻头，其中负压真空水泵设在储水舱的顶部并与储水舱的内腔相连通，取样管和钻头依次设在储水舱的下部，钻头固连在取样管的底部，储水舱连通有数根吸水管，数根吸水管的进水口围设在钻头的周圈，加热舱套设在取样管的下方，加热舱的上端连通有数根进气管，通过进气管能够向加热舱的内腔中输入冷空气以被加热舱进行加热，加热舱还连通有喷气口，喷气口设在加热舱的下方，加热舱内腔中被加热的气体通过喷气口喷出。有益效果：冰雪颗粒在热气冲击下会迅速融化或升华，钻进效率会更加之快。采用热气钻进洁净环保，在极地特殊环境中具有重大的使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种冰层取芯钻具，特别涉及一种热气冰层取芯钻具。
背景技术
目前，普遍使用的快速冰层钻进技术多为热融钻或热水钻钻进，但由于金属材料导热系数较高，导致无论是热融钻进还是热水钻钻进，能量损耗率均较高，介质温度最高只能达到30-70℃，能量利用率不足70％，大大浪费了人力物力。另外，传动机械式冰层钻具结构较为复杂、地表设备体积庞大，钻进速度受冰层性质影响较大，钻进过程中经常会出现钻具骤停甚至卡钻的情况，以上问题至目前仍未得到根本性的解决。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有普遍采用的热水、热熔钻能量损耗过大的问题而提供的一种热气冰层取芯钻具。
本发明提供的热气冰层取芯钻具包括有负压真空水泵、储水舱、取样管、加热舱和钻头，其中负压真空水泵设在储水舱的顶部并与储水舱的内腔相连通，取样管和钻头依次设在储水舱的下部，钻头固连在取样管的底部，储水舱连通有数根吸水管，数根吸水管的进水口围设在钻头的周圈，加热舱套设在取样管的下方，加热舱的上端连通有数根进气管，通过进气管能够向加热舱的内腔中输入冷空气以被加热舱进行加热，加热舱还连通有喷气口，喷气口设在加热舱的下方，加热舱内腔中被加热的气体通过喷气口喷出。
负压真空水泵顶端的架体上装配有铠装电缆接头，铠装电缆接头上连接有铠装电缆，加热舱内设置有电动磁感应涡轮和电热线圈，电热线圈设在电动磁感应涡轮的下方，电动磁感应涡轮用于冷空气的吸入，电热线圈用于冷空气的加热，负压真空水泵、电动磁感应涡轮和电热线圈均与铠装电缆相连接并由铠装电缆提供电力，负压真空水泵、电动磁感应涡轮和电热线圈同步运行。
与加热舱内腔连通的喷气口设置有两层，其中第一层的喷气口设在钻头的周圈，第一层喷气口与钻头周圈装配的吸水管交错设置，第一层喷气口的出口端位于吸水管进水口的上方，第二层喷气口开设在加热舱底部的周圈。
取样管上还套设有排管器，与储水舱连通的吸水管均穿设在排管器上。
钻头上还设置有卡簧。
负压真空水泵、电动磁感应涡轮、电热线圈、铠装电缆和钻头均是现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
本发明的工作原理：
本发明提供的取芯钻具由铠装电缆悬挂整个钻具，并联合地表绞车实现钻具的升降。加热舱与取样管之间构成了空气加热、加压腔，并通过排管器阵列进行隔热，避免冰芯质量受热空气的影响。铠装电缆对钻具进行供电后，电磁感应涡轮、电热线圈和负压真空水泵同时开始运行，自进气管阵列上方抽吸冷空气至加热舱内部并逐级加压，加压后的冷空气流经电热线圈阵列转化成高压热空气，高压热空气由喷气口喷出融化钻具底部冰层。由于重力作用，冰层融水将汇集到钻头周围，当融水高度达到吸水管阵列底部端头后，高出吸水管底部断面部分将被负压真空水泵经由吸水管阵列抽吸至储水舱内部，保证取样全程高压热气的喷出不受融水影响。在完成指定长度的冰芯钻具后，上提钻具，卡簧阵列将切入并卡断冰芯，绞车将通过铠装电缆将钻具连同所卡断冰芯一起提至地表，完成取芯操作。
本发明的有益效果：
本发明提供的冰层取芯钻具主要利用气体经过电动磁感应涡轮、电热线圈将常规空气转化为高温、高速热气，热气通过喷气口喷出将钻头外部冰层融化成水并通过负压真空水泵抽离至储水舱中，同时冰芯进入取样管，完成冰芯的获取。由于采用高温气体作为融冰介质，其温度损耗较低，不仅以热气融化了冰雪，同时以热气流冲击冰雪增加了冰雪颗粒与热空气的接触面积，大大提高了钻进与取芯效率。在雪层钻进过程中，由于雪的密度较为疏松，冰雪颗粒在热气冲击下会迅速融化或升华，钻进效率会更加之快。采用热气钻进洁净环保，在极地特殊环境中具有重大的使用价值。
附图说明
图1为本发明所述的冰层取芯钻具整体结构示意图。
图2为本发明所述的冰层取芯钻具剖视结构示意图。
图3本发明所述的电动磁感应涡轮放大结构示意图。
图4为本发明所述的电热线圈放大结构示意图。
1、负压真空水泵 2、储水舱 3、取样管 4、加热舱 5、钻头
6、吸水管 7、进气管 8、喷气口 9、架体 10、铠装电缆接头
11、铠装电缆 12、电动磁感应涡轮 13、电热线圈 14、排管器
15、卡簧。
具体实施方式
请参阅图1至图4所示：
本发明提供的热气冰层取芯钻具包括有负压真空水泵1、储水舱2、取样管3、加热舱4和钻头5，其中负压真空水泵1设在储水舱2的顶部并与储水舱2的内腔相连通，取样管3和钻头5依次设在储水舱2的下部，钻头5固连在取样管3的底部，储水舱2连通有数根吸水管6，数根吸水管6的进水口围设在钻头5的周圈，加热舱4套设在取样管3的下方，加热舱4的上端连通有数根进气管7，通过进气管7能够向加热舱4的内腔中输入冷空气以被加热舱4进行加热，加热舱4还连通有喷气口8，喷气口8设在加热舱4的下方，加热舱4内腔中被加热的气体通过喷气口8喷出。
负压真空水泵1顶端的架体9上装配有铠装电缆接头10，铠装电缆接头10上连接有铠装电缆11，加热舱4内设置有电动磁感应涡轮12和电热线圈13，电热线圈13设在电动磁感应涡轮12的下方，电动磁感应涡轮12用于冷空气的吸入，电热线圈13用于冷空气的加热，负压真空水泵1、电动磁感应涡轮12和电热线圈13均与铠装电缆11相连接并由铠装电缆11提供电力，负压真空水泵1、电动磁感应涡轮12和电热线圈13同步运行。
与加热舱4内腔连通的喷气口8设置有两层，其中第一层的喷气口8设在钻头5的周圈，第一层的喷气口8与钻头5周圈装配的吸水管6交错设置，第一层的喷气口8的出口端位于吸水管6进水口的上方，第二层的喷气口8开设在加热舱4底部的周圈。
取样管3上还套设有排管器14，与储水舱2连通的吸水管6均穿设在排管器14上。
钻头5上还设置有卡簧15。
负压真空水泵1、电动磁感应涡轮12、电热线圈13、铠装电缆11和钻头5均是现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
本发明的工作原理：
本发明提供的取芯钻具由铠装电缆11悬挂整个钻具，并联合地表绞车实现钻具的升降。加热舱4与取样管3之间构成了空气加热、加压腔，并通过排管器14阵列进行隔热，避免冰芯质量受热空气的影响。铠装电缆11对钻具进行供电后，电磁感应涡轮12、电热线圈13和负压真空水泵1同时开始运行，自进气管7阵列上方抽吸冷空气至加热舱4内部并逐级加压，加压后的冷空气流经电热线圈13阵列转化成高压热空气，高压热空气由喷气口8喷出融化钻具底部冰层。由于重力作用，冰层融水将汇集到钻头5周围，当融水高度达到吸水管6阵列底部端头后，高出吸水管6底部断面部分将被负压真空水泵1经由吸水管6阵列抽吸至储水舱2内部，保证取样全程高压热气的喷出不受融水影响。在完成指定长度的冰芯钻具后，上提钻具，卡簧15阵列将切入并卡断冰芯，绞车将通过铠装电缆11将钻具连同所卡断冰芯一起提至地表，完成取芯操作。
Claims (3)
1.一种热气冰层取芯钻具，包括有负压真空水泵、储水舱、取样管、加热舱和钻头，其中负压真空水泵设在储水舱的顶部并与储水舱的内腔相连通，取样管和钻头依次设在储水舱的下部，钻头固连在取样管的底部，储水舱连通有数根吸水管，数根吸水管的进水口围设在钻头的周圈，加热舱套设在取样管的下方，加热舱的上端连通有数根进气管，通过进气管能够向加热舱的内腔中输入冷空气以被加热舱进行加热，加热舱还连通有喷气口，喷气口设在加热舱的下方，加热舱内腔中被加热的气体通过喷气口喷出，其特征在于：所述的负压真空水泵顶端的架体上装配有铠装电缆接头，铠装电缆接头上连接有铠装电缆，加热舱内设置有电动磁感应涡轮和电热线圈，电热线圈设在电动磁感应涡轮的下方，电动磁感应涡轮用于冷空气的吸入，电热线圈用于冷空气的加热，负压真空水泵、电动磁感应涡轮和电热线圈均与铠装电缆相连接并由铠装电缆提供电力，负压真空水泵、电动磁感应涡轮和电热线圈同步运行，与加热舱内腔连通的喷气口设置有两层，其中第一层的喷气口设在钻头的周圈，第一层喷气口与钻头周圈装配的吸水管交错设置，第一层喷气口的出口端位于吸水管进水口的上方，第二层喷气口开设在加热舱底部的周圈。
2.根据权利要求1所述的一种热气冰层取芯钻具，其特征在于：所述的取样管上还套设有排管器，与储水舱连通的吸水管均穿设在排管器上。
3.根据权利要求1所述的一种热气冰层取芯钻具，其特征在于：所述的钻头上还设置有卡簧。
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