CN108979578A - 一种保压转移系统中保压岩心管的长行程推送和旋转装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及保压转移技术领域，旨在提供一种保压转移系统中保压岩心管的长行程推送和旋转装置。该装置包括高压筒体，高压筒体内部设有基座，基座上设有辅助支撑滑块结构、主动滑块结构与岩心管支撑滑块结构；丝杠装配于辅助支撑滑块结构的底部，主动滑块结构通过底部装设的螺母与丝杠形成滚珠丝杠副。花键轴装设于辅助支撑滑块结构与主动滑块结构顶部。岩心管抓杆装设于主动滑块结构、辅助支撑滑块结构中部与岩心管支撑滑块结构的顶部。花键轴以及丝杠通过设于高压筒体前端的驱动箱体以及电机进行驱动。本产品不仅可以完成水平推送，也可以完成岩心管的旋转动作；且可减少岩心管抓杆的抖动，使工作更加平稳。

Description

一种保压转移系统中保压岩心管的长行程推送和旋转装置

技术领域

本发明涉及保压转移技术领域，具体涉及一种保压转移系统中保压岩心管的长行程推送旋转装置。

背景技术

天然气水合物被认为是未来洁净的战略接替能源，并对全球变暖、海底滑坡、海洋钻井安全等有重要影响。由于天然气水合物的只能存在于高压低温的环境，研究原位压力状态下的天然气水合物岩心样品对科学家进行对其研究具有深刻意义。随着天然气水合物保压取心技术的提高，科学家能够获得原位压力下的天然气水合物保压岩心样品，并对岩心样品进行分析，可以充分认识天然气水合物赋存形态、物理属性及地层力学特性等其他参数，为将来实现天然气水合物的商业性开发提供理论依据。

利用的天然气水合物保压取心技术取得深海天然气水合物岩心后，为了及时地研究保压岩心特性，需要在科考船上对岩心管进行一系列的检测，包括声波检测、CT检测等，检测完成后，并对岩心管进行切割分段保存，因此需要在高压转移筒内完成对天然气水合物岩心管水平推送和旋转动作。

在检测和切割过程中，要在高压转移筒里完成对保压岩心管的水平推送和旋转工作，同时要求水平移动和旋转过程能够平稳和精确。目前存在的岩心管转移装置只能完成岩心管的水平推送；水平移动过程中岩心不稳定，存在摆动；由于利用动密封，会发生压力的泄露，因此，现有的岩心管转移装置还良好的改善空间。

因此，改进一套保压岩心管转移装置，更加平稳和精确地完成长行程水平推送和旋转工作，将更加完善保压转移系统，推动我国对天然气水合物特性的研究。该研究成果不仅可以应用于天然气水合物岩心管，还可以有效地推广到其他综合性海洋调查项目，具有一定的普适性和推广前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种天然气水合物岩心管的长行程水平推送和旋转装置。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种保压转移系统中的保压岩心管的长行程推送和旋转装置，包括用于转移保压岩心管的高压筒体与岩心管抓杆；其特征在于，还包括辅助支撑滑块结构、主动滑块结构与岩心管支撑滑块结构；

高压筒体有多段，各段通过法兰进行连接；高压筒体两端分别连接驱动箱和后端盖；驱动箱外的前端面与一侧面上设有驱动电机；后端盖上设有通孔，用于岩心管抓杆的穿出；

高压筒体内部沿轴向设置一基座，基座中心开有一轴向凹槽，凹槽两侧的基座上端面上沿轴向设有两平行滑轨；凹槽内装配有丝杠，靠近后端盖位置的凹槽内设置两根限位柱；丝杠上装设辅助滑块结构与主动滑块结构；丝杠前端通过磁力耦合装置连接驱动箱前端面处的驱动电机，后端通过设于后端盖上的丝杠支撑轴承进行支撑；丝杠上方沿轴向设有花键轴，花键轴通过设于两端并固设在高压筒体内的花键轴带座支撑轴承进行支撑，花键轴前端连接蜗轮，蜗轮与蜗杆相互啮合，蜗杆两端通过固设于驱动箱内的蜗杆轴承支座进行支撑，蜗杆通过磁力驱动装置连接驱动箱侧面处的驱动电机；花键轴上设有花键套，花键套两端安装花键套轴承与花键套轴承支座，花键套上设有齿轮；

辅助支撑滑块结构包括前端辅助支撑滑块与后端辅助支撑滑块；均包括支撑滑块本体以及设于支撑滑块本体两侧的连接杆支座；连接杆支座内沿轴向开有轴孔，轴孔内设有连接杆，实现前端辅助支撑滑块与后端辅助支撑滑块的连接；连接杆支座底部设有滑台，滑台设于滑轨上；

前端辅助支撑滑块与后端辅助支撑滑块顶部沿轴向均设有通孔，通孔内部设置若干个自润滑轴承，花键轴装配于顶部通孔的自润滑轴承内部；底部均设有通孔，通孔内部设置若干个自润滑轴承，丝杠装配于底部通孔的自润滑轴承内部；后侧端面均设有两个弹簧卡扣母扣；后端辅助支撑滑块中部设置一通孔，通孔内装设有直线轴承，岩心管抓杆装配于直线轴承内；

主动滑块结构设于前端辅助支撑滑块与后端辅助支撑滑块间的滑轨上；主动滑块结构包括底部的主动滑块支座与设于主动滑块支座上的主动滑块；主动滑块支座通过底部设有的螺母与丝杠组成滚柱丝杠副，可在丝杠的带动下沿滑轨水平运动；主动滑块顶端与花键套轴承支座相连；主动滑块顶部开有一与轴向垂直的凹槽，凹槽侧壁上对称开有轴孔，岩心管抓杆前端装配于轴孔内；凹槽内的岩心管抓杆上安装有齿轮，齿轮与花键套上的固定齿轮相互啮合，实现传动；主动滑块的前端面设有两个弹簧卡扣公扣，可与前端辅助支撑滑块上的弹簧卡扣母扣扣合；

岩心管支撑滑块结构设于两根限位柱后侧的滑轨上；包括位于设于滑轨上的支撑块滑台以及设于支撑块滑台上的岩心管支撑滑块；岩心管支撑滑块沿轴向设有通孔，岩心管装配于通孔内；岩心管支撑滑块的前端面上，设有两个弹簧卡扣公扣，可与后端辅助支撑滑块后侧端面上设的两个弹簧卡扣母扣相扣合。

作为一种改进，岩心管抓杆末端设有尾部抓手。

作为一种改进，支撑块滑台的底部还设有两根伸出柱，伸出柱分设于丝杠两侧且不与丝杠接触。

作为一种改进，岩心管抓杆前端通过通过深沟球轴承连接主动滑块结构，且岩心管抓杆与深沟球轴承过盈配合连接，主动滑块结构内部设有轴肩进行限位。

作为一种改进，高压外筒与驱动箱、后端盖通过螺栓连接。

作为一种改进，连接杆为碳纤维连接杆。

作为一种改进，驱动电机为交流伺服电机。

作为一种改进，两根限位柱与岩心管支撑滑块的伸出柱处于同一直线上；限位柱的顶端高度高于伸出柱端部高度，两根限位柱之间的间距大于主动滑块和辅助支撑滑块底部的宽度。

本发明中，岩心管抓杆和连接杆采用碳纤维材料制作，交流伺服电机、深沟球轴承和自润滑轴承等均可采用市售产品。驱动箱、涡轮、蜗杆、丝杠、主动滑块结构、磁力耦合装置等则按照实际需要进行加工即可。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)原有岩心管转移装置只能完成岩心管的水平推送工作，而此发明不仅可以完成水平推送，也可以完成岩心管的旋转动作，更好完成对岩心管的CT、声波检测等工作。

(2)辅助支撑滑块结构，既可以减少滚珠丝杠和花键轴的由于自重产生的挠度，也可以当岩心管抓杆抓取岩心后，在水平推送或旋转运动的时候，减少岩心管抓杆的抖动，使工作更加平稳。

(3)岩心管抓杆采用碳纤维材料制作，可以减少整体质量，减小滑块与滑轨上的摩擦；而且由于碳纤维具有高模量特性，减少岩心管抓杆由于悬臂作用产生的挠度变化。

(4)采用滚珠丝杠的结构，简化原有的结构，将旋转运动转变为直线运动，完成岩心管的水平推送过程。

(5)采用花键副的机构，通过对花键轴的旋转，可以完成岩心管的旋转动作，并且花键套可以在花键轴上水平运动，而且不影响岩心管的水平运动。

(6)采用磁力耦合的驱动方式，使得原来的动密封变为静密封，提高了系统的密封保压性能。

附图说明

图1是本发明整体外部结构示意图；

图2是本发明驱动箱内部示意图；

图3是本发明高压筒内部结构示意图；

图4是本发明中辅助支撑滑块结构示意图；

图5是本发明中主动滑块结构示意图；

图6是本发明中前端辅助支撑滑块结构与主动滑块结构的结构示意图；

图7是本发明中后端辅助支撑滑块结构与岩心管支撑滑块结构的结构示意图。

图中：1、7—驱动电机；2、6—磁力驱动装置；3—驱动箱；3-1—驱动箱体；3-2、3-5—蜗杆带座支撑轴承；3-3、14—花键轴带座支撑轴承；3-4—轴承支座；3-6—涡轮；3-7—蜗杆；4—高压筒体；5—法兰；8—花键轴；9—辅助支撑滑块结构；9-1、9-6、9-12、9-16—连接杆支座；9-2、9-8、9-11、9-14—自润滑轴承；9-3—前端辅助支撑滑块；9-4、9-5—连接杆；9-7—直线轴承；9-9—后端辅助支撑滑块；9-10、9-13、9-15—滑台；；10—主动滑块结构；10-1—花键套轴承；10-2、10-7—齿轮；10-3—花键套；10-4—花键套轴承支座；10-5—主动滑块；10-6、10-8—滑台；10-9—主动滑块支座；11—岩心管抓杆；12—岩心管；13—岩心管支撑滑块结构；13-1—岩心管支撑滑块；13-2—伸出柱；13-3—支撑块滑台；15、17—滑轨；16—丝杠；18—深沟球轴承；19—基座；20—丝杠支撑轴承；21—后端盖；22、24—弹簧卡扣母扣；23、26—弹簧卡扣公扣；25—限位柱。

具体实施方式

以下的实施例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。

如图1所示，一种保压转移系统中保压岩心管的长行程推送和旋转装置，包括用于转移岩心管的高压筒体4与岩心管抓杆11，还包括辅助支撑滑块结构9、主动滑块结构10与岩心管支撑滑台结构13。

高压筒体4有多段，各段通过法兰5进行连接。高压筒体4两端分别通过螺栓连接驱动箱3和后端盖21。驱动箱3前端面安装有驱动电机1，左侧端面上安装有驱动电机7。驱动电机1、7为交流伺服电机。

如图3所示，高压筒体4内部沿轴向设置一基座19，基座19中心开有一轴向凹槽，凹槽两侧的基座上端面上沿轴向设有两平行滑轨15、17。凹槽内装配有丝杠16，靠近后端盖21位置的凹槽内设置两根限位柱25。丝杠16前端通过磁力耦合装置2连接驱动电机1，后端通过设于后端盖21上的丝杠支撑轴承20进行支撑。丝杠16上方沿轴向设有花键轴8，花键轴8通过固设在驱动箱体3-1内的花键轴轴承3-3、14与轴承支座3-4进行支撑。花键轴8前端连接蜗轮3-6，蜗轮3-6与蜗杆3-7相互啮合，蜗杆3-7两端分别连接蜗杆带座支撑轴承3-2与3-5。蜗杆3-6通过磁力驱动装置6连接驱动电机7。

如图4，辅助支撑滑块结构9包括包括前端辅助支撑滑块9-3与后端辅助支撑滑块9-9。均包括支撑滑块本体以及设于支撑滑块本体两侧的连接杆支座9-1、9-6、9-12与9-16。连接杆支座9-1、9-6、9-12与9-16内沿轴向开有轴孔，轴孔内设有连接杆9-4和9-5，实现前端辅助支撑滑块9-3与后端辅助支撑滑块9-9的连接。连接杆支座9-1、9-6、9-12与9-16底部设有滑台9-10、9-13及9-15(图中未全部标出)，滑台9-10、9-13及9-15设于滑轨15、17上。

前端辅助支撑滑块9-3与后端辅助支撑滑块9-9顶部沿轴向设有通孔，通孔内部设置若干自润滑轴承9-2，花键轴8装配于自润滑轴承9-2内，下部设置一通孔，通孔内部设置若干个自润滑轴承9-11，丝杠17装配于的自润滑轴承9-11内。后端辅助支撑滑块9-9顶部沿轴向设有通孔，通孔内部设置若干自润滑轴承9-8，花键轴8装配于自润滑轴承9-8内，中部设置一通孔，通孔内部设置一直线轴承9-8，岩心管抓杆11装配于直线轴承9-8内，下部设置一通孔，通孔内部设置若干个自润滑轴承9-14，丝杠16装配于的自润滑轴承内9-14。碳纤维连接杆9-4将位于前端辅助支撑滑块9-3上的连接杆支撑座9-1与位于后端辅助支撑滑块9-6相连接，而碳纤维连接杆9-5将位于前端辅助支撑滑块9-12上的连接杆支撑座9-12与位于后端辅助支撑滑块9-16相连接。

如图5，主动滑块结构11设于前端辅助支撑滑块9-3与后端辅助支撑滑块9-9间的滑轨15、17上。主动滑块结构10包括底部的主动滑块支座10-9与设于滑台10-6与10-8上的主动滑块10-5。主动滑块支座10-9通过底部设的螺母与丝杠16组成滚柱丝杠副，可在丝杠16的带动下沿直线滑轨15与17水平运动。花键套左右两端固定花键套轴承10-1，并安装于花键套轴承支座内10-4。主动滑块10-5顶端与花键套轴承支座10-4相连，从而使得主动滑块结构11可在花键轴10的带动下沿轴向移动。主动滑块10-5顶部开有一与轴向垂直的凹槽，凹槽侧壁上对称开有轴孔，岩心管抓杆11前端装配于轴孔内。凹槽内的岩心管抓杆11上安装有齿轮10-7，齿轮10-7与花键套10-3上的固定齿轮10-2相互啮合，实现传动。

如图6，辅助支撑滑块结构9中的前端辅助支撑滑块9-3后侧端面的设置有弹簧卡扣母扣22，可以与主动滑块10-5前侧端面的弹簧卡扣公扣23相扣合。

如图7，岩心管支撑滑块结构13设于限位柱25后侧的滑轨上。包括位于设于滑轨上的支撑块滑台13-3(图中未全部标出)以及设于支撑块滑台13-3上的岩心管支撑滑块13-1。支撑块滑台13-3的底部设有两根伸出柱13-2，伸出柱13-2分设于丝杠16两侧且不与丝杠16接触。岩心管支撑滑块13-1沿轴向设有通孔，岩心管12装配于通孔内。岩心管支撑滑块13-1的前端面上，岩心管支撑滑块13-1下端的伸出柱13-2与限位柱25处在一条直线上，且伸出柱25的高度低于限位柱25的高度。岩心管支撑滑块13-1的前端面上设有弹簧卡扣公扣26，可与后端辅助支撑滑块9-9后侧端面上设的弹簧卡扣母扣24相扣合。

岩心管抓杆11设于花键轴8下方，前端通过通过深沟球轴承18连接主动滑块结构10，岩心管抓杆11与深沟球轴承18过盈配合连接，主动滑块结构10内部设有轴肩进行限位，使得岩心管抓杆11能够随主动滑块结构10一起运动。末端设有尾部抓手，用于抓取保压岩心管12。且岩心管抓杆11比辅助支撑滑块结构9长。岩心管抓杆11的外径小于岩心管支撑滑块13上面的通孔。

本发明的工作过程如下：

工作过程初始阶段，驱动电机1通过磁力耦合驱动装置2驱动丝杆16转动，使得主动滑块支座10-9进行水平向左移动，直至主动滑块10-5前侧端面上的弹簧卡扣公扣23与前端辅助支撑滑块9-3后侧端面的弹簧卡扣母扣22扣合，此时主动滑块结构10与辅助支撑滑块机构9相连接，岩心管抓杆11伸出后端辅助支撑滑块9-9中部的直线轴承9-7一段长度。

当取样钻具与保压转移装置对接后，驱动电机1通过磁力耦合装置2驱动丝杠16的转动，从而使得主动滑块支座10-9进行向右水平移动，从而带动固定在主动滑块支座10-9上的主动滑块10-5、岩心管抓杆19及辅助支撑滑块结构9一起向右进行水平移动。当后端辅助支撑滑块9-9接触到岩心管支撑滑块结构13时，推动其一起向右移动，直至岩心管支撑滑块13-1的后端面与后端盖21相接触，此时，辅助支撑滑块结构9与岩心管支撑滑块结构13停止向右运动，而主动滑块结构10在丝杆16的驱动下，仍然向右运动，因此主动滑块10-5前侧端面上的弹簧卡扣公扣23与前端辅助支撑滑块9-3后侧端面的弹簧卡扣母扣22脱离，与此同时，岩心管支撑滑块13-1的前端面上的弹簧卡扣公扣26与后端辅助支撑滑块9-9后侧端面上的弹簧卡扣母扣24相扣合。此后，主动滑块结构10仍向右运动，直至岩心管抓杆11抓取保压岩心管12。

当岩心管抓杆21抓取岩心管后，然后驱动电机1通过磁力耦合装置2驱动丝杠16的反向转动，主动滑块结构11与岩心管抓杆21向左运动，直至主动滑块结构10与前端辅助支撑滑块9-3接触后，带动辅助支撑滑块结构9与岩心管支撑滑块结构13一起向左运动。当岩心管支撑滑块的伸出柱13-2与限位柱25接触后，岩心管支撑滑块结构13停止向左运动，而主动滑块结构10与辅助支撑滑块结构9继续向左运动，因此岩心管支撑滑块13-1的前端面上的弹簧卡扣公扣26与后端辅助支撑滑块9-9后侧端面上的弹簧卡扣母扣24脱开。

当岩心管抓杆21抓取岩心管水平移动到检测位置后，驱动电机7通过磁力耦合装置6驱动花键轴8进行旋转，从而依靠花键套10-3上的齿轮10-2与岩心管抓杆11上的齿轮10-7啮合，驱动岩心管抓杆11的进行旋转，完成保压岩心管12的旋转动作。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种保压转移系统中的保压岩心管的长行程推送和旋转装置，包括用于转移保压岩心管的高压筒体与岩心管抓杆；其特征在于，还包括辅助支撑滑块结构、主动滑块结构与岩心管支撑滑块结构；

所述高压筒体有多段，各段通过法兰进行连接；高压筒体两端分别连接驱动箱和后端盖；驱动箱外的前端面与一侧面上设有驱动电机；后端盖上设有通孔，用于岩心管抓杆的穿出；

所述高压筒体内部沿轴向设置一基座，基座中心开有一轴向凹槽，凹槽两侧的基座上端面上沿轴向设有两平行滑轨；凹槽内装配有丝杠，靠近后端盖位置的凹槽内设置两根限位柱；丝杠前端通过磁力耦合装置连接驱动箱前端面处的驱动电机，后端通过设于后端盖上的丝杠支撑轴承进行支撑；丝杠上方沿轴向设有花键轴，花键轴通过设于两端并固设在高压筒体内的花键轴带座支撑轴承进行支撑，花键轴前端连接蜗轮，蜗轮与蜗杆相互啮合，蜗杆两端通过固设于驱动箱内的蜗杆轴承支座进行支撑，蜗杆通过磁力驱动装置连接驱动箱侧面处的驱动电机；花键轴上设有花键套，花键套两端安装花键套轴承与花键套轴承支座，花键套上设有齿轮；

所述辅助支撑滑块结构包括前端辅助支撑滑块与后端辅助支撑滑块；均包括支撑滑块本体以及设于支撑滑块本体两侧的连接杆支座；连接杆支座内沿轴向开有轴孔，轴孔内设有连接杆，实现前端辅助支撑滑块与后端辅助支撑滑块的连接；连接杆支座底部设有滑台，滑台设于滑轨上；

所述前端辅助支撑滑块与后端辅助支撑滑块顶部沿轴向均设有通孔，通孔内部设置若干个自润滑轴承，花键轴装配于顶部通孔的自润滑轴承内部；底部均设有通孔，通孔内部设置若干个自润滑轴承，丝杠装配于底部通孔的自润滑轴承内部；后侧端面均设有两个弹簧卡扣母扣；后端辅助支撑滑块中部设置一通孔，通孔内装设有直线轴承，岩心管抓杆装配于直线轴承内；

所述主动滑块结构设于所述前端辅助支撑滑块与后端辅助支撑滑块间的滑轨上；主动滑块结构包括底部的主动滑块支座与设于主动滑块支座上的主动滑块；主动滑块支座通过底部设有的螺母与丝杠组成滚柱丝杠副，可在丝杠的带动下沿滑轨水平运动；主动滑块顶端与花键套轴承支座相连；主动滑块顶部开有一与轴向垂直的凹槽，凹槽侧壁上对称开有轴孔，岩心管抓杆前端装配于轴孔内；凹槽内的岩心管抓杆上安装有齿轮，齿轮与花键套上的固定齿轮相互啮合，实现传动；主动滑块的前端面设有两个弹簧卡扣公扣，可与前端辅助支撑滑块上的弹簧卡扣母扣扣合；

所述岩心管支撑滑块结构设于两根限位柱后侧的滑轨上；包括位于设于滑轨上的支撑块滑台以及设于支撑块滑台上的岩心管支撑滑块；岩心管支撑滑块沿轴向设有通孔，岩心管装配于所述通孔内；岩心管支撑滑块的前端面上，设有两个弹簧卡扣公扣，可与后端辅助支撑滑块后侧端面上设的两个弹簧卡扣母扣相扣合。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述岩心管抓杆末端设有尾部抓手。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑块滑台的底部设有两根伸出柱，伸出柱分设于丝杠两侧且不与丝杠接触。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述岩心管抓杆前端通过通过深沟球轴承连接主动滑块结构，且岩心管抓杆与深沟球轴承过盈配合连接，主动滑块结构内部设有轴肩进行限位。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压外筒与驱动箱、后端盖通过螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接杆为碳纤维连接杆。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动电机为交流伺服电机。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两根限位柱与岩心管支撑滑块的伸出柱处于同一直线上；限位柱的顶端高度高于伸出柱端部高度，两根限位柱之间的间距大于主动滑块和辅助支撑滑块结构底部的宽度。