CN110485972B - 一种天然气水合物开采用破碎装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种破碎装置，尤其是一种天然气水合物开采用破碎装置，属于天然气水合物开采技术领域。通过电动推杆推动冰钉的冰钉主体旋入天然气水合物层内，增加整套装置的支撑可靠性与稳定性，使得整个装置的重量不用太大；螺旋锤头转动的同时向下冲击天然气水合物层，螺旋锤头的锥形段下端先锤入天然气水合物层，接着直径越来越大的部分进入天然气水合物层，对锥形段周围已经出现裂纹的天然气水合物层再次进行挤压，扩大天然气水合物层裂纹的面积，螺旋锤头向下冲击对天然气水合物层起到震动作用，破碎效率较高；外壳以及螺旋锤冰机构沿着长螺旋杆水平移动过程中，螺旋锤头可随着外壳的移动破碎更大范围的天然气水合物层，破碎范围广。

Description

一种天然气水合物开采用破碎装置

技术领域

本发明涉及一种破碎装置，尤其是一种天然气水合物开采用破碎装置，属于天然气水合物开采技术领域。

背景技术

天然气水合物即可燃冰，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水，且天然气水合物燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气都要小得多，因此天然气水合物的开采至关重要。传统开采天然气水合物的方法有：(1)热解法：热解法是直接对天然气水合物层进行加热，使天然气水合物层的温度超过其平衡温度，从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法，但这种方法的热利用效率较低，而且泄露的甲烷可造成比二氧化碳严重十倍的温室效应；(2)降压法：降压法是通过降低压力促使天然气水合物分解的开采方法，但只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时才具有经济可行性；(3)化学试剂注入开采法：通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂以破坏天然气水合物藏的相平衡条件，促使天然气水合物分解，但它所需的化学试剂费用昂贵，对天然气水合物层的作用缓慢，而且还会带来一些环境问题。

在海底把天然气水合物以固体的形式开采，利用提升系统将水合物提升到海平面作业船或生产平台进行处理是一种新型的开采方法，非常适用于海底表层天然气水合物的开采，利用该方法开采海底表层天然气水合物时，需要用到将天然气水合物破碎成小块的装置，因此，如何提供一种破碎效率高、破碎范围广的天然气水合物开采用的破碎装置是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种破碎效率高、破碎范围广的天然气水合物开采用的破碎装置。

为实现上述目的，本发明提供一种天然气水合物开采用破碎装置，包括大支撑板，所述大支撑板下端固定安装三个上支撑腿，三个所述上支撑腿的下端与下支撑腿固定连接，所述下支撑腿内壁设置螺旋槽，所述大支撑板上对称固定安装两个电缸，两个所述电缸的伸缩杆下端与用于支撑外壳的Z型支撑杆固定连接，所述Z型支撑杆的两端均固定安装第一电机，所述第一电机的输出轴与带动所述外壳移动的长螺旋杆固定连接，所述长螺旋杆上设置螺旋状凸起，其一端与所述第一电机的输出轴固定连接，另一端与所述Z型支撑杆转动连接，所述外壳包括外壳上部和外壳下部，所述外壳上部设置有与所述Z型支撑杆配合的矩形通槽和与所述长螺旋杆活动连接的通孔，所述通孔内设置与长螺旋杆上的螺旋状凸起相配合的螺旋槽，所述外壳下部上固定安装螺旋锤冰机构，所述螺旋锤冰机构包括第二电机、支撑所述第二电机的第一支架、固定连接在所述第二电机输出轴上的小齿轮、与所述小齿轮啮合传动的大齿轮、与所述大齿轮固定连接的第二轴、固定安装在所述第二轴上的三个第一轴承、支撑三个所述第一轴承的第二支架、与所述第二电机输出轴固定连接的第一轴、固定安装在所述第一轴上的转盘、与所述转盘活动连接的曲柄、与所述曲柄活动连接的主动活塞、固定安装在所述第二轴一端的主动锥齿轮、与所述主动锥齿轮啮合的空心转块、与所述空心转块固定连接的气缸筒、活动安装在所述气缸筒内的从动活塞、固定安装在所述气缸筒外壁的两个第二轴承、活动安装在所述气缸筒上的推力滑块、安装在所述气缸筒上且与所述推力滑块贴合的弹性垫圈、与所述推力滑块下端活动连接的螺旋锤头、固定安装在所述气缸筒下端且与所述螺旋锤头滑动连接的第一套筒、固定在所述第一套筒下端的第二套筒、套在所述螺旋锤头上且位于所述第二套筒内的弹簧，所述弹簧上端与所述螺旋锤头接触，所述第一支架固定安装在所述外壳内壁，所述第二支架固定安装在所述外壳内壁，所述主动活塞在所述气缸筒内活动，两个所述第二轴承外圈固定在所述外壳内壁上。

优选的，两个所述上支撑腿位于所述外壳的一侧，另外一个所述上支撑腿位于所述外壳的另一侧，所述空心转块为空心结构，其一端设置与所述主动锥齿轮啮合的锥齿。

优选的，所述天然气水合物开采用的破碎装置还包括长支撑杆、导向套、导向柱，所述长支撑杆固定安装在所述大支撑板下端面中心位置，所述导向柱上端与所述长支撑杆活动连接，下端与所述导向套活动连接，所述导向套下端与所述外壳上端固定连接。

优选的，所述导向柱包括连接球、与所述连接球下端固定连接的导向柱主体、与所述导向柱主体下端固定连接的导向柱凸台，所述导向柱凸台的直径大于所述导向柱主体的直径，所述导向套上端内径与所述导向柱主体直径相等，下端内经与所述导向柱凸台直径相等，所述连接球的直径大于导向套外径，所述长支撑杆上设置与连接球、导向柱主体配合的凹槽。

优选的，所述天然气水合物开采用的破碎装置还包括固定在所述上支撑腿上的电动推杆、与所述下支撑腿活动连接的冰钉，所述上支撑腿与所述下支撑腿螺纹连接，所述下支撑腿的上端面与所述电动推杆接触，所述电动推杆的推拉杆下端与所述冰钉活动连接。

优选的，所述冰钉包括与所述下支撑腿活动连接的冰钉螺旋段、与所述冰钉螺旋段下端固定连接的冰钉主体、设置在所述冰钉螺旋段上端的第一圆孔、与所述第一圆孔连通的第二圆孔，冰钉螺旋段上设置与下支撑腿内壁上的螺旋槽相配合的螺旋状凸起，所述第一圆孔的直径小于所述第二圆孔的直径，所述电动推杆的推拉杆直径与所述第一圆孔的直径相等，所述电动推杆的推拉杆下端设置直径大于电动推杆的推拉杆直径的限位凸台，所述限位凸台与所述第二圆孔配合防止所述电动推杆的推拉杆与冰钉脱离。

优选的，所述冰钉主体呈锥状，其上端直径大于下端直径，其外壁固定连接螺旋刀刃，所述冰钉主体上设置防锈图层。

优选的，所述气缸筒包括与所述空心转块固定连接的上筒、与两个所述第二轴承固定连接的下筒，所述下筒内壁上设置用于安装所述弹性垫圈的凹槽和限制所述推力滑块向上移动的圆环凸台。

优选的，所述弹性垫圈采用橡胶材料制成。

优选的，所述螺旋锤头包括圆柱段、圆周固定连接在所述圆柱段上的四个半圆凸起、与所述圆柱段下端固定连接的锥形段，所述第一套筒中心位置设置与四个所述半圆凸起配合的凹槽，所述锥形段呈锥状且所述锥形段上设置螺旋槽，所述圆柱段上端设置上圆孔以及与上圆孔连通的下圆孔，所述上圆孔的直径小于所述下圆孔的直径，所述推力滑块下端与上圆孔、下圆孔配合。

本发明一种天然气水合物开采用破碎装置，通过电动推杆推动冰钉在下支撑腿内旋转的同时向下运动带动冰钉主体旋入天然气水合物层内，旋入天然气水合物层内的冰钉主体增加了整套装置的支撑可靠性与稳定性，使得整个装置的重量不用太大；通过第二电机带动第一轴转动进而带动转盘、曲柄和主动活塞组成的曲柄滑块机构运动，向下滑动的主动活塞带动从动活塞冲击推力滑块，进而带动螺旋锤头向下运动冲击天然气水合物层，固定连接在第二电机输出轴的小齿轮通过与大齿轮啮合带动与主动锥齿轮啮合的空心转块转动，进而带动与空心转块固定连接的气缸筒、固定安装在气缸筒下端第一套筒转动，转动的第一套筒带动螺旋锤头转动，螺旋锤头转动的同时向下冲击天然气水合物层，在冲击天然气水合物层的同时又能防止螺旋锤头卡在天然气水合物层内，螺旋锤头上的锥形段上端直径大于下端直径，螺旋锤头向下冲击时，锥形段直径小的下端先锤入天然气水合物层，接着直径越来越大的部分进入天然气水合物层，对锥形段周围已经出现裂纹的天然气水合物层再次进行挤压，扩大天然气水合物层裂纹的面积，螺旋锤头向下的冲击作用对天然气水合物层起到震动作用，破碎效率较高；通过两个第一电机带动两个长螺旋杆转动进而带动外壳以及螺旋锤冰机构沿着长螺旋杆水平移动，螺旋锤头可随着外壳的移动破碎更大范围的天然气水合物层。

本发明具有如下优点：

(1)在推力滑块的冲击和第一套筒的旋转作用下，螺旋锤头转动的同时可向下冲击天然气水合物层，螺旋锤头上的锥形段上端直径大于下端直径，螺旋锤头向下冲击时，锥形段直径小的下端先锤入天然气水合物层，接着直径越来越大的部分进入天然气水合物层，对锥形段周围已经出现裂纹的天然气水合物层再次进行挤压，扩大天然气水合物层裂纹的面积，螺旋锤头向下的冲击作用对天然气水合物层起到震动作用，破碎效率较高。

(2)两个第一电机通过两个长螺旋杆带动外壳以及螺旋锤冰机构沿着长螺旋杆水平移动，螺旋锤头可随着外壳的移动破碎周围的天然气水合物层，破碎范围广。

(3)螺旋锤头转动的同时向下冲击天然气水合物层，既能冲击天然气水合物层又能防止螺旋锤头卡在天然气水合物层内。

(4)导向柱下端可在导向套内滑动，两个电缸的伸缩杆下端始终处于同一水平高度，保证Z型支撑杆处于水平状态，当两个电缸推动Z型支撑杆上下移动时，导向柱在导向套内上下滑动，增加Z型支撑杆上下移动的稳定性。

(5)在电动推杆的推拉杆推动冰钉向下运动时，冰钉螺旋段的螺旋状凸起在下支撑腿的螺旋槽内螺旋向下滑动，实现冰钉螺旋段在下支撑腿内旋转的同时向下运动，最终带动与冰钉螺旋段固连的冰钉主体向下旋入天然气水合物层内，螺旋钻入天然气水合物层内的冰钉主体极大提高了整套装置的支撑可靠性与稳定性，使得整个装置的重量不用太大。

(6)冰钉主体呈锥状，其上端直径大于下端直径，其外壁固定连接螺旋刀刃，下冰速度快，冰钉主体上设置防锈涂层，冰钉主体不易生锈。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明一种天然气水合物开采用破碎装置的整体结构示意图；

图2：本发明一种天然气水合物开采用破碎装置的立体结构示意图；

图3：本发明一种天然气水合物开采用破碎装置的部分结构示意图；

图4：本发明一种天然气水合物开采用破碎装置的导向柱处结构示意图；

图5：本发明一种天然气水合物开采用破碎装置的第一剖视结构示意图；

图6：本发明一种天然气水合物开采用破碎装置的第二剖视结构示意图；

图7：本发明一种天然气水合物开采用破碎装置的螺旋锤冰机构示意图；

图8：本发明一种天然气水合物开采用破碎装置的外壳内部结构示意图；

图9：本发明一种天然气水合物开采用破碎装置的冰钉结构示意图；

图10：本发明一种天然气水合物开采用破碎装置的气缸筒结构示意图；

图11：本发明一种天然气水合物开采用破碎装置的螺旋锤头结构示意图。

符号说明：

1、大支撑板，2、长支撑杆，3、电缸，4、Z型支撑杆，5、第一电机，6、长螺旋杆，7、外壳，8、螺旋锤冰机构，9、上支撑腿，10、下支撑腿，11、导向套，12、导向柱，13、电动推杆，14、冰钉，15、第二电机，16、小齿轮，17、大齿轮，18、第二轴，19、主动锥齿轮，20、转盘，21、曲柄，22、空心转块，23、气缸筒，24、第二轴承，25、第一套筒，26、第二套筒，27、螺旋锤头，28、第一支架，29、第二支架，30、弹性垫圈，31、弹簧，32、第一轴承，33、推力滑块，34、从动活塞，35、第一轴，36、主动活塞，701、通孔，702、矩形通槽，1201、连接球，1202、导向柱主体，1203、导向柱凸台，1401、冰钉螺旋段，1402、冰钉主体，1403、第一圆孔，1404、第二圆孔，2301、上筒，2302、下筒，2303、圆环凸台，2304、凹槽，2701、圆柱段，2702、半圆凸起，2703、上圆孔，2704、下圆孔，2705、锥形段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

本发明实施例的一种天然气水合物开采用破碎装置，通过电动推杆推动冰钉在下支撑腿内旋转的同时向下运动带动冰钉主体旋入天然气水合物层内，旋入天然气水合物层内的冰钉主体增加了上支撑腿与下支撑腿支撑的稳定性，使得整个装置的重量不用太大；通过第二电机带动第一轴转动进而带动转盘、曲柄和主动活塞组成的曲柄滑块机构运动，向下滑动的主动活塞带动从动活塞冲击推力滑块，进而带动螺旋锤头向下运动冲击天然气水合物层，固定连接在第二电机输出轴的小齿轮通过与大齿轮啮合带动与主动锥齿轮啮合的空心转块转动，进而带动与空心转块固定连接的气缸筒、固定安装在气缸筒下端第一套筒转动，转动的第一套筒带动螺旋锤头转动，螺旋锤头转动的同时向下冲击天然气水合物层，在冲击天然气水合物层的同时又能防止螺旋锤头卡在天然气水合物层内，螺旋锤头上的锥形段上端直径大于下端直径，螺旋锤头向下冲击时，锥形段直径小的下端先锤入天然气水合物层，接着直径越来越大的部分进入天然气水合物层，对锥形段周围已经出现裂纹的天然气水合物层再次进行挤压，扩大天然气水合物层裂纹的面积，螺旋锤头向下的冲击作用对天然气水合物层起到震动作用，破碎效率较高；通过两个第一电机带动两个长螺旋杆转动进而带动外壳以及螺旋锤冰机构沿着长螺旋杆水平移动，螺旋锤头可随着外壳的移动破碎更大范围的天然气水合物层。

如图1～8所示，本发明一种天然气水合物开采用破碎装置，包括大支撑板1，大支撑板1下端固定安装三个上支撑腿9，两个上支撑腿9位于外壳7的一侧，另外一个上支撑腿9位于外壳7的另一侧，示例的，大支撑板1与上支撑腿9可焊接或者螺纹连接，三个上支撑腿9的下端与下支撑腿10固定连接，下支撑腿10内壁设置螺旋槽，大支撑板1上对称固定安装两个电缸3，两个电缸3的伸缩杆下端与用于支撑外壳7的Z型支撑杆4固定连接，两个电缸3的伸缩杆下端始终处于同一水平高度，保证Z型支撑杆4处于水平状态，Z型支撑杆4的两端均固定安装第一电机5，两个电机位于Z型支撑杆4的中间长杆两侧，第一电机5的输出轴与带动外壳7移动的长螺旋杆6固定连接，长螺旋杆6上设置螺旋状凸起，其一端与所述第一电机的输出轴固定连接，另一端与所述Z型支撑杆4转动连接，具体的，长螺旋杆6中部设置螺旋状凸起且内外两端都是光轴，其中一个第一电机5与长螺旋杆6的外端固定连接，另一个第一电机5与长螺旋杆6的内端固定连接，Z型支撑杆4与长螺旋杆6转动连接，两个第一电机5转向相反用于实现两个长螺旋杆6同向转动，两个同转向的长螺旋杆6同时带动外壳7沿着长螺旋杆6水平移动，长螺旋杆6与Z型支撑杆4连接的一端外侧设置凸起，防止长螺旋杆6从Z型支撑杆4上脱落，外壳7包括外壳上部和外壳下部，外壳上部设置有与Z型支撑杆4配合的矩形通槽702和与长螺旋杆6活动连接的通孔701，通孔701内设置与长螺旋杆6上的螺旋状凸起相配合的螺旋槽，外壳下部上固定安装螺旋锤冰机构8，螺旋锤冰机构8包括第二电机15、支撑第二电机15的第一支架28、固定连接在第二电机15输出轴上的小齿轮16、与小齿轮16啮合传动的大齿轮17、与大齿轮17固定连接的第二轴18、固定安装在第二轴18上的三个第一轴承32、支撑三个第一轴承32的第二支架29、与第二电机15输出轴固定连接的第一轴35、固定安装在第一轴35上的转盘20、与转盘20活动连接的曲柄21、与曲柄21活动连接的主动活塞36、固定安装在第二轴18一端的主动锥齿轮19、与主动锥齿轮19啮合的空心转块22、与空心转块22固定连接的气缸筒23、活动安装在气缸筒23内的从动活塞34、固定安装在气缸筒23外壁的两个第二轴承24、活动安装在气缸筒23上的推力滑块33、安装在气缸筒23上且与推力滑块33贴合的弹性垫圈30、与推力滑块33下端活动连接的螺旋锤头27、固定安装在气缸筒23下端且与螺旋锤头27滑动连接的第一套筒25、固定在第一套筒25下端的第二套筒26、套在螺旋锤头27上且位于第二套筒26内的弹簧31，空心转块22为空心结构，其一端设置与主动锥齿轮19啮合的锥齿，示例的，曲柄21与转盘20转动连接，主动活塞36与曲柄21转动连接，转盘20与曲柄21可通过销连接，曲柄21与主动活塞36可通过销连接，弹簧31上端与螺旋锤头27接触，第一支架28固定安装在外壳7内壁，第二支架29固定安装在外壳7内壁，主动活塞36在气缸筒23内活动，两个第二轴承24外圈固定在外壳7内壁上。

海面上的工作船通过电缆为电缸3、第一电机5、第二电机15供电，控制电缸3、第一电机5、第二电机15的控制箱置于海面上的工作船上，第二电机15带动固定连接在其输出轴上的小齿轮16、与第二电机15输出轴固定连接的第一轴35、固定安装在第一轴35上的转盘20同时转动。转动的小齿轮16通过与大齿轮17啮合带动第二轴18以及固定安装在第二轴18一端的主动锥齿轮19转动，转动的主动锥齿轮19带动空心转块22转动进而带动与空心转块22固定连接的气缸筒23、固定安装在气缸筒23下端第一套筒25、固定在第一套筒25下端的第二套筒26、与第一套筒25滑动连接的螺旋锤头27同时转动；转动的转盘20通过与曲柄21转动连接带动与曲柄21转动连接的主动活塞36在气缸筒23内滑动，转盘20、曲柄21和主动活塞36构成曲柄滑块机构，曲柄21运动过程中不会与气缸筒23发生干涉，上下滑动的主动活塞36通过压缩气缸筒23的空气带动从动活塞34在气缸筒23内上下滑动以冲击推力滑块33，当主动活塞36向下滑动带动从动活塞34向下击打推力滑块33，向下运动的推力滑块33带动螺旋锤头27向下运动压缩弹簧31，主动活塞36向上滑动带动从动活塞34向上滑动远离推力滑块33，弹簧31的回弹力带动螺旋锤头27和推力滑块33向上滑动复位，使得螺旋锤头27转动的同时实现向下冲击或复位，主动活塞36下滑动过程中不与从动活塞34直接接触而是通过压缩空气带动从动活塞34在气缸筒23内下滑冲击推力滑块33，主动活塞36向上滑动时，被压缩的空气得到解压从而促使从动活塞34向上滑动，主动活塞36通过从动活塞34冲击推力滑块33而不直接冲击推力滑块33，可避免弹簧31回弹时推力滑块33对主动活塞36的反冲击，以提高装置的稳定性和使用寿命。

螺旋锤头27的下端与海底表层天然气水合物层接触后，第二电机15间接带动螺旋锤头27转动的同时实现向下冲击天然气水合物层，在冲击天然气水合物层的同时又能防止螺旋锤头27卡在天然气水合物层内；螺旋锤头27破碎最表层的天然气水合物层后，两个电缸3通过Z型支撑杆4带动外壳7以及固定安装在外壳7上的螺旋锤冰机构8向下移动，向下移动的螺旋锤头27可不断深入天然气水合物层进行破碎操作；螺旋锤头27将一处的天然气水合物层破碎到底后，两个第一电机5同时带动两个长螺旋杆6转动，长螺旋杆6上的螺旋状凸起在通孔701内的螺旋槽内螺旋运动，带动外壳7以及螺旋锤冰机构8沿着长螺旋杆6水平移动到下一处进行破碎操作，需要说明的是，电缸是实现高精度直线运动的产品，可任意位置启动和停止，非常适用于需要上下运动的螺旋锤头27。

如图1～4所示，天然气水合物开采用的破碎装置还包括长支撑杆2、导向套11、导向柱12，长支撑杆2固定安装在大支撑板1下端面中心位置，导向柱12上端与长支撑杆2活动连接，下端与导向套11活动连接，导向套11下端与外壳7上端固定连接，导向柱12下端可在导向套11内滑动，当两个电缸3推动Z型支撑杆4上下移动时，导向柱12在导向套11内上下滑动，增加Z型支撑杆4上下移动的稳定性。

如图1、图4所示，导向柱12包括连接球1201、与连接球1201下端固定连接的导向柱主体1202、与导向柱主体1202下端固定连接的导向柱凸台1203，导向柱凸台1203的直径大于导向柱主体1202的直径，导向套11上端内径与导向柱主体1202直径相等，下端内经与导向柱凸台1203直径相等，连接球1201的直径大于导向套11外径，长支撑杆2上设置与连接球1201、导向柱主体1202配合的凹槽，长支撑杆2与导向柱主体1202配合的凹槽不贯穿长支撑杆2，防止导向柱12从长支撑杆2滑落，外壳7沿着长螺旋杆6水平移动时，导向柱12沿着长支撑杆2上的凹槽滑动。

如图5所示，天然气水合物开采用的破碎装置还包括固定在上支撑腿9上的电动推杆13、与下支撑腿10活动连接的冰钉14，上支撑腿9与下支撑腿10螺纹连接，下支撑腿10的上端面与电动推杆13接触，电动推杆13的推拉杆下端与冰钉14活动连接，海面上的工作船通过电缆为电动推杆13供电，冰钉14有两种状态，一种是缩入下支撑腿10内，另一种是从下支撑腿10伸出扎入天然气水合物层，电动推杆一般只能控制0点和最大行程两个位置，因此采用电动推杆即可满足需要。

如图9所示，冰钉14包括与下支撑腿10活动连接的冰钉螺旋段1401、与冰钉螺旋段1401下端固定连接的冰钉主体1402、设置在冰钉螺旋段1401上端的第一圆孔1403、与第一圆孔1403连通的第二圆孔1404，冰钉螺旋段1401上设置与下支撑腿10内壁上的螺旋槽相配合的螺旋状凸起，第一圆孔1403的直径小于第二圆孔1404的直径，电动推杆13的推拉杆直径与第一圆孔1403的直径相等，电动推杆13的推拉杆下端设置直径大于电动推杆13的推拉杆直径的限位凸台，限位凸台与第二圆孔1404配合防止电动推杆13的推拉杆与冰钉14脱离，在电动推杆13的推拉杆推动冰钉14向下运动时，冰钉螺旋段1401的螺旋状凸起在下支撑腿10的螺旋槽内螺旋向下滑动，实现冰钉螺旋段1401在下支撑腿10内旋转的同时向下运动，最终带动与冰钉螺旋段1401固连的冰钉主体1402向下旋入天然气水合物层内，螺旋钻入天然气水合物层内的冰钉主体1402极大提高了整套装置的支撑可靠性与稳定性。其中，冰钉主体1402呈锥状，其上端直径大于下端直径，其外壁固定连接螺旋刀刃，下冰速度快，冰钉主体1402上设置防锈涂层，冰钉主体1402不易生锈。

如图10所示，气缸筒23包括与空心转块22固定连接的上筒2301、与两个第二轴承24固定连接的下筒2302，下筒2302内壁上设置用于安装弹性垫圈30的凹槽2304和限制推力滑块33向上移动的圆环凸台2303，弹性垫圈30采用橡胶材料制成，推力滑块33上端的直径小于中部的直径，推力滑块33上端位于圆环凸台2303内，圆环凸台2303和弹性垫圈30限制推力滑块33的中部及下部向上运动，向下运动的推力滑块33运动到下极限位置后会回弹，回弹的推力滑块33与弹性垫圈30接触以对气缸筒23的冲击，推力滑块33的中部始终与气缸筒23内壁接触。

如图11所示，螺旋锤头27包括圆柱段2701、圆周固定连接在圆柱段2701上的四个半圆凸起2702、与圆柱段2701下端固定连接的锥形段2705，第一套筒25中心位置设置与四个半圆凸起2702配合的凹槽，示例的，第一套筒25中心孔的直径与圆柱段2701直径相等，第一套筒25中心孔孔壁设置四个半圆凸起2702配合的凹槽，第一套筒25转动可带动螺旋锤头27转动，螺旋锤头27可沿着第一套筒25轴向滑动，推力滑块33推动螺旋锤头27向下滑动时，四个半圆凸起2702压缩弹簧31并随弹簧31在第二套筒26内滑动，四个半圆凸起2702始终不脱离第一套筒25中心孔孔壁上设置的四个凹槽，锥形段2705呈锥状且锥形段2705上设置螺旋槽，螺旋锤头27转动的同时可向下冲击，锥状的锥形段2705的上端直径大于下端直径，螺旋锤头27向下冲击时，锥形段2705直径小的下端先锤入天然气水合物层，接着直径越来越大的部分进入天然气水合物层，对锥形段2705周围已经出现裂纹的天然气水合物层再次进行挤压，扩大天然气水合物层裂纹的面积，螺旋锤头27向下的冲击作用对天然气水合物层起到震动作用，破碎效率较高，圆柱段2701上端设置上圆孔2703以及与上圆孔2703连通的下圆孔2704，上圆孔2703的直径小于下圆孔2704的直径，推力滑块33下端与上圆孔2703、下圆孔2704配合，实现螺旋锤头27与推力滑块33的转动连接同时防止推力滑块33从螺旋锤头27上脱离。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种天然气水合物开采用破碎装置，其特征在于：包括大支撑板，所述大支撑板下端固定安装三个上支撑腿，三个所述上支撑腿的下端与下支撑腿固定连接，所述下支撑腿内壁设置螺旋槽，所述大支撑板上对称固定安装两个电缸，两个所述电缸的伸缩杆下端与用于支撑外壳的Z型支撑杆固定连接，所述Z型支撑杆的两端均固定安装第一电机，所述第一电机的输出轴与带动所述外壳移动的长螺旋杆固定连接，所述长螺旋杆上设置螺旋状凸起，其一端与所述第一电机的输出轴固定连接，另一端与所述Z型支撑杆转动连接，所述外壳包括外壳上部和外壳下部，所述外壳上部设置有与所述Z型支撑杆配合的矩形通槽和与所述长螺旋杆活动连接的通孔，所述通孔内设置与长螺旋杆上的螺旋状凸起相配合的螺旋槽，所述外壳下部上固定安装螺旋锤冰机构，所述螺旋锤冰机构包括第二电机、支撑所述第二电机的第一支架、固定连接在所述第二电机输出轴上的小齿轮、与所述小齿轮啮合传动的大齿轮、与所述大齿轮固定连接的第二轴、固定安装在所述第二轴上的三个第一轴承、支撑三个所述第一轴承的第二支架、与所述第二电机输出轴固定连接的第一轴、固定安装在所述第一轴上的转盘、与所述转盘活动连接的曲柄、与所述曲柄活动连接的主动活塞、固定安装在所述第二轴一端的主动锥齿轮、与所述主动锥齿轮啮合的空心转块、与所述空心转块固定连接的气缸筒、活动安装在所述气缸筒内的从动活塞、固定安装在所述气缸筒外壁的两个第二轴承、活动安装在所述气缸筒上的推力滑块、安装在所述气缸筒上且与所述推力滑块贴合的弹性垫圈、与所述推力滑块下端活动连接的螺旋锤头、固定安装在所述气缸筒下端且与所述螺旋锤头滑动连接的第一套筒、固定在所述第一套筒下端的第二套筒、套在所述螺旋锤头上且位于所述第二套筒内的弹簧，所述弹簧上端与所述螺旋锤头接触，所述第一支架固定安装在所述外壳内壁，所述第二支架固定安装在所述外壳内壁，所述主动活塞在所述气缸筒内活动，两个所述第二轴承外圈固定在所述外壳内壁上。

2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采用破碎装置，其特征在于：两个所述上支撑腿位于所述外壳的一侧，另外一个所述上支撑腿位于所述外壳的另一侧，所述空心转块为空心结构，其一端设置与所述主动锥齿轮啮合的锥齿。

3.根据权利要求2所述的一种天然气水合物开采用破碎装置，其特征在于：所述天然气水合物开采用的破碎装置还包括长支撑杆、导向套、导向柱，所述长支撑杆固定安装在所述大支撑板下端面中心位置，所述导向柱上端与所述长支撑杆活动连接，下端与所述导向套活动连接，所述导向套下端与所述外壳上端固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种天然气水合物开采用破碎装置，其特征在于：所述导向柱包括连接球、与所述连接球下端固定连接的导向柱主体、与所述导向柱主体下端固定连接的导向柱凸台，所述导向柱凸台的直径大于所述导向柱主体的直径，所述导向套上端内径与所述导向柱主体直径相等，下端内经与所述导向柱凸台直径相等，所述连接球的直径大于导向套外径，所述长支撑杆上设置与连接球、导向柱主体配合的凹槽。

5.根据权利要求2所述的一种天然气水合物开采用破碎装置，其特征在于：所述天然气水合物开采用的破碎装置还包括固定在所述上支撑腿上的电动推杆、与所述下支撑腿活动连接的冰钉，所述上支撑腿与所述下支撑腿螺纹连接，所述下支撑腿的上端面与所述电动推杆接触，所述电动推杆的推拉杆下端与所述冰钉活动连接。

6.根据权利要求5所述的一种天然气水合物开采用破碎装置，其特征在于：所述冰钉包括与所述下支撑腿活动连接的冰钉螺旋段、与所述冰钉螺旋段下端固定连接的冰钉主体、设置在所述冰钉螺旋段上端的第一圆孔、与所述第一圆孔连通的第二圆孔，冰钉螺旋段上设置与下支撑腿内壁上的螺旋槽相配合的螺旋状凸起，所述第一圆孔的直径小于所述第二圆孔的直径，所述电动推杆的推拉杆直径与所述第一圆孔的直径相等，所述电动推杆的推拉杆下端设置直径大于电动推杆的推拉杆直径的限位凸台，所述限位凸台与所述第二圆孔配合防止所述电动推杆的推拉杆与冰钉脱离。

7.根据权利要求6所述的一种天然气水合物开采用破碎装置，其特征在于：所述冰钉主体呈锥状，其上端直径大于下端直径，其外壁固定连接螺旋刀刃，所述冰钉主体上设置防锈图层。

8.根据权利要求2所述的一种天然气水合物开采用破碎装置，其特征在于：所述气缸筒包括与所述空心转块固定连接的上筒、与两个所述第二轴承固定连接的下筒，所述下筒内壁上设置用于安装所述弹性垫圈的凹槽和限制所述推力滑块向上移动的圆环凸台。

9.根据权利要求8所述的一种天然气水合物开采用破碎装置，其特征在于：所述弹性垫圈采用橡胶材料制成。

10.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采用破碎装置，其特征在于：所述螺旋锤头包括圆柱段、圆周固定连接在所述圆柱段上的四个半圆凸起、与所述圆柱段下端固定连接的锥形段，所述第一套筒的中心位置设置与四个所述半圆凸起配合的凹槽，所述锥形段呈锥状且所述锥形段上设置螺旋槽，所述圆柱段上端设置上圆孔以及与上圆孔连通的下圆孔，所述上圆孔的直径小于所述下圆孔的直径，所述推力滑块下端与上圆孔、下圆孔配合。

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