CN111307505A - 一种冰层高温火焰融冰钻具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及极地冰层快速钻进钻具，具体是一种冰层高温火焰融冰钻具，包括电源、火焰燃烧装置、取心机构和火焰钻头，所述火焰钻头通过所述取心机构与所述火焰燃烧装置连接，所述火焰燃烧装置为所述火焰钻头提供热能；所述火焰钻头用于钻取冰心，并将冰心卡断至所述取心机构内；所述电源提供电能。本发明的有益效果是：通过设置燃料舱将燃料直接储存在冰层高温火焰融冰钻具内部，利用燃料燃烧产生的高温火焰直接融冰，无需能量转换，能量利用率高；结构简单，操作方便。

Description

一种冰层高温火焰融冰钻具
技术领域
本发明涉及极地冰层快速钻进钻具，具体是一种冰层高温火焰融冰钻具。
背景技术
极地冰盖约占全球陆地面积的10％,其自然环境对人类具有重要价值。由于极地地区气温低、远离人类污染，同其它气候代用指标相比具有信息量大且保真度好、时间分辨率高、时间尺度范围大、分布面积广等特点，是研究全球气候变化最为关键的地区之一。获得年代久远的冰心，对于重建地球历史演化以及预测全球气候变迁具有重要意义。因此，世界各国都在竞相开展新的深冰心钻探项目，以获取极地冰川中的冰心样品。
现有热熔钻具主要包括电阻丝加热融冰和热水融冰，极地环境下使用时，首先需要燃料发电，然后将电能转化成热能进行融冰，能量转换率低；如果减少能量转换环节，利用燃料能量直接融冰，提高了能量利用效率，节约成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冰层高温火焰融冰钻具，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种冰层高温火焰融冰钻具，包括电源、火焰燃烧装置、取心机构和火焰钻头，所述火焰钻头通过所述取心机构与所述火焰燃烧装置连接，所述火焰钻头用于钻取冰心，并将冰心卡断至所述取心机构内；所述电源提供电能。
作为本发明进一步的方案：还包括储水舱，所述储水舱设置在所述火焰燃烧装置侧。
作为本发明再进一步的方案：还包括铠装电缆和电缆悬挂装置，所述电缆悬挂装置固定连接所述冰层高温火焰融冰钻具与所述铠装电缆。
作为本发明再进一步的方案：所述电缆悬挂装置包括悬挂接头，所述悬挂接头用于固定连接所述铠装电缆与所述火焰燃烧装置。
作为本发明再进一步的方案：所述火焰燃烧装置包括供气舱和燃料舱，所述火焰钻头与所述供气舱和燃料舱通过管路接通。
作为本发明再进一步的方案：所述火焰钻头是环形取心钻头，所述环形取心钻头安装在所述取心机构底部。
作为本发明再进一步的方案：所述环形取心钻头包括钻头体a、环形燃烧器、冰心卡断器和导热管a，所述环形燃烧器与钻头体a之间设有环形间隙，所述钻头体a末端连接所述导热管a，所述导热管a相对环形燃烧器设置；所述冰心卡断器安装在钻头体a内。
作为本发明再进一步的方案：所述导热管a内设有水路通道a与所述环形间隙连接。
作为本发明再进一步的方案：所述火焰钻头是火焰融冰钻头，所述火焰融冰钻头包括钻头体b、燃烧室和导热管b，燃烧室设置在所述钻头体b内部，所述钻头体b与燃烧室之间设有环形间隙；所述导热管b安装在所述燃烧室底部。
作为本发明再进一步的方案：所述火焰燃烧装置与所述火焰融冰钻头之间设有管路接头舱。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设置燃料舱将燃料直接储存在冰层高温火焰融冰钻具内部，利用燃料燃烧产生的高温火焰直接融冰，无需能量转换，能量利用率高；结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明实施例的一种冰层高温火焰融冰钻具的结构示意图。
图2为图1的冰层高温火焰融冰钻具的A-A剖视图。
图3为本发明实施例的火焰取心钻头的结构示意图。
图4为本发明实施例的火焰融冰钻头的结构示意图。
图5为本发明实施例的火焰融冰钻头的局部结构示意图。
附图中：1-铠装电缆；2-电缆悬挂装置；3-供气舱；4-储水舱；5-燃料舱；6-取心机构；7-环形取心钻头；8-管路接头舱；9-火焰融冰钻头；
201-电器室；202-电缆悬挂接头；203-电缆；301-风管；302-风机；303-供气舱抽气孔；401-水箱；402-水泵；403-水管；501-燃料储存罐；502-油泵；503-油管；601-取心内管；701-钻头体a；702-环形燃烧室；703-隔热套；704-电子点火器a；705-冰心卡断器；706-导热管a；707-油管接头a；708-气管接头a；709-喷嘴a；710-水路通道a；711-水管接头a；801-多路变径接头；802-水路接头；901-钻头体b；902-燃烧室；903-油管接头b；904-风管接头b；905-导热管b；906-水路通道b；907-喷嘴b；908-电子点火器b；BX-冰心；B-冰层。
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。
请参阅图1-5，本发明实施例中，一种冰层高温火焰融冰钻具，包括电源、火焰燃烧装置、取心机构6和火焰钻头，所述火焰钻头通过所述取心机构6与所述火焰燃烧装置连接，所述火焰钻头用于钻取冰心，并将冰心卡断至所述取心机构6内；所述电源提供电能。
具体的，所述电源可以是电器室201，所述电器室201通过电缆203接通外部的供电设备；取心机构6包括取心内管601；所述电器室201为所述火焰燃烧装置、取心机构6和火焰钻头供电，所述取心机构6包括取心内管601，所述火焰燃烧装置对火焰钻头进行加热导热，并在火焰钻头处产生喷射火焰，使得设置在所述取心机构6底部的所述火焰钻头融化通路底部的冰层B，在所述取心机构6的取心内管601内形成冰心BX，之后，卡断所述冰心BX与所述冰层B的连接，取出冰心BX。所述火焰燃烧装置通过产生喷射火焰，直接加热融化冰层，不需要中间能量转换环节，大幅提高能量利用效率，节约钻进成本，利于极地环境下使用。
请参阅图1，本发明实施例中，还包括储水舱4，所述储水舱4设置在所述火焰燃烧装置侧，用于抽取储存融冰产生的水。
具体的，所述储水舱4设置在所述火焰燃烧装置顶部，用于抽取、储存融冰产生的水，所述储水舱4内设置有水箱401、水泵402及水管403，所述水泵402安装在所述水管403一端，所述水管403另一端设置在所述火焰钻头侧或底部。
优选的，所述储水舱4设置在所述火焰燃烧装置顶部，在于所述水管403在抽取融冰产生的水时，经所述火焰燃烧装置侧，能对所述火焰燃烧装置进行冷却。使得所述火焰燃烧装置工作效率更稳定、更高。
请参阅图1，本发明实施例中，还包括铠装电缆1和电缆悬挂装置2，所述电缆悬挂装置2固定连接所述冰层高温火焰融冰钻具与所述铠装电缆1。
具体的，所述电缆悬挂装置2包括悬挂接头202，所述悬挂接头202用于固定连接所述铠装电缆1与所述火焰燃烧装置，即所述悬挂接头202将所述铠装电缆1固定安装在所述冰层高温火焰融冰钻具的顶部。在钻取冰心BX之前，或完成钻取后，拉动铠装电缆1将所述冰层高温火焰融冰钻具连同取心机构6一起拉出，取出冰心BX后再放入继续进行冰心BX的钻取。在补给消耗品时也是如此。
请参阅图1，本发明实施例中，所述火焰燃烧装置包括供气舱3和燃料舱5，所述火焰钻头与所述供气舱3和燃料舱5通过管路接通。
具体的，所述火焰钻头设有燃烧室与所述供气舱3和燃料舱5接通，所述供气舱3内设有风机302，所述供气舱3上开有抽气孔303；风机302从抽气孔303抽取空气，压入风机302连接的风管301，将含有氧气的空气，送至所述所述燃烧室。所述燃料舱5内设有燃料储存罐，所述燃料储存罐内设有油泵502；用于将燃料通过油管503送至所述燃烧室，在所述燃烧室内的空气助燃下燃烧形成喷射火焰。进而实现融冰。
请参阅图1，本发明实施例中，所述火焰钻头是环形取心钻头7，所述环形取心钻头7安装在所述取心机构6底部；所述环形取心钻头7包括钻头体a701、环形燃烧器、冰心卡断器705和导热管a706，所述环形燃烧器与钻头体a706之间设有环形间隙，所述钻头体a701末端连接所述导热管a706，所述导热管a706相对环形燃烧器布置；所述冰心卡断器705安装在钻头体a701内。
所述环形燃烧器包括环形燃烧室702、隔热套703、电子点火器a704，所述环形燃烧室702与钻头体a701、隔热套703之间设有环形间隙，所述火焰燃烧装置设有油管接头a707、气管接头a708固定在所述环形燃烧室702顶部，所述环形燃烧室702内设有喷嘴a709与所述油管接头a707连接，所述电子点火器a704设置在所述喷嘴a709下方。
具体的，铠装电缆1通过电器室201分别向风机302、水泵402、油泵502、电子点火器a704供电，风机302运转抽吸附近的空气经风管301输送至环形燃烧室702内，同时油泵502抽吸燃料舱5内储存的燃油等油类燃料，泵送至环形燃烧室702与空气混合并从喷嘴a709喷出，然后被电子点火器a704引燃，产生的火焰直接融化冰层，实现钻进。同时高温火焰将导热管a706加热，导热管a706直接融化附近的冰层。融冰产生的水经由导热管a706内部设有的水路通道a710被水泵402抽吸至储水舱4内储存。导热管a706超前布置，火焰燃烧融化的水可直接流入导热管a706融化形成的沟槽内，避免融水影响火焰融冰效率。随着钻进的持续进行，冰心BX进入取心机构6的取心内管601，钻进回次结束后，停止风机302及油泵502运转，通过铠装电缆1提升冰层高温火焰融冰钻具，环形取心钻头上的冰心卡断器705将冰心BX卡断，冰层高温火焰融冰钻具提至地表处理冰层高温火焰融冰钻具内部的融水与冰心BX。实现取心作业。
优选的，所述导热管a内设有水路通道a与所述环形间隙连接。融水经导热管a内的水路通道a进入环形燃烧室702与钻头体a701之间的环形间隙内，对环形燃烧室702冷却后被水泵402通过水管接头a711抽走。避免融水影响火焰融冰效率。
请参阅图3-5，本发明实施例中，所述火焰钻头是火焰融冰钻头9，所述火焰融冰钻头9包括钻头体b901、燃烧室902和导热管b905，燃烧室902设置在所述钻头体b901内部，所述燃烧室902设有喷嘴b907连接所述火焰燃烧装置设有的油管接头b903，所述钻头体b901与燃烧室902之间设有环形间隙；所述导热管b905安装在所述燃烧室902底部。
具体的，所述火焰融冰钻头安装在所述燃料舱5的底部，所述燃烧室902设有油管接头b903、风管接头b904，分别与油管503及风管301连接；铠装电缆1通过电器室201分别向风机302、水泵402、油泵502、电子点火器b908供电，风机302运转抽吸附近的空气经风管301输送至燃烧室902内，同时油泵502抽吸燃料舱5内储存的燃油等油类燃料，泵送至燃烧室902与空气混合并从喷嘴b907喷出，然后被电子点火器b908引燃，产生的火焰直接融化冰层，实现钻进，完成全面钻进作业。同时高温火焰将导热管b905加热，导热管b905直接融化附近的冰层。融冰产生的水经由导热管b905内部的水路通道b906被水泵402抽吸至储水舱4内储存。导热管b905超前布置，火焰燃烧融化的水可直接流入导热管b905融化形成的沟槽内，同时，融水经导热管b905内的水路通道b906进入燃烧室902与钻头体b901之间的环形间隙内；避免融水影响火焰融冰效率。
可选的，在所述火焰融冰钻头9钻进的冰层通道内，进行取心作业，将火焰融冰钻头9换为环形取心钻头7，通过采用上述实施例的步骤，完成环形取心钻头7的加热，同时高温火焰将导热管a706加热，导热管a706直接融化附近的冰层。融冰产生的水经由导热管a706内部设有的水路通道a710被水泵402抽吸至储水舱4内储存。钻头体a701超前布置，火焰燃烧融化的水可直接流入导热管a706融化形成的沟槽内，避免融水影响火焰融冰效率。随着钻进的持续进行，冰心BX进入取心机构6的取心内管601，钻进回次结束后，停止风机302及油泵502运转，通过铠装电缆1提升冰层高温火焰融冰钻具，环形取心钻头上的冰心卡断器705将冰心BX卡断。
请参阅图1、4，本发明实施例中，所述火焰燃烧装置与所述火焰融冰钻头之间设有管路接头舱。
具体的，所述管路接头舱由多路变径接头801、水路接头802组成，所述油管503、风管301与多路变径接头801连接，并与燃烧室连通；水管403通过水路接头802与钻头上的水路通道b906连通。用于固定、保护所述火焰燃烧装置与所述火焰融冰钻头。
本发明的工作原理：所述火焰燃烧装置设有供气舱3和燃料舱5，所述火焰钻头内设有燃烧室与所述供气舱3和燃料舱5接通，所述供气舱3和燃料舱5内分别设置的风机302、燃料储存罐501，分别通过风管301与油管503将空气和燃料送至燃烧室，在所述燃烧室燃烧，产生的高温火焰直接融冰并加热或导热所述火焰钻头，实现冰层的钻进及冰心的融取；设置的储水舱用于抽取所述火焰钻头工作面的积水，避免融冰的水影响所述火焰钻头的工作效率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种冰层高温火焰融冰钻具，其特征在于，包括电源、火焰燃烧装置、取心机构和火焰钻头，所述火焰钻头通过所述取心机构与所述火焰燃烧装置连接，所述火焰钻头用于钻取冰心，并将冰心卡断至所述取心机构内；所述电源提供电能。
2.根据权利要求1所述的一种冰层高温火焰融冰钻具，其特征在于，还包括储水舱，所述储水舱设置在所述火焰燃烧装置侧。
3.根据权利要求1所述的一种冰层高温火焰融冰钻具，其特征在于，还包括铠装电缆和电缆悬挂装置，所述电缆悬挂装置固定连接所述冰层高温火焰融冰钻具与铠装电缆。
4.根据权利要求3所述的一种冰层高温火焰融冰钻具，其特征在于，所述电缆悬挂装置包括悬挂接头，所述悬挂接头用于固定连接所述铠装电缆与所述火焰燃烧装置。
5.根据权利要求1所述的一种冰层高温火焰融冰钻具，其特征在于，所述火焰燃烧装置包括供气舱和燃料舱，所述火焰钻头与所述供气舱和燃料舱通过管路接通。
6.根据权利要求1所述的一种冰层高温火焰融冰钻具，其特征在于，所述火焰钻头是环形取心钻头，所述环形取心钻头安装在所述取心机构底部。
7.根据权利要求6所述的一种冰层高温火焰融冰钻具，其特征在于，所述环形取心钻头包括钻头体a、环形燃烧器、冰心卡断器和导热管a，所述环形燃烧器与钻头体a之间设有环形间隙，所述钻头体a末端连接所述导热管a，所述导热管a相对环形燃烧器设置；所述冰心卡断器安装在钻头体a内。
8.根据权利要求7所述的一种冰层高温火焰融冰钻具，其特征在于，所述导热管a内设有水路通道a与所述环形间隙连接。
9.根据权利要求1所述的一种冰层高温火焰融冰钻具，其特征在于，所述火焰钻头是火焰融冰钻头，所述火焰融冰钻头包括钻头体b、燃烧室和导热管b，所述燃烧室设置在所述钻头体b内部，所述钻头体b与燃烧室之间设有环形间隙；所述导热管b安装在所述燃烧室底部。
10.根据权利要求9所述的一种冰层高温火焰融冰钻具，其特征在于，所述火焰燃烧装置与所述火焰融冰钻头之间设有管路接头舱。
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