CN112127883A - 一种深海多管回转钻进式取样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海多管回转钻进式取样器，包括机架、移动平台、取样管装夹盘和取样管，移动平台沿竖直滑动设置于机架上，移动平台和取样管装夹盘均被一固定于机架上的中轴贯穿，取样管装夹盘设置于移动平台的底部且能实现转动设定角度，取样管装夹盘上设置有若干个取样管，每个取样管的端部均能与移动平台上的液压马达相匹配，移动平台的液压马达及竖直移动的动力和控制器均来源于ROV系统。本发明采用旋转取样管钻进的取样方式，能用于松软的海底地层、较为坚硬的海底岩层取样；取样器设有多根独立的取样管，利用ROV系统在水下的灵活性，进行多站位多管取样，提高取样效率；既减少了成本，又简化了装置结构，提高了装置的可靠性。

Description

一种深海多管回转钻进式取样器

技术领域

本发明涉及海洋取样器的技术领域，特别是涉及一种深海多管回转钻进式取样器。

背景技术

深海回转钻进取样器是目前已成为海底资源勘探、海洋地质调查和海洋科学考察不可或缺的重要技术装备。回转钻进的取样方法主要针对海底较硬岩层的取样，是海底矿产资源勘探主要技术方法。

目前，ROV系统提供在进行海底勘测时候，可以搭载多种取样器进行深海取样。ROV配合可视化系统，可以为快速灵活的选取勘测站位。搭载于ROV回转钻进取样器在水下作业时，可通过ROV系统的脐带缆进行远程的通讯控制和能源动力供应，可让船上甲板的操作人员实时观察钻进作业的状况，对取样过程及取样状态进行实时监测。与普通的钻井船钻机相比，ROV回转钻进取样器具有可以灵活选取取样站位、取样效率高，设备体积小等优点。

但是，现有技术中ROV系统所搭载的回转钻进取样器样器仅能携带单根取样管，取样数量少，无法满足多点取样的需求，取样效率较低。因此，亟需改进一套搭载于ROV系统的深海多管回转钻进取样器。

发明内容

本发明的目的是提供一种深海多管回转钻进式取样器，以解决上述现有技术存在的问题，使深海回转钻进式取样器能够进行多站位多管取样，提高取样效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种深海多管回转钻进式取样器，包括机架、移动平台、取样管装夹盘和取样管，所述移动平台沿竖直方向滑动设置于所述机架上，所述移动平台和所述取样管装夹盘均被一竖直的中轴贯穿，所述中轴的两端固定于所述机架上，所述取样管装夹盘设置于所述移动平台的底部且能够在所述移动平台竖直移动过程中实现转动设定角度，所述取样管装夹盘上设置有若干个所述取样管，相邻的所述取样管之间的圆心角为设定角度，每个所述取样管的端部均能够与所述移动平台上的液压马达相匹配，所述移动平台的液压马达及竖直移动的动力均来源于ROV系统，且所述液压马达所需动力源由所述ROV系统提供。

优选的，所述移动平台包括液压马达、圆柱凸轮机构和支撑架，所述支撑架的一端设置有所述圆柱凸轮机构的上端、另一端设置有所述液压马达，所述圆柱凸轮机构的下端连接所述取样管装夹盘，所述支撑架的侧面设置有滑块，所述滑块与所述机架侧面的滑槽相匹配。

优选的，所述圆柱凸轮机构包括圆柱套筒、曲线滑槽圆柱和凸出块，所述圆柱套筒连接于所述支撑架上，所述曲线滑槽圆柱连接于所述取样管装夹盘，所述圆柱套筒内壁的下端均布有若干个所述凸出块，所述圆柱套筒套设于所述曲线滑槽圆柱上，所述凸出块与所述曲线滑槽圆柱的曲线滑槽相匹配，所述曲线滑槽包括若干个依次连接的竖直段和圆滑过渡段。

优选的，所述圆柱套筒的法兰盘底部设置有若干个与所述取样管装夹盘上卡接孔相匹配的卡接块。

优选的，所述支撑架的侧壁下端垂直设置一推杆。

优选的，取样管装夹盘包括转盘、固定盘、取样管卡板和转盘限位机构，所述转盘与所述固定盘均穿设于所述中轴上，所述固定盘位于所述中轴的下端，所述取样管依次贯穿所述转盘和所述固定盘，所述取样管的上端套设有上限位卡环，所述上限位卡环位于所述转盘的上表面上，所述取样管的顶部设置有所述取样管卡板，所述取样管的顶部与所述取样管卡板上的卡槽相匹配，所述取样管的底部设置有取样管限位件，所述取样管限位件卡接于所述固定盘的下方，所述取样管卡板和所述转盘限位机构均设置于所述机架上，所述转盘限位机构能够将所述转盘固定于所述机架的上端。

优选的，所述转盘限位机构包括上限位档板和下转动板机构，所述上限位档板均布于所述机架上，所述下转动板对称设置于所述机架的两侧上，所述上限位档板与下转动板机构的转动板之间用于容纳所述转盘。

优选的，所述下转动板机构对称设置于所述机架上且包括转动板、转动杆、锥齿轮和限位开关，所述转动杆设置于所述机架的两侧上，所述转动杆的中部固定有所述转动板，所述转动杆的一端和中部均转动设置于所述机架上、另一端上设置有一个所述锥齿轮，所述限位开关设置于另一个所述锥齿轮的转轴上，两个相同的所述锥齿轮相啮合，所述限位开关与所述转轴均设置于所述机架上。

优选的，所述限位开关设置于所述机架的卡槽内，所述限位开关呈L型且伸出所述卡槽、朝向所述机架的内侧，所述推杆在竖直移动过程中能够接触并推动所述限位开关旋转90°。

优选的，每个所述取样管的顶部均设置有与所述液压马达的输出轴相匹配的六边形插槽，且与所述液压马达相对的取样管位置上没有设置所述取样管卡板。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明采用旋转取样管钻进的取样方式，不仅能用于松软的海底地层，而且能对较为坚硬的海底岩层进行取样；取样器设有多根独立的取样管，可以利用ROV系统在水下的灵活性，进行多站位多管取样，提高取样效率；取样器采用圆柱凸轮机构，将移动平台的上下运动，转换为转盘的旋转运动，从而实现换管操作，无需专门为转盘设置一个马达来进行换管，既减少了成本，又简化了装置结构，提高了装置的可靠性，推动了深海地质资源及矿产资源的调查研究。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明深海多管回转钻进式取样器的结构示意图一；

图2为本发明深海多管回转钻进式取样器的结构示意图二；

图3为本发明深海多管回转钻进式取样器中移动平台的结构示意图；

图4为本发明深海多管回转钻进式取样器中下转动板机构的结构示意图；

图5为本发明深海多管回转钻进式取样器中曲线滑槽的展开示意图；

其中：1-机架，2-中轴，3-取样管卡板，4-上限位挡板，5-转动板，6-锥齿轮，7-限位开关，8-支撑架，9-液压马达，10-圆柱套筒，11-推杆，12-转盘，13-曲线滑槽圆柱，14-取样管，15-固定盘，16-卡接块，17-卡接孔，18-滑块，19-滑槽，20-凸出块，21-曲线滑槽，22-转动杆，23-取样管限位件，24-上限位卡环。

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付出创造性劳动的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。

本发明的目的是提供一种深海多管回转钻进式取样器，以解决现有技术存在的问题，使深海回转钻进式取样器能够进行多站位多管取样，提高取样效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图5所示：本实施例提供了一种深海多管回转钻进式取样器，包括机架1、移动平台、取样管装夹盘和取样管14，移动平台沿竖直方向滑动设置于机架1上，移动平台和取样管装夹盘均被一竖直的中轴2贯穿，中轴2的两端固定于机架1上，取样管装夹盘设置于移动平台的底部且能够在移动平台竖直移动过程中实现转动设定角度，取样管装夹盘上设置有若干个取样管14，相邻的取样管14之间的圆心角为设定角度，每个取样管14的端部均能够与移动平台上的液压马达9相匹配，移动平台的液压马达及竖直移动的动力均来源于ROV系统，且液压马达9与ROV系统的控制器电连接。

移动平台包括液压马达9、圆柱凸轮机构和支撑架8，支撑架8的一端设置有圆柱凸轮机构的上端、另一端设置有液压马达9，圆柱凸轮机构的下端连接取样管装夹盘，支撑架8的侧面设置有滑块18，滑块18与机架1侧面的滑槽19相匹配。圆柱凸轮机构包括圆柱套筒10、曲线滑槽圆柱13和凸出块20，圆柱套筒10连接于支撑架8上，曲线滑槽圆柱13连接于取样管装夹盘，圆柱套筒10内壁的下端均布有若干个凸出块20，圆柱套筒10套设于曲线滑槽圆柱13上，凸出块20与曲线滑槽圆柱13的曲线滑槽21相匹配，曲线滑槽21包括若干个依次连接的竖直段和圆滑过渡段。移动平台带着圆柱套筒10向下移动时，凸出块20每移动至一个竖直段，曲线滑槽圆柱13带着取样管14旋转45°角。当凸出块20沿第一个竖直段向上移至较高的第二个竖直段的顶部时，转盘12带着取样管14旋转45°；当凸出块20位于曲线滑槽21较高的竖直段底部时，圆柱套筒10的法兰盘底部与取样管装夹盘卡接，液压马达9与取样管14正好相对且匹配，并带着取样管14向下钻进(如图5所示)。圆柱套筒10的法兰盘底部设置有若干个与取样管装夹盘上卡接孔17相匹配的卡接块16。支撑架8的侧壁下端垂直设置一对用于推动限位开关7的推杆11，优选推杆11为圆柱体。

取样管装夹盘包括转盘12、固定盘15、取样管卡板3和转盘限位机构，转盘12与固定盘15均穿设于中轴2上，固定盘15位于中轴的下端、机架1的底面上，不会脱离机架及中轴2运动，取样管14依次贯穿转盘12和固定盘15，取样管14的上端套设有上限位卡环24，上限位卡环24位于转盘12的上表面上，使转盘12带着取样管14跟随液压马达9一起向下运动和保持其他取样管14能够准确卡入取样管卡板3上的卡槽内。取样管14的顶部设置有取样管卡板3，取样管14的顶部与取样管卡板3上的卡槽相匹配，其中，卡槽是T型槽，取样管14顶部设置有一环形卡板，环形卡板能够在T型槽的顶部滑动，取样管14的底部设置有取样管限位件23，取样管限位件23卡接于固定盘15的下方，其中，取样管限位件23为卡环或凸起，用于限制取样管14的向上移动位移。取样管卡板3和转盘限位机构均设置于机架1上，转盘限位机构能够将转盘12固定于机架1的上端。每个取样管14的顶部均设置有与液压马达9的输出轴相匹配的六边形插槽，且与液压马达9相对的取样管位置上没有设置取样管卡板3。

转盘限位机构包括上限位档板和下转动板机构，上限位档板均布于机架1上，下转动板对称设置于机架1的两侧上，上限位档板与下转动板机构的转动板5之间用于容纳转盘12。下转动板机构对称设置于机架1上且包括转动板5、转动杆22、锥齿轮6和限位开关7，转动杆22设置于机架1的两侧上，转动杆22的中部固定有转动板5，转动杆22的一端和中部均转动设置于机架1上、另一端上设置有一个锥齿轮6，限位开关7设置于另一个锥齿轮6的转轴上，两个相同的锥齿轮6相啮合，限位开关7与转轴均设置于机架1上。限位开关7设置于机架1的卡槽内，限位开关7呈L型且伸出卡槽、朝向机架1的内侧，推杆11在竖直移动过程中能够接触并推动限位开关7旋转90°。当转盘12被上限位挡板4和转动板5卡住不能上下移动时，移动平台的上下移动可通过圆柱凸轮机构转换为转盘12的旋转运动，固定盘15用于对取样管14的下端进行轴向定位，当转盘12带着取样管14转动时，固定盘15也会同步转动，并以此完成换管操作。

本实施例深海多管回转钻进式取样器以设置四个取样管为例的具体工作过程如下：

步骤1：取样器工作前，先将移动平台移至初始位置(比最高位置低)，此时液压马达9与转盘12上其中一根取样管14对齐，转盘12被上限位挡板4以及转动板5卡住，不能上下移动。

步骤2：将取样器及ROV下放至海底后，开始取样。首先移动平台在液压推进的作用下向下移动，液压马达9也随着移动平台向下移动。随后，液压马达9的六边形输出轴会插入取样管14顶端的六边形凹槽中，此时，液压马达与取样管14完成对接。

步骤3：ROV系统驱动移动平台带着取样管14继续向下移动，由于转盘12的上下移动被上限位挡板4和转动板5所限制，圆柱套筒10下端的四个卡接块16会插入转盘12上的四个卡接孔17中，移动平台和转盘12完成对接。

步骤4：移动平台上的推杆11在随支撑架8下移过程中，将接触并向下推限位开关7使之沿转动杆22向下旋转90°，同时转动板5会在锥齿轮6的传动作用下也向下转动90°。由于两个锥齿轮6相同且传动比为1，因此转动板5也向下旋转90°，本实施例的转动板5为直角三角板，长直角边能够卡住转盘12，短直角边无限位作用。转动板5转动后转盘12下端解除锁定，移动平台将带着与液压马达9对接好的取样管14和转盘12继续向下移动，同时液压马达9会驱动取样管14旋转，选取合适的取样位置后便开始钻进取样，如图2所示。

步骤5：当一根取样管14完成取样后，ROV系统驱动移动平台带着转盘12和刚取完样的取样管14一同上升，当提升到转盘12与上限位挡板4接触时，转盘12会被上限位挡板4挡住从而停止上升，而移动平台会继续受到ROV系统液压机向上的驱动力，使圆柱套筒10和转盘12连接的四个卡接块16脱离，当移动平台上的推杆11接触并向上推动限位开关7时，转动板5则会在锥齿轮6传动的作用下转动闭合使转盘12的下端限位，转盘12就无法向下移动。而移动平台带着取样管14继续上升，当液压马达9与取样管14脱离时，取样管14因取样管限位件23与机架1的底面接触而而限制取样管14亟需向上移动，移动平台则带着液压马达9则继续上升。移动平台与转盘12间的圆柱凸轮机构开始作用，凸出块20滑移到曲线滑槽21的顶端，移动平台上升到最高处，使转盘12顺时针旋转45°，然后移动平台再从最高处下降到初始位置，使转盘12再次顺时针旋转45°，此时，刚才取完样的取样管14也将旋转90°并被机架1上的取样管卡板3卡住，同时会有一根还未取样的取样管14旋转至取样工作位上(即与液压马达对齐的位置)，即完成换管操作。

步骤6：之后再重复步骤1-5即可对另外三根取样管14进行取样。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种深海多管回转钻进式取样器，其特征在于：包括机架、移动平台、取样管装夹盘和取样管，所述移动平台沿竖直方向滑动设置于所述机架上，所述移动平台和所述取样管装夹盘均被一竖直的中轴贯穿，所述中轴的两端固定于所述机架上，所述取样管装夹盘设置于所述移动平台的底部且能够在所述移动平台竖直移动过程中实现转动设定角度，所述取样管装夹盘上设置有若干个所述取样管，相邻的所述取样管之间的圆心角为设定角度，每个所述取样管的端部均能够与所述移动平台上的液压马达相匹配，所述移动平台的液压马达及竖直移动的动力均来源于ROV系统，且所述液压马达与所述ROV系统的控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的深海多管回转钻进式取样器，其特征在于：所述移动平台包括液压马达、圆柱凸轮机构和支撑架，所述支撑架的一端设置有所述圆柱凸轮机构的上端、另一端设置有所述液压马达，所述圆柱凸轮机构的下端连接所述取样管装夹盘，所述支撑架的侧面设置有滑块，所述滑块与所述机架侧面的滑槽相匹配。

3.根据权利要求2所述的深海多管回转钻进式取样器，其特征在于：所述圆柱凸轮机构包括圆柱套筒、曲线滑槽圆柱和凸出块，所述圆柱套筒连接于所述支撑架上，所述曲线滑槽圆柱连接于所述取样管装夹盘，所述圆柱套筒内壁的下端均布有若干个所述凸出块，所述圆柱套筒套设于所述曲线滑槽圆柱上，所述凸出块与所述曲线滑槽圆柱的曲线滑槽相匹配，所述曲线滑槽包括若干个依次连接的竖直段和圆滑过渡段。

4.根据权利要求3所述的深海多管回转钻进式取样器，其特征在于：所述圆柱套筒的法兰盘底部设置有若干个与所述取样管装夹盘上卡接孔相匹配的卡接块。

5.根据权利要求2所述的深海多管回转钻进式取样器，其特征在于：所述支撑架的侧壁下端垂直设置一推杆。

6.根据权利要求5所述的深海多管回转钻进式取样器，其特征在于：取样管装夹盘包括转盘、固定盘、取样管卡板和转盘限位机构，所述转盘与所述固定盘均穿设于所述中轴上，所述固定盘位于所述中轴的下端，所述取样管依次贯穿所述转盘和所述固定盘，所述取样管的上端套设有上限位卡环，所述上限位卡环位于所述转盘的上表面上，所述取样管的顶部设置有所述取样管卡板，所述取样管的顶部与所述取样管卡板上的卡槽相匹配，所述取样管的底部设置有取样管限位件，所述取样管限位件卡接于所述固定盘的下方，所述取样管卡板和所述转盘限位机构均设置于所述机架上，所述转盘限位机构能够将所述转盘固定于所述机架的上端。

7.根据权利要求6所述的深海多管回转钻进式取样器，其特征在于：所述转盘限位机构包括上限位档板和下转动板机构，所述上限位档板均布于所述机架上，所述下转动板对称设置于所述机架的两侧上，所述上限位档板与下转动板机构的转动板之间用于容纳所述转盘。

8.根据权利要求7所述的深海多管回转钻进式取样器，其特征在于：所述下转动板机构对称设置于所述机架上且包括转动板、转动杆、锥齿轮和限位开关，所述转动杆设置于所述机架的两侧上，所述转动杆的中部固定有所述转动板，所述转动杆的一端和中部均转动设置于所述机架上、另一端上设置有一个所述锥齿轮，所述限位开关设置于另一个所述锥齿轮的转轴上，两个相同的所述锥齿轮相啮合，所述限位开关与所述转轴均设置于所述机架上。

9.根据权利要求8所述的深海多管回转钻进式取样器，其特征在于：所述限位开关设置于所述机架的卡槽内，所述限位开关呈L型且伸出所述卡槽、朝向所述机架的内侧，所述推杆在竖直移动过程中能够接触并推动所述限位开关旋转90°。

10.根据权利要求6所述的深海多管回转钻进式取样器，其特征在于：每个所述取样管的顶部均设置有与所述液压马达的输出轴相匹配的六边形插槽，且与所述液压马达相对的取样管位置上没有设置所述取样管卡板。

Images