CN113309465B - 一种海底深孔钻机 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于海洋工程建筑领域，提供了一种海底深孔钻机，包括支架、钻探组件、多个支撑组件、调节组件和监控组件；当监控组件监控到支架倾斜时，控制调节组件工作，将支架恢复平衡；所述钻探组件包括第一推送件、驱动单元、第二推送件和钻头。在钻机下沉的过程中，监控组件监测支架是否保持水平，如果支架歪斜，监控组件会控制调节组件开始工作，将支架调节至水平或者接近水平的状态，保证钻机水平触底，着陆稳定性更高；当钻机触底的时候，多个支撑组件扩张，增大钻机的底盘面积，使得支架在钻探组件工作的时候仍然能够保持稳定，然后驱动单元和第二推送件开始工作，带动钻头一边转动一边下移，对海底土层进行钻孔。
Description
技术领域
本发明属于海洋工程建筑领域，尤其涉及一种海底深孔钻机。
背景技术
海洋是地球上最广阔的水体总称。海洋资源是指海洋中的生产资料和生活资料的天然来源。海洋资源包括海洋矿物资源、海水化学资源、海洋生物 (水产) 资源和海洋动力资源等四项。海洋矿物资源主要有石油、煤、铁、铝钒土、锰、铜、石英岩等。
我国海洋资源虽然丰富，但开发利用的程度很低，其中一个主要原因是深海钻探技术在国内尚不成熟。深海钻探将为海洋科学家提供处于海表以下海底沉积物、岩石中的地质和环境信息。
现有的海底深孔钻机下沉的过程中，深孔钻机稳定性不够，容易受到海水冲击歪斜，触底降落时不稳定，导致钻头倾斜，随着钻进过程中钻进深度的增加，钻进位置偏离勘探确定的最佳位置，使得钻采位置不处于最佳钻采位置或者最佳钻采位置的允许范围。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种海底深孔钻机，旨在解决背景技术中所提出的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种海底深孔钻机包括：
支架；
钻探组件，安装于支架上，用于对海底的土层或者岩层进行钻探；
多个支撑组件，安装于支架上，用于扩大钻机的底盘面积，保持支架平衡；
调节组件，安装于支架上，用于和支撑组件协同作用让支架保持平衡；
监控组件，安装于支架上，与调节组件电性相连，当监控组件监控到支架倾斜时，控制调节组件工作，将支架恢复平衡；
所述钻探组件包括：
第一推送件，安装于支架上；
驱动单元，安装于第一推送件的伸出端；
第二推送件，与驱动单元的动力输出端相连；
钻头，安装于第二推送件的伸出端，用于对海底土层或者岩层进行钻孔；
所述第一推送件和第二推送件分阶段带动钻头升降，驱动单元带动第二推送件和钻头转动。
优选地，所述支撑组件包括：
升降件，安装于支架上；
滑块，滑动安装于支架上且与升降件的输出端相连；
支撑件，一端铰连安装于滑块上，另一端铰连安装有滚动件，用于支撑支架保持平衡；
所述滚动件上安装有压力传感器，所述压力传感器与升降件电性相连。
优选地，多个所述支撑组件沿圆周方向均匀布设安装在支架上。
优选地，所述调节组件包括：
多个储水腔，设置于支架内，用于储存海水增加支架的重量；
多个齿轮泵，安装在支架上且每个齿轮泵与储水腔一一对应连通，用于将海水抽出或者抽进储水腔内；
多个调节电机，安装在支架上且输出端与齿轮泵相连，用于驱动齿轮泵工作；
所述调节电机与监控组件电性相连，所述监控组件控制多个调节电机配合工作。
优选地，所述调节组件还包括：
调节桨，通过转轴与齿轮泵相连，且调节桨与齿轮泵同步工作，用于调节支架保持平衡。
优选地，所述监控组件包括：
监控腔，设置在支架上；
平衡件，设置于监控腔内，与支架的水平度保持一致；
多个压力感应件，安装在监控腔内，且多个压力感应件沿圆周方向均布在平衡件周围，用于感应平衡件偏离重心位置的程度；
多个弹性件，与压力感应件一一对应设置，两端分别与平衡件和压力感应件相连，用于将平衡件的偏移运动以压力的方式传递给压力感应件；
多个所述压力感应件与多个调节电机一一对应设置，且每个压力感应件与对应的调节电机电性相连。
优选地，所述平衡件底部滚动安装有多个滚珠。
优选地，所述深孔钻机还包括多个均布安装于支架底部的加固组件；
所述加固组件包括：
保护罩，安装在支架底部；
加固电机，安装于保护罩内；
固定件，与加固电机的输出端相连，用于破开海底土层，加固支架；
所述加固电机与滚动件上的压力传感器电性相连。
本发明实施例提供的一种海底深孔钻机，在钻机下沉的过程中，监控组件监测支架是否保持水平，如果支架歪斜，监控组件会控制调节组件开始工作，将支架调节至水平或者接近水平的状态，保证钻机水平触底，着陆稳定性更高；当钻机触底的时候，多个支撑组件扩张，增大钻机的底盘面积，使得支架在钻探组件工作的时候仍然能够保持稳定，然后驱动单元和第二推送件开始工作，带动钻头一边转动一边下移，对海底土层进行钻孔。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种海底深孔钻机的主视图；
图2为本发明实施例提供的一种海底深孔钻机的监控组件剖视图；
图3为本发明实施例提供的一种海底深孔钻机中平衡件三维图；
图4为本发明实施例提供的一种海底深孔钻机的调节组件剖视图；
图5为图1中A处放大图。
附图中：支架1，监控组件2，监控腔20，弹性件21，平衡件22，压力感应件23，滚珠24，调节组件3，储水腔30，齿轮泵31，调节电机32，调节桨33，钻探组件4，第一推送件40，驱动单元41，第二推送件42，钻头43，支撑组件5，升降件50，滑块51，支撑件52，滚动件53，加固组件6，保护罩60，加固电机61，固定件62。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1所示，为一个实施例提供的一种海底深孔钻机的结构图，包括：
支架1；
钻探组件4，安装于支架1上，用于对海底的土层或者岩层进行钻探；
多个支撑组件5，安装于支架1上，用于扩大钻机的底盘面积，保持支架1平衡；
调节组件3，安装于支架1上，用于和支撑组件5协同作用让支架1保持平衡；
监控组件2，安装于支架1上，与调节组件3电性相连，当监控组件2监控到支架1倾斜时，控制调节组件3工作，将支架1恢复平衡；
所述钻探组件4包括：
第一推送件40，安装于支架1上；
驱动单元41，安装于第一推送件40的伸出端；
第二推送件42，与驱动单元41的动力输出端相连；
钻头43，安装于第二推送件42的伸出端，用于对海底土层或者岩层进行钻孔；
所述第一推送件40和第二推送件42分阶段带动钻头43升降，驱动单元41带动第二推送件42和钻头43转动。
在本实施例的一种情况中，将该海底深孔钻机投放于海水中，在重力作用下整个钻机下沉，直到抵达海底，在下沉的过程中，监控组件2监测支架1是否保持水平，如果支架1歪斜，监控组件2会控制调节组件3开始工作，将支架1调节至水平或者接近水平的状态，保证钻机水平触底，着陆稳定性更高；当钻机触底的时候，多个支撑组件5扩张，增大钻机的底盘面积，使得支架1在钻探组件4工作的时候仍然能够保持稳定，然后钻探组件4中的第一推送件40伸出，推送钻头43与海底初步接触，驱动单元41和第二推送件42工作，带动钻头43一边转动一边下移，对海底土层进行钻孔。
在本实施例的一种情况中，所述驱动单元41可以是电机，但是为了提高驱动单元41的扭矩和稳定性，驱动单元41可以选用电机组件即电机和齿轮箱的组合件。另外，第一推送件40和第二推送件42可以选用液压缸或者电动推杆或者电缸等。
如图1所示，在一个实施例中，所述支撑组件5包括：
升降件50，安装于支架1上；
滑块51，滑动安装于支架1上且与升降件50的输出端相连；
支撑件52，一端铰连安装于滑块51上，另一端铰连安装有滚动件53，用于支撑支架1保持平衡；
所述滚动件53上安装有压力传感器，所述压力传感器与升降件50电性相连。
在本实施例的一种情况中，结合图1所示，多个所述支撑组件5沿圆周方向均匀布设安装在支架1上。
本实施例在具体实施过程中，滚动件53接触到海底的时候，其上的压力传感器感受到压力，控制升降件50开始推动滑块51工作，使得支撑件52推动滚动件53沿着海床远离支架1向四周运动，多个支撑组件5中的支撑件52共同作用，使得钻机的底盘面积扩大，增加支架1的稳定性。所述升降件50可以是液压缸或者电动推杆或者电缸等。
如图1和图5所示，在另一种优选实施例中，所述深孔钻机还包括多个均布安装于支架1底部的加固组件6；
所述加固组件6包括：
保护罩60，安装在支架1底部；
加固电机61，安装于保护罩60内；
固定件62，与加固电机61的输出端相连，用于破开海底土层，加固支架1；
所述加固电机61与滚动件53上的压力传感器电性相连。
在本实施例的具体实施过程中，当深孔钻机触底，滚动件53受压，其上的压力传感器通电，控制加固电机61定时工作一定时间，加固电机61带动固定件62转动，钻入海底土层中，将支架1加固在海底，以抵抗海水的波动，保持支架1的稳定性。
如图1和图4所示，在一种优选实施例中，所述调节组件3包括：
多个储水腔30，设置于支架1内，用于储存海水增加支架1的重量；
多个齿轮泵31，安装在支架1上且每个齿轮泵31与储水腔30一一对应连通，用于将海水抽出或者抽进储水腔30内；
多个调节电机32，安装在支架1上且输出端与齿轮泵31相连，用于驱动齿轮泵31工作；
所述调节电机32与监控组件2电性相连，所述监控组件2控制多个调节电机32配合工作。
在本实施例的一种情况中，结合图1所示，所述调节组件3还包括：
调节桨33，通过转轴与齿轮泵31相连，且调节桨33与齿轮泵31同步工作，用于调节支架1保持平衡。
在本实施例的具体实施过程中，控制调节电机32向储水腔30内抽进海水，使得整个钻机重量变大，下沉速度更快，下沉过程更加平稳，监控组件2监控到支架1向一侧倾斜，对应的倾斜低的一侧的调节电机32开始工作，齿轮泵31转动，使得储水腔30内的海水被部分抽出，倾斜低的一侧重量变小，同时调节桨33转动，对支架1有向上的提升力，使得倾斜低的一侧迅速被调整抬升，当支架1恢复水平的时候，监控组件2停止控制调节电机32工作。
如图1和图2所示，在一种优选实施例中，所述监控组件2包括：
监控腔20，设置在支架1上；
平衡件22，设置于监控腔20内，与支架1的水平度保持一致；
多个压力感应件23，安装在监控腔20内，且多个压力感应件23沿圆周方向均布在平衡件22周围，用于感应平衡件22偏离重心位置的程度；
多个弹性件21，与压力感应件23一一对应设置，两端分别与平衡件22和压力感应件23相连，用于将平衡件22的偏移运动以压力的方式传递给压力感应件23；
多个所述压力感应件23与多个调节电机32一一对应设置，且每个压力感应件23与对应的调节电机32电性相连。
在本实施例的一种情况中，结合图3所示，所述平衡件22底部滚动安装有多个滚珠24。减少平衡件22与支架1之间的摩擦力。
在本实施例的具体实施过程中，当支架1倾斜，平衡件22随之向较低的一侧滑动，使得与平衡件22相连的弹性件21受压，受压后的弹性件21将压力传递给压力感应件23，压力感应件23受压通电，使得与之相连的调节电机32通电工作。另外，由于平衡件22向一侧滑动，另一侧的弹性件21受拉，还可以利用弹性件21传递给压力感应件23的拉力，控制调节电机32反向转动，这样两侧同时正反调整，调节速度会加快，使得支架1更快的恢复水平。由于支架1上均布有多个调节组件3，多个调节组件3在多个压力感应件23的控制下协同工作，使得支架1处于动态平衡的过程。其中弹性件21可以是如图2所示的弹簧，除此之外，弹性件21还可以选用其他具有弹性的部件替换，如硅胶柱，弹片等，在本实施例中不做具体的限定。
本发明上述实施例提供的一种海底深孔钻机，支架1在下沉初期，通过调节组件3中的调节电机32向储水腔30内注水，使得总重量增加，下沉速度和平稳性增强，在下沉过程中，监控组件2中的平衡件22感受支架1的倾斜与否，将支架1的倾斜通过弹性件21的压缩与拉伸反馈到压力感应件23上，控制多个调节电机32配合工作，使得储水腔30内的海水增多或者减少，同时调节桨33正反转配合，提高抬升力或者下沉力，使得支架1处于动态平衡中。当钻机触底，支撑组件5中的滚动件53接触海床，其上的压力传感器感受到压力，控制升降件50开始推动滑块51工作，使得支撑件52推动滚动件53沿着海床远离支架1向四周运动，使得钻机的底盘面积扩大，增加支架1的稳定性；同时滚动件53上的压力传感器通电，控制加固电机61定时工作一定时间，加固电机61带动固定件62转动，钻入海底土层中，将支架1加固在海底，以抵抗海水的波动，进一步保证支架1的稳定性。
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。
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 (6)
1.一种海底深孔钻机，其特征在于，所述深孔钻机包括：
支架；
钻探组件，安装于支架上，用于对海底的土层或者岩层进行钻探；
多个支撑组件，安装于支架上，用于扩大钻机的底盘面积，保持支架平衡；
调节组件，安装于支架上，用于和支撑组件协同作用让支架保持平衡；
监控组件，安装于支架上，与调节组件电性相连，当监控组件监控到支架倾斜时，控制调节组件工作，将支架恢复平衡；
所述钻探组件包括：
第一推送件，安装于支架上；
驱动单元，安装于第一推送件的伸出端；
第二推送件，与驱动单元的动力输出端相连；
钻头，安装于第二推送件的伸出端，用于对海底土层或者岩层进行钻孔；
所述第一推送件和第二推送件分阶段带动钻头升降，驱动单元带动第二推送件和钻头转动；
所述调节组件包括：
多个储水腔，设置于支架内，用于储存海水增加支架的重量；
多个齿轮泵，安装在支架上且每个齿轮泵与储水腔一一对应连通，用于将海水抽出或者抽进储水腔内；
多个调节电机，安装在支架上且输出端与齿轮泵相连，用于驱动齿轮泵工作；
所述调节电机与监控组件电性相连，所述监控组件控制多个调节电机配合工作；
所述监控组件包括：
监控腔，设置在支架上；
平衡件，设置于监控腔内，与支架的水平度保持一致；
多个压力感应件，安装在监控腔内，且多个压力感应件沿圆周方向均布在平衡件周围，用于感应平衡件偏离重心位置的程度；
多个弹性件，与压力感应件一一对应设置，两端分别与平衡件和压力感应件相连，用于将平衡件的偏移运动以压力的方式传递给压力感应件；
多个所述压力感应件与多个调节电机一一对应设置，且每个压力感应件与对应的调节电机电性相连。
2.根据权利要求1所述的海底深孔钻机，其特征在于，所述支撑组件包括：
升降件，安装于支架上；
滑块，滑动安装于支架上且与升降件的输出端相连；
支撑件，一端铰连安装于滑块上，另一端铰连安装有滚动件，用于支撑支架保持平衡；
所述滚动件上安装有压力传感器，所述压力传感器与升降件电性相连。
3.根据权利要求2所述的海底深孔钻机，其特征在于，多个所述支撑组件沿圆周方向均匀布设安装在支架上。
4.根据权利要求1所述的海底深孔钻机，其特征在于，所述调节组件还包括：
调节桨，通过转轴与齿轮泵相连，且调节桨与齿轮泵同步工作，用于调节支架保持平衡。
5.根据权利要求1所述的海底深孔钻机，其特征在于，所述平衡件底部滚动安装有多个滚珠。
6.根据权利要求2所述的海底深孔钻机，其特征在于，所述深孔钻机还包括多个均布安装于支架底部的加固组件；
每个所述加固组件包括：
保护罩，安装在支架底部；
加固电机，安装于保护罩内；
固定件，与加固电机的输出端相连，用于破开海底土层，加固支架；
所述加固电机与滚动件上的压力传感器电性相连。
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