CN2704679Y - 深海载人潜水器浅孔取芯器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种深海载人潜水器浅孔取芯器。它包括小型移动式高转速液压钻进动力头，钻进动力头角度调整装置和补偿与稳杆装置，卡钻事故丢弃钻具装置，抛弃取芯器装置。钻进动力头由油马达驱动钻具旋转和供水，推进油缸推动动力头钻进；角度调整装置和补偿与稳杆装置通过补偿油缸、前后、左右调角油缸调整钻具纵横向角度，扶杆装置防止钻具偏斜；卡钻事故丢弃钻具装置在驱动轴和钻具接头间设置具预压力卡块，卡钻时推进油缸强制上顶卡块松脱使上下接头分离；抛弃取芯器装置用卡销连接潜水器和取芯器，抛弃油缸顶移卡销使取芯器脱离潜水器。本实用新型体积小，重量轻，结构简单，钻进效率高，安全可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及海洋资源勘探开发装备，特别是深海载人潜水器进行深海底表层固体矿产资源勘探的浅孔取芯器。
背景技术
海洋资源的开发，特别是深海底表层以锰结核为代表的矿产资源的地质勘探是一个新开拓的技术领域，由于深海底复杂的地质、洋流、压力等条件，对勘探取芯器的技术要求，可靠性保障要求极高，特别是深海载人潜水器上携带的取芯器，更要求具有良好的工作可靠性、稳定性和安全性，一旦取芯器出现卡钻等破坏性故障，必须顺利地丢弃取芯器或其部件，以保证潜水器和人能安全返回。目前，国内外还未见相关技术的报道。
发明内容
本发明目的是设计一种体积小，重量轻，钻进取芯效率高，非作业时可缩在载人潜水器上的安装位置，紧急情况下可顺利丢弃钻具或整台取芯器，简单可靠的小型移动式深海载人潜水器浅孔取芯器。
为实现上述发明目的本实用新型采用的技术方案是：
深海载人潜水器浅孔取芯器包括小型移动式高转速液压钻进动力头，钻进动力头角度调整装置和补偿与稳杆装置，抛弃取芯器装置，卡钻事故丢弃钻具装置。
(1)小型移动式高转速液压钻进动力头包括驱动钻具高速旋转的油马达，位于油马达的下方、传递油马达输出动力的补偿式齿轮箱，通过丢弃钻具装置与齿轮箱主轴连接的钻具，由齿轮箱副轴驱动、给钻具供水的水泵，齿轮箱两侧对称固定的、推动整个钻进动力头沿着导轨进行钻进的2个推进油缸；
(2)钻进动力头角度调整装置和补偿与稳杆装置包括钻具穿过其中心的扶杆装置，固定在扶杆装置顶部平板上的导轨，两侧下部带有导轨滑槽的补偿支架，推动导轨和扶杆装置沿补偿支架的导轨滑槽上下移动的补偿油缸，与补偿支架铰接的调角支架，推动补偿支架、扶杆装置及整个钻进动力头前后摆动的前后调角油缸，推动调角支架、补偿支架、扶杆装置及整个钻进动力头左右摆动的左右调角油缸；
(3)抛弃取芯器装置包括紧固在载人潜水器上的叉形固定架，固接液压阀箱和整个取芯器的挂架，穿过挂架上带斜面的前卡槽及固定架前滑槽的前卡销，穿过挂架上带斜面的后卡槽及固定架后滑槽的后卡销，前卡销和后卡销将挂架和固定架连接成一体，固定在载人潜水器上、推动前卡销和后卡销向背离潜水器方向移动的抛弃油缸，固定架叉形臂的一外侧面设置有与前卡销和后卡销固接的上剪刀和固定在叉形臂上的下剪刀，位于上剪刀和下剪刀相对的刀口上分别供与取芯器连接的主油管和水密电缆穿过的2个上下相对的半圆形剪孔；
(4)卡钻事故丢弃钻具装置包括与齿轮箱主轴固接的上接头，与钻具钻杆上端固接的下接头，安装于上接头锥形内腔和下接头外表面上带一锥面环形槽内的卡块，顶紧卡块下表面的压环，连接于上接头外表面的调整套和锁母，及位于上接头与下接头间的环形腔内顶紧压环的弹簧。
本实用新型的优点是：小型移动式高转速液压动力头，体积小，重量轻，钻进效率高，并能同时实现钻进回转与供水，简单可靠；钻进动力头角度调整装置和补偿与稳杆装置，可根据海底地形变化调整取芯角度，将稳杆装置顶至岩石面后再钻孔，确保钻头垂直钻进，防止侧向偏移，非作业时，又可收缩在载人潜水器上的安装位置，减少载人潜水器运行阻力；卡钻事故丢弃钻具装置采用拔钻阻力超过设定值即强制脱开，丢弃钻具，保护其余部件，简单可靠；载人潜水器应急抛弃取芯器整机装置结构简单，油压驱动稳定可靠，在遇到紧急情况时，能顺利地将取芯器整机抛弃，保障载人潜水器及操作人员的安全。
附图说明
图1为本实用新型深海载人潜水器浅孔取芯器原理图；
图2为本实用新型抛弃取芯器装置原理图；
图3为本实用新型卡钻事故丢弃钻具装置原理图。
具体实施方式
下面接合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
深海载人潜水器浅孔取芯器由小型移动式高转速液压钻进动力头，钻进动力头角度调整装置和补偿与稳杆装置，抛弃取芯器装置，卡钻事故丢弃钻具装置四个主要部分组成。
液压钻进动力头包括油马达7，补偿式齿轮箱5，钻具2，水泵6，导轨3和推进油缸8。钻具2上端先连接丢弃钻具装置4，再在齿轮箱下方与齿轮箱主轴连接，油马达7和水泵6都安装在齿轮箱的上方，油马达7通过齿轮箱主轴驱动钻具高速旋转，通过齿轮箱副轴驱动水泵6给钻具供水，2个推进油缸8在齿轮箱两侧对称固定，钻进动力头卡式连接在导轨3的前轨面上，钻进时推进油缸8推动整个钻进动力头沿着导轨3向下钻进。
钻进动力头角度调整装置和补偿与稳杆装置包括扶杆装置1，补偿支架15，补偿油缸9，调角支架14，前后调角油缸10和左右调角油缸11。稳杆装置上面为一块平板，导轨3的下端和推进油缸8都固定在该平板上，扶杆装置1固定在平板下面，钻具2穿过平板上的孔和扶杆装置1的中心孔向下钻进。补偿油缸9固定在补偿支架15上，补偿支架15下部两侧带有导轨滑槽，导轨3的后轨面的两侧边插入滑槽内，补偿油缸9可推动导轨3、钻进动力头和稳杆装置沿补偿支架15的导轨滑槽整体上下移动。调角支架14一端与补偿支架15铰接，另一端通过支撑左右调角油缸11的V字形支撑臂中固定在调角支架14上的1条臂铰接在抛弃取芯器装置12的挂架26上，支撑左右调角油缸11的V字形支撑臂的另1条臂与挂架26固结，固定在调角支架14上、与补偿油缸9平行设置的是前后调角油缸10，与补偿油缸9近似十字形交叉设置的是左右调角油缸11。前后调角油缸10可推动补偿支架15、扶杆装置1及整个钻进动力头前后摆动，左右调角油缸11可推动调角支架14、补偿支架15、扶杆装置1及整个钻进动力头左右摆动。载人潜水器在深海着底后，取芯器离海底面仍有一段距离，加上海底不平，取芯器的钻具与要钻取的岩石之间还有一段不确定距离，此时根据实际需要单独或组合启动补偿油缸9、前后调角油缸10、左右调角油缸11，调整取芯器的纵向和横向角度以适应海底各种微地形变化，使钻进动力头和稳杆装置整体下降到岩石面，扶杆装置1先顶紧岩面确定孔位，钻具不会因岩石不平整面产生的侧向偏斜力而滑移，保证钻头在稳定的条件下开孔钻进。
抛弃取芯器装置12包括叉形固定架21，固定架前滑槽18、后滑槽22，挂架26，挂架前卡槽16、后卡槽25，前卡销19，后卡销23，抛弃油缸20，上剪刀24，下剪刀17和半圆形剪孔34。叉形固定架21紧固在载人潜水器上，液压阀箱13和整个取芯器连接在挂架26上，固定架21的两叉形臂上设置有前滑槽18和后滑槽22，挂架26的两个侧壁上设置有前卡槽16和后卡槽25，两个卡槽在沿卡槽底向取芯器方向有一上行的斜面，前卡销19和后卡销23分别穿过挂架的前后卡槽及固定架的前后滑槽，将整个取芯器连接到深海载人潜水器上。固定架21叉形臂的一外侧面设置有下剪刀17和上剪刀24，下剪刀17固定在固定架21的叉形臂上，上剪刀24固接在前卡销19和后卡销23上，位于上剪刀24和下剪刀17相对的刀口上分别开有2个上下相对的半圆形剪孔34，取芯器的主油管和水密电缆分别穿过2个半圆形剪孔34与取芯器连接。抛弃油缸20固接在固定架21上，位于固定架叉形臂中间。在载人潜水器遇到紧急情况时，抛弃油缸20推动前卡销19和后卡销23向背离载人潜水器方向移动，第一段行程先推动剪刀将主油管和水密电缆切断，第二段行程使卡销脱离取芯器挂架26的卡槽，继续推进时，卡销沿挂架26的卡槽上行斜面将取芯器及其挂架向下推离固定支架，实现取芯器与载人潜水器的分离，确保载人潜水器和工作人员的安全。
卡钻事故丢弃钻具装置4包括倒凹字形上接头27，凸字形下接头33，卡块28，压环29，弹簧31，调整套32和锁母30。倒凹字形上接头27固接在齿轮箱5的主轴上，凸字形下接头33固接在钻具钻杆的上端，并插入上接头空腔内，通过花键与上接头相连接传递扭矩。楔状环形卡块28安装在上接头27锥形内腔并卡入下接头33外表面上带一锥面的环形槽内，传递向下的钻进压力。上接头与下接头间的环形腔内还设置压环29和弹簧31，它们从卡块28下表面向上将卡块28顶紧。上接头27外表面还设置有调整套32和锁母30，将压环和弹簧定位在上接头与下接头间的环形腔内。压环、弹簧、调整套和锁母给卡块施加一定值的预压力，当取芯器发生卡钻事故时，通过推进油缸上顶，下接头环形槽的锥面向下推压卡块沿上接头的锥形腔作轴向和径向移动，当弹簧压缩一定量，压力达到设定值时，卡块脱离下接头的环形槽，下接头与上接头分离，钻具即脱离取芯器，载人潜水器和取芯器可以安全返回。
Claims (1)
1.一种深海载人潜水器浅孔取芯器，其特征在于它包括高转速液压钻进动力头，钻进动力头角度调整装置和补偿与稳杆装置，抛弃取芯器装置，卡钻事故丢弃钻具装置，
(1)高转速液压钻进动力头包括驱动钻具高速旋转的油马达(7)，传递油马达输出动力的补偿式齿轮箱(5)，通过丢弃钻具装置(4)与齿轮箱(5)主轴连接的钻具(2)，由齿轮箱(5)副轴驱动、给钻具供水的水泵(6)，齿轮箱(5)两侧对称固定的、推动整个钻进动力头沿着导轨(3)进行钻进的2个推进油缸(8)；
(2)液压钻进动力头角度调整装置和补偿与稳杆装置包括钻具穿过其中心的扶杆装置(1)，固定在扶杆装置顶部平板上的导轨(3)，两侧下部带有导轨滑槽的补偿支架(15)，推动导轨(3)和扶杆装置(1)沿补偿支架(15)的导轨滑槽上下移动的补偿油缸(9)，与补偿支架(15)铰接的调角支架(14)，推动补偿支架(15)、扶杆装置(1)及整个钻进动力头前后摆动的前后调角油缸(10)，推动调角支架(14)、补偿支架(15)、扶杆装置(1)及整个钻进动力头左右摆动的左右调角油缸(11)；
(3)抛弃取芯器装置(12)包括紧固在载人潜水器上的叉形固定架(21)，固接液压阀箱(13)和整个取芯器的挂架(26)，分别穿过挂架(26)上带斜面的前卡槽(16)及固定架(21)前滑槽(18)和挂架上带斜面的后卡槽(25)及固定架后滑槽(22)、将挂架(26)和固定架(21)连接的前卡销(19)和后卡销(23)，固定在载人潜水器上、推动前卡销(19)和后卡销(23)向背离潜水器方向移动的抛弃油缸(20)，固定架(21)叉形臂的一外侧面设置有与前卡销(19)和后卡销(23)固接的上剪刀(24)和固定在叉形臂上的下剪刀(17)，位于上剪刀(24)和下剪刀(17)相对的刀口上分别供与取芯器连接的主油管和水密电缆穿过的2个上下相对的半圆形剪孔(34)；
(4)卡钻事故丢弃钻具装置(4)包括与齿轮箱(5)主轴固接的上接头(27)，与钻具上端固接的下接头(33)，安装于上接头(27)锥形内腔和下接头(33)外表面上带一锥面环形槽内的卡块(28)，顶紧卡块(28)下表面的压环(29)，连接于上接头(27)外表面的调整套(32)和锁母(30)，及位于上接头与下接头间的环形腔内顶紧压环(29)的弹簧(31)。
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