一種搭載式深海巖芯鉆機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋勘探機械設(shè)備，特別涉及一種用于獲取深海富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物巖芯的深海巖芯鉆機。
【背景技術(shù)】
[0002]遼闊的大洋底蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源，包括富鈷結(jié)殼、熱液硫化礦等，具有巨大的經(jīng)濟價值和戰(zhàn)略意義。深海是人類在地球上為數(shù)不多的未知區(qū)域之一，科學(xué)家們對深海礦物成份、礦物年限、礦物形成機理、礦物物理力學(xué)特性以及礦物周圍的生物和環(huán)境狀況等具有濃厚的興趣。這些涵蓋海洋地質(zhì)、海洋生物、海洋化學(xué)、海洋物理、海洋采礦多個學(xué)科的研宄均需要大量的深海礦物樣品。同時，在富鈷結(jié)殼儲量評估時必須進行大量的勘探及巖芯鉆取工作。因此，深海礦物巖芯樣本的獲取在海洋科學(xué)的研宄與開發(fā)中具有至關(guān)重要的作用。目前海底巖芯的獲取主要通過海面科考船將大型的巖芯鉆機下放至幾千米水深的海底來鉆取巖芯，由于海面風(fēng)浪流、海底礦物表面崎嶇不平、海底的無光等因素使得深海巖芯樣品的獲取極為費時費力，難度很大，數(shù)量極為有限。因此，需要一種深海巖芯鉆機來方便而快捷地獲取海底巖芯樣本，從而為深海礦產(chǎn)資源尤其是富鈷結(jié)殼和金屬硫化物的科學(xué)研宄提供樣本，同時為富鈷結(jié)殼的資源評估提供現(xiàn)場第一手資料。
[0003]深海尤其是7000米水深的作業(yè)環(huán)境惡劣，巖芯鉆機需承受幾百個大氣壓的高壓，潛水器在水下的質(zhì)量配載要求非常嚴(yán)格，這就要求巖芯鉆機在質(zhì)量輕的同時還能夠保證良好的耐高壓和密封性能及防腐等多種功能。這給鉆機的設(shè)計帶來相當(dāng)大的難度。同時，由于載人潛器或遙控水下機器人在保證自身在海底穩(wěn)定性和安全性后，所能為鉆機提供的穩(wěn)定鉆進支撐力很小(僅為數(shù)百牛頓力)，這與陸地巖芯鉆機要求的上萬牛頓力的鉆進壓力相去甚遠(yuǎn)。因此必須設(shè)計特殊的鉆頭鉆具，以滿足只能在提供較小的鉆進力狀況下鉆取巖芯的要求。除此之外，海底復(fù)雜而多變的巖層硬度使得巖芯鉆機容易卡鉆，給載人潛器或遙控水下機器人帶來極大地安全隱患。因此，鉆機必須設(shè)計有相應(yīng)的應(yīng)對措施以保證載人潛器或遙控水下機器人在深海的安全。而現(xiàn)有的深海巖芯鉆機結(jié)構(gòu)繁雜、質(zhì)量過重、耐壓與密封性能不能滿足深海環(huán)境，當(dāng)鉆機卡鉆時也沒有行之有效的保護措施，不適合搭載于載人潛器或遙控水下機器人上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種搭載式深海巖芯鉆機，該深海巖芯鉆機具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、穩(wěn)定可靠、安全性好的特點，能夠滿足深海巖芯取樣惡劣工況要求。將本發(fā)明的深海巖芯鉆機搭載在載人潛器或遙控水下機器人上使用，可以為深海礦產(chǎn)資源富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物的科學(xué)研宄提供樣本和為富鈷結(jié)殼的資源評估所需的現(xiàn)場第一手資源資料提供一種新型而快捷的技術(shù)手段。
[0005]本發(fā)明一種搭載式深海巖芯鉆機，可搭載在載人潛器或水下機器人上獲取深海巖礦樣本，所述搭載式深海巖芯鉆機包括鉆機主軸、軸承座、鉆具、液壓馬達(dá)及聯(lián)接座，所述鉆機主軸安裝在軸承座上，鉆機主軸的一端與鉆具相連，另一端與液壓馬達(dá)的輸出軸相連，所述液壓馬達(dá)設(shè)置在聯(lián)接座內(nèi)，所述聯(lián)接座的一端與軸承座固定，另一端與動力提供裝置固定；所述軸承座上還設(shè)置有壓力補償裝置。
[0006]具體地，所述壓力補償裝置包括管接頭、軟管、堵頭及卡箍，所述軟管的一端通過管接頭與軸承座連通，管接頭與軸承座之間通過密封圈密封連接，軟管的另一端塞入堵頭，所述卡箍從軟管外部將軟管與堵頭密封固定。
[0007]進一步地，所述鉆機主軸上還設(shè)置有與所述軸承座連接的排渣泵，所述排渣泵包括泵體、泵蓋和葉輪，所述泵體和泵蓋通過螺釘連接，所述泵體通過油封與鉆機主軸活動密封，所述泵蓋通過盤根法蘭和盤根與鉆機主軸活動密封，所述泵體和泵蓋構(gòu)成引流空腔，所述葉輪位于所述引流空腔內(nèi)并通過定位銷釘固定在鉆機主軸上，所述泵體上還設(shè)置有進水孔。
[0008]具體地，所述鉆具包括中空的連接件、鉆桿和鉆頭，所述連接件的一端與鉆機主軸螺紋連接，另一端與鉆桿螺紋連接，所述鉆頭安裝在鉆桿的前端，所述鉆桿內(nèi)還設(shè)置有卡黃。
[0009]進一步地，所述鉆機主軸上加工有一深孔，所述深孔自鉆機主軸的末端延伸至排渣泵的引流空腔，在鉆機主軸位于所述引流空腔的一段上還開設(shè)有與所述深孔貫通的引流孔，從而使所述深孔連通排渣泵與連接件。
[0010]進一步地，所述軸承座與鉆機主軸之間安裝有一對圓錐滾子軸承，所述圓錐滾子軸承7的一面緊貼鉆機主軸的軸肩，另一面緊貼軸承座內(nèi)壁。
[0011]優(yōu)選地，所述動力提供裝置為載人潛器或水下機器人的機械手；所述聯(lián)接座采用銷軸固定在載人潛器或水下機器人的機械手上，聯(lián)接座通過螺釘與軸承座連接固定。
[0012]優(yōu)選地，所述鉆機主軸和液壓馬達(dá)的輸出軸通過鍵和鍵槽配合連接。
[0013]優(yōu)選地，所述鉆桿為中空鉆桿，鉆桿上設(shè)置有排渣孔。
[0014]具體地，所述鉆桿靠近鉆頭的一段為巖芯管，所述卡簧安裝在巖芯管內(nèi)部，卡簧的外徑大于鉆頭的內(nèi)徑。
[0015]由于上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]1、為克服深海壓力，本發(fā)明在巖芯鉆機上增設(shè)了壓力補償裝置，通過壓力補償裝置將深海的水壓傳遞至鉆機內(nèi)部，使鉆機內(nèi)外壓力趨于平衡，消除了深海壓力對鉆機造成的不利影響，同時使鉆機殼體不必做成高耐壓殼，減輕了鉆機重量，節(jié)約了制造成本。
[0017]2、本發(fā)明巖芯鉆機通過鉆頭和卡簧的配合可以方便地鉆取和卡斷巖石，使采樣的巖石形狀規(guī)整。
[0018]3、本發(fā)明巖芯鉆機的排渣泵可將海水引入主軸中，并通過深孔和連接件將海水引入鉆具的鉆頭附近后流出，以排除鉆具在鉆進過程中產(chǎn)生的碎石等雜物，避免鉆具卡死，保證取樣的完整性。
[0019]4、本發(fā)明的鉆桿與連接件之間為螺紋連接，若鉆頭被卡住，可通過液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)的方式使得鉆桿與巖芯鉆機其他部分脫離，消除對載人潛器或遙控水下機器人造成的安全隱患和經(jīng)濟損失，提高海底采樣作業(yè)的安全性。
[0020]5、本發(fā)明鉆機的鉆取部分僅由鉆桿和鉆頭兩件組成，解決了由于加工誤差所帶來的鉆頭跳動而引起鉆進開孔困難問題。
[0021]6、本發(fā)明的深海巖芯鉆機由載人潛器或遙控水下機器人提供鉆進動力，節(jié)省了自帶液壓或電機動力所增加的重量，減輕了鉆機質(zhì)量。
[0022]綜上所述，本發(fā)明的搭載式深海巖芯鉆機具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、可靠性高、安全性好等優(yōu)點，能夠滿足深海巖芯取樣的惡劣工況下的各項要求，可方便、可靠地為深海礦產(chǎn)資源的科學(xué)研宄提供樣品，適于水下巖芯鉆探，同時也適用于陸地巖芯鉆探。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。
[0024]圖1是本發(fā)明搭載式深海巖芯鉆機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明搭載式深海巖芯鉆機搭載在載人潛器或水下機器人上的連接示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0027]實施例:
[0028]參見圖1，本發(fā)明的搭載式深海巖芯鉆機，可搭載在載人潛器或水下機器人上獲取深海巖礦樣本，所述搭載式深海巖芯鉆機包括鉆機主軸6、軸承座5、鉆具、液壓馬達(dá)3及聯(lián)接座2，所述鉆機主軸6安裝在軸承座5上，鉆機主軸6的一端與鉆具相連，鉆機主軸6的另一端與液壓馬達(dá)3的輸出軸通過鍵和鍵槽配合連接，所述液壓馬達(dá)3設(shè)置在聯(lián)接座2內(nèi)，聯(lián)接座2的一端通過螺釘4與軸承座5連接固定，聯(lián)接座2的另一端采用銷軸I與載人潛器或水下機器人的機械手20固定，載人潛器或水下機器人為鉆機提供鉆取方向的進給力，其液壓系統(tǒng)帶動液壓馬達(dá)3轉(zhuǎn)動，從而節(jié)省了鉆機自帶液壓或電動力所增加的重量。所述軸承座5與鉆機主軸6之間安裝有一對圓錐滾子軸承7，所述圓錐滾子軸承7的一面緊貼鉆機主軸的軸肩，另一面緊貼軸承座內(nèi)壁；圓錐滾子軸承用于對鉆機主軸進行支撐和限位，聯(lián)接座和圓錐滾子軸承配合將載人潛器或水下機器人提供的力直接傳遞至鉆機主軸，從而保護液壓馬達(dá)3的輸出主軸。
[0029]所述