一種深海底錐形螺旋取土鉆機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及深海海底資源勘探技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種深海底錐形螺旋取土鉆機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]深海海底底質(zhì)情況比較復(fù)雜，既有很硬的巖石，也有很稀的淤泥，還有介于巖石和淤泥之間的土質(zhì)，其硬度和貫入阻力差異很大。對(duì)于巖石一般采用高速旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行取樣，通過(guò)鉆頭切削作用獲取巖芯;對(duì)于淤泥一般采用重力取樣器，利用重力將取樣鉆管貫入淤泥里，獲取長(zhǎng)柱狀淤泥樣品。然而，對(duì)于巖石和淤泥之間的土質(zhì)底質(zhì)，由于其貫入阻力很大，重力取樣器貫入深度非常有限，而高速旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，振動(dòng)大，也不適合。在此情況下，需要針對(duì)深海海底土質(zhì)特性，開(kāi)發(fā)一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作、成本低廉的深度取樣裝置。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]為了解決上述技術(shù)所存在的不足之處，本實(shí)用新型提供了一種深海底錐形螺旋取土鉆機(jī)。
[0004]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種深海底錐形螺旋取土鉆機(jī)，包括鉆機(jī)底座、鉆機(jī)支架和液壓系統(tǒng)，鉆機(jī)支架的內(nèi)側(cè)設(shè)置有導(dǎo)軌;鉆機(jī)支架、液壓系統(tǒng)和導(dǎo)軌均安裝在鉆機(jī)底座上;鉆機(jī)支架的上端設(shè)置有鎧裝電纜接頭，鉆機(jī)通過(guò)電纜接頭上方連接的電纜與海面船只相連接;鎧裝電纜接頭的下方設(shè)置有液壓動(dòng)力頭和傳動(dòng)件；傳動(dòng)件通過(guò)矩形傳動(dòng)螺紋與兩側(cè)的導(dǎo)軌相連接;傳動(dòng)件的上端通過(guò)花鍵與液壓動(dòng)力頭相連接、下端通過(guò)螺紋與取樣鉆管相連接;鉆機(jī)底座的下方設(shè)置有調(diào)平支腿;鉆機(jī)底座上開(kāi)設(shè)有取樣鉆孔;取樣鉆管從鉆機(jī)底座的取樣鉆孔中穿出；
[0005]取樣鉆管的下端設(shè)置有鉆頭、內(nèi)部設(shè)置有密封器和樣品管;密封器設(shè)置在取樣鉆管的底部中心;樣品管設(shè)置在密封器的外圍，下端與取樣鉆管的底部相連接;取樣鉆管的外圍設(shè)置有螺旋葉片;鉆機(jī)底座上設(shè)置有傾斜傳感器;傾斜傳感器通過(guò)數(shù)字傳輸模塊與船只上的調(diào)平系統(tǒng)相連接。
[0006]螺旋葉片采用不銹鋼材料制成，螺旋葉片的外徑從下到上逐漸變大。螺旋葉片的外徑在取樣鉆管上按2mm/m的比例增加。
[0007]密封器為花瓣型密封器，通過(guò)卡扣與取樣鉆管相連接。
[0008]鉆機(jī)支架2和導(dǎo)軌6均通過(guò)焊接與鉆機(jī)底座3相連接。
[0009]調(diào)平支腿為四個(gè)，可通過(guò)液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)平支腿的調(diào)節(jié)。
[0010]本實(shí)用新型將取樣鉆管設(shè)計(jì)為一個(gè)中空、外套錐形螺旋葉片的結(jié)構(gòu)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)取樣鉆管，在管外螺旋作用下產(chǎn)生向深部土層推進(jìn)的貫入力，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011]①、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要較高的鉆壓，對(duì)設(shè)備重量沒(méi)有太高要求，因此成本低廉;②、螺旋葉片采用由下往上逐漸增大外徑，因此形成的鉆孔上大下小，回拔時(shí)不易卡住，摩擦阻力小，可以實(shí)現(xiàn)快速回收取樣鉆管;③、采用低速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行取樣，不需排渣，系統(tǒng)功率小;④、本實(shí)用新型采用慢速鉆進(jìn)，針對(duì)巖石和淤泥之間的土質(zhì)底質(zhì)，對(duì)土層擾動(dòng)小，能夠保留原狀土層的信息。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為圖1的工作示意圖。
[0014]圖3為本實(shí)用新型錐形螺旋取樣鉆管的局部示意圖。
[0015]圖4為本實(shí)用新型鉆頭底部剖面圖。
[0016]圖5為本實(shí)用新型鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1、鎧裝電纜接頭;2、鉆機(jī)支架;3、鉆機(jī)底座;4、液壓動(dòng)力頭;5、傳動(dòng)件;6、導(dǎo)軌;7、取樣鉆管;8、樣品管;9、花瓣型密封器;10、調(diào)平支腿;11、液壓系統(tǒng)；12、螺旋葉片；13、鉆頭。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0019]如圖1-圖2所示，本實(shí)用新型包括鉆機(jī)底座3、鉆機(jī)支架2和液壓系統(tǒng)11，鉆機(jī)支架2的內(nèi)側(cè)設(shè)置有導(dǎo)軌6 ；鉆機(jī)支架2、液壓系統(tǒng)11和導(dǎo)軌6均安裝在鉆機(jī)底座3上;其中，鉆機(jī)支架2和導(dǎo)軌6均可通過(guò)焊接的方式與鉆機(jī)底座3相連接。鉆機(jī)支架2的上端設(shè)置有鎧裝電纜接頭1，鉆機(jī)通過(guò)電纜接頭I上方連接的電纜與海面船只相連接;鎧裝電纜接頭I的下方設(shè)置有液壓動(dòng)力頭4和傳動(dòng)件5;傳動(dòng)件5通過(guò)矩形傳動(dòng)螺紋與兩側(cè)的導(dǎo)軌6相連接;傳動(dòng)件5的上端通過(guò)花鍵與液壓動(dòng)力頭4相連接、下端通過(guò)螺紋與取樣鉆管7相連接;鉆機(jī)底座3的下方設(shè)置有調(diào)平支腿10;鉆機(jī)底座3上開(kāi)設(shè)有取樣鉆孔;取樣鉆管7從鉆機(jī)底座3的取樣鉆孔中穿出；
[0020]如圖4-圖5所示，取樣鉆管7的下端設(shè)置有鉆頭13、內(nèi)部設(shè)置有密封器9和樣品管8;密封器9設(shè)置在取樣鉆管7的底部中心;樣品管8設(shè)置在密封器9的外圍，下端與取樣鉆管7的底部相連接;取樣鉆管7的外圍設(shè)置有螺旋葉片12;鉆機(jī)底座3上設(shè)置有傾斜傳感器;傾斜傳感器通過(guò)數(shù)字傳輸模塊與船只上的調(diào)平系統(tǒng)相連接。
[0021]螺旋葉片12采用不銹鋼材料制成，如圖3所示，螺旋葉片12的外徑在取樣鉆管7上按2mm/m的比例從下到上逐漸變大。
[0022]本實(shí)施例采用花瓣型密封器，通過(guò)卡扣與取樣鉆管7的底部相連接，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接和拆卸都比較方便。
[0023]調(diào)平支腿10為四個(gè)，通過(guò)液壓系統(tǒng)11進(jìn)行調(diào)平支腿的調(diào)節(jié)。
[0024]采用本實(shí)用新型進(jìn)行深海海底的取土方法:具體取土步驟如下:
[0025](—)、鉆機(jī)下放:將權(quán)利要求1的深海底錐形螺旋取土鉆機(jī)在海面船只上安裝完畢后，通過(guò)鎧裝電纜下放到海中，海面船只通過(guò)鎧裝電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸，對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行控制；
[0026](二)、鉆機(jī)調(diào)平:上述鉆機(jī)通過(guò)自身的重力到達(dá)海底之后，設(shè)置在鉆機(jī)底座3上的傾斜傳感器開(kāi)始測(cè)量鉆機(jī)底座3與海底的傾斜角，然后發(fā)出信號(hào)給調(diào)平系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)平支腿10實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的調(diào)平；
[0027](三)、鉆機(jī)取樣:上述鉆機(jī)按步驟二的方法調(diào)平之后，海面船只將工作信號(hào)發(fā)送給液壓動(dòng)力頭4，液壓動(dòng)力頭4帶動(dòng)傳動(dòng)件5和取樣鉆管7—起轉(zhuǎn)動(dòng)，并在傳動(dòng)件5和導(dǎo)軌6之間的傳動(dòng)螺紋的作用下，一邊通過(guò)鉆頭13破開(kāi)海底土層，一邊向下鉆進(jìn)取樣，樣品通過(guò)鉆頭13、花瓣型密封器9進(jìn)入樣品管8。
[0028](四)、取樣封存:海面船只通過(guò)收絞鎧裝電纜將取樣完成的鉆機(jī)進(jìn)行回收，在起拔過(guò)程中，花瓣型密封器9剪斷樣品同時(shí)將樣品封存在樣品管8內(nèi)。
[0029]本實(shí)用新型的深海底土樣取樣方法，不同于對(duì)海底軟泥的重力取樣方法和對(duì)海底硬巖的圓管鉆進(jìn)取樣方法，通過(guò)取樣鉆管7外側(cè)設(shè)置的螺旋葉片12的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的鉆進(jìn)力破開(kāi)海底土層，通過(guò)傳動(dòng)件5與導(dǎo)軌6間的傳動(dòng)螺紋將液壓動(dòng)力頭4的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)化為勻速穩(wěn)定的向下鉆進(jìn)的力，使取樣鉆管7慢慢鉆進(jìn)到深部土層，對(duì)土樣擾動(dòng)小，因此獲得的土樣能夠較為完整的保留原狀土層的信息，這樣對(duì)根據(jù)得到的土樣進(jìn)行后續(xù)分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為準(zhǔn)確。
[0030]本實(shí)用新型借鑒自鉆螺釘?shù)墓ぷ髟恚瑢⑷鱼@管7設(shè)計(jì)為一個(gè)中空、外套錐形螺旋葉片的結(jié)構(gòu)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)取樣鉆管，在管外螺旋葉片作用下產(chǎn)生向深部土層推進(jìn)的貫入力。本實(shí)用新型將取樣鉆管7外設(shè)置的螺旋葉片設(shè)置成上大下小，形成一個(gè)錐形，因此形成的鉆孔隨深度增加，口徑減小，回拔時(shí)不易與孔壁摩擦，可以實(shí)現(xiàn)快速回拔。
[0031]上述實(shí)施方式并非是對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的技術(shù)方案范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種深海底錐形螺旋取土鉆機(jī)，包括鉆機(jī)底座(3)、鉆機(jī)支架(2)和液壓系統(tǒng)(II)，其特征在于:所述鉆機(jī)支架(2)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有導(dǎo)軌(6);所述鉆機(jī)支架(2)、液壓系統(tǒng)(11)和導(dǎo)軌(6)均安裝在鉆機(jī)底座(3)上;所述鉆機(jī)支架(2)的上端設(shè)置有鎧裝電纜接頭(I)，鉆機(jī)通過(guò)電纜接頭(I)上方連接的電纜與海面船只相連接;所述鎧裝電纜接頭(I)的下方設(shè)置有液壓動(dòng)力頭(4)和傳動(dòng)件(5);所述傳動(dòng)件(5)通過(guò)矩形傳動(dòng)螺紋與兩側(cè)的導(dǎo)軌(6)相連接;所述傳動(dòng)件(5)的上端通過(guò)花鍵與液壓動(dòng)力頭(4)相連接、下端通過(guò)螺紋與取樣鉆管(7)相連接;所述鉆機(jī)底座(3)的下方設(shè)置有調(diào)平支腿(10);所述鉆機(jī)底座(3)上開(kāi)設(shè)有取樣鉆孔;所述取樣鉆管(7)從鉆機(jī)底座(3)的取樣鉆孔中穿出； 所述取樣鉆管(7)的下端設(shè)置有鉆頭(13)、內(nèi)部設(shè)置有密封器(9)和樣品管(8);所述密封器(9)設(shè)置在取樣鉆管(7)的底部中心;所述樣品管(8)設(shè)置在密封器(9)的外圍，下端與取樣鉆管(7)的底部相連接;所述取樣鉆管(7)的外圍設(shè)置有螺旋葉片(12);所述鉆機(jī)底座(3)上設(shè)置有傾斜傳感器;所述傾斜傳感器通過(guò)數(shù)字傳輸模塊與船只上的調(diào)平系統(tǒng)相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海底錐形螺旋取土鉆機(jī)，其特征在于:所述螺旋葉片(12)采用不銹鋼材料制成，螺旋葉片(12)的外徑從下到上逐漸變大。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深海底錐形螺旋取土鉆機(jī)，其特征在于:所述螺旋葉片(12)的外徑在取樣鉆管(7)上按2mm/m的比例增加。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海底錐形螺旋取土鉆機(jī)，其特征在于:所述密封器(9)為花瓣型密封器，通過(guò)卡扣與取樣鉆管(7)相連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海底錐形螺旋取土鉆機(jī)，其特征在于:所述鉆機(jī)支架(2)和導(dǎo)軌(6)均通過(guò)焊接與鉆機(jī)底座(3)相連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海底錐形螺旋取土鉆機(jī)，其特征在于:所述調(diào)平支腿(10)為四個(gè)。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種深海底錐形螺旋取土鉆機(jī)，鉆機(jī)包括鉆機(jī)底座、鉆機(jī)支架和液壓系統(tǒng)，鉆機(jī)支架的內(nèi)側(cè)設(shè)置有導(dǎo)軌；鉆機(jī)支架、液壓系統(tǒng)和導(dǎo)軌均安裝在鉆機(jī)底座上；鉆機(jī)支架的上端設(shè)置有鎧裝電纜接頭，鎧裝電纜接頭的下方設(shè)置有液壓動(dòng)力頭和傳動(dòng)件；傳動(dòng)件的上端通過(guò)花鍵與液壓動(dòng)力頭相連接、下端通過(guò)螺紋與取樣鉆管相連接；鉆機(jī)底座的下方設(shè)置有調(diào)平支腿；鉆機(jī)底座上開(kāi)設(shè)有取樣鉆孔。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需排渣，系統(tǒng)功率??；回拔時(shí)不易卡住，摩擦阻力小，可以實(shí)現(xiàn)快速回收取樣鉆管；對(duì)土層擾動(dòng)小，能夠保留原狀土層的信息。
【IPC分類(lèi)】E21B49/02
【公開(kāi)號(hào)】CN205189859
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521033605
【發(fā)明人】邱灝, 夏建新, 曹斌, 任華堂
【申請(qǐng)人】中央民族大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日