一种搭载式深海岩芯钻机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋勘探机械设备，特别涉及一种用于获取深海富钴结壳和多金属硫化物岩芯的深海岩芯钻机。
【背景技术】
[0002]辽阔的大洋底蕴藏着丰富的矿产资源，包括富钴结壳、热液硫化矿等，具有巨大的经济价值和战略意义。深海是人类在地球上为数不多的未知区域之一，科学家们对深海矿物成份、矿物年限、矿物形成机理、矿物物理力学特性以及矿物周围的生物和环境状况等具有浓厚的兴趣。这些涵盖海洋地质、海洋生物、海洋化学、海洋物理、海洋采矿多个学科的研宄均需要大量的深海矿物样品。同时，在富钴结壳储量评估时必须进行大量的勘探及岩芯钻取工作。因此，深海矿物岩芯样本的获取在海洋科学的研宄与开发中具有至关重要的作用。目前海底岩芯的获取主要通过海面科考船将大型的岩芯钻机下放至几千米水深的海底来钻取岩芯，由于海面风浪流、海底矿物表面崎岖不平、海底的无光等因素使得深海岩芯样品的获取极为费时费力，难度很大，数量极为有限。因此，需要一种深海岩芯钻机来方便而快捷地获取海底岩芯样本，从而为深海矿产资源尤其是富钴结壳和金属硫化物的科学研宄提供样本，同时为富钴结壳的资源评估提供现场第一手资料。
[0003]深海尤其是7000米水深的作业环境恶劣，岩芯钻机需承受几百个大气压的高压，潜水器在水下的质量配载要求非常严格，这就要求岩芯钻机在质量轻的同时还能够保证良好的耐高压和密封性能及防腐等多种功能。这给钻机的设计带来相当大的难度。同时，由于载人潜器或遥控水下机器人在保证自身在海底稳定性和安全性后，所能为钻机提供的稳定钻进支撑力很小(仅为数百牛顿力)，这与陆地岩芯钻机要求的上万牛顿力的钻进压力相去甚远。因此必须设计特殊的钻头钻具，以满足只能在提供较小的钻进力状况下钻取岩芯的要求。除此之外，海底复杂而多变的岩层硬度使得岩芯钻机容易卡钻，给载人潜器或遥控水下机器人带来极大地安全隐患。因此，钻机必须设计有相应的应对措施以保证载人潜器或遥控水下机器人在深海的安全。而现有的深海岩芯钻机结构繁杂、质量过重、耐压与密封性能不能满足深海环境，当钻机卡钻时也没有行之有效的保护措施，不适合搭载于载人潜器或遥控水下机器人上。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术的不足，提供一种搭载式深海岩芯钻机，该深海岩芯钻机具有结构紧凑、质量轻、稳定可靠、安全性好的特点，能够满足深海岩芯取样恶劣工况要求。将本发明的深海岩芯钻机搭载在载人潜器或遥控水下机器人上使用，可以为深海矿产资源富钴结壳和多金属硫化物的科学研宄提供样本和为富钴结壳的资源评估所需的现场第一手资源资料提供一种新型而快捷的技术手段。
[0005]本发明一种搭载式深海岩芯钻机，可搭载在载人潜器或水下机器人上获取深海岩矿样本，所述搭载式深海岩芯钻机包括钻机主轴、轴承座、钻具、液压马达及联接座，所述钻机主轴安装在轴承座上，钻机主轴的一端与钻具相连，另一端与液压马达的输出轴相连，所述液压马达设置在联接座内，所述联接座的一端与轴承座固定，另一端与动力提供装置固定；所述轴承座上还设置有压力补偿装置。
[0006]具体地，所述压力补偿装置包括管接头、软管、堵头及卡箍，所述软管的一端通过管接头与轴承座连通，管接头与轴承座之间通过密封圈密封连接，软管的另一端塞入堵头，所述卡箍从软管外部将软管与堵头密封固定。
[0007]进一步地，所述钻机主轴上还设置有与所述轴承座连接的排渣泵，所述排渣泵包括泵体、泵盖和叶轮，所述泵体和泵盖通过螺钉连接，所述泵体通过油封与钻机主轴活动密封，所述泵盖通过盘根法兰和盘根与钻机主轴活动密封，所述泵体和泵盖构成引流空腔，所述叶轮位于所述引流空腔内并通过定位销钉固定在钻机主轴上，所述泵体上还设置有进水孔。
[0008]具体地，所述钻具包括中空的连接件、钻杆和钻头，所述连接件的一端与钻机主轴螺纹连接，另一端与钻杆螺纹连接，所述钻头安装在钻杆的前端，所述钻杆内还设置有卡黃。
[0009]进一步地，所述钻机主轴上加工有一深孔，所述深孔自钻机主轴的末端延伸至排渣泵的引流空腔，在钻机主轴位于所述引流空腔的一段上还开设有与所述深孔贯通的引流孔，从而使所述深孔连通排渣泵与连接件。
[0010]进一步地，所述轴承座与钻机主轴之间安装有一对圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承7的一面紧贴钻机主轴的轴肩，另一面紧贴轴承座内壁。
[0011]优选地，所述动力提供装置为载人潜器或水下机器人的机械手；所述联接座采用销轴固定在载人潜器或水下机器人的机械手上，联接座通过螺钉与轴承座连接固定。
[0012]优选地，所述钻机主轴和液压马达的输出轴通过键和键槽配合连接。
[0013]优选地，所述钻杆为中空钻杆，钻杆上设置有排渣孔。
[0014]具体地，所述钻杆靠近钻头的一段为岩芯管，所述卡簧安装在岩芯管内部，卡簧的外径大于钻头的内径。
[0015]由于上述技术方案，本发明具有以下有益效果:
[0016]1、为克服深海压力，本发明在岩芯钻机上增设了压力补偿装置，通过压力补偿装置将深海的水压传递至钻机内部，使钻机内外压力趋于平衡，消除了深海压力对钻机造成的不利影响，同时使钻机壳体不必做成高耐压壳，减轻了钻机重量，节约了制造成本。
[0017]2、本发明岩芯钻机通过钻头和卡簧的配合可以方便地钻取和卡断岩石，使采样的岩石形状规整。
[0018]3、本发明岩芯钻机的排渣泵可将海水引入主轴中，并通过深孔和连接件将海水引入钻具的钻头附近后流出，以排除钻具在钻进过程中产生的碎石等杂物，避免钻具卡死，保证取样的完整性。
[0019]4、本发明的钻杆与连接件之间为螺纹连接，若钻头被卡住，可通过液压马达反转的方式使得钻杆与岩芯钻机其他部分脱离，消除对载人潜器或遥控水下机器人造成的安全隐患和经济损失，提高海底采样作业的安全性。
[0020]5、本发明钻机的钻取部分仅由钻杆和钻头两件组成，解决了由于加工误差所带来的钻头跳动而引起钻进开孔困难问题。
[0021]6、本发明的深海岩芯钻机由载人潜器或遥控水下机器人提供钻进动力，节省了自带液压或电机动力所增加的重量，减轻了钻机质量。
[0022]综上所述，本发明的搭载式深海岩芯钻机具有结构紧凑、质量轻、可靠性高、安全性好等优点，能够满足深海岩芯取样的恶劣工况下的各项要求，可方便、可靠地为深海矿产资源的科学研宄提供样品，适于水下岩芯钻探，同时也适用于陆地岩芯钻探。
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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它附图。
[0024]图1是本发明搭载式深海岩芯钻机的结构示意图；
[0025]图2是本发明搭载式深海岩芯钻机搭载在载人潜器或水下机器人上的连接示意图。
【具体实施方式】
[0026]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作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。
[0027]实施例:
[0028]参见图1，本发明的搭载式深海岩芯钻机，可搭载在载人潜器或水下机器人上获取深海岩矿样本，所述搭载式深海岩芯钻机包括钻机主轴6、轴承座5、钻具、液压马达3及联接座2，所述钻机主轴6安装在轴承座5上，钻机主轴6的一端与钻具相连，钻机主轴6的另一端与液压马达3的输出轴通过键和键槽配合连接，所述液压马达3设置在联接座2内，联接座2的一端通过螺钉4与轴承座5连接固定，联接座2的另一端采用销轴I与载人潜器或水下机器人的机械手20固定，载人潜器或水下机器人为钻机提供钻取方向的进给力，其液压系统带动液压马达3转动，从而节省了钻机自带液压或电动力所增加的重量。所述轴承座5与钻机主轴6之间安装有一对圆锥滚子轴承7，所述圆锥滚子轴承7的一面紧贴钻机主轴的轴肩，另一面紧贴轴承座内壁；圆锥滚子轴承用于对钻机主轴进行支撑和限位，联接座和圆锥滚子轴承配合将载人潜器或水下机器人提供的力直接传递至钻机主轴，从而保护液压马达3的输出主轴。
[0029]所述