一种水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪及其应用方法
【专利摘要】本发明涉及保压转移装置，旨在提供一种水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪及其应用方法。本发明包括推筒、螺纹杆、螺母套、给进转头、特制螺钉、顶杆、滑杆、顶杆转轴、紧定螺钉和换针；所述推筒与螺母套之间为螺纹连接，给进转头与螺纹杆之间为螺纹连接，且给进转头前端嵌于螺母套与推筒之间；所述螺纹杆嵌套于由推筒、螺母套和给进砖头相互连接组成的圆筒之间。本发明的有益效果是：卡爪设计为内爪形式兼顾了卡爪的稳定性和卡爪的空间占用问题，内爪可以很方便的嵌入样品衬管；通过给进转头旋转带动螺纹杆，推动顶杆作用于内置的换针将样品衬管卡牢；在回拉过程中卡爪顶部设置成倒锥型可以满足螺纹杆回拉顺畅。
【专利说明】一种水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪及其应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及保压转移装置，具体涉及一种水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪及其应用方法。
【背景技术】
[0002]深海沉积物中的天然气水合物(Clathrate Hydrate),俗称“可燃冰”,是一种优质高效的燃料，可作为优质能源。他的能量密度很高，据理论计算，Im3饱和天然气水合物在标准条件下可释放出150?200m3的甲烷气体，是其他非常规气源岩(诸如煤层气、黑色页岩)能量密度的10倍、常规天然气能量密度的2?5倍。
[0003]天然气水合物的形成需要在一定条件下形成，要求有合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等。陆地上的天然气水合物大多产于永冻层200?2000m深处。而在大洋中，天然气水合物在沉积物中稳定在O?100m深度。
[0004]由于天然气水合物稳定存在于一定的低温高压条件下这样特殊的物理学性质，当开采岩心提升到常温常压的海面时，其中含有的天然气水合物组分会全部或大部分分解，达不到原位勘探目的。中国现有的深海沉积物取样器可以在深海取到沉积物、水、气和天然气水合物等样品并进行保压，但是国内暂无二次保压取样转移的设备，研制一套与保压取样装置对接的保压转移装置，将推动我国天然气水合物保压转移的研究发展。该研究成果不仅可以应用于水合物项目，还可以有效地推广到其他综合性海洋调查项目，是现代海洋调查研究领域向更高、更精确探测的重要手段，具有十分广阔的应用和推广前景。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪及其应用方法。
[0006]为解决技术问题，本发明的解决方案是:
[0007]提供一种水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪，包括推筒、螺纹杆、螺母套、给进转头、特制螺钉、顶杆、滑杆、顶杆转轴、紧定螺钉和换针；所述推筒与螺母套之间为螺纹连接，给进转头与螺纹杆之间为螺纹连接，且给进转头前端嵌于螺母套与推筒之间，只能旋转，不能进行平移运动；所述螺纹杆嵌套于由推筒、螺母套和给进砖头相互连接组成的圆筒之间；特制螺钉通过推筒上的螺纹孔连接到螺纹杆上的限位槽中，用于限制螺纹杆的前后运动；紧定螺钉通过顶杆并贯穿连接到顶杆转轴的螺孔中，将顶杆转轴与顶杆固定于螺纹杆的前端；换针嵌套于顶杆的顶部，滑杆垂直连接到顶杆的顶部，且滑杆嵌套于推筒前端的十字槽中，用于限制顶杆的运动方向。
[0008]本发明中，所述特制螺钉为GB/T70.1-2000M6*12加工制造，为内六角圆柱头螺钉，材料为316不锈钢，其中螺栓的分为底部和端部两部分，螺栓底部内径小于螺栓端部内径，且高为4mm、内径为5mm的螺栓底部作为插入限位槽的部分；螺栓底部和螺栓底部与螺栓端部连接处的倒角均为0.5X45° ;选用内六角螺钉的主要也是考虑到它能够施加较大的拧紧力矩，连接强度高的优点。
[0009]本发明中，所述推筒、螺母套、给进转头的横截面均为圆环形，所述螺纹杆、特制螺钉、换针、滑杆、顶杆转轴的横截面均为圆形，顶杆的横截面为方形。
[0010]本发明中，所述螺纹杆前端连接有四个均匀分布的顶杆。
[0011]本发明还提供一种基于所述的水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪的应用方法，所述应用方法包括如下步骤:
[0012]步骤I)前进过程:所述卡爪初始状态是顶杆连带换针处于收缩状态，即此时特制螺钉位于螺纹杆限位槽的靠顶杆一端，顶杆和换针位于推筒内部并与螺纹杆方向成60°角，滑杆位于推筒上的十字槽的靠内侧一端；卡爪前进时，给进转头不旋转且与螺纹杆保持相对静止，卡爪在外力推动下逐渐进入样品衬管；
[0013]步骤2)抓取过程:在卡爪前端进入样品衬管内一半该样品衬管内径距离后，启动外置电机带动给进转头旋转，由于给进转头与螺纹杆之间为螺纹连接，从而带动螺纹杆相对推筒向前运动；由于顶杆一端由顶杆转轴固定在螺纹杆前端，顶杆前端横插的滑杆嵌入在推筒的十字槽内侧一端，因此滑杆将在螺纹杆的推动下向十字槽外侧一端移动；在顶杆转轴与滑杆的共同作用下使顶杆和换针被顶出推筒上的十字槽，换针被顶入样品衬管内；当卡爪进入抓取状态时，给进转头处于旋转过程中，特制螺钉在限位槽中向卡爪尾部移动，直至限位槽末端时，停止旋转给进转头，此时顶杆已与螺纹杆垂直，换针已深入样品衬管；
[0014]步骤3)回拉过程:此过程与前进过程相似，在外力作用下，带动卡爪回拉，由于换针已垂直顶入样品管，从而带动样品管移动。此时卡爪各个零件间保持相对静止，给进转头不旋转；
[0015]步骤4)脱扣过程:当卡爪带动样品管到达指定位置后(如保压转移仓的位置)，再外置电机的旋转下反转给进转头，此过程与抓取过程相似。此时在给进转头反转作用下，螺纹杆相对推筒向卡爪尾部移动，通过顶杆转轴及滑杆的作用将顶杆向推筒的十字槽内部拉，从而将顶杆顶部的换针拉出样品管，达到脱扣目的。最后在外力拖动下将卡爪拉出样品管，样品衬管即与卡爪脱离。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0017]卡爪设计为内爪形式兼顾了卡爪的稳定性和卡爪的空间占用问题，内爪可以很方便的嵌入样品衬管；通过给进转头旋转带动螺纹杆，推动顶杆作用于内置的换针将样品衬管卡牢；在回拉过程中卡爪顶部设置成倒锥型可以满足螺纹杆回拉顺畅。另外，在将样品衬管抓拉至保压转移仓后，通过给进转头带动螺纹杆反向运动，可带动顶杆拉动换针，使卡爪结构脱离样品衬管。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的卡爪整体结构正视图；
[0019]图2为本发明的卡爪结构侧视图；
[0020]图3为本发明的卡爪进入样品衬管前的示意图；
[0021]图4为本发明的卡爪进入样品衬管抓取的示意图；
[0022]图5为本发明的特制螺钉设计图；
[0023]附图标记:1、推筒，2、螺纹杆，3、螺母套，4、给进转头，5、特制螺钉，6、顶杆，7、滑杆，8、顶杆转轴，9、紧定螺钉，10、换针，11、十字槽，12、限位槽。
【具体实施方式】
[0024]以下的实施例可以使本专业【技术领域】的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0025]如图1?2所示，本发明提供一种水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪的具体实施例，包括推筒1、螺纹杆2、螺母套3、给进转头4、特制螺钉5、顶杆6、滑杆7、顶杆转轴8、紧钉螺钉9和换针10 ;所述卡爪为内爪形式，解决了空间占用问题，提高了抓取成功率。因为样品管为塑料材质，若采取外爪形式，在抓取样品管的过程中，则会将样品管挤压变形甚至破裂，严重干扰了取样的水合物沉积物的原位特征。才用内爪形式，从样品管内部抓牢样品管，可以有效减少对水合物沉积物的干扰，并且可以有效的减小卡爪的体积，又由于卡爪在保压转移装置的各个舱室间运动，从而减小各个舱室的体积、重量。
[0026]推筒I与螺母套3之间为螺纹连接，给进转头4与螺纹杆2之间为螺纹连接，且给进转头4前端嵌于螺母套3与推筒I之间，只能旋转，不能进行平移运动。螺纹杆2则位于推筒1、螺母套3、给进砖头共同组成的圆筒中。
[0027]特制螺钉5通过推筒I上的螺纹孔，插入螺纹杆2上的限位槽12中，用于限制螺纹杆2的前后运动范围。
[0028]紧定螺钉9旋入顶杆6与顶杆转轴8的螺孔中，将顶杆转轴8与顶杆6相对固定于螺纹杆2的前端。换针10嵌套于顶杆6的顶部，滑杆7垂直的插入顶杆6的顶部，且滑杆7嵌于推筒I前端的十字槽11中，用于限制顶杆6的运动方向。
[0029]给进转头4旋转带动螺纹杆2向前或向后运动，所述特制螺钉5为GB/T70.1-2000M6*12加工制造，为内六角圆柱头螺钉，其中特制螺钉5的螺栓分为螺栓底部和螺栓端部两部分，螺栓底部内径小于螺栓端部内径，且高为4_、内径为5mm的螺栓底部作为插入限位槽12的部分；螺栓底部和螺栓底部与螺栓端部连接处的倒角均为0.5X45°，具体设计结构图如图5所示。选用内六角螺钉的主要也是考虑到它可以施加较大的拧紧力矩，连接强度高的优点。
[0030]特制螺钉5用于限定螺纹杆2的运动范围；螺纹杆2通过顶杆6结构顶出或拉回换针10，从而达到抓取样品衬管或脱扣的目的。所述螺纹杆2上的限位槽12限制了螺纹杆2的运动范围，防止了换针10脱落。
[0031]所述推筒1、螺母套3、给进转头4的横截面为圆环形，所述螺纹杆2、特制螺钉5、换针10、滑杆7、顶杆转轴8的横截面呈圆形，顶杆6的横截面为方形。所述螺纹杆2前端连接有四个均匀分布的顶杆6，所述四个顶杆6以螺纹杆2的轴心为原点中心对称。
[0032]本发明实施例还提供一种所述水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪的应用方法，所述应用方法包括如下步骤:
[0033]步骤I)前进过程:所述卡爪初始状态是顶杆6连带换针10处于收缩状态，此时特制螺钉5位于螺纹杆2限位槽12的靠顶杆6 —端，顶杆6及换针10位于推筒I内部并与螺纹杆2方向成约60度锐角，滑杆7位于推筒I上的十字槽11的靠内侧一端。卡爪前进时，给进转头4不旋转且与螺纹杆2保持相对静止，卡爪在外力推动下逐渐进入样品衬管，过程如图3所示。
[0034]步骤2)抓取过程:在卡爪前端进入样品衬管内一半该样品衬管内径距离后，启动外置电机带动给进转头4旋转，由于给进转头4与螺纹杆2之间为螺纹连接，从而带动螺纹杆2相对推筒I向前运动。由于顶杆6 —端由顶杆转轴8固定在螺纹杆2前端，又由于顶杆6前端横插的滑杆7嵌入在推筒I的十字槽11内侧一端，因此滑杆7将在螺纹杆2的推动下向十字槽11外侧一端移动。顶杆转轴8与滑杆7的共同作用使顶杆6和换针10被顶出推筒I上的十字槽11，换针10被顶入样品衬管内。
[0035]如图4所示，当卡爪进入抓取状态时，给进转头4处于旋转过程中，特制螺钉5在限位槽12中向卡爪尾部移动，直至限位槽12末端时，停止旋转给进转头4，此时换针10已深入样品衬管，如图4所示，顶杆6和螺纹杆2处于相互垂直状态；其中，外置电机为用于实施本发明的配套技术工具，为现有技术，外置电机与给进转头4相连接，用于带动旋转给进转头4，产品型号可根据需要自行选定。
[0036]步骤3)回拉过程:此过程与前进过程相似，在外力作用下，带动卡爪回拉，由于换针10已垂直顶入样品管，从而带动样品管移动。此时卡爪各个零件间保持相对静止，给进转头4不旋转。
[0037]步骤4)脱扣过程:当卡爪带动样品管到达指定位置后(如保压转移仓的位置)，再外置电机的旋转下反转给进转头4，此过程与抓取过程相似。此时在给进转头4反转作用下，螺纹杆2相对推筒I向卡爪尾部移动，通过顶杆转轴8及滑杆7的作用将顶杆6向推筒I的十字槽11内部拉，从而将顶杆6顶部的换针10拉出样品管，达到脱扣目的。最后在外力拖动下将卡爪拉出样品管，样品衬管即与卡爪脱离。
[0038]其中，保压转移仓为用于实施本发明的配套技术工具，为现有技术，用于在高压环境下保存水合物沉积物。
[0039]因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。
【权利要求】
1.一种水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪，包括推筒和螺纹杆，其特征在于，还包括螺母套、给进转头、特制螺钉、顶杆、滑杆、顶杆转轴、紧定螺钉和换针；所述推筒与螺母套之间为螺纹连接，给进转头与螺纹杆之间为螺纹连接，且给进转头前端嵌于螺母套与推筒之间，所述螺纹杆嵌套于由推筒、螺母套和给进砖头相互连接组成的圆筒之间；特制螺钉通过推筒上的螺纹孔连接到螺纹杆上的限位槽中，用于限制螺纹杆的前后运动；紧定螺钉通过顶杆并贯穿连接到顶杆转轴的螺孔中，将顶杆转轴与顶杆固定于螺纹杆的前端；换针嵌套于顶杆的顶部，滑杆垂直连接到顶杆的顶部，且滑杆嵌套于推筒前端的十字槽中，用于限制顶杆的运动方向。
2.根据权利要求1中所述的水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪，其特征在于，所述特制螺钉为内六角圆柱头螺钉，其中特制螺钉的螺栓分为螺栓底部和螺栓端部两部分，螺栓底部内径小于螺栓端部内径，且高为4_、内径为5_的螺栓底部作为插入限位槽的部分；螺栓底部以及螺栓底部与螺栓端部连接处的倒角均为0.5X45°。
3.根据权利要求1中所述的水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪，其特征在于，所述推筒、螺母套、给进转头的横截面均为圆环形，所述螺纹杆、特制螺钉、换针、滑杆、顶杆转轴的横截面均为圆形，顶杆的横截面为方形。
4.根据权利要求1中所述的水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪，其特征在于，所述螺纹杆前端连接有四个均匀分布的顶杆。
5.一种基于权利要求1中所述的水合物沉积物保压转移用样品衬管卡爪的应用方法，其特征在于，所述应用方法包括如下步骤: 步骤I)前进过程:所述卡爪初始状态是顶杆连带换针处于收缩状态，即此时特制螺钉位于螺纹杆限位槽的靠顶杆一端，顶杆和换针位于推筒内部并与螺纹杆方向成60°角，滑杆位于推筒上的十字槽的靠内侧一端；卡爪前进时，给进转头不旋转且与螺纹杆保持相对静止，卡爪在外力推动下逐渐进入样品衬管； 步骤2)抓取过程:在卡爪前端进入样品衬管内一半该样品衬管内径距离后，启动外置电机带动给进转头旋转，由于给进转头与螺纹杆之间为螺纹连接，从而带动螺纹杆相对推筒向前运动；由于顶杆一端由顶杆转轴固定在螺纹杆前端，顶杆前端横插的滑杆嵌入在推筒的十字槽内侧一端，因此滑杆将在螺纹杆的推动下向十字槽外侧一端移动；在顶杆转轴与滑杆的共同作用下使顶杆和换针被顶出推筒上的十字槽，换针被顶入样品衬管内；当卡爪进入抓取状态时，给进转头处于旋转过程中，特制螺钉在限位槽中向卡爪尾部移动，直至限位槽末端时，停止旋转给进转头，此时顶杆已与螺纹杆垂直，换针已深入样品衬管； 步骤3)回拉过程:在外力带动下，带动卡爪回拉，由于换针已垂直顶入样品衬管，从而带动样品衬管移动，此时卡爪内各零件间保持相对静止，给进转头不旋转； 步骤4)脱扣过程:当卡爪带动样品衬管到达指定位置后，在外置电机的旋转下反转给进转头，此时在给进转头反转作用下，螺纹杆相对推筒向卡爪尾部移动，通过顶杆转轴及滑杆的作用将顶杆向推筒的十字槽内部拉，从而将顶杆顶部的换针拉出样品衬管，达到脱扣目的；最后在外力拖动下将卡爪拉出样品衬管，样品衬管即与卡爪脱离。
【文档编号】G01N1/02GK104192693SQ201410367293
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】陈家旺, 罗高生, 刘俊波, 顾临怡, 郑孟军, 吴新然 申请人:浙江大学