旋转式海洋地质勘察样品保压转移装置及控制方法与流程

本发明涉及一种旋转式海洋地质勘察样品保压转移装置及控制方法。

背景技术：

天然气水合物的存在与被发现为人类寻找新的接替能源提供了新的希望及可能，由于其巨大的潜在能量引起了世界众多科学家及政府的高度重视，并成为研究开发的热点。为了更好地研究水合物样品的其它性质，需要将保压样品在保持压力的环境下转移到实验室，此过程需要全程保压。

现有二次保压样品转移装置体积较大、操作过程繁琐，不适合海上天然气水合物勘查取样器施工，因此研制一套与现有天然气水合物保压取样器具对接的体积小、易操作的旋转式海洋地质勘察样品保压转移装置是亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于提供一种旋转式海洋地质勘察样品保压转移装置及控制方法，操作方便，能够直接与现有保压取样器对接。

基于同一发明构思，本发明具有两个独立的技术方案：

1、一种旋转式海洋地质勘察样品保压转移装置，包括保压取样器，其特征在于，还包括：

旋转压力筒、静压力筒，旋转压力筒的右端接静压力筒的左端，旋转压力筒可相对静压力筒旋转，旋转压力筒与静压力筒形成保压密闭腔室；静压力筒外接有压力补给装置，用于保证保压密闭腔室内压力处于恒定状态；

所说保压密闭腔室内水平设置第一丝杠螺母机构、第二丝杠螺母机构，第一丝杠螺母机构的第一丝杠左端接第一丝杠头，第一丝第二丝杠螺母机构的第二丝杠左端接第二丝杠头，第一丝杠头、第二丝杠头分别在第一丝杠螺母机构、第二丝杠螺母机构的带动下可左右直线运动，第一丝杠头、第二丝杠头设有与保压取样器相配合的螺纹；

旋转压力筒内水平设有样品压力储存筒，样品压力储存筒左端与旋转压力筒固定，样品压力储存筒右端设有与第二丝杠头相配合的螺纹；旋转压力筒左端外接保压取样器，保压取样器的右端与保压密闭腔室内相通。

进一步地，旋转压力筒外侧设有轴承外筒，旋转压力筒设置于轴承上，旋转压力筒可相对轴承外筒旋转。

进一步地，旋转压力筒由蜗轮蜗杆机构驱动旋转，旋转压力筒左端部的外侧设有蜗轮。

进一步地，保压密闭腔室内水平设置第一驱动轴、第二驱动轴，第一驱动轴用于驱动第一丝杠螺母机构，第二驱动轴用于驱动第二丝杠螺母机构，第一丝杠螺母机构位于第一驱动轴的左侧，第二丝杠螺母机构位于第二驱动轴的左侧。

进一步地，旋转压力筒的左端设有左端盖，左端盖上设有第一左法兰盖、第二左法兰盖，保压取样器与第二左法兰盖螺纹连接，样品压力储存筒左端与第一左法兰盖螺纹连接；静压力筒的右端设有右端盖，右端盖设有第一右法兰盖，第二右法兰盖，第一驱动轴右端穿过第一右法兰盖设置，第二驱动轴右端穿过第二右法兰盖设置；第一左法兰盖、第一右法兰盖，第二左法兰盖、第二右法兰盖对称设置。

进一步地，设有第一伺服电机、第二伺服电机，第一伺服电机的动力输出轴接第一驱动轴的右端，第二伺服电机的动力输出轴接第二驱动轴的右端。

进一步地，静压力筒上设有第一快速接头、第二快速接头，用于与压力补给装置连接。

进一步地，旋转压力筒右端与静压力筒左端连接处旋转密封。

2、一种利用上述旋转式海洋地质勘察样品保压转移装置的控制方法，其特征在于：

步骤1：驱动旋转压力筒旋转，使得保压取样器与第一丝杠头位置对应，启动第一丝杠螺母机构，第一丝杠头旋转并向左移动直至第一丝杠头与保压取样器的密封管螺纹拧紧；

步骤2：使第一丝杠头反转并向右移动，直至保压取样器的密封管脱离保压取样器；

步骤3：驱动旋转压力筒旋转，使得保压取样器与第二丝杠头位置对应，启动第二丝杠螺母机构，第二丝杠头旋转并向左移动直至第二丝杠头与保压取样器的衬管管鞋头螺纹拧紧；

步骤4：使第二丝杠头反转并向右移动，直至保压取样器的衬管脱离保压取样器；

步骤5：驱动旋转压力筒旋转，使得样品压力储存筒与第二丝杠头位置对应，启动第二丝杠螺母机构，第二丝杠头旋转并向左移动直至保压取样器的衬管完全进入样品压力储存筒内，并且第二丝杠头与样品压力储存筒右端的螺纹拧紧。

本发明具有的有益效果：

本发明旋转压力筒与静压力筒形成保压密闭腔室，使保压密闭腔室内压力处于恒定状态；在保压密闭腔室内，通过第一丝杠螺母机构、第二丝杠螺母机构分别驱动第一丝杠头、第二丝杠头左右运动，通过第一丝杠头取下保压取样器的密封管，通过第二丝杠头取下保压取样器的衬管，最终通过第二丝杠头，使保压取样器的衬管完全进入样品压力储存筒内，并且第二丝杠头与样品压力储存筒右端的螺纹拧紧，最终完成二次保压样品转移。本发明结构简单，操作方便，能够直接与现有保压取样器进行对接。

本发明旋转压力筒外侧设有轴承外筒，旋转压力筒设置于轴承上，旋转压力筒可相对轴承外筒旋转；旋转压力筒由蜗轮蜗杆机构驱动旋转，旋转压力筒左端部的外侧设有蜗轮，进一步保证了旋转压力筒的可靠运转，保证运行效果。

本发明保压密闭腔室内水平设置第一驱动轴、第二驱动轴，第一驱动轴用于驱动第一丝杠螺母机构，第二驱动轴用于驱动第二丝杠螺母机构；设有第一伺服电机、第二伺服电机，第一伺服电机的动力输出轴接第一驱动轴的右端，第二伺服电机的动力输出轴接第二驱动轴的右端。本发明第一伺服电机、第二伺服电机分别通过第一驱动轴、第二驱动轴驱动第一丝杠螺母机构、第二丝杠螺母机构，结构简单，操作方便，运行可靠。

本发明旋转压力筒的左端设有左端盖，左端盖上设有第一左法兰盖、第二左法兰盖，保压取样器与第二左法兰盖螺纹连接，样品压力储存筒左端与第一左法兰盖螺纹连接；静压力筒的右端设有右端盖，右端盖设有第一右法兰盖，第二右法兰盖，第一驱动轴右端穿过第一右法兰盖设置，第二驱动轴右端穿过第二右法兰盖设置；第一左法兰盖、第一右法兰盖，第二左法兰盖、第二右法兰盖对称设置。本发明通过左端盖的结构设计，保证了保压取样器、样品压力储存筒与旋转压力筒的可靠连接，通过右端盖的结构设计，实现了第一驱动轴、第二驱动轴在保压密闭腔室内的合理布置。

本发明静压力筒上设有第一快速接头、第二快速接头，更加方便与压力补给装置连接，通过压力补给装置向保压密闭腔室提供与保压取样器压力相同的恒定压力。本发明旋转压力筒右端与静压力筒左端连接处旋转密封，保证由旋转压力筒与静压力筒组成的保压密闭腔室始终处于压力恒定状态。

附图说明

图1是本发明旋转式海洋地质勘察样品保压转移装置的整体结构示意图；

图2是本发明保压密闭腔室部分的外观示意图；

图3是本发明保压密闭腔室部分的结构示意图；

图4是现有保压取样器结构示意图；

图5是本发明静压力筒结构示意图；

图6是本发明旋转压力筒的左端盖结构示意图；

图7是本发明第一丝杠头结构示意图；

图8是本发明第二丝杠头结构示意图。

附图标记说明：

1-第一伺服电机；2-第二伺服电机、3-压力补给装置；4-第一左法兰盖；5-左端盖；6-蜗轮；7-旋转压力筒；8-轴承盖；9-轴承外筒；

10-法兰盘；11-静压力筒；12-右端盖；13-第一右法兰盖；14-第二右法兰盖；15-第二左法兰盖；16-第一驱动轴；17-第一丝杠螺母；18-第一丝杠；19-第二强磁体；20-第一强磁体；21-第一丝杠头；22-旋转密封；23-推力轴承；24-轴承外隔套；25-圆柱滚子轴承i；26-样品压力储存筒；27-螺栓；28-保压取样器；29-蜗杆；30-轴承内隔套；31-圆柱滚子轴承ii；32-第二丝杠头；33-第二丝杠；34-第二丝杠螺母；35-螺栓；36-第二驱动轴；37-保压取样器接头；38-取样器保压筒；39-取样管；40-样品衬管；41-样品；42-密封管；43-管鞋头；44-第一快速接头；45-第二快速接头。

具体实施方式

如图2、图3所示，旋转压力筒7的右端接静压力筒11的左端，旋转压力筒7可相对静压力筒11旋转，旋转压力筒7右端与静压力筒11左端连接处旋转密封22，旋转压力筒7与静压力筒11形成保压密闭腔室。如图1所示，静压力筒外接有压力补给装置3，用于保证保压密闭腔室内压力处于恒定状态。如图3所示，所说保压密闭腔室内水平设置第一丝杠螺母机构、第二丝杠螺母机构，第一丝杠螺母机构由第一丝杠18和第一丝杠螺母17组成，第二丝杠螺母机构由第二丝杠33和第二丝杠螺母34组成，第一丝杠18左端经第一强磁体20接第一丝杠头21，第二丝杠33左端经第二强磁体19接第二丝杠头32，第一丝杠头21、第二丝杠头32分别在第一丝杠螺母机构、第二丝杠螺母机构的带动下可左右直线运动，第一丝杠头21、第二丝杠头32均设有与保压取样器相配合的螺纹。如图7、图8所示，第一丝杠头21、第二丝杠头32均设有与保压取样器28相配合的螺纹。

如图3所示，旋转压力筒7内水平设有样品压力储存筒26，样品压力储存筒26左端与旋转压力筒7固定，样品压力储存筒26右端设有与第二丝杠头33相配合的螺纹；旋转压力筒7左端外接保压取样器28，保压取样器28的右端与保压密闭腔室内相通。旋转压力筒7外侧设有轴承外筒9，轴承外筒两端分别设有轴承盖8和法兰盘10，旋转压力筒7设置于轴承上，具体相应设有推力轴承23、轴承外隔套24、圆柱滚子轴承i25、轴承内隔套30，圆柱滚子轴承ii31，旋转压力筒7可相对轴承外筒9旋转。旋转压力筒7由蜗轮蜗杆机构驱动旋转，如图2、图6所示，蜗轮蜗杆机构由蜗轮6和蜗杆29组成，旋转压力筒7左端部的外侧设有蜗轮6。

如图3所示，保压密闭腔室内水平设置第一驱动轴16、第二驱动轴36，第一驱动轴16用于驱动第一丝杠螺母机构，第二驱动轴36用于驱动第二丝杠螺母机构，第一丝杠螺母机构位于第一驱动轴16的左侧，第二丝杠螺母机构位于第二驱动轴36的左侧。

如图2、图6、图3所示，旋转压力筒7的左端设有左端盖5，左端盖5上设有第一左法兰盖4、第二左法兰盖15，第一左法兰盖4、第二左法兰盖15通过螺栓27固定，保压取样器28与第二左法兰盖15螺纹连接，样品压力储存筒26左端与第一左法兰盖4螺纹连接；如图3所示，静压力筒11的右端设有右端盖12，右端盖12设有第一右法兰盖13，第二右法兰盖14，第一右法兰盖13，第二右法兰盖14通过螺栓35固定，第一驱动轴16右端穿过第一右法兰盖13设置，第二驱动轴36右端穿过第二右法兰盖14设置；第一左法兰盖4、第一右法兰盖15，第二左法兰盖13、第二右法兰盖14对称设置。如图1、图3所示，设有第一伺服电机1、第二伺服电机2，第一伺服电机1的动力输出轴接第一驱动轴16的右端，第二伺服电机2的动力输出轴接第二驱动轴36的右端；如图5所示，静压力筒11上设有第一快速接头44、第二快速接头45，用于与压力补给装置3连接。

如图4所示，现有保压取样器由保压取样器接头37、取样器保压筒38、取样管39、衬管40、密封管42、衬管管鞋头43组成，衬管40内为样品41，保压样品二次转移就是要将衬管40从保压取样器中取出，转移到样品压力储存筒26中。

工作时，压力补给装置3向旋转压力筒7与静压力筒11形成的保压密闭腔室提供恒定的压力，该压力与保压取样器内的压力相同。

步骤1：通过蜗轮6、蜗杆29构成的蜗轮蜗杆机构，驱动旋转压力筒7旋转，使得保压取样器28与第一丝杠头21位置对应，第一伺服电机1驱动第一丝杠螺母机构，使得第一丝杠头21旋转并向左移动直至第一丝杠头21与保压取样器的密封管42螺纹拧紧；

步骤2：第一伺服电机驱动第一丝杠螺母机构，使第一丝杠头21反转并向右移动，直至保压取样器的密封管42脱离保压取样器；

步骤3：驱动旋转压力筒7旋转，使得保压取样器28与第二丝杠头32位置对应，第二伺服电机2驱动第二丝杠螺母机构，使第二丝杠头32旋转并向左移动直至第二丝杠头32与保压取样器的衬管管鞋头43螺纹拧紧；

步骤4：第二伺服电机2驱动第二丝杠螺母机构，使第二丝杠头32反转并向右移动，直至保压取样器的衬管40脱离保压取样器；

步骤5：驱动旋转压力筒7旋转，使得样品压力储存筒26与第二丝杠头32位置对应，第二伺服电机驱动第二丝杠螺母机构，使第二丝杠头32旋转并向左移动直至保压取样器的衬管40完全进入样品压力储存筒26内，并且第二丝杠头32与样品压力储存筒26右端的螺纹拧紧。打开旋转压力筒7，将样品压力储存筒26卸下取出，即完成样品保压转移。