基于远程控制潜水器的取芯系统的制作方法

文档序号:12904798阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于远程控制潜水器的取芯系统,包括:

远程控制潜水器(ROV),其适于被远程地控制;

连接框架,其连接到所述远程控制潜水器的底部;

取芯台架,其可释放地连接到所述连接框架的底部;

至少一个钻锚,连接至所述取芯台架,且与所述取芯台架之间的夹角是可调节的,且被构造为被所述远程控制潜水器控制,以在所述取芯台架保持水平的状态下,锚固在软质和/或硬质海底中;

至少一个取芯组件,所述至少一个取芯组件垂直地连接至所述取芯台架,且适于在所述至少一个钻锚锚固在海底中之后,在所述远程控制潜水器控制下从海底取得软质和/或硬质海底的样本。

2.根据权利要求1所述的取芯系统,其特征在于,所述至少一个钻锚包括四个钻锚,所述四个钻锚设置在所述取芯台架的两个对角线的端部上,以使得在所述钻锚的作业期间,所述取芯系统的自身重力以及海底岩心施加给所述钻锚的反作用力能够抵消了取芯过程中由海底产生的反作用力。

3.根据权利要求2所述的取芯系统,其特征在于,所述至少一个钻锚中的任一个与水平的取芯台架之间的夹角位于0°至90°的范围内。

4.根据权利要求2所述的取芯系统,还包括至少一个角度调整装置,其被构造成驱动所述钻锚相对于所述取芯台架枢转,从而调节所述钻锚相对于所述取芯台架的角度。

5.根据权利要求4所述的取芯系统,其特征在于,所述角度调整装置包括:

锚位油缸,每个所述锚位油缸连接在所述取芯台架和一个所述钻锚之间,

所述锚位油缸被所述远程控制潜水器控制以进行伸缩运动,从而调节所述钻锚相对于所述取芯台架的角度而使得所述取芯台架保持在水平方向上,以及

所述锚位油缸在所述取芯系统失去动力的情况下自动锁定以保证所述取芯台架维持在水平位置不动。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的取芯系统,其特征在于,所述至少一个钻锚和所述至少一个取芯组件中的任一个均包括:

主体框架,所述主体框架连接至所述取芯台架;

钻孔构件,所述钻孔构件的上端设置在所述主体框架内部的空间中;

伸缩驱动装置,所述伸缩驱动装置被构造成在所述远程控制潜水器的控制下驱动所述钻孔构件在所述主体框架内在伸展位置和缩回位置之间来回运动;

旋转驱动装置,所述旋转驱动装置被构造成在伸缩驱动装置的驱动下在主体框架内部的空间中来回移动,并且同时在所述远程控制潜水器控制下驱动所述钻孔构件相对于所述主体框架旋转运动;以及

水射流喷嘴,其设置在所述钻孔构件的下端。

7.根据权利要求6所述的取芯系统,其特征在于,

所述伸缩驱动装置包括:

导向架,其设置在所述主体框架的内部空间中且连接至所述钻孔构件的上端,并且与所述主体框架可滑动地接合;

双向动力组件,被构造成在所述远程控制潜水器的控制下驱动所述导向架相对于所述主体框架直线式双向来回移动,使得所述钻孔构件来回伸缩移动;以及

可调节蓄能器,其被构造为在所述伸缩驱动装置受到冲击力时缓冲所述冲击力。

8.根据权利要求7所述的取芯系统,其特征在于,所述双向动力组件包括:

驱动轮,设置在所述主体框架的一端;

从动轮,设置在所述主体框架的另一端;

马达或油缸,其向驱动轮施加动力,其中所述马达或油缸由远程控制潜水器提供动力和控制;以及

传动装置,缠绕在所述驱动轮和从动轮上,并连接至所述导向架,以驱动所述导向架直线式来回移动。

9.根据权利要求7所述的取芯系统,其特征在于,所述旋转驱动装置包括:

旋转驱动器,设置所述主体框架的内部空间中,且被构造为在所述远程控制潜水器的控制下驱动所述钻孔构件旋转;以及

流量旋转接头,连接至所述旋转驱动器和所述导向架,且连接至所述钻孔构件的上端,

其中,所述钻孔构件在旋转驱动器的旋转驱动下旋转运动,且跟随所述导向架的移动而直线式来回移动;以及

其中,在钻孔锚固过程中,所述远程控制潜水器通过所述流量旋转接头向所述钻孔构件和所述水射流喷嘴供给低压水,以在水射流喷嘴处形成低压水射流,并且在完成取芯作业之后,所述远程控制潜水器通过所述流量旋转接头向所述钻孔构件和所述水射流喷射供给高压水,以利用高压水射流切断海底固体岩心,以便于将所述钻孔构件从海底拔出。

10.根据权利要求6所述的取芯系统,其特征在于,每个所述钻锚还包括连接至所述主体框架的下部的钻孔稳定器,所述钻孔构件穿过所述钻孔稳定器。

11.根据权利要求10所述的取芯系统,其特征在于,所述钻孔稳定器的底部设有穿透器,所述穿透器被构造成在所述钻孔构件进行钻锚操作之前,在取芯系统的重力作用下穿透海底表层以初步固定所述钻锚,所述穿透器在非工作状态下能够收缩到所述钻孔稳定器内部。

12.根据权利要求6所述的取芯系统,其特征在于,

所述钻锚的所述钻孔构件为管式钻孔构件和杆式钻孔构件中的至少一种;以及

所述取芯组件的所述钻孔构件为管式钻孔构件。

13.根据权利要求12所述的取芯系统,其特征在于,

所述至少一个钻锚的管式钻孔构件被构造为在海底中进行钻孔而插入到海底地层中;

所述至少一个取芯组件的管式钻孔构件被构造成在锚固到海底地层中时采集海底样本;和/或

所述至少一个钻锚的管式钻孔构件还被构造成在所述至少一个钻锚固定在海底的同时在其中容纳软质和/或硬质海底的样本。

14.根据权利要求12所述的取芯系统,其特征在于,所述至少一个钻锚和所述至少一个取芯组件中的至少一个还包括具有自我调节密封功能的保压舱,所述保压舱被构造成在所述管式钻孔构件缩回的过程中容纳管式钻孔构件的下端,以密封所述管式钻孔构件中的海底样本所处的压力环境,随着管式钻孔构件内外压差的增大,所述保压舱所施加的密封力也越来越大,当所述取芯系统返回到甲板上时,所述海底样本仍然保持海底取芯时的压力环境。

15.根据权利要求14所述的取芯系统,其特征在于,所述保压舱包括:

舱体,所述舱体连接至所述主体框架,且在其内部限定保压空间,所述舱体上形成上部开口和下部开口,所述上部开口和下部开口适于使得管式钻孔构件从其中延伸穿过;

下截止阀,所述下截止阀被构造成在带有海底样本的所述管式钻孔构件的下端缩回至所述保压空间中时,在所述远程控制潜水器的控制下封闭所述下部开口;

上截止阀,所述上截止阀被构造成在带有海底样本的所述管式钻孔构件的下端缩回至所述保压空间中时,在所述远程控制潜水器的控制下封闭所述管式钻孔构件的上端;以及

密封组件,所述密封组件被构造成密封所述上部开口。

16.根据权利要求15所述的取芯系统,其特征在于,所述管式钻孔构件的下端包括直径扩大部;以及

所述密封组件包括:弹性密封件,所示弹性密封件被构造成当所述直径扩大部被向上提升而挤压所述弹性密封件时,向所述管式钻孔构件施加密封力,且随着所述直径扩大部施加的压力增加,所述弹性密封件所施加的密封力也增大。

17.根据权利要求16所述的取芯系统,其特征在于,

所述舱体上部还包括有效直径大于所述上部开口直径的且面向所述保压空间的环形凹部,所述弹性密封件设置在所述环形凹部中,以及

所述密封组件还包括:

密封件使能器,所述密封件使能器设置在所述弹性密封件的下方,以在受力的情况下激活所述弹性密封件以使得所述弹性密封件施加密封力。

18.根据权利要求15所述的取芯系统,其特征在于,所述保压舱还包括:

位于所述舱体上的取样仪表接口和压力释放接口,以及

连接到所述压力释放接口的减压阀和安全阀。

19.根据权利要求1所述的取芯系统,还包括自动释放系统,安装在所述取芯台架和所述连接框架的重心位置附近,所述自动释放系统能够在锁定位置和解锁位置之间转换,以及

其中,当所述取芯系统位于甲板上或所述至少一个钻锚已经锚固在海底且竖直方向不再受力且所述远程控制潜水器的动力供给和控制失效时,所述自动释放系统进入所述解锁位置,使得连接有所述连接框架的所述远程控制潜水器与所述取芯台架能够脱离,当所述取芯系统从甲板下降到海底的过程中以及从海底提升至甲板的过程中,无论所述远程控制潜水器的动力供给和控制是否失效,所述自动释放系统都处于锁定位置,所述取芯台架通过所述连接框架悬挂在所述远程控制潜水器上。

20.根据权利要求19所述的取芯系统,其特征在于,所述自动释放系统包括:

可释放接头,所述可释放接头包括从所述取芯台架上向上突出的公接头和形成于所述连接框架上的母接头;以及

释放控制组件,所述释放控制组件适用于控制所述公接头和所述母接头在锁定位置和解锁位置之间移动。

21.根据权利要求20所述的取芯系统,其特征在于,

所述公接头包括:

基部,一体地连接在所述取芯台架上;以及

突出部,从所述基部一体向上延伸,所述突出部上形成面向所述基部的倒钩;以及

所述母接头包括:分体式弹性锁环,所述分体式弹性锁环设有配合倒钩,所述配合倒钩被构造成在所述释放控制组件的控制下可释放地与所述倒钩结合,当所述配合倒钩与所述倒钩脱离时,所述分体式弹性锁环在自身的弹力下分体为两个半圆式弹性锁环。

22.根据权利要求21所述的取芯系统,其特征在于,所述母接头还包括:

母接头主体,所述母接头主体具有位于其上部的压力舱和位于其下部的支撑部,所述压力舱具有底部开口,所述分体式弹性锁环设置在所述压力舱的底部和支撑部之间;以及

锁定装置驱动器,所述锁定装置驱动器在所述释放控制组件的控制下从所述压力舱的底部开口至少部分地伸出,以驱动分体式弹性锁环,使得所述配合倒钩与倒钩接合。

23.根据权利要求22所述的取芯系统,其特征在于,所述锁定装置驱动器包括:

活塞,所述活塞部分地位于所述压力舱中且能够至少部分地延伸穿过所述压力舱底部开口;以及

压缩弹簧,所述活塞能够克服所述压缩弹簧的弹力向下移动,

其中,当所述取芯系统从甲板下降到海底的过程中以及从海底提升至甲板的过程中,无论所述远程控制潜水器的动力供给和控制是否失效,所述压力舱处于一定的压力之下,所述压力舱中的压力克服所述压缩弹簧的弹力而将活塞向下挤压穿过所述压力舱底部开口,从而所述活塞将分体式弹性锁环向内挤压向所述公接头,以使得所述配合倒钩与所述倒钩接合,从而所述自动释放系统处于锁定位置中;以及

当所述取芯系统位于甲板上或所述至少一个钻锚已经锚固在海底且竖直方向不再受力且所述远程控制潜水器的动力供给和控制失效时,所述压力舱中的压力降低至一定值,所述压缩弹簧将所述活塞向上提升,从而所述活塞基本上全部位于所述压力舱中,进而所述分体式弹性锁环的所述配合倒钩在自身的弹力作用下与所述倒钩脱离,当分体式弹性锁环移动到所述压力舱的底部开口之下正对的位置中时,所述自动释放系统进入解锁位置。

24.根据权利要求19所述的取芯系统,其特征在于,所述取芯系统还包括海底连接导向装置,所述海底连接导向装置被构造成在海底将所述远程控制潜水器再次连接至所述取芯台架时进行导向。

25.根据权利要求24所述的取芯系统,其特征在于,所述海底连接导向装置包括:

设置于所述取芯台架的纵向上相对的两个端部的第一和第二海底重连导向装置,以及

所述第一和第二海底重连导向装置分别包括:位于所述取芯台架上的第一和第二突出销体和位于所述连接框架上的第一和第二销体容纳部,所述第一突出销体的长度大于所述第二突出销体的长度;

其中,在所述第一突出销体完全容纳在所述第一销体容纳部中时,所述自动释放系统从解锁位置进入锁定位置。

26.根据权利要求1所述的取芯系统,还包括钻锚应急释放连接器,所述钻锚应急释放连接器连接在所述至少一个钻锚和所述取芯台架之间,以在紧急情况下,使得所述至少一个钻锚与所述取芯台架分离,以便于海面船舶对远程控制潜水器进行打捞回收。

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