[发明专利]一种搭载式深海岩芯钻机

说明书

技术领域

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

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究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究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究提供样本，同时为富钴结壳的资源评估提供现场第一手资料。

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

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究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。

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。

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。

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。

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簧。

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。

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。

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。

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。

优选地，所述钻杆为中空钻杆，钻杆上设置有排渣孔。