[发明专利]一种用于冰架底部环抱冰芯的仰孔电热熔取芯钻进系统

说明书

本发明公开了一种用于冰架底部环抱冰芯的仰孔电热熔取芯钻进系统，包括有水下潜航器、热熔取芯钻具、动力柜和控制系统，其中热熔取芯钻具通过联结座装配在水下潜航器的顶部，动力柜和控制系统设在水下潜航器的内腔中，动力柜通过电缆与热熔取芯钻具相连接，动力柜为热熔取芯钻具提供电力，电缆绕设在卷绳器上，控制系统与动力柜和热熔取芯钻具相连接，控制系统控制热熔取芯钻具的工作。有益效果：钻具结构设计独特，原理清晰，能够在钻进的同时，环抱冰芯进行自动爬升，在极地冰架底部从下往上进行仰孔钻进，对冰架底部冰层开展取芯钻进和观测研究。可以帮助水下潜航器快速钻穿冰架，投放浮标，提高潜航器通信能力。

技术领域

本发明涉及一种电热熔取芯钻进系统，特别涉及一种用于冰架底部环抱冰芯的仰孔电热熔取芯钻进系统。

背景技术

南极冰架是南极冰盖经过漫长时间的流动而延伸至海洋而形成的，冰架物质平衡是冰盖动态变化的主要过程之一,准确地掌握冰架物质平衡过程,才可能精确定量研究极地冰盖的动态变化及其对全球环境变化(海平面、大洋洋流循环和大气循环等)的影响。冰架物质平衡过程主要包括冰川冰流输入、冰架表面积累与消融、冰架前缘崩裂和冰架底部的冻融等。然而，直接观测冰架底部的融化和冻结比较困难，迄今为止,对冰架底部进行的直接观测技术手段非常有限,主要通过从冰架表面架设钻机向冰架的深部冰层开展钻进，直至钻穿冰架，进行冰架底部观测研究。南极冰架接地线附近的冰架厚度最厚达到2000多米，这种常规钻进方法钻穿冰架需要耗费大量的时间、人力和物力，给南极科考带来较大的后勤保障压力。因此，急需一种钻具，直接在冰架底部冰层开展从下往上的仰孔钻进和观测研究。

另外，一些水下潜航器经过长时间的潜航，到达离冰架前沿较远的位置而进入到到冰架深部区域，由于冰架较厚冰层的阻碍，潜航器无法一直接收到水面信息。因此，潜航器必须在一定的有效通讯距离向海面投放通讯浮标，用以信号的传输和接收，以此来实现与指挥机构的通讯。为了能快速投放浮标，急需一种能够在冰架底部从下往上的快速钻穿冰层的钻进技术。

电热熔钻进是目前冰层钻进中结构最为简单高效的一种钻进方法，即利用电热棒(丝)加热钻头，熔化冰层进行钻进。研发一种能够环抱冰芯进行自动爬升的极地冰架底部无钻杆仰孔电热熔取芯钻进系统，可以利用该钻系统进行快速仰孔钻进而获得冰架底部冰芯，从而开展冰架最底部相关冰芯科学研究。

发明内容

本发明的目的是为了解决在南极进行冰层钻进过程中常规钻进方法钻穿冰架需要耗费大量的时间、人力和物力，给南极科考带来较大的后勤保障压力的问题而提供的一种用于冰架底部环抱冰芯的仰孔电热熔取芯钻进系统。

本发明提供的用于冰架底部环抱冰芯的仰孔电热熔取芯钻进系统包括有水下潜航器、热熔取芯钻具、动力柜和控制系统，其中热熔取芯钻具通过联结座装配在水下潜航器的顶部，动力柜和控制系统设在水下潜航器的内腔中，动力柜通过电缆与热熔取芯钻具相连接，动力柜为热熔取芯钻具提供电力，电缆绕设在卷绳器上，控制系统与动力柜和热熔取芯钻具相连接，控制系统控制热熔取芯钻具的工作。

热熔取芯钻具的上部设有环状热熔钻头，环状热熔钻头的顶部装配有称重传感器，环状热熔钻头内还设置有加热棒，环状热熔钻头的下部设置有伺服电机，环状热熔钻头的底部连接有弹簧钢片，弹簧钢片上枢接有数个齿轮，伺服电机通过传动带与齿轮相连接，伺服电机与齿轮的连接线路上设有减速机，伺服电机驱使齿轮进行转动，环状热熔钻头内的加热棒和伺服电机均通过电缆与水下潜航器中的动力柜相连接，动力柜为加热棒和伺服电机提供电力，称重传感器和伺服电机通过信号线与控制系统相连接，称重传感器能够把获取的信号实时传输给控制系统，控制系统通过接收的信号控制伺服电机的工作。

环状热熔钻头底部的弹簧钢片设置有四个，枢接在弹簧钢片上的齿轮设有四组八个，相邻列的弹簧钢片上下端设有紧箍圈进行连接，连接伺服电机和齿轮的传动带为皮带或链条。