[發(fā)明專利]自給進熱融與機械聯(lián)合冰層鉆進系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010159836.1
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111305751B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高科;孫友宏;李冰
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B7/15;E21B4/04;E21B4/18;E21B23/00
• 代理公司: 長春市吉利專利事務(wù)所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉;王楠楠

1.自給進熱融與機械聯(lián)合冰層鉆進系統(tǒng)，其特征在于，該鉆進系統(tǒng)由上熱融-機械鉆進組件、升降儲纜組件、孔壁上支撐組件、上給進組件、下給進組件、孔壁下支撐組件及下熱融-機械鉆進組件組成，

其中上熱融-機械鉆進組件包括線纜(1)、第一內(nèi)鉆頭(2)、第一外鉆頭(3)、第一隔熱套(4)、第一循環(huán)泵(5)、第一循環(huán)水管(6)、第一外鉆頭接頭(7)、第一傳扭軸(8)、第一回轉(zhuǎn)電機(9)及第一限位固定螺母(10)，所述線纜(1)為由強電線和弱電線構(gòu)成的鎧裝電纜，且強電線和弱電線間相互屏蔽；所述第一內(nèi)鉆頭(2)由鉆頭體及設(shè)置在鉆頭體上的加熱線圈、水流循環(huán)通道、導(dǎo)流槽和多個尖齒構(gòu)成，鉆頭體的外形為圓錐形；所述第一外鉆頭(3)的外部形狀與第一內(nèi)鉆頭(2)的外部形狀一致，第一外鉆頭(3)設(shè)置在第一內(nèi)鉆頭(2)外部，二者構(gòu)成第一鉆頭，第一外鉆頭(3)由鉆頭體及設(shè)置在鉆頭體上的加熱線圈、導(dǎo)流槽、水道和多個尖齒構(gòu)成，鉆頭體的外形為圓錐形，第一外鉆頭(3)的接口與第一外鉆頭接頭(7)固定連接；所述第一循環(huán)泵(5)設(shè)置在第一外鉆頭接頭(7)的空腔內(nèi)，第一循環(huán)泵(5)通過第一循環(huán)水管(6)分別與第一內(nèi)鉆頭(2)和第一外鉆頭(3)連接；所述第一外鉆頭接頭(7)的一頭與第一外鉆頭(3)固定連接，另一頭與第一回轉(zhuǎn)電機(9)固定連接，同時第一外鉆頭接頭(7)內(nèi)部具有用于安置第一循環(huán)泵(5)和第一循環(huán)水管(6)的空腔；所述第一傳扭軸(8)上設(shè)置有與第一回轉(zhuǎn)電機(9)滑動配合的滑鍵，同時第一傳扭軸(8)與第一內(nèi)鉆頭(2)固定連接；所述第一限位固定螺母(10)用于將第一傳扭軸(8)固定在第一回轉(zhuǎn)電機(9)的轉(zhuǎn)子上；

其中升降儲纜組件包括導(dǎo)纜隨動件(11)、導(dǎo)纜隨動內(nèi)軸承(12)、導(dǎo)纜隨動外軸承(13)、升降儲纜倉(14)、升降絲杠電機(15)、升降儲纜從動齒輪(16)、升降儲纜主動齒輪(17)、升降儲纜電機(18)、升降儲纜導(dǎo)纜支撐(19)、纜線導(dǎo)輪(20)、升降絲杠電機倉(21)及分隔接頭(22)，所述導(dǎo)纜隨動件(11)上開設(shè)有兩個供線纜(1)穿過的線纜孔，導(dǎo)纜隨動件(11)的內(nèi)徑面與導(dǎo)纜隨動內(nèi)軸承(12)的外圈過盈配合，導(dǎo)纜隨動件(11)的外徑面與導(dǎo)纜隨動外軸承(13)的內(nèi)圈過盈配合；所述導(dǎo)纜隨動內(nèi)軸承(12)的內(nèi)圈與導(dǎo)纜隨動件(11)過盈配合，導(dǎo)纜隨動內(nèi)軸承(12)的外圈與升降儲纜倉(14)過盈配合；所述導(dǎo)纜隨動外軸承(13)的內(nèi)圈與升降絲杠電機(15)的絲杠端部外徑過盈配合，導(dǎo)纜隨動外軸承(13)的外圈與導(dǎo)纜隨動件(11)過盈配合；所述升降儲纜倉(14)用于儲存線纜(1)，升降儲纜倉(14)的內(nèi)壁上設(shè)置有與升降儲纜從動齒輪(16)嚙合配合的內(nèi)齒；所述升降絲杠電機(15)的定子外殼固定在升降絲杠電機倉(21)上，升降絲杠電機(15)的絲杠端部與導(dǎo)纜隨動件(11)過盈配合固定；所述升降儲纜從動齒輪(16)與升降儲纜主動齒輪(17)嚙合連接；所述升降儲纜主動齒輪(17)固定在升降儲纜電機(18)的轉(zhuǎn)子軸上；所述升降儲纜電機(18)的定子外殼固定于升降儲纜導(dǎo)纜支撐(19)上；所述升降儲纜導(dǎo)纜支撐(19)為中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，升降儲纜導(dǎo)纜支撐(19)上設(shè)置有兩個纜線導(dǎo)輪軸，升降儲纜導(dǎo)纜支撐(19)的內(nèi)徑與升降絲杠電機(15)的絲杠螺絲配合，升降儲纜導(dǎo)纜支撐(19)的外徑與升降儲纜倉(14)的內(nèi)壁間隙配合；所述纜線導(dǎo)輪(20)與設(shè)置在升降儲纜導(dǎo)纜支撐(19)上的纜線導(dǎo)輪軸滑動配合，纜線導(dǎo)輪(20)數(shù)量為兩個，且兩個纜線導(dǎo)輪(20)分別與兩個纜線導(dǎo)輪軸一一對應(yīng)；兩個纜線導(dǎo)輪(20)的外圓弧形形成供線纜(1)穿過的圓形空間；所述升降絲杠電機倉(21)用于固定升降絲杠電機(15)的定子殼體；所述分隔接頭(22)用于連接升降絲杠電機倉(21)和孔壁上支撐增扭支撐(25)；

其中孔壁上支撐組件包括孔壁上支撐增扭防滑塊(23)、孔壁上支撐增扭防滑伸縮件(24)、孔壁上支撐增扭支撐(25)、孔壁上支撐傳壓桿(26)、第二限位固定螺母(27)、孔壁上支撐驅(qū)動電機(28)、孔壁上支撐傳扭軸(29)及孔壁上支撐接頭(30)，所述孔壁上支撐增扭防滑塊(23)與孔壁上支撐增扭支撐(25)沿徑向光滑連接，孔壁上支撐增扭防滑塊(23)的一面為凸圓弧面，孔壁上支撐增扭防滑塊(23)的另一面為弧斜面，并在弧斜面上設(shè)置有燕尾鍵槽，弧斜面的傾斜角為銳角，燕尾鍵槽與設(shè)置在孔壁上支撐增扭防滑伸縮件(24)上的滑鍵滑動連接；所述孔壁上支撐增扭防滑伸縮件(24)上設(shè)置的錐形圓弧斜面，該錐形圓弧斜面與孔壁上支撐增扭防滑塊(23)的弧斜面滑動接觸，孔壁上支撐增扭防滑伸縮件(24)的接頭與孔壁上支撐傳壓桿(26)固定連接，孔壁上支撐增扭防滑伸縮件(24)用于將來自于孔壁上支撐傳壓桿(26)的軸向力轉(zhuǎn)化為對孔壁上支撐增扭防滑塊(23)的徑向力；所述孔壁上支撐增扭支撐(25)用于為孔壁上支撐增扭防滑塊(23)提供徑向移動通道，并限制孔壁上支撐增扭防滑塊(23)的非徑向移動；所述孔壁上支撐傳壓桿(26)與孔壁上支撐傳扭軸(29)螺紋連接，同時孔壁上支撐傳壓桿(26)的一端與孔壁上支撐增扭防滑伸縮件(24)固定連接；所述第二限位固定螺母(27)用于將孔壁上支撐傳扭軸(29)固定在孔壁上支撐驅(qū)動電機(28)的轉(zhuǎn)子上；所述孔壁上支撐驅(qū)動電機(28)的定子兩端分別與孔壁上支撐增扭支撐(25)和孔壁上支撐接頭(30)固定連接；所述孔壁上支撐接頭(30)用于連接孔壁上支撐驅(qū)動電機(28)和上給進伸縮導(dǎo)向套(31)；

其中上給進組件包括上給進伸縮導(dǎo)向套(31)、上給進伸縮傳壓桿(32)、上給進伸縮傳扭軸(33)、第三限位固定螺母(34)、上給進電機(35)及上給進伸縮接頭(36)，所述上給進伸縮導(dǎo)向套(31)的一端與孔壁上支撐接頭(30)固定連接，另一端分別與上給進電機(35)的外壁和上給進伸縮接頭(36)外壁為插入式滑動配合；所述上給進伸縮傳壓桿(32)與上給進伸縮傳扭軸(33)螺紋連接，同時上給進伸縮傳壓桿(32)的一端與上給進伸縮導(dǎo)向套(31)的頂部固定連接；所述上給進電機(35)的定子一端與上給進伸縮導(dǎo)向套(31)插入式滑動配合，上給進電機(35)的定子另一端和上給進伸縮接頭(36)固定連接；所述上給進伸縮接頭(36)的一端與上給進電機(35)固定連接，上給進伸縮接頭(36)的另一端與下給進伸縮導(dǎo)向套(37)固定連接；

其中下給進組件包括下給進伸縮導(dǎo)向套(37)、下給進伸縮傳壓桿(38)、下給進伸縮傳扭軸(39)、第四限位固定螺母一(40)、下給進電機(41)及下給進伸縮接頭(42)，所述下給進伸縮導(dǎo)向套(37)的一端與上給進伸縮接頭(36)固定連接，另一端分別與下給進電機(41)的外壁和下給進伸縮接頭(42)的外壁為插入式滑動配合；所述下給進伸縮傳壓桿(38)與下給進伸縮傳扭軸(39)螺紋連接，同時下給進伸縮傳壓桿(38)的一端與下給進伸縮導(dǎo)向套(37)的頂部固定連接；所述下給進電機(41)的定子一端與下給進伸縮導(dǎo)向套(37)插入式滑動配合，下給進電機(41)的定子另一端與下給進伸縮接頭(42)固定連接；所述下給進伸縮接頭(42)的一端與下給進電機(41)固定連接，另一端與孔壁下支撐增扭防滑塊(43)固定連接；

其中孔壁下支撐組件包括孔壁下支撐增扭防滑塊(43)、孔壁下支撐增扭防滑伸縮件(44)、孔壁下支撐增扭支撐(45)、孔壁下支撐傳壓桿(46)、第四限位固定螺母二(47)、孔壁下支撐驅(qū)動電機(48)、孔壁下支撐傳扭軸(49)及孔壁下支撐接頭(50)，所述孔壁下支撐增扭防滑塊(43)與孔壁下支撐增扭支撐(45)沿徑向光滑連接，孔壁下支撐增扭防滑塊(43)的一面為凸圓弧面，孔壁下支撐增扭防滑塊(43)的另一面為弧斜面，并在弧斜面上設(shè)置有燕尾鍵槽，弧斜面的傾斜角為銳角，燕尾鍵槽與設(shè)置在孔壁下支撐增扭防滑伸縮件(44)上的滑鍵滑動連接；所述孔壁下支撐增扭防滑伸縮件(44)上設(shè)置有錐形圓弧斜面，該錐形圓弧斜面與孔壁下支撐增扭防滑塊(43)的弧斜面滑動接觸，孔壁下支撐增扭防滑伸縮件(44)的接頭與孔壁下支撐傳壓桿(46)固定連接，孔壁下支撐增扭防滑伸縮件(44)用于將來自于孔壁下支撐傳壓桿(46)的軸向力轉(zhuǎn)化為對孔壁下支撐增扭防滑塊(43)的徑向力；所述孔壁下支撐增扭支撐(45)用于為孔壁下支撐增扭防滑塊(43)提供徑向移動通道，并限制孔壁下支撐增扭防滑塊(43)的非徑向移動；所述孔壁下支撐傳壓桿(46)與孔壁下支撐傳扭軸(49)螺紋連接，同時孔壁下支撐傳壓桿(46)與孔壁下支撐增扭防滑伸縮件(44)固定連接；所述第四限位固定螺母二(47)用來將孔壁下支撐傳扭軸(49)固定在孔壁下支撐驅(qū)動電機(48)的轉(zhuǎn)子上；所述孔壁下支撐驅(qū)動電機(48)的定子兩端分別與孔壁下支撐增扭支撐(45)和孔壁下支撐接頭(50)固定連接；所述孔壁下支撐接頭(50)用于固定連接孔壁下支撐驅(qū)動電機(48)和第二回轉(zhuǎn)電機(52)；

其中下熱融-機械鉆進組件包括第五限位固定螺母(51)、第二回轉(zhuǎn)電機(52)、第二傳扭軸(53)、第二外鉆頭接頭(54)、第二循環(huán)泵(55)、第二循環(huán)水管(56)、第二外鉆頭(58)、第二內(nèi)鉆頭(59)及真空取水容器(60)，所述第五限位固定螺母(51)用于將第二傳扭軸(53)固定在第二回轉(zhuǎn)電機(52)上；所述第二傳扭軸(53)上設(shè)置有與第二回轉(zhuǎn)電機(52)滑動配合的滑鍵，同時第二傳扭軸(53)的一頭與第二內(nèi)鉆頭(59)固定連接；所述第二外鉆頭接頭(54)內(nèi)部具有用于安置第二循環(huán)泵(55)、第二循環(huán)水管(56)和真空取水容器(60)的空腔，第二外鉆頭接頭(54)的一端與第二外鉆頭(58)固定連接，另一頭與第二回轉(zhuǎn)電機(52)固定連接；所述第二循環(huán)泵(55)設(shè)置在第二外鉆頭接頭(54)的空腔內(nèi)，第二循環(huán)泵(55)通過第二循環(huán)水管(56)分別與第二外鉆頭(58)和第二內(nèi)鉆頭(59)連通；所述第二外鉆頭(58)的外部形狀與第二內(nèi)鉆頭(59)的外部形狀一致，第二外鉆頭(58)設(shè)置在第二內(nèi)鉆頭(59)外部，二者構(gòu)成第二鉆頭，第二外鉆頭(58)包括鉆頭體及設(shè)置在鉆頭體上的加熱線圈、導(dǎo)流槽、水道和多個尖齒，其中鉆頭體的外形為圓錐形，第二外鉆頭(58)的接口與第二外鉆頭接頭(54)固定連接；所述第二內(nèi)鉆頭(59)包括鉆頭體及設(shè)置在鉆頭體上的加熱線圈、水流循環(huán)通道、導(dǎo)流槽和多個尖齒，第二內(nèi)鉆頭(59)的接口與第二傳扭軸(53)的一頭固定連接；當(dāng)整套系統(tǒng)鉆穿冰層(61)，進入冰下湖后，所述真空取水容器(60)用于獲取湖水，并隨鉆進系統(tǒng)返回至冰面。