[發明專利]深海運載器巖芯取樣沖擊鉆機

有效

• 申請號: 202110062920.6
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112780205B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 任玉剛;楊磊;魯德泉;于凱本;劉延俊;張建華
• 申請（專利權）人: 國家深海基地管理中心;山東大學
• 主分類號: E21B25/18
• 分類號: E21B25/18;E21B7/12
• 代理公司: 青島匯智海納知識產權代理有限公司 37335
• 代理人: 王丹丹

本發明涉及深海地質巖芯取樣，特別是一種深海運載器巖芯取樣沖擊鉆機。包括動力回轉單元和沖擊單元，其中，還包括振動發生單元，振動發生單元位于動力回轉單元和沖擊單元之間；所述動力回轉單元包括后封蓋、耐壓殼體、無刷直流電機、減速器、前封蓋、傳動軸和深海充油補償膜片，耐壓殼體的前、后兩端分別固定有前封蓋和后封蓋，后封蓋、耐壓殼體和前封蓋組成封閉的腔體，無刷直流電機、減速器和傳動軸均設置在該腔體內，無刷直流電機的輸出軸與減速器連接，傳動軸與減速器的輸出軸連接。可在低鉆壓力和低鉆進功耗下依靠高頻沖擊運動破碎巖石，大大提高了鉆機鉆進效率。

技術領域

本發明涉及深海地質巖芯取樣，特別是一種深海運載器巖芯取樣沖擊鉆機。

背景技術

由于巖石中含有豐富的地質演化的重要信息，獲取巖石樣品是深海探測任務的重要目標之一。在現有的深海采樣技術中，鉆進采樣仍然是獲取巖石樣品的有效方式。在深海地球科學研究方面，全球相繼開展了深海鉆探(DSDP)、大洋鉆探(ODP)和綜合大洋鉆探(IODP)等計劃，驗證了板塊構造學說，但在深海和大氣的深層演變、海底生物圈分布規律等方面研究仍較為薄弱，急需獲得典型區域的樣品開展精細驗證性鉆取研究。

目前國外開展了大量運載器巖芯取樣鉆機的研究和應用發展工作。美國Alvin號完成了HSTR巖芯取樣鉆機的研制工作，成功鉆取了硫化物巖芯樣品；MBARI研究所研制成功了4000m級MCS取樣器，可實現四管取樣，成功在Juan de Fuca海底獲得裸露基巖的樣品。Phoenix International公司研制一套可搭載在Nereus II ROV上的取芯器，取芯長度能夠達到1.5m，取芯作業水深2400m；美國Harbor Branch海洋研究所完成了7000m級HarborBranch取芯器的研究，并搭載于Magellan ROV完成了多次海上試驗；此外，英、法及俄等國家也開展了深海運載器巖芯取芯器的研制及應用工作，如CONSUB號(英)、ST-I號(法)和APTYC號(俄)等載人潛水器均開展了配套小型巖芯取芯器研制。為解決深海精細作業難題，我國深海運載器得到了快速發展，蛟龍號載人潛水器完成了7062米世界最深下潛，初步形成了以載人潛水器(HOV)、無人纜控潛水器(ROV)、無人自主潛水器(AUV)為代表的深海運載器精細探測平臺體系和作業模式，將深潛器精細作業與鉆探技術相結合可有效解決深海精細取芯難題。

通常情況下，現有的鉆機破損巖石時，需要在較大的力矩和鉆壓力下達到巖石的應力閾值才能破碎巖石。由于深海運載器攜帶的有效載荷和能源有限，難以滿足采樣設備持續增長的鉆壓力和功耗要求、以及在弱重力環境下實現精細取芯作業與高效鉆探，本申請主要解決了在深海環境下資源工程勘探及科學研究高效精確巖心取樣的應用難題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提出了一種提出了一種基于壓電石英晶體超聲耦合振動原理的深海運載器巖芯取樣沖擊鉆機，可在低鉆壓力和低鉆進功耗下依靠高頻沖擊運動破碎巖石，大大提高了鉆機鉆進效率。

本發明的技術方案是：一種深海運載器巖芯取樣沖擊鉆機，包括動力回轉單元和沖擊單元，其中，還包括振動發生單元，振動發生單元位于動力回轉單元和沖擊單元之間；

所述動力回轉單元包括后封蓋、耐壓殼體、無刷直流電機、減速器、前封蓋、傳動軸和深海充油補償膜片，耐壓殼體的前、后兩端分別固定有前封蓋和后封蓋，后封蓋、耐壓殼體和前封蓋組成封閉的腔體，無刷直流電機、減速器和傳動軸均設置在該腔體內，無刷直流電機的輸出軸與減速器連接，傳動軸與減速器的輸出軸連接；