[发明专利]真空无水模拟微钻实验台

说明书

技术领域

本发明涉及钻探试验领域，尤其涉及一种真空无水模拟微钻实验台。

背景技术

在现有技术中，外太空钻进取样是探索外太空资源分布重要手段之一，外太空资源的开发利用尤为重要。外太空钻进与地球钻进存在极大的差别。地球钻进一般有钻井液参与，主要追求钻进速度和经济效益，对功耗要求不高。外太空环境的真空、无水等特殊环境，以及外太空取样钻进的低功耗限制对岩石钻进取样提出了很高的要求。目前的岩石钻进模拟实验大多是针对地表或模拟深井钻井的，是在常温或低温条件下进行的，没有用于模拟外太空环境的。

发明内容

针对上述现有技术中的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种真空无水模拟微钻实验台，包括真空腔室、钻杆和岩样夹持器，所述岩样夹持器设置在真空腔室内，所述钻杆一端插入真空腔室内，插入真空腔室内的钻杆一端安装有钻头，所述钻杆插入真空腔室的一端正对岩样夹持器，所述真空腔室上供钻杆插入的开口与钻杆之间的空隙通过密封装置密封。

优选地，还包括钻杆旋转电机，所述钻杆旋转电机通过传动装置与钻杆驱动连接。

优选地，还包括涡轮钻杆，所述涡轮钻杆与钻杆的轴线相互垂直设置，所述涡轮钻杆驱动钻杆垂直升降。

优选地，还包括用于带动岩样夹持器旋转的回转系统，所述回转系统包括回转轴，所述回转轴下端伸出真空仓，所述回转轴与真空仓之间的空隙通过密封装置密封，所述回转轴下端通过锥齿轮传动装置连接驱动电机。

优选地，还包括测量系统，所述测量系统包括处理器、温度传感器、扭矩传感器和位移传感器，所述扭矩传感器和位移传感器安装在所述钻杆上，所述温度传感器安装在所述钻头上，所述温度传感器、扭矩传感器和位移传感器均和所述处理器通信连接。

优选地，所述密封装置为磁流体密封传动装置。

优选地，还包括真空泵，所述真空泵通过管道与真空腔室连通，在所述管道上安装有压力表。

优选地，还包括过滤器，所述过滤器安装在所述真空腔室与管道的连接处。

与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：

本发明公开的真空无水模拟微钻实验台在地面模拟外太空的真空、无水钻进条件，开展小尺寸钻头钻进岩石试验，通过对岩石碎岩效果、钻进参数、钻头温升等的数据采集，研究钻头在真空无水条件下的温升特点，钻进参数对钻头温升和岩石钻进取心的性能影响及关系，用于指导取心钻头结构设计和钻进参数选择，提高取心效率和降低碎岩功耗提供依据。

附图说明

图1为本发明真空无水模拟微钻实验台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1和实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种真空无水模拟微钻实验台，包括真空腔室1、钻杆2和岩样夹持器3，所述岩样夹持器3设置在真空腔室1内，所述钻杆2一端插入真空腔室1内，插入真空腔室1内的钻杆2一端安装有钻头4，所述钻杆2插入真空腔室1的一端正对岩样夹持器3，所述真空腔室1上供钻杆2插入的开口与钻杆2之间的空隙通过密封装置密封。

还包括钻杆旋转电机6和涡轮钻杆5，所述钻杆旋转电机6通过传动装置与钻杆2驱动连接；所述涡轮钻杆5与钻杆2的轴线相互垂直设置，所述涡轮钻杆5驱动钻杆2垂直升降(在涡轮钻杆5上安装齿轮，在钻杆2上安装齿条，通过涡轮钻杆5旋转带动钻杆2的垂直起降)。真空试验中常采用磁流体密封传动装置8作为密封，通过花键连接将转矩传递到真空腔体1内，实现钻杆2的回转运动。

还包括用于带动岩样夹持器3旋转的回转系统，所述回转系统包括回转轴7，所述回转轴7下端伸出真空腔体1，所述回转轴7与真空腔体1之间的空隙通过磁流体密封传动装置8密封，所述回转轴7下端通过锥齿轮9传动装置连接驱动电机14。真空腔室1内岩石夹持器带动岩石可以实现回转运动(岩石夹持器夹紧岩样，由锥齿轮9带动夹持器和岩样一起回转)，这样可以实现单一运动方式和复合运动方式下的不同钻进状态的监测。

还包括测量系统，所述测量系统包括处理器、温度传感器13、扭矩传感器和位移传感器，所述扭矩传感器和位移传感器安装在所述钻杆2上，所述温度传感器13安装在所述钻头4上，所述温度传感器13、扭矩传感器和位移传感器均和所述处理器通信连接。