[实用新型]基于热水钻孔的冰架底部冰层热熔取芯装置

说明书

本实用新型公开了一种基于热水钻孔的冰架底部冰层热熔取芯装置，包括电缆、电缆终端、钻具上盖、水密接头、电气舱上盖、电气舱壳体、电气模块、电机、电气舱下盖、联轴器、丝杆、上轴承、滑动螺母、丝杠堵头、下轴承、钻具下盖、钻具外管、挡水帽、钻头体、卡断器销轴、卡断器、卡簧、卡簧固定螺钉、钻头连接螺钉、冰芯管、上轴承座、固定铰点、锁紧螺钉、转动销轴、上支杆、下支杆、顶杆及螺钉。取芯装置的结构是能收缩和张开。本实用新型能很好的完成冰架或冰层底部冰层取芯钻进，结构简单，采样量大。

技术领域

本实用新型涉及一种基于热水钻孔的冰架底部冰层热熔取芯装置。

背景技术

热水钻系统是20世纪80年代兴起的被看作冰层中最高效的快速钻进的方法，热水钻取芯钻具只需要根据具体情况通过更换不同的喷嘴就可以完成在目标深度的取冰芯工作。目前美国、英国、德国等国家已经成功在南极冰盖及冰架实施了热水钻进，取得了丰硕的成果，我国热水钻系统起步较晚， 2017年完成了我国自主研发的1500米钻进能力热水钻机，并计划在不久的未来在南极埃默里冰架实施钻探，其目的之一在于通过获取冰架底部样品研究冰架与海洋相互作用过程。目前国内外文献可查阅到的热水钻具部分具备取芯功能，但在同一个钻孔内针对同一冰层仅能完成一次采样，而南极环境恶劣，钻探成本极高，因此如何利用一个钻孔尽可能多的获取样品成为各国科学家和工程师一直致力于研究的问题。

发明内容

本实用新型的目的提供一种基于热水钻孔的冰架底部冰层热熔取芯装置。本实用新型基于已有热水钻孔进行设计，首先采用热水钻成孔，然后将钻具下入孔内，到达冰架底部后采用电驱动方式使取芯钻具张开，并通过钻头体自下而上完成热熔钻进和采样，通过电机可以控制取芯钻具张开直径大小，从而实现在距离钻孔不同距离冰层取样钻进。本实用新型可很好的完成冰架或冰层底部冰层取芯钻进，结构简单，采样量大，将为极地研究提供强大的技术支撑。

本实用新型包括电缆、电缆终端、钻具上盖、水密接头、电气舱上盖、电气舱壳体、电气模块、电机、电气舱下盖、联轴器、丝杠、上轴承、滑动螺母、丝杠堵头、下轴承、钻具下盖、钻具外管、挡水帽、钻头体、卡断器销轴、卡断器、卡簧、卡簧固定螺钉、钻头连接螺钉、冰芯管、上轴承座、固定铰点、锁紧螺钉、转动销轴、上支杆、下支杆、顶杆及螺钉。

其中铠装电缆固定在电缆终端上，铠装电缆内的电缆则穿过钻具上盖进入钻具内，并与水密接头相连，钻具上盖采用M8螺钉固定在钻具外管上部。

电气舱壳体上下分别采用螺钉固定有电气舱上盖和电气舱下盖，从而形成封闭空间，保护安装在内部的电气元件，电机固定在电气舱下盖上，电机轴与电气舱下盖内孔采用动密封，保证电气舱在高压水环境中不发生泄露，电气模块安装在电气舱内，用于驱动电机，并完成井下设备的电力分配和控制，个水密接头采用螺纹固定在电气舱上盖上，电气舱下盖与钻具外管采用螺钉连接。

电机轴端通过联轴器与丝杠连接，丝杠上部采用上轴承与上轴承座固定，上轴承座采用螺钉固定在钻具外管上，丝杠下端连接有丝杠堵头，并通过下轴承固定在钻具下盖上，钻具下盖通过螺钉固定在钻具外管上；

固定铰点安装在上轴承座下部，通过螺钉固定在钻具外管上，并通过转动销轴与上支杆和下支杆连接，上支杆和下支杆另一端通过转动销轴与冰芯管连接，顶杆两端通过转动销轴分别与冰芯管和滑动螺母铰接，所有转动销轴处均安装有锁紧螺钉对其进行防松定位，滑动螺母与丝杠螺纹配合。

冰芯管上部通过钻头连接螺钉与钻头体连接，卡断器通过卡断器销轴固定在钻头体上，卡簧通过卡簧固定螺钉固定在钻头体上，并对卡断器进行限位，保证卡断器只能向钻头体内方向转动，卡断器、卡断器销轴、卡簧和卡簧固定螺钉沿钻头体径向均布组；为了增加单次钻进冰芯采样量，冰芯管和钻头体沿钻具径向均布组，分别通过上支杆、下支杆、顶杆及转动销轴与滑动螺母和固定铰点相连。

钻具外管上部通过M5螺钉固定有挡水帽，用于在钻具上提过程中避免孔内融水对冰芯的冲刷。