[发明专利]一种冰层钻进用内锥形回转热融钻头

说明书

本发明公开了一种冰层钻进用内锥形回转热融钻头，主要包括中心管、水密接头、半圆键、钻头外管、加热棒及钻头体，钻头体呈圆台形，钻头体的下端部沿径向向外延伸形成环形凸台，钻头体内部具有圆锥形空腔，圆锥形空腔的内壁与环形凸台的外壁之间通过圆弧面平滑过渡连接，圆锥形空腔的内壁上均匀布置有V型槽，V型槽从圆锥形空腔内壁延伸至环形凸台外壁上；本发明的钻头整体结构设计为内锥形，内锥形表面加工有V型槽，在钻进时，V型槽增加了钻头的传热面积，同时当钻头回转时，V型槽将带动钻头下方的水体发生转动，使钻头与孔底融水和融水与冰层的传热由常规的热传导变为对流换热，大大提高换热效率。

技术领域

本发明涉及一种热融钻头，更具体地说涉及一种冰层钻进用内锥形回转热融钻头。

背景技术

热融钻进方法是利用冰层熔点低的特性，采用高热表面接触冰层，使冰融化为水，从而成孔的钻探方法，过去几十年间，采用热融钻探技术在山岳冰川和极地冰盖进行了大量钻探，为人类认识和了解冰川提供了重要的技术手段。目前热融钻头的设计多采用在铜或铝基体内埋置加热元件实现加热，钻头依靠热传导将热量传递至冰层实现融冰钻进，但热传导效率较低，且受到加热元件结构尺寸限制，加热元件无法布置在钻头底部，容易在钻头底部形成冷端，因此钻进时，底部热量少，上部热量大，大部分热量用于对钻孔进行扩孔，且目前的钻头设计均为外锥形，热量通过钻头向钻孔外部散失，热损失大，严重影响钻进效率。

发明内容

针对现有热融钻头钻进效率低的问题，本发明的目的是提供一种冰层钻进用内锥形回转热融钻头，钻头整体结构设计为内锥形，内锥形表面上加工有V型槽，在钻进时，V型槽增加了钻头的传热面积，同时当钻头回转时，V型槽将带动钻头下方的水体发生转动，使钻头与孔底融水的传热由常规的热传导变为对流换热，大大提高换热效率。且内锥形设计可保证热量向钻孔内部传递，提高能量利用率，降低热损失，从而提高热融钻头钻进效率。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种冰层钻进用内锥形回转热融钻头，其特征在于，包括：中心管、水密接头、螺母、半圆键、第一密封圈、钻头外管、加热棒、连接板、隔热垫、钻头体、第二密封圈、沉头螺钉和定位销，所述钻头外管为一端敞口，另一端封闭的中空圆柱体，且封闭端的端面中心开设有供中心管穿过的过孔，该过孔的孔壁上设置有第一键槽；所述中心管设置在钻头外管内部且与其同轴布置，中心管的下部采用螺纹连接的方式固定在连接板上，中心管的上部穿过位于钻头外管封闭端端面中心的过孔延伸至钻头外管外部，中心管上设置有与第一键槽匹配的第二键槽，第二键槽和第一键槽之间安装有半圆键，同时在中心管与钻头外管的接触处设置有第一密封圈；所述连接板和钻头体顶部通过定位销相连，并通过沉头螺钉固定在一起，连接板和钻头体之间固定有隔热垫；所述钻头体呈圆台形，钻头体的下端部沿径向向外延伸形成环形凸台，钻头体内部具有圆锥形空腔，圆锥形空腔的内壁与环形凸台的外壁之间通过圆弧面平滑过渡连接，圆锥形空腔的内壁上均匀布置有V型槽，V型槽从圆锥形空腔内壁延伸至环形凸台外壁上；钻头外管的敞口端端面抵靠在钻头体下端部的环形凸台的顶端面上，并在配合处设置有第二密封圈；所述加热棒插设在钻头体内，同时加热棒通过电线与水密接头电连接；所述水密接头通过螺纹配合的方式固定在钻头外管上；所述螺母套设在中心管上部并与中心管螺纹配合。

进一步，所述隔热垫与钻头外管同轴设置，且隔热垫的外边缘与钻头外管内壁接触，隔热垫、钻头体和钻头外管形成封闭空间。

进一步，所述隔热垫、钻头体和钻头外管形成的封闭空间内填充有隔热材料。

优选地，所述隔热材料为珍珠岩、岩棉或石棉。

进一步，位于圆锥形空腔内壁和圆弧面上的V型槽截面相同，位于环形凸台外壁上的V型槽截面从下向上逐渐变小。

进一步，所述钻头体的材质为纯铜，钻头外管及连接板的材质为不锈钢。