CN109030072A - 一种基于水下rov的多管振动取样钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及深海沉积物振动取样钻机，旨在提供一种基于水下ROV的多管振动取样钻机。该取样钻机，包括机架、驱动装置、移动平台、液压振动器、螺旋液压摆动缸与取样组件；液压振动器与螺旋液压摆动缸安装在移动平台上，移动平台安装在机架上，并通过驱动装置进行驱动，取样组件安装在机架上，并位于移动平台下方。本产品实现了钻机水下换管的功能，增加了ROV可携带的沉积物数量；机架、移动平台和液压缸推杆上的钢丝绳滑轮组大大减少了液压油缸的所需行程，降低了钻机整体的高度；钻进方式采用液压振动，对沉积物的干扰极小，可为学者了解深海地质提供更准确的信息。钻机的钻进、换管机构都采用液压动力，使钻机可在深海4500米海底工作。

Description

一种基于水下ROV的多管振动取样钻机

技术领域

本发明涉及的是一种深海沉积物振动取样钻机，具体涉及一种基于水下ROV的多管振动取样钻机。

背景技术

ROV多管振动取样钻机是一种钻探***整体工作于海底并且由ROV搭载的钻探设备。与普通的钻井船钻机相比，ROV多管振动取样钻机具有钻探成本低、效率高，设备体积小等优点。

ROV配合可视化装置，可以为钻机的海底触底进行选址。ROV多管振动取样钻机在水下作业时，可通过ROV的脐带缆进行远程的通讯控制和能源供应，可让船上甲板的操作人员如亲临海底一样实时观察钻进作业的状况，准确获取钻机姿态、功率消耗、供电电压、钻进速度、钻进压力等状态参数。

但是，现有技术中振动取样器体积庞大，无法安装在ROV上；振动取样器无法在4500米深海环境中工作；振动取样器仅能携带一根取样管，取样数量少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于水下ROV的多管振动取样钻机。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于水下ROV的多管振动取样钻机，包括机架、驱动装置、移动平台、液压振动器、螺旋液压摆动缸与取样组件；

机架包括竖向的矩形支撑架；支撑架的底端垂直于支撑架设有一门型底架，支撑架的顶端与底端的端面上设有滑轮组；

驱动装置包括液压油缸、油缸固定装置、滚珠导轨与滑轮组；液压油缸前后端盖上加装有油缸固定装置，液压油缸通过油缸固定装置设于支撑架两侧架间靠下位置，滚珠导轨两端分别固定于矩形支撑架顶端与油缸固定装置上，液压油缸的推杆可在滚珠导轨上移动，推杆上设有滑轮组；

移动平台垂直于滚珠导轨设置，移动平台为由矩形底板、前后侧的矩形围板以及左右侧梯形围板组成的抽屉状结构；梯形围板垂直于滚珠导轨设置，梯形围板上设有滑轮组；钢丝绳穿过支撑架顶底端的滑轮、液压油缸推杆上的滑轮与移动平台上的滑轮，当移动平台需要上下移动时，液压油缸的推杆拉动钢丝绳，从而带动移动平台上下移动；移动平台的底板上设有液压振动器，液压振动器上安装有金属接近开关；移动平台远离支撑架侧的矩形围板外侧设有竖向的螺旋液压摆动缸；

取样组件设于移动平台与底架之间，包括取样管、橡胶弹簧与转盘，转盘设于移动平台下方，转盘中心与螺旋液压摆动缸的输出轴连接，转盘外缘对称开有三个半圆形开口，开口卡嵌于取样管顶部，取样管顶端设有橡胶弹簧与金属接头，取样管底端设于底架上；金属接头，用于与金属接近开关作用，控制液压振动器的工作；取样管导向套设于转盘上。

作为一种改进，机架为高强度铝合金型材，矩形支撑架上对称设有若干不锈钢铰座，用于与ROV主机连接。

作为一种改进，液压振动器为振动液压缸，通过吸震垫安装在移动平台上。为防止振动缸与取样管组件贴合时产生密闭腔而影响取样，液压振动器选用中空式型号并通过吸震垫安装在移动平台上。

作为一种改进，取样管上还套设有取样管导向套，取样管导向套固定于所述转盘上，用于对取样管起导向作用，并防止取样管因振动而产生塑性变形。

作为一种改进，取样管导向套为硬质橡胶嵌铜套。

作为一种改进，在移动平台上方，有一门型架垂直并固设于支撑架上，所述门型架上设有卡扣，用于卡装取样管。

作为一种改进，取样管底端通过取样限位环进行限位。

作为一种改进，门型架与支撑架侧架间设有加强筋。

作为一种改进，取样管内部且靠近头部处设有爪簧，用于防止取样管内的沉积物掉落。

作为一种改进，底架上设有取样工位，取样工位位于液压振动器的正下方，用于下放取样管。

本发明中，液压振动取样钻机的液压油缸、螺旋液压摆动缸和液压振动器可以采用市售产品。液压振动取样钻机的机架、滑轨、升降平台、转盘、取样管、取样管导向套则按照实际需求进行加工。更换取样管时，移动平台上的螺旋液压摆动缸转动转盘120°，转盘上的三根取样管进入工位待命。取样时，移动平台的液压振动器和取样管组件贴合，金属接近开关检测到取样管组件的金属接头，随后发出信号使液压振动器开始振动取样管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)钻机采用螺旋液压摆动缸作为换管机构的主要部件，实现了钻机水下换管的功能，增加了ROV可携带的沉积物数量。

(2)机架、移动平台和液压缸推杆上的钢丝绳滑轮组大大减少了液压油缸的所需行程，降低了钻机整体的高度。

(3)钻机的钻进方式采用液压振动，对沉积物的干扰极小，可为学者了解深海地质提供更准确的信息。

(4)钻机的钻进、换管机构都采用液压动力，使钻机可在深海4500米海底工作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是取样钻机钻进前的结构示意图。

图3是取样钻机钻进时的结构示意图。

图4是取样钻机安装在ROV上的整体效果图。

图5是取样钻机的液路图。

图中：1—机架，2、4、15—机架上的滑轮组，3—滚珠导轨，5—液压振动器，6—移动平台，7—螺旋液压摆动缸，8—橡胶弹簧，9—卡扣，10—转盘，11、12、13—取样管，14—取样管限位环，16、19、22—不锈钢铰座，17—液压油缸，18—油缸固定装置，20、21—液压油缸推杆的滑轮组。

具体实施方式

以下的实施例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。

如图1，一种基于水下ROV的多管振动取样钻机，包括机架1、驱动装置、移动平台6、液压振动器5、螺旋液压摆动7与取样组件。

机架1包括竖向的矩形支撑架。支撑架的底端垂直于支撑架设有一门型底架，支撑架的顶端与底端的端面上设有滑轮组2、4、15。如图4，机架1为高强度铝合金型材，矩形支撑架上对称设有三组不锈钢铰座16、19、22，用于与ROV主机连接。

驱动装置包括液压油缸17、油缸固定装置18、滚珠导轨3与滑轮组20、21。液压油缸17前后端盖上加装有油缸固定装置18，液压油缸17通过油缸固定装置18设于支撑架两侧架间靠下位置，滚珠导轨3两端分别固定于矩形支撑架顶端与油缸固定装置18上，液压油缸17的推杆可在滚珠导轨3上移动，推杆上设有滑轮组20、21。

移动平台6垂直于滚珠导轨3设置，移动平台6为由矩形底板、前后侧的矩形围板以及左右侧梯形围板组成的抽屉状结构。梯形围板垂直于滚珠导轨3设置，梯形围板上设有滑轮组。钢丝绳穿过支撑架顶底端的滑轮2、4、15、液压油缸推杆上的滑轮20、21与移动平台上的滑轮，当移动平台6需要上下移动时，液压油缸17的推杆拉动钢丝绳，从而带动移动平台6上下移动。移动平台6的底板上设有液压振动器5，液压振动器5为振动液压缸，通过吸震垫安装在移动平台6上。为防止液压振动器5与取样管组件贴合时产生密闭腔而影响取样，液压振动器5选用中空式型号。

液压振动器5上安装有金属接近开关。移动平台6远离支撑架侧的矩形围板外侧设有竖向设置的螺旋液压摆动缸7。

取样组件设于移动平台6与底架之间，包括取样管11、12、13取样管导向套、橡胶弹簧8与转盘10，转盘10设于移动平台6下方，转盘10中心与螺旋液压摆动缸7的输出轴连接，转盘10外缘对称开有三个半圆形开口，开口卡嵌于取样管11、12、13顶部，取样管11、12、13顶端设有橡胶弹簧8与金属接头，取样管11、12、13底端设于底架上，并通过取样限位环14进行限位。金属接头，用于与金属接近开关作用，控制液压振动器5的工作。更换取样管时，移动平台6上的螺旋液压摆动缸7转动转盘120°，转盘上的三根取样管11、12、13进入工位待命。取样时，移动平台6的液压振动器5和取样管组件贴合，金属接近开关检测到取样管组件的金属接头，随后发出信号使液压振动器5开始振动取样管。取样管导向套设于转盘10上并套设于取样管11、12、13外部。取样管11、12、13内部且靠近头部处设有爪簧，用于防止取样管11、12、13内的沉积物掉落。

底架上设有取样工位，用于下放取样管11、12、13。取样工位位于液压振动器5的正下方。矩形支撑架顶部，与底架平行设有一门型架，门型架上设有卡扣9，用于卡装取样管11、12、13。门型架与支撑架侧架间设有加强筋。

下面结合附图介绍本实施例的工作步骤：

(1)ROV多管振动取样钻机在下水运作前，首先将钻机连接于ROV上，液压缸17、液压振动器5和螺旋液压摆动缸7的油管与ROV的油泵相连接，并测试钻机是否工作正常。

(2)取样钻机在进行更换取样管时，先通过金属接近开关判断取样完成的取样11到达了设定工位。然后螺旋液压摆动缸7转动转盘10，转盘10上的取样管12进入取样工位，而取样管11则由取样管卡扣9扣在非取样工位上。当取样管12完成取样后，取样管13进入取样工位，直至所有取样管都完成取样工作。

(3)取样钻机进行取样工作时，液压缸17的活塞杆伸长通过钢丝绳机构使移动平台6下降。由于海底土质松软，取样管11会因自身重力而随之下降，当重力不足以使取样管11现将时，移动平台6上的液压振动器5会与取样管11上端贴合，金属接近开关会检测到信号并促使液压振动器5开始运作。取样管11附近的沉积物会因振动而液化，从而降低取样管11贯入阻力。

(4)下降取样介绍后。液压缸17的活塞杆匀速缩回，取样管11由转盘10提拉回升，直至检测套液压缸17的磁性开关信号为止，停止并进入下步骤。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于水下ROV的多管振动取样钻机，其特征在于，包括机架、驱动装置、移动平台、液压振动器、螺旋液压摆动缸与取样组件；

所述机架包括竖向的矩形支撑架；支撑架的底端垂直于支撑架设有一门型底架，支撑架的顶端与底端的端面上设有滑轮组；

所述驱动装置包括液压油缸、油缸固定装置、滚珠导轨与滑轮组；液压油缸前后端盖上加装有油缸固定装置，液压油缸通过油缸固定装置设于支撑架两侧架间靠下位置；滚珠导轨两端分别固定于矩形支撑架顶端与油缸固定装置上，液压油缸的推杆可在滚珠导轨上移动，推杆上设有滑轮组；

所述移动平台通过滑块垂直设于滚珠导轨上，移动平台为由矩形底板、前后侧的矩形围板以及左右侧梯形围板组成的抽屉状结构；梯形围板垂直于滚珠导轨设置，梯形围板上设有滑轮组；钢丝绳穿过支撑架顶底端的滑轮、液压油缸推杆上的滑轮与移动平台上的滑轮，当移动平台需要上下移动时，液压油缸的推杆拉动钢丝绳，从而带动移动平台上下移动；所述移动平台的底板上设有液压振动器，液压振动器上安装有金属接近开关；移动平台远离支撑架侧的矩形围板外侧设有竖向设置的的螺旋液压摆动缸；

所述取样组件设于移动平台与底架之间，包括取样管、橡胶弹簧与转盘，转盘设于移动平台下方，转盘中心与螺旋液压摆动缸的输出轴连接，转盘外缘对称开有三个半圆形开口，开口卡嵌于取样管顶部，取样管顶端设有橡胶弹簧与金属接头，取样管底端设于底架上；所述金属接头，用于与金属接近开关作用，控制液压振动器的启闭。

2.根据权利要求1所述的取样钻机，其特征在于，所述机架为高强度铝合金型材，矩形支撑架上对称设有若干不锈钢铰座，用于与ROV主机连接。

3.根据权利要求1所述的取样钻机，其特征在于，所述液压振动器为振动液压缸，通过吸震垫安装在移动平台上。

4.根据权利要求1所述的取样钻机，其特征在于，所述取样管上还套设有取样管导向套，取样管导向套固定于所述转盘上，用于对取样管起导向作用，并防止取样管因振动而产生塑性变形。

5.根据权利要求1所述的取样钻机，其特征在于，所述取样管底端通过取样限位环进行限位。

6.根据权利要求1所述的取样钻机，其特征在于，在移动平台上方，有一门型架垂直并固设于支撑架上，所述门型架上设有卡扣，用于卡装取样管。

7.根据权利要求1所述的取样钻机，其特征在于，所述门型架与支撑架侧架间设有加强筋。

8.根据权利要求1所述的取样钻机，其特征在于，所述取样管导向套为硬质橡胶嵌铜套。

9.根据权利要求1所述的取样钻机，其特征在于，所述取样管内部且靠近头部处设有爪簧，用于防止取样管内的沉积物掉落。

10.根据权利要求1所述的取样钻机，其特征在于，所述底架上设有取样工位，取样工位位于液压振动器的正下方，用于下放取样管。