极地积雪层快速钻进用空气旋喷钻头制造技术

本发明专利技术公开了一种极地积雪层快速钻进用空气旋喷钻头，其变径接头上部与高压空气管路连接，变径接头下部与座体连接。旋转轴上部通过两套轴承与座体配合，两套轴承之间安装有轴承挡环对轴承进行限位。钻头体底部径向均布三个刀头，刀头通过螺钉固定在钻头体上，刀头外径略大于钻头直径，保证钻具可顺利向下钻进。钻头体内部设计有斜向上的旋喷通道和垂直向下的底喷通道，高压气体经由高压空气管路、旋转轴中心孔到达钻头体内部，并分别由旋喷通道和底喷通道喷出钻头外，由旋喷通道喷出的高压空气驱动钻头体进行回转，由底喷通道喷出的气体将钻进产生的冰屑带离孔底，并由钻头与孔壁环状间隙上返至地表。

The polar snow layer fast drilling air jet drill

The invention discloses a polar snow layer fast drilling air jet drill, the reducer is connected to the high pressure air pipe diameter, the lower part of the joint is connected with the seat body. The upper part of the rotating shaft is matched with the seat body through two sets of bearings, and a bearing retaining ring is arranged between the two sets of bearings to limit the bearing. Three cutter heads are evenly distributed at the bottom of the bit body, the cutter head is fixed on the bit body by screws, and the outer diameter of the cutter head is slightly larger than the drill bit diameter, so as to ensure that the drilling tool can drill down smoothly. The oblique rotary jet channel and vertical channel bottom spray drill body design, high-pressure gas through a high-pressure air pipe, rotating shaft center hole to the bit body, and connected by jet channel and channel bottom jet ejected out of the bit, by high pressure air jet channel driven rotary drill body spray. Ice will be generated by the gas channel bottom spray ejected from the bottom of the hole drilling, and the drill bit and the hole wall of an annular gap is returned to ground.

【技术实现步骤摘要】
极地积雪层快速钻进用空气旋喷钻头
本专利技术涉及一种极地积雪层快速钻进用空气旋喷钻头。
技术介绍
南北极大部分区域常年被冰雪覆盖，冰盖内部由表层积雪及下部冰层组成，积雪层厚度从十几米到几十米不等，且冰盖内部温度分布从地表向内部呈现先增大后减小趋势。为了得到冰盖内部真实温度分布数据，往往需要至少将钻孔钻至10米以上深度。目前常用的钻进方法一般为机械取芯钻进或全孔钻进方法，钻具动力由人力、汽油机或高压空气提供，但由于南北极地区工作时间短，且常规钻进方法钻进效率低，因此很难在一个工作季内完成大量钻孔并进行数据测量，因此亟待研发新型快速钻孔方法及装备。几年前法国科学家采用连续管钻进技术在南极完成了50米钻孔，该技术采用高压空气驱动螺杆马达带动钻头进行钻进，取得了良好效果，钻进效率较高，但由于螺杆马达本身磨损较快，寿命短，成为限制该技术应用的主要原因。本专利技术提供一种极地积雪层快速钻进用空气旋喷钻头。该钻头采用高压空气作为动力介质，通过引流通道引导高压空气从钻头侧向和底部喷出，钻头体在侧壁高压空气喷出时产生的反作用力驱动下实现回转，并带动刀头切削冰层完成钻进。该钻头活动部件少，结构简单，连接高压空气管路后即可回转钻进，大大简化了钻具结构，为极地冰盖积雪层全孔钻进提供了新的技术手段。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种极地积雪层快速钻进用空气旋喷钻头。本专利技术包括变径接头、骨架密封圈、推力轴承、轴承挡环、座体、旋转轴、旋转轴接头、钻头体、螺钉和刀头，其中变径接头上部与高压空气管路连接，其接头尺寸可根据实际进行调节，变径接头下部与座体通过螺纹连接。旋转轴上部通过两套轴承与座体配合，在座体固定时，旋转轴可自由回转，旋转轴上部设计有骨架密封圈，其作用为封闭旋转轴与座体之间环状间隙，保证高压空气通过旋转轴中心孔到达钻头底部，两套轴承之间安装有轴承挡环对轴承进行限位。旋转轴下部与旋转轴接头通过螺纹连接，钻头体与旋转轴接头外部螺纹连接。钻头体底部径向均布三个刀头，刀头通过螺钉固定在钻头体上，刀头外径略大于钻头直径，保证钻具可顺利向下钻进。钻头体内部设计有斜向上的旋喷通道和垂直向下的底喷通道，高压气体经由高压空气管路、旋转轴中心孔到达钻头体内部，并分别由旋喷通道和底喷通道喷出钻头外，由旋喷通道喷出的高压空气驱动钻头体进行回转，由底喷通道喷出的气体将钻进产生的冰屑带离孔底，并由钻头与孔壁环状间隙上返至地表。本专利技术的工作过程：向下钻进时，首先将高压空气管路与变径接头相连，利用地表绞车将钻头下放至与积雪层接触。然后将高压空气送入钻头内，高压空气经由高压空气管路、旋转轴中心孔到达钻头体内部，并分别由旋喷通道和底喷通道喷出钻头外，由旋喷通道喷出的高压空气驱动钻头体和刀头进行回转切削钻进，此时钻头体、旋转轴接头、旋转轴保持同步转动，而变径接头和座体由于与高压管路相连，钻进过程中不发生转动。刀头切削钻进产生的冰屑将由底喷通道喷出的气体带离孔底，并被高压空气从钻具与孔壁环状间隙携带至地表。采用旋喷钻头进行钻进，钻头回转动力来源于高压空气，因此无需在钻具上设计专门的反扭装置，且钻进产生的冰屑随高压空气上返至地表，因此无需设计冰屑收集装置，大大的简化了钻具结构。旋喷钻头的转速可通过控制高压空气流量实现，送入的高压空气流量越大，钻头回转切削速度越高。本专利技术的有益效果：本专利技术很好地解决了极地积雪层快速成孔钻探难题，利用高压空气喷射产生的反作用力驱动钻头回转，结构简单，可靠性高，且克服了螺杆马达等其他动力部件寿命短等缺点，具有良好的应用前景。本专利技术设计的旋喷回转钻头采用高压空气驱动钻具回转，并完成冰屑输送，无需设计常规钻具使用的反扭装置和冰屑收集装置，且钻头回转切削速度可通过控制空气流量实现，无需复杂的孔下控制系统，简化了钻具结构，有利于提高钻进效率。附图说明图1为本专利技术的立体示意图。图2为本专利技术的剖视图。图3为本专利技术的钻头体气道布置图。具体实施方式请参阅图1、图2和图3所示，本实施例包括变径接头1、骨架密封圈2、推力轴承3、轴承挡环4、座体5、旋转轴6、旋转轴接头7、钻头体8、螺钉9和刀头10，变径接头1上部与高压空气管路连接，其接头尺寸可根据实际进行调节，变径接头1下部与座体5通过螺纹连接，旋转轴6上部通过两套轴承3与座体5配合，在座体5固定时，旋转轴6可自由回转，旋转轴6上部设计有骨架密封圈2，其作用为封闭旋转轴6与座体5之间环状间隙，保证高压空气通过旋转轴6中心孔到达钻头底部，两套轴承3之间安装有轴承挡环4对轴承3进行限位。旋转轴6下部与旋转轴接头7通过螺纹连接，钻头体8与旋转轴接头7外部螺纹连接。钻头体8底部径向均布三个刀头10，刀头10通过螺钉9固定在钻头体8上，刀头外径略大于钻头直径，保证钻具可顺利向下钻进。钻头体8内部设计有斜向上的旋喷通道11和垂直向下的底喷通道12，高压气体经由高压空气管路、旋转轴6中心孔到达钻头体8内部，并分别由旋喷通道11和底喷通道12喷出钻头外，由旋喷通道11喷出的高压空气驱动钻头体8进行回转，由底喷通道12喷出的气体将钻进产生的冰屑带离孔底，并由钻头与孔壁环状间隙上返至地表。本专利技术的具体实施过程：向下钻进时，首先将高压空气管路与变径接头1相连，利用地表绞车将钻头下放至与积雪层接触。然后将高压空气送入钻头内，高压空气经由高压空气管路、旋转轴6中心孔到达钻头体8内部，并分别由旋喷通道11和底喷通道12喷出钻头外，由旋喷通道11喷出的高压空气驱动钻头体8和刀头10进行回转切削钻进，此时钻头体8、旋转轴接头7、旋转轴6保持同步转动，而变径接头1和座体5由于与高压管路相连，钻进过程中不发生转动。刀头10切削钻进产生的冰屑将由底喷通道12喷出的气体带离孔底，并被高压空气从钻具与孔壁环状间隙携带至地表。采用旋喷钻头进行钻进，钻头回转动力来源于高压空气，因此无需在钻具上设计专门的反扭装置，且钻进产生的冰屑随高压空气上返至地表，因此无需设计冰屑收集装置，大大的简化了钻具结构。旋喷钻头的转速可通过控制高压空气流量实现，送入的高压空气流量越大，钻头回转切削速度越高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极地积雪层快速钻进用空气旋喷钻头，其特征在于：包括变径接头(1)、骨架密封圈(2)、推力轴承(3)、轴承挡环(4)、座体(5)、旋转轴(6)、旋转轴接头(7)、钻头体(8)、螺钉(9)和刀头(10)，变径接头(1)上部与高压空气管路连接，变径接头(1)下部与座体(5)通过螺纹连接，旋转轴(6)上部通过两套轴承(3)与座体(5)配合，在座体(5)固定时，旋转轴(6)可自由回转，旋转轴(6)上部设计有骨架密封圈(2)，其作用为封闭旋转轴(6)与座体(5)之间环状间隙，保证高压空气通过旋转轴(6)中心孔到达钻头底部，两套轴承(3)之间安装有轴承挡环(4)对轴承(3)进行限位；旋转轴(6)下部与旋转轴接头(7)通过螺纹连接，钻头体(8)与旋转轴接头(7)外部螺纹连接；钻头体(8)底部径向均布三个刀头(10)，刀头(10)通过螺钉(9)固定在钻头体(8)上，刀头外径略大于钻头直径，保证钻具可顺利向下钻进；钻头体(8)内部设计有斜向上的旋喷通道(11)和垂直向下的底喷通道(12)，高压气体经由高压空气管路、旋转轴(6)中心孔到达钻头体(8)内部，并分别由旋喷通道(11)和底喷通道(12)喷出钻头外，由旋喷通道(11)喷出的高压空气驱动钻头体(8)进行回转，由底喷通道(12)喷出的气体将钻进产生的冰屑带离孔底，并由钻头与孔壁环状间隙上返至地表。...

【技术特征摘要】
1.一种极地积雪层快速钻进用空气旋喷钻头，其特征在于：包括变径接头(1)、骨架密封圈(2)、推力轴承(3)、轴承挡环(4)、座体(5)、旋转轴(6)、旋转轴接头(7)、钻头体(8)、螺钉(9)和刀头(10)，变径接头(1)上部与高压空气管路连接，变径接头(1)下部与座体(5)通过螺纹连接，旋转轴(6)上部通过两套轴承(3)与座体(5)配合，在座体(5)固定时，旋转轴(6)可自由回转，旋转轴(6)上部设计有骨架密封圈(2)，其作用为封闭旋转轴(6)与座体(5)之间环状间隙，保证高压空气通过旋转轴(6)中心孔到达钻头底部，两套轴承(3)之间安装有轴承挡环(4)对轴承(3)进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晓鹏，达拉拉伊，张楠，曹品鲁，王如生，王婷，李星辰，李亚洲，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22