一种基于ROV的全方位水下短距钻机取样器及其取样方法技术

本发明专利技术涉及一种基于ROV的全方位水下短距钻机取样器及其取样方法，垂直驱动机构安装在外框架上，输出端与位于外框架内的旋转驱动机构相连，钻杆的上端与旋转驱动机构的输出端连接，下端与钻头螺纹连接，钻杆、钻头及旋转驱动机构通过垂直驱动机构带动下放或回收，钻杆及钻头通过旋转驱动机构驱动旋转、获取样品；外框架的上部设有可供ROV机械手多角度抓取的抓取把手，外框架上安装有使钻杆、钻头、垂直驱动机构的输出轴线及旋转驱动机构的输出轴线共线的定芯机构。本发明专利技术具有结构比较紧凑、安全性好、受取样深度影响小，且耐腐蚀性能强，工作灵活稳定，并可快速、有效地获取样品,可实现在水下的全角度作业和自动钻孔获取转运样品。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ROV的全方位水下短距钻机取样器及其取样方法
本专利技术涉及科考用岩石钻机取样器，具体地说是一种基于ROV的全方位水下短距钻机取样器及其取样方法。
技术介绍
传统意义上的水下钻机作用是通过钻杆的进取和转动对水下作业面进行作业。由于水下的压力作用，人工作业的深度是及其有限的的，使用传统意义上的钻机塔架和钻井船支持的成套设备，其作业深度、作业方式是受到其动员费、日租费的影响很大；如果进行科考型作业会极其不经济，而且无法在深海、多角度进行取样作业。经过对现有技术的检索发现，于2015年2月18日公开的、公开号为CN104354843A的专利技术专利申请中，公开了一种配合ROV的海洋油船微型打捞钻孔装置及方法，该装置采用钻孔—抽油的方式打捞废油，非科考取岩石样品使用。其他的钻机方式是使用光纤缆缆控的下放大型取样设备到海底进行岩石取样作业，作业深度根据科学需要进行，其钻取面是垂直方向，钻取位置是提前设定完成的，一旦确定无法更改。以上情况特性决定了在深海压力复杂变化环境下，保证获得深海不定点、全方位岩石样品，需要开发一种全新的基于ROV(遥控水下机器人)的全方位水下钻机取样器以克服以上困难。
技术实现思路
针对上述传统钻机取样器所存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于ROV的全方位水下短距钻机取样器及其取样方法。该全方位水下短距钻机取样器保障获得深海不定点、全方位岩石样品，可在深海压力复杂变化环境下使用。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术的全方位水下短距钻机取样器包括抓取把手、垂直驱动机构、旋转驱动机构、外框架、定芯机构、钻杆及钻头，其中垂直驱动机构安装在外框架上，输出端与位于该外框架内的旋转驱动机构相连，所述钻杆的上端与旋转驱动机构的输出端连接，下端与钻头螺纹连接，所述钻杆、钻头及旋转驱动机构通过垂直驱动机构带动下放或回收，该钻杆及钻头通过所述旋转驱动机构驱动旋转、获取样品；所述外框架的上部设有可供ROV机械手多角度抓取的抓取把手，所述外框架上安装有使钻杆、钻头、垂直驱动机构的输出轴线及旋转驱动机构的输出轴线共线的定芯机构；其中：所述定芯机构包括滚动滑槽、滑动导轨、导向滑轮及开设在外框架底部支撑板上的导向孔，该滑动导轨安装在所述外框架上，所述旋转驱动机构通过滚动滑槽与该滑动导轨滑动连接，所述导向滑轮为多个、均匀设置于钻杆的外部，所述钻杆由各导向滑轮之间穿过，分别与各导向滑轮滚动接触；所述钻杆及钻头由垂直驱动机构带动由所述导向孔下放或回收；所述导向滑轮的轮轴为T型连接轴，该T型连接轴的竖边与所述钻杆的轴向垂直，所述T型连接轴横边的两端均转动连接有滑轮；所述外框架上沿高度方向开设有多列通孔，各所述导向滑轮的T型连接轴的竖边插设于等高的通孔中；所述抓取把手包括侧向T型把手及垂直端T型把手，该垂直端T型把手安装于所述外框架的上部，所述侧向T型把手与垂直端T型把手倾斜连接；所述外框架包括固定盘、框架支杆及支撑板，该固定盘与支撑板之间沿圆周方向均布有多根框架支杆，所述支撑板外边缘沿圆周方向均布数量与框架支杆数量相同、且一一对应的支脚，每根所述框架支杆的一端均与固定盘相连，另一端分别连接于一个支脚的上表面，各所述支脚的下表面分别设有增大摩擦力的齿盘；所述垂直驱动机构为驱动油缸，该驱动油缸的缸体安装在所述外框架的上部，驱动油缸的输出端位于外框架内、与所述旋转驱动机构相连；所述旋转驱动机构为液压马达，该液压马达的输出端通过钻杆连接件与钻杆的上端连接；本专利技术基于ROV的全方位水下短距钻机取样器的取样方法，包括以下步骤：步骤一：选址，利用ROV的探测能力，对获取样品点进行浅剖测量和外观检测，初步判定取样位置，利用ROV的机械手抓取抓取把手，把所述钻机取样器放置于取样点，利用所述外框架放置到海底；步骤二：深海取样，所述垂直驱动机构工作，带动所述旋转驱动机构下放，随之带动所述钻杆、钻头下放到岩石端面上方设定位置后，所述旋转驱动机构工作，带动所述钻杆、钻头旋转，该钻杆、钻头在所述垂直驱动机构及旋转驱动机构的带动下边下放边旋转，获取设定高度的岩石样品；步骤三：断芯，当所述垂直驱动机构达到满量程后，利用ROV机械手摇动所述钻机取样器，使岩石样品在钻头端断芯，边旋转钻杆，边回收钻杆，直至所述垂直驱动机构全部收回；步骤四：岸基端样品获取，利用ROV带所述钻机取样器回收到甲板，从钻机取样器上拆卸所述钻杆、钻头，拿出该钻杆内层获取的相应的岩石样品；其中：所述步骤二中，当获取到所需高度的岩石样品后，该垂直驱动机构带动所述钻杆、钻头回收，再重复步骤二，进行岩石样品的累积钻取；所述垂直驱动机构驱动一次不超过五公分，所述旋转驱动机构先慢后快地进行操作；一旦发生卡钻现象，所述垂直驱动机构回收设定距离，再进行旋转钻取，直到完成钻取岩石样品。本专利技术的优点与积极效果为：本专利技术具有结构比较紧凑、安全性好、受取样深度影响小，且耐腐蚀性能强，工作灵活稳定，并可快速、有效地获取样品,可实现在水下的全角度作业和自动钻孔获取转运样品。附图说明图1为本专利技术全方位水下短距钻机取样器的结构主视图；图2为图1的俯视图；图3为本专利技术全方位水下短距钻机取样器的立体结构示意图；其中：1为抓取把手，2为驱动油缸，3为固定盘，4为外框架，5为滚动滑槽，6为滑动导轨，7为支脚，8为齿盘，9为导向滑轮，10为导向孔，11为液压马达，12为钻杆连接件，13为钻杆，14为钻头，15为侧向T型把手，16为垂直端T型把手，17为T型连接轴，18为通孔，19为支撑板，20为框架支杆。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详述。如图1～3所示，本专利技术的基于ROV的全方位水下短距钻机取样器包括抓取把手1、垂直驱动机构、旋转驱动机构、外框架4、定芯机构、钻杆13及钻头14，其中垂直驱动机构安装在外框架4上，输出端与位于该外框架4内的旋转驱动机构相连，钻杆13的上端与旋转驱动机构的输出端连接，下端与钻头14螺纹连接，钻杆13、钻头14及旋转驱动机构通过垂直驱动机构带动下放或回收，该钻杆13及钻头14通过旋转驱动机构驱动旋转、获取样品。外框架4的上部设有可供ROV机械手多角度抓取的抓取把手1，外框架4上安装有使钻杆13、钻头14、垂直驱动机构的输出轴线及旋转驱动机构的输出轴线共线的定芯机构。外框架4为直通框架，包括固定盘3、框架支杆20及支撑板19，该固定盘3与支撑板19之间沿圆周方向均布有多根框架支杆20(本实施例的框架支杆20为三根)，支撑板19外边缘沿圆周方向均布数量与框架支杆20数量相同、且一一对应的支脚7(本实施例的支脚7为三个)，每根框架支杆20的一端均与固定盘3的下表面固接，另一端分别固接于一个支脚7的上表面，各支脚7的下表面分别设有增大摩擦力的齿盘8；当钻机取样器安放在深海海底岩石端面上时，它们扩大了接触面积、增大了摩擦力，减少了在旋转驱动机构旋转钻取样品的过程中，整体发生晃动的可能，避免提前断芯。垂直驱动机构为驱动油缸2，由ROV供应油路驱动；该驱动油缸2的缸体使用螺栓固定于外框架4的上部(即固定盘3上)，用于上下的递进动作驱动；驱动油缸2的输出端位于外框架4内、与旋转驱动机构相连。旋转驱动机构为液压马达11，该液压马达11的输出端通过钻杆连接件12与钻杆13的上端连接。钻杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ROV的全方位水下短距钻机取样器，其特征在于：包括抓取把手(1)、垂直驱动机构、旋转驱动机构、外框架(4)、定芯机构、钻杆(13)及钻头(14)，其中垂直驱动机构安装在外框架(4)上，输出端与位于该外框架(4)内的旋转驱动机构相连，所述钻杆(13)的上端与旋转驱动机构的输出端连接，下端与钻头(14)螺纹连接，所述钻杆(13)、钻头(14)及旋转驱动机构通过垂直驱动机构带动下放或回收，该钻杆(13)及钻头(14)通过所述旋转驱动机构驱动旋转、获取样品；所述外框架(4)的上部设有可供ROV机械手多角度抓取的抓取把手(1)，所述外框架(4)上安装有使钻杆(13)、钻头(14)、垂直驱动机构的输出轴线及旋转驱动机构的输出轴线共线的定芯机构。

【技术特征摘要】
1.一种基于ROV的全方位水下短距钻机取样器，其特征在于：包括抓取把手(1)、垂直驱动机构、旋转驱动机构、外框架(4)、定芯机构、钻杆(13)及钻头(14)，其中垂直驱动机构安装在外框架(4)上，输出端与位于该外框架(4)内的旋转驱动机构相连，所述钻杆(13)的上端与旋转驱动机构的输出端连接，下端与钻头(14)螺纹连接，所述钻杆(13)、钻头(14)及旋转驱动机构通过垂直驱动机构带动下放或回收，该钻杆(13)及钻头(14)通过所述旋转驱动机构驱动旋转、获取样品；所述外框架(4)的上部设有可供ROV机械手多角度抓取的抓取把手(1)，所述外框架(4)上安装有使钻杆(13)、钻头(14)、垂直驱动机构的输出轴线及旋转驱动机构的输出轴线共线的定芯机构。2.根据权利要求1所述基于ROV的全方位水下短距钻机取样器，其特征在于：所述定芯机构包括滚动滑槽(5)、滑动导轨(6)、导向滑轮(9)及开设在外框架(4)底部支撑板(19)上的导向孔(10)，该滑动导轨(6)安装在所述外框架(4)上，所述旋转驱动机构通过滚动滑槽(5)与该滑动导轨(6)滑动连接，所述导向滑轮(9)为多个、均匀设置于钻杆(13)的外部，所述钻杆(13)由各导向滑轮(9)之间穿过，分别与各导向滑轮(9)滚动接触；所述钻杆(13)及钻头(14)由垂直驱动机构带动由所述导向孔(10)下放或回收。3.根据权利要求2所述基于ROV的全方位水下短距钻机取样器，其特征在于：所述导向滑轮(9)的轮轴为T型连接轴(17)，该T型连接轴(17)的竖边与所述钻杆(13)的轴向垂直，所述T型连接轴(17)横边的两端均转动连接有滑轮；所述外框架(4)上沿高度方向开设有多列通孔(18)，各所述导向滑轮(9)的T型连接轴(17)的竖边插设于等高的通孔(18)中。4.根据权利要求1所述基于ROV的全方位水下短距钻机取样器，其特征在于：所述抓取把手(1)包括侧向T型把手(15)及垂直端T型把手(16)，该垂直端T型把手(16)安装于所述外框架(4)的上部，所述侧向T型把手(15)与垂直端T型把手(16)倾斜连接。5.根据权利要求1所述基于ROV的全方位水下短距钻机取样器，其特征在于：所述外框架(4)包括固定盘(3)、框架支杆(20)及支撑板(19)，该固定盘(3)与支撑板(19)之间沿圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，栾振东，连超，李超伦，阎军，杜增丰，曹磊，丛石磊，陈杨，
申请(专利权)人：中国科学院海洋研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37