本实用新型专利技术公开了一种深海海底硬岩钻进取芯参数测量的实验装置，由钻削模块、竖向进给模块、高压容器、液压系统和测控系统构成；钻削模块由拉压传感器、扭矩传感器和取芯钻头等依次串行固定连接，取芯钻头的夹壁表面粘贴有温度传感器和应变片；岩石样品安装在由液压系统提供高压水介质的耐压箱体内部，取芯钻头从外部伸入耐压箱体内部进行钻削岩石；测控系统采集拉压传感器和扭矩传感器的信号，并对取芯钻头的转速和进给速度、液压系统向高压水容器内部注入水介质的压力进行控制，通过高速相机拍摄岩石取芯动作和排泄过程，模拟和测量深海海底取芯过程具有结构简单且成本低等优点。海底取芯过程具有结构简单且成本低等优点。海底取芯过程具有结构简单且成本低等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种深海海底硬岩钻进取芯参数测量的实验装置
[0001]本技术属于海底资源硬岩取样
，具体的是涉及一种用于实验室模拟深海海底硬岩钻进取芯过程与钻机参数测量的实验装置，可以作为深海岩心取样钻机的钻具设计、钻机工艺改进等的重要实验基础装置。
技术介绍
[0002]人类社会的发展，离不开对各种资源的开发和利用。在陆地资源逐渐枯竭的今天，人们把目光投向了深海大洋。地球表面将近71％的面积被海洋覆盖，总面积大约为3.62亿km2，海底储藏着极为丰富的矿产资源，包括已发现的多金属结核矿、磷矿、贵金属和稀有元素砂矿、硫化矿等矿产资源达6000亿吨。随着《深海海底区域资源勘探开发法》的出台，深海矿区开采已成为社会关注的焦点。世界各个国家都开始将视野面向海洋这个聚宝盆，争相投入人力、物力将海底矿产资源作为未来的储备资源，把海洋矿产资源的开采技术作为未来的战略目标。为了探明这海底这些硬质矿产资源的类型和分布等特征，当前较为经济的做法是采用海底微型钻机搭载在深潜器下沉海底进行岩石取样，然后再进行海洋地质、矿产资源及环境科学等研究，这是当前深海海底矿产资源研究的重要工作。
[0003]为了使取样获取的岩心与海底原位岩心保持一致的特性（例如层理结构、微生物群落、力学特性和物质成分等等），就需要合理的设计取芯钻头结构和规划取样工艺参数，例如钻进速度和进给量等等。当前，数值模拟方法确实已作为一种较为经济的研究方法，已为海底钻机的取芯钻头设计和取芯工艺规划提供了一些参考。但是深海海底存在的高压复杂环境，数值模拟很难周全考虑这些复杂因素及其相互作用，采用实验研究进一步深入了解高压水环境下岩心取样过程是一个重要途径，而专利技术一种能在实验室模拟深海海底硬岩钻进取芯过程，并通过系列传感元件测量温度、应力和岩粉排泄等参数的实验装置，这是尤为重要的。能为高效高保真岩心取样钻机设计提供设计指导和实验基础。
技术实现思路
[0004]为了解决上述技术问题，本技术提供一种结构简单且成本低的能在实验室模拟深海海底硬岩钻进取芯过程，并通过系列传感元件测量温度、应力和岩粉排泄等参数的实验装置。
[0005]本技术的技术方案是：一种深海海底硬岩钻进取芯参数测量的实验装置由钻削模块、竖向进给模块、高压容器、液压系统和测控系统构成；所述的钻削模块由拉压传感器、电机Ⅲ、扭矩传感器、导向轴、活塞轴、过渡轴和取芯钻头依次串行固定连接，而拉压传感器的另外一端固定在能沿竖直方向滑动的竖向进给模块的滑块Ⅱ上；取芯钻头的内壁夹层中粘贴有温度传感器和应变片，过渡轴内部安装有为温度和应力信号采集提供所需的电池、数据采集和存储装置；高压容器的上面板设有圆形通孔，高压容器内部安装有岩石样品，钻削模块的取芯钻头从此圆形通孔进入高压容器内部钻削岩石样品，活塞轴外表面设有多个环槽，各环槽中安装有密封圈，与该圆形通孔配合形成密封；测控系统采集拉压传感
器和扭矩传感器的信号，并对电机Ⅲ的转速、竖向进给滑台的滑块运动速度、液压系统向高压水容器内部注入水介质的压力进行控制。
[0006]上述的深海海底硬岩钻进取芯参数测量的实验装置中，所述的高压容器由立方形的耐压箱体、封板Ⅱ、透明封板和岩石滑动平台组成；耐压箱体的左面板和后面板均设有一个圆形通孔，分别通过封板Ⅱ和采用透明材料的透明封板由螺栓进行封闭；岩石滑动平台是由丝杆Ⅰ、与丝杆固接的电机Ⅰ、与丝杆配合并移动的滑块Ⅰ和提供电能的深海电池组成的移动功能装置；岩石滑动平台位于耐压箱体的内部，固定在耐压箱体的下面板上；岩石样品安装在滑块Ⅰ上，通过测控系统控制电机Ⅰ来实现移动。
[0007]上述的深海海底硬岩钻进取芯参数测量的实验装置中，所述的竖向进给滑台是由丝杆Ⅱ、与丝杆配合并沿其移动的滑块Ⅱ、与丝杆固接的电机Ⅱ组成的线性滑动机构；所述的竖向进给滑台安装在机架上，机架底部通过螺栓固定在耐压箱体的上侧板上。
[0008]上述的深海海底硬岩钻进取芯参数测量的实验装置中，所述的取芯钻头包括上端轴、螺旋刃、外套管、内套管、端封板和切削刃组成；所述的外套管和内套管为圆柱形同心布置的管结构，其一端焊接在上端轴上，下端通过端封板焊接密封形成环形腔体；外套管的外表面设有用于排泄粉末的螺旋刃，端封板的下表面焊接有若干个用于切削岩芯的切削刃；所述的上端轴上设置有一个垂直于轴向的排水孔，以及一个平行轴向且与排水孔相贯通的圆孔；内套管与外套管相对的间隙壁面上预先粘贴有若干贴片热电偶和应变片，通过导线与过渡轴内安装的数据采集器和电池进行连接；所述的上端轴的上部设有一个带内通孔的外螺纹结构，它与过渡轴下端的内螺纹进行配合，实现过渡轴中内腔的密封。
[0009]上述的深海海底硬岩钻进取芯参数测量的实验装置还包括布置在耐压箱体的外侧并正对透明封板来实时拍摄取芯过程的高速相机。
[0010]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0011]本技术的一种深海海底硬岩钻进取芯参数测量的实验装置，结构简单且实现成本低；本技术将海底的岩石样品安装在带高压水介质的耐压箱体内部，并将带温度和应力测量的新型取芯钻头置于耐压箱体内部进行钻削岩石，可控制水介质压力、钻进参数等，以低成本的实现模拟海底取芯过程，同时通过高速相机拍摄岩石取芯动作和颗粒排泄过程，可作为深海岩心取样的钻具设计、钻进工艺改进的实验装置。
附图说明
[0012]图1为本技术实验装置的剖视图。
[0013]图2为本技术实验装置的轴侧视图。
[0014]图3为本技术实验装置带虚线的轴侧视图。
[0015]图4为本技术实验装置中岩石样品的移动装置示意图。
[0016]图5为本技术实验装置中取芯钻具的剖视图。
[0017]图6为本技术实验装置中取芯钻具的轴侧视图。
[0018]图中：1—液压系统；2—电机Ⅰ；3—岩石样品；4—托架；5—滑块Ⅰ；6—丝杆Ⅰ；7—燕尾机座Ⅰ；8—封板Ⅱ；9—耐压箱体；10—过渡轴；11—取芯钻头；12—密封圈；13—活塞轴；14—导向轴；15—扭矩传感器；16—电机Ⅲ；17—拉压传感器；18—固定座；19—滑块Ⅱ；20—丝杆Ⅱ；21—机架；22—电机Ⅱ；23—燕尾机座Ⅱ；24—透明封板；25—深海电池；26—
数据采集器；27—导线；28—上端轴；29—螺旋刃；30—外套管；31—贴片热电偶；32—内套管；33—端封板；34—切削刃；35—高速相机；36—应变片；37—排水孔；38—测控系统。
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本技术作进一步的说明。
[0020]如图1
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3所示，本技术的一种深海海底硬岩钻进取芯参数测量的实验装置，由钻削模块、竖向进给模块、高压容器、液压系统1和测控系统38组成。所述的拉压传感器17的一端通过螺栓固定在固定座上18，其另外一端通过螺栓与电机Ⅲ16的尾端进行连接；电机Ⅲ16的输出轴与扭矩传感器15的一端固定连接，扭矩传感器15的另外一端与导向轴14进行固定连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种深海海底硬岩钻进取芯参数测量的实验装置，其特征是：由钻削模块、竖向进给模块、高压容器、液压系统和测控系统构成；所述的钻削模块由拉压传感器、电机Ⅲ、扭矩传感器、导向轴、活塞轴、过渡轴和取芯钻头依次串行固定连接，而拉压传感器的另外一端固定在能沿竖直方向滑动的竖向进给模块的滑块Ⅱ上；取芯钻头的内壁夹层中粘贴有温度传感器和应变片，过渡轴内部安装有为温度和应力信号采集提供所需的电池、数据采集和存储装置；高压容器的上面板设有圆形通孔，高压容器内部安装有岩石样品，钻削模块的取芯钻头从此圆形通孔进入高压容器内部钻削岩石样品，活塞轴外表面设有多个环槽，各环槽中安装有密封圈实现与该圆形通孔配合形成密封；测控系统采集拉压传感器和扭矩传感器的信号，并对电机Ⅲ的转速、竖向进给滑台的滑块运动速度、液压系统向高压水容器内部注入水介质的压力进行控制。2.根据权利要求1所述的深海海底硬岩钻进取芯参数测量的实验装置，其特征是：所述的高压容器由立方形的耐压箱体、封板Ⅱ、透明封板和岩石滑动平台组成；耐压箱体的左面板和后面板均设有一个圆形通孔，分别通过封板Ⅱ和采用透明材料的透明封板由螺栓进行封闭；岩石滑动平台是由丝杆Ⅰ、与丝杆固接的电机Ⅰ、与丝杆配合并移动的滑块Ⅰ和提供电能的深海电池组成的移动功能装置；岩石滑动平台位于耐压箱...
【专利技术属性】
技术研发人员：颜健，彭佑多，金永平，何术东，何瑜浩，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：
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