一種水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪及其應用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及保壓轉移裝置，旨在提供一種水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪及其應用方法。本發(fā)明包括推筒、螺紋桿、螺母套、給進轉頭、特制螺釘、頂桿、滑桿、頂桿轉軸、緊定螺釘和換針；所述推筒與螺母套之間為螺紋連接，給進轉頭與螺紋桿之間為螺紋連接，且給進轉頭前端嵌于螺母套與推筒之間；所述螺紋桿嵌套于由推筒、螺母套和給進磚頭相互連接組成的圓筒之間。本發(fā)明的有益效果是：卡爪設計為內爪形式兼顧了卡爪的穩(wěn)定性和卡爪的空間占用問題，內爪可以很方便的嵌入樣品襯管；通過給進轉頭旋轉帶動螺紋桿，推動頂桿作用于內置的換針將樣品襯管卡牢；在回拉過程中卡爪頂部設置成倒錐型可以滿足螺紋桿回拉順暢。
【專利說明】一種水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪及其應用方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及保壓轉移裝置，具體涉及一種水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪及其應用方法。

【背景技術】
[0002]深海沉積物中的天然氣水合物(Clathrate Hydrate),俗稱“可燃冰”,是一種優(yōu)質高效的燃料，可作為優(yōu)質能源。他的能量密度很高，據(jù)理論計算，Im3飽和天然氣水合物在標準條件下可釋放出150?200m3的甲烷氣體，是其他非常規(guī)氣源巖(諸如煤層氣、黑色頁巖)能量密度的10倍、常規(guī)天然氣能量密度的2?5倍。
[0003]天然氣水合物的形成需要在一定條件下形成，要求有合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等。陸地上的天然氣水合物大多產于永凍層200?2000m深處。而在大洋中，天然氣水合物在沉積物中穩(wěn)定在O?100m深度。
[0004]由于天然氣水合物穩(wěn)定存在于一定的低溫高壓條件下這樣特殊的物理學性質，當開采巖心提升到常溫常壓的海面時，其中含有的天然氣水合物組分會全部或大部分分解，達不到原位勘探目的。中國現(xiàn)有的深海沉積物取樣器可以在深海取到沉積物、水、氣和天然氣水合物等樣品并進行保壓，但是國內暫無二次保壓取樣轉移的設備，研制一套與保壓取樣裝置對接的保壓轉移裝置，將推動我國天然氣水合物保壓轉移的研究發(fā)展。該研究成果不僅可以應用于水合物項目，還可以有效地推廣到其他綜合性海洋調查項目，是現(xiàn)代海洋調查研究領域向更高、更精確探測的重要手段，具有十分廣闊的應用和推廣前景。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪及其應用方法。
[0006]為解決技術問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0007]提供一種水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪，包括推筒、螺紋桿、螺母套、給進轉頭、特制螺釘、頂桿、滑桿、頂桿轉軸、緊定螺釘和換針；所述推筒與螺母套之間為螺紋連接，給進轉頭與螺紋桿之間為螺紋連接，且給進轉頭前端嵌于螺母套與推筒之間，只能旋轉，不能進行平移運動；所述螺紋桿嵌套于由推筒、螺母套和給進磚頭相互連接組成的圓筒之間；特制螺釘通過推筒上的螺紋孔連接到螺紋桿上的限位槽中，用于限制螺紋桿的前后運動；緊定螺釘通過頂桿并貫穿連接到頂桿轉軸的螺孔中，將頂桿轉軸與頂桿固定于螺紋桿的前端；換針嵌套于頂桿的頂部，滑桿垂直連接到頂桿的頂部，且滑桿嵌套于推筒前端的十字槽中，用于限制頂桿的運動方向。
[0008]本發(fā)明中，所述特制螺釘為GB/T70.1-2000M6*12加工制造，為內六角圓柱頭螺釘，材料為316不銹鋼，其中螺栓的分為底部和端部兩部分，螺栓底部內徑小于螺栓端部內徑，且高為4mm、內徑為5mm的螺栓底部作為插入限位槽的部分；螺栓底部和螺栓底部與螺栓端部連接處的倒角均為0.5X45° ;選用內六角螺釘?shù)闹饕彩强紤]到它能夠施加較大的擰緊力矩，連接強度高的優(yōu)點。
[0009]本發(fā)明中，所述推筒、螺母套、給進轉頭的橫截面均為圓環(huán)形，所述螺紋桿、特制螺釘、換針、滑桿、頂桿轉軸的橫截面均為圓形，頂桿的橫截面為方形。
[0010]本發(fā)明中，所述螺紋桿前端連接有四個均勻分布的頂桿。
[0011]本發(fā)明還提供一種基于所述的水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪的應用方法，所述應用方法包括如下步驟:
[0012]步驟I)前進過程:所述卡爪初始狀態(tài)是頂桿連帶換針處于收縮狀態(tài)，即此時特制螺釘位于螺紋桿限位槽的靠頂桿一端，頂桿和換針位于推筒內部并與螺紋桿方向成60°角，滑桿位于推筒上的十字槽的靠內側一端；卡爪前進時，給進轉頭不旋轉且與螺紋桿保持相對靜止，卡爪在外力推動下逐漸進入樣品襯管；
[0013]步驟2)抓取過程:在卡爪前端進入樣品襯管內一半該樣品襯管內徑距離后，啟動外置電機帶動給進轉頭旋轉，由于給進轉頭與螺紋桿之間為螺紋連接，從而帶動螺紋桿相對推筒向前運動；由于頂桿一端由頂桿轉軸固定在螺紋桿前端，頂桿前端橫插的滑桿嵌入在推筒的十字槽內側一端，因此滑桿將在螺紋桿的推動下向十字槽外側一端移動；在頂桿轉軸與滑桿的共同作用下使頂桿和換針被頂出推筒上的十字槽，換針被頂入樣品襯管內；當卡爪進入抓取狀態(tài)時，給進轉頭處于旋轉過程中，特制螺釘在限位槽中向卡爪尾部移動，直至限位槽末端時，停止旋轉給進轉頭，此時頂桿已與螺紋桿垂直，換針已深入樣品襯管；
[0014]步驟3)回拉過程:此過程與前進過程相似，在外力作用下，帶動卡爪回拉，由于換針已垂直頂入樣品管，從而帶動樣品管移動。此時卡爪各個零件間保持相對靜止，給進轉頭不旋轉；
[0015]步驟4)脫扣過程:當卡爪帶動樣品管到達指定位置后(如保壓轉移倉的位置)，再外置電機的旋轉下反轉給進轉頭，此過程與抓取過程相似。此時在給進轉頭反轉作用下，螺紋桿相對推筒向卡爪尾部移動，通過頂桿轉軸及滑桿的作用將頂桿向推筒的十字槽內部拉，從而將頂桿頂部的換針拉出樣品管，達到脫扣目的。最后在外力拖動下將卡爪拉出樣品管，樣品襯管即與卡爪脫離。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0017]卡爪設計為內爪形式兼顧了卡爪的穩(wěn)定性和卡爪的空間占用問題，內爪可以很方便的嵌入樣品襯管；通過給進轉頭旋轉帶動螺紋桿，推動頂桿作用于內置的換針將樣品襯管卡牢；在回拉過程中卡爪頂部設置成倒錐型可以滿足螺紋桿回拉順暢。另外，在將樣品襯管抓拉至保壓轉移倉后，通過給進轉頭帶動螺紋桿反向運動，可帶動頂桿拉動換針，使卡爪結構脫離樣品襯管。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的卡爪整體結構正視圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的卡爪結構側視圖；
[0020]圖3為本發(fā)明的卡爪進入樣品襯管前的示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明的卡爪進入樣品襯管抓取的示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明的特制螺釘設計圖；
[0023]附圖標記:1、推筒，2、螺紋桿，3、螺母套，4、給進轉頭，5、特制螺釘，6、頂桿，7、滑桿，8、頂桿轉軸，9、緊定螺釘，10、換針，11、十字槽，12、限位槽。

【具體實施方式】
[0024]以下的實施例可以使本專業(yè)【技術領域】的技術人員更全面的了解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0025]如圖1?2所示，本發(fā)明提供一種水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪的具體實施例，包括推筒1、螺紋桿2、螺母套3、給進轉頭4、特制螺釘5、頂桿6、滑桿7、頂桿轉軸8、緊釘螺釘9和換針10 ;所述卡爪為內爪形式，解決了空間占用問題，提高了抓取成功率。因為樣品管為塑料材質，若采取外爪形式，在抓取樣品管的過程中，則會將樣品管擠壓變形甚至破裂，嚴重干擾了取樣的水合物沉積物的原位特征。才用內爪形式，從樣品管內部抓牢樣品管，可以有效減少對水合物沉積物的干擾，并且可以有效的減小卡爪的體積，又由于卡爪在保壓轉移裝置的各個艙室間運動，從而減小各個艙室的體積、重量。
[0026]推筒I與螺母套3之間為螺紋連接，給進轉頭4與螺紋桿2之間為螺紋連接，且給進轉頭4前端嵌于螺母套3與推筒I之間，只能旋轉，不能進行平移運動。螺紋桿2則位于推筒1、螺母套3、給進磚頭共同組成的圓筒中。
[0027]特制螺釘5通過推筒I上的螺紋孔，插入螺紋桿2上的限位槽12中，用于限制螺紋桿2的前后運動范圍。
[0028]緊定螺釘9旋入頂桿6與頂桿轉軸8的螺孔中，將頂桿轉軸8與頂桿6相對固定于螺紋桿2的前端。換針10嵌套于頂桿6的頂部，滑桿7垂直的插入頂桿6的頂部，且滑桿7嵌于推筒I前端的十字槽11中，用于限制頂桿6的運動方向。
[0029]給進轉頭4旋轉帶動螺紋桿2向前或向后運動，所述特制螺釘5為GB/T70.1-2000M6*12加工制造，為內六角圓柱頭螺釘，其中特制螺釘5的螺栓分為螺栓底部和螺栓端部兩部分，螺栓底部內徑小于螺栓端部內徑，且高為4_、內徑為5mm的螺栓底部作為插入限位槽12的部分；螺栓底部和螺栓底部與螺栓端部連接處的倒角均為0.5X45°，具體設計結構圖如圖5所示。選用內六角螺釘?shù)闹饕彩强紤]到它可以施加較大的擰緊力矩，連接強度高的優(yōu)點。
[0030]特制螺釘5用于限定螺紋桿2的運動范圍；螺紋桿2通過頂桿6結構頂出或拉回換針10，從而達到抓取樣品襯管或脫扣的目的。所述螺紋桿2上的限位槽12限制了螺紋桿2的運動范圍，防止了換針10脫落。
[0031]所述推筒1、螺母套3、給進轉頭4的橫截面為圓環(huán)形，所述螺紋桿2、特制螺釘5、換針10、滑桿7、頂桿轉軸8的橫截面呈圓形，頂桿6的橫截面為方形。所述螺紋桿2前端連接有四個均勻分布的頂桿6，所述四個頂桿6以螺紋桿2的軸心為原點中心對稱。
[0032]本發(fā)明實施例還提供一種所述水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪的應用方法，所述應用方法包括如下步驟:
[0033]步驟I)前進過程:所述卡爪初始狀態(tài)是頂桿6連帶換針10處于收縮狀態(tài)，此時特制螺釘5位于螺紋桿2限位槽12的靠頂桿6 —端，頂桿6及換針10位于推筒I內部并與螺紋桿2方向成約60度銳角，滑桿7位于推筒I上的十字槽11的靠內側一端。卡爪前進時，給進轉頭4不旋轉且與螺紋桿2保持相對靜止，卡爪在外力推動下逐漸進入樣品襯管，過程如圖3所示。
[0034]步驟2)抓取過程:在卡爪前端進入樣品襯管內一半該樣品襯管內徑距離后，啟動外置電機帶動給進轉頭4旋轉，由于給進轉頭4與螺紋桿2之間為螺紋連接，從而帶動螺紋桿2相對推筒I向前運動。由于頂桿6 —端由頂桿轉軸8固定在螺紋桿2前端，又由于頂桿6前端橫插的滑桿7嵌入在推筒I的十字槽11內側一端，因此滑桿7將在螺紋桿2的推動下向十字槽11外側一端移動。頂桿轉軸8與滑桿7的共同作用使頂桿6和換針10被頂出推筒I上的十字槽11，換針10被頂入樣品襯管內。
[0035]如圖4所示，當卡爪進入抓取狀態(tài)時，給進轉頭4處于旋轉過程中，特制螺釘5在限位槽12中向卡爪尾部移動，直至限位槽12末端時，停止旋轉給進轉頭4，此時換針10已深入樣品襯管，如圖4所示，頂桿6和螺紋桿2處于相互垂直狀態(tài)；其中，外置電機為用于實施本發(fā)明的配套技術工具，為現(xiàn)有技術，外置電機與給進轉頭4相連接，用于帶動旋轉給進轉頭4，產品型號可根據(jù)需要自行選定。
[0036]步驟3)回拉過程:此過程與前進過程相似，在外力作用下，帶動卡爪回拉，由于換針10已垂直頂入樣品管，從而帶動樣品管移動。此時卡爪各個零件間保持相對靜止，給進轉頭4不旋轉。
[0037]步驟4)脫扣過程:當卡爪帶動樣品管到達指定位置后(如保壓轉移倉的位置)，再外置電機的旋轉下反轉給進轉頭4，此過程與抓取過程相似。此時在給進轉頭4反轉作用下，螺紋桿2相對推筒I向卡爪尾部移動，通過頂桿轉軸8及滑桿7的作用將頂桿6向推筒I的十字槽11內部拉，從而將頂桿6頂部的換針10拉出樣品管，達到脫扣目的。最后在外力拖動下將卡爪拉出樣品管，樣品襯管即與卡爪脫離。
[0038]其中，保壓轉移倉為用于實施本發(fā)明的配套技術工具，為現(xiàn)有技術，用于在高壓環(huán)境下保存水合物沉積物。
[0039]因此，本發(fā)明的實際范圍不僅包括所公開的實施例，還包括在權利要求書之下實施或者執(zhí)行本發(fā)明的所有等效方案。
【權利要求】
1.一種水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪，包括推筒和螺紋桿，其特征在于，還包括螺母套、給進轉頭、特制螺釘、頂桿、滑桿、頂桿轉軸、緊定螺釘和換針；所述推筒與螺母套之間為螺紋連接，給進轉頭與螺紋桿之間為螺紋連接，且給進轉頭前端嵌于螺母套與推筒之間，所述螺紋桿嵌套于由推筒、螺母套和給進磚頭相互連接組成的圓筒之間；特制螺釘通過推筒上的螺紋孔連接到螺紋桿上的限位槽中，用于限制螺紋桿的前后運動；緊定螺釘通過頂桿并貫穿連接到頂桿轉軸的螺孔中，將頂桿轉軸與頂桿固定于螺紋桿的前端；換針嵌套于頂桿的頂部，滑桿垂直連接到頂桿的頂部，且滑桿嵌套于推筒前端的十字槽中，用于限制頂桿的運動方向。
2.根據(jù)權利要求1中所述的水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪，其特征在于，所述特制螺釘為內六角圓柱頭螺釘，其中特制螺釘?shù)穆菟ǚ譃槁菟ǖ撞亢吐菟ǘ瞬績刹糠郑菟ǖ撞績葟叫∮诼菟ǘ瞬績葟剑腋邽?_、內徑為5_的螺栓底部作為插入限位槽的部分；螺栓底部以及螺栓底部與螺栓端部連接處的倒角均為0.5X45°。
3.根據(jù)權利要求1中所述的水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪，其特征在于，所述推筒、螺母套、給進轉頭的橫截面均為圓環(huán)形，所述螺紋桿、特制螺釘、換針、滑桿、頂桿轉軸的橫截面均為圓形，頂桿的橫截面為方形。
4.根據(jù)權利要求1中所述的水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪，其特征在于，所述螺紋桿前端連接有四個均勻分布的頂桿。
5.一種基于權利要求1中所述的水合物沉積物保壓轉移用樣品襯管卡爪的應用方法，其特征在于，所述應用方法包括如下步驟: 步驟I)前進過程:所述卡爪初始狀態(tài)是頂桿連帶換針處于收縮狀態(tài)，即此時特制螺釘位于螺紋桿限位槽的靠頂桿一端，頂桿和換針位于推筒內部并與螺紋桿方向成60°角，滑桿位于推筒上的十字槽的靠內側一端；卡爪前進時，給進轉頭不旋轉且與螺紋桿保持相對靜止，卡爪在外力推動下逐漸進入樣品襯管； 步驟2)抓取過程:在卡爪前端進入樣品襯管內一半該樣品襯管內徑距離后，啟動外置電機帶動給進轉頭旋轉，由于給進轉頭與螺紋桿之間為螺紋連接，從而帶動螺紋桿相對推筒向前運動；由于頂桿一端由頂桿轉軸固定在螺紋桿前端，頂桿前端橫插的滑桿嵌入在推筒的十字槽內側一端，因此滑桿將在螺紋桿的推動下向十字槽外側一端移動；在頂桿轉軸與滑桿的共同作用下使頂桿和換針被頂出推筒上的十字槽，換針被頂入樣品襯管內；當卡爪進入抓取狀態(tài)時，給進轉頭處于旋轉過程中，特制螺釘在限位槽中向卡爪尾部移動，直至限位槽末端時，停止旋轉給進轉頭，此時頂桿已與螺紋桿垂直，換針已深入樣品襯管； 步驟3)回拉過程:在外力帶動下，帶動卡爪回拉，由于換針已垂直頂入樣品襯管，從而帶動樣品襯管移動，此時卡爪內各零件間保持相對靜止，給進轉頭不旋轉； 步驟4)脫扣過程:當卡爪帶動樣品襯管到達指定位置后，在外置電機的旋轉下反轉給進轉頭，此時在給進轉頭反轉作用下，螺紋桿相對推筒向卡爪尾部移動，通過頂桿轉軸及滑桿的作用將頂桿向推筒的十字槽內部拉，從而將頂桿頂部的換針拉出樣品襯管，達到脫扣目的；最后在外力拖動下將卡爪拉出樣品襯管，樣品襯管即與卡爪脫離。
【文檔編號】G01N1/02GK104192693SQ201410367293
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權日:2014年7月30日
【發(fā)明者】陳家旺, 羅高生, 劉俊波, 顧臨怡, 鄭孟軍, 吳新然 申請人:浙江大學