一种海底可燃冰破碎设备 |
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| 申请号 | CN201710226705.9 | 申请日 | 2017-04-09 | 公开(公告)号 | CN106869872A | 公开(公告)日 | 2017-06-20 |
| 申请人 | 杭州云蜂工业设计有限公司; | 发明人 | 李峰; 喻文武; 梁嘉麟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于海底表层可燃 冰 开采设备领域，具体涉及一种海底可燃冰 破碎 设备，包括有车体，以及安装在车体前端的纵向设置的冲击锤组件；冲击锤组件包括有与车体前端在竖直方向上滑动连接的升降座；升降座下端固定连接有一个以上竖直设置的导杆，导杆上滑动安装有一个冲击锤体，升降座上固定安装有 输出轴 竖直朝下的用以提升所述冲击锤体的冲击 电机 ；所述冲击电机包括有硬质的非导磁金属材料的壳体，所述壳体内充满绝缘油。本发明的冲击电机设置为输出轴竖直朝下的形式，结合充满绝缘油的电机壳体，保证电机在深海长时间工作后也不会有进 水 的情况。免维护时间长，降低可燃冰开采成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种海底可燃冰破碎设备，包括有车体，安装在车体下端后部两侧的两个直行轮，安装在车体下端前部两侧的两个万向轮，以及安装在车体前端的纵向设置的冲击锤组件； |
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| 说明书全文 | 一种海底可燃冰破碎设备技术领域[0001] 本发明属于海底可燃冰开采设备领域，具体涉及一种海底可燃冰破碎设备。 背景技术[0002] 在海底表层可燃冰的开采过程中，需要将可燃冰破碎成小块状之后装入密封罐内再输送到海面上，至目前没有在公开文献中发现适于长时间在海底表层进行可燃冰开采的设备。作为工作在深水下的机械设备，其执行部件一般使用电机作为驱动力。 [0003] 另一方面，文献号为CN102195387B公开了一种潜水泵的密封结构，包括常规结构形式的由转子与嵌入绕组的定子二者构成的拖动电机通过它的转轴带动的液泵，以及位于最外层的防护外套；其特征在于：上述动子以及驱动上述液泵运转的且位于该液泵外部的转轴部分，是被金属密封隔离屏蔽以立体形式包围着的，并且，用于该转子与该定子二者之间的金属密封隔离屏蔽局部应该采用薄型非导磁材料来充当，而且，该薄型非导磁材料制作的金属密封隔离屏蔽局部是设置在紧贴着嵌入绕组的定子的内环圆周部位的，而且，在金属密封隔离罩呈倒锥形的底部设置了电机轴封；所述的金属密封隔离屏蔽本身涉及到的所有缝隙都是通过不可拆卸的焊接工艺来实现的。——该专利方案中，由于金属密封隔离屏蔽罩仅在下端与电机轴封位置是不完全封闭的，所以该潜水泵必须保持电机在上液泵在下的状态才能保证其密封效果，故在使用时一般需要使用固定件将潜水泵固定稳定位置才能使用，当该种潜水泵在深度较大的海底使用时（比如在海底的可燃冰开采时，深度超过300米），该种潜水泵的固定就具有较大难度，而采用普通的潜水泵又难以达到长时间保持密封性能的效果。 发明内容[0004] 本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种结构简单稳定，适于长时间工作于深水下的海底可燃冰破碎设备。 [0005] 为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：一种海底可燃冰破碎设备，包括有车体，安装在车体下端后部两侧的两个直行轮，安装在车体下端前部两侧的两个万向轮，以及安装在车体前端的纵向设置的冲击锤组件；所述冲击锤组件包括有与车体前端在竖直方向上滑动连接的升降座；所述升降座下端固定连接有一个以上竖直设置的导杆，导杆上滑动安装有一个冲击锤体，所述升降座上固定安装有输出轴竖直朝下的用以提升所述冲击锤体的冲击电机； 所述冲击锤体上端成型有容纳所述冲击电机的输出轴的滑动孔，所述输出轴外壁成型有驱动螺纹，所述冲击锤体上部滑动安装有水平设置的滑动头，滑动头前端与驱动螺纹配合传动连接，所述冲击锤体内位于滑动头的后方固定安装有通过磁力驱动导磁材料的滑动头与驱动螺纹脱开的电磁铁；所述电磁铁与滑动头之间安装有用以使滑动头与驱动螺纹抵紧的顶紧弹簧； 所述导杆的下端固定连接有用以阻止冲击锤体脱离导杆的限位头； 所述车体前端成型有两个以上的纵向导轨，所述升降座后侧上端一体连接有滑动配合板，所述滑动配合板上成型有与所述纵向导轨滑动连接的导槽；所述滑动配合板上端后侧一体连接有一个电机安装板，电机安装板上安装有输出轴竖直朝下的升降电机，升降电机的输出轴与车体之间通过螺纹传动连接以实现升降座的竖直升降； 所述冲击电机和升降电机分别包括有硬质的非导磁金属材料的壳体，固定安装在壳体内的绕组，以及通过转子轴承安装在壳体内且位于绕组内周的转子周的转子；所述转子中间为所述输出轴，所述输出轴下端穿过壳体且输出轴与壳体下端之间通过密封轴承连接； 所述壳体下端呈外周高中间低的漏斗形，所述壳体除了下端部中间安装密封轴承的安装口外，其它部分均为不可拆卸的全密封结构；所述壳体内充满绝缘油。 [0006] 作为优选方案：所述冲击锤体的滑动孔内底部与冲击电机的输出轴下端部之间安装有弹簧。 [0007] 作为优选方案：所述车体内安装有控制器，所述冲击电机、升降电机及电磁铁分别与控制器电连接；所述控制器控制冲击电机转动设定圈数后，控制电磁铁通电1-2s后断电，以此循环。 [0008] 作为优选方案：所述限位头的上端安装有压力传感器，所述压力传感器与控制器电连接，当压力传感器受到冲击锤体的压力，压力传感器检测到信号，控制器控制升降电机带动升降座下降，直到压力传感器检测不到信号；在压力传感器检测到信号期间，电磁铁保持通电状态。 [0009] 作为优选方案：所述车体后部上方位于两个直行轮之间的位置安装有向车体后方喷水的推进水泵，所述车体前部上方紧邻两个万向轮后方位置分别安装有向车体两侧喷水的转向水泵；所述车体内位于推进水泵和转向水泵的下方分别安装有用以驱动水泵工作的输出轴竖直朝下设置的驱动定位电机； 各个所述驱动定位电机的输出轴上连接有用以将车体固定在海底的定位钻杆； 所述驱动定位电机包括有硬质的非导磁金属材料的电机壳体，固定安装在电机壳体内的定子绕组，以及通过轴承安装在电机壳体内且位于定子绕组内周的电机转子；所述电机转子中间为所述输出轴，所述输出轴下端穿过电机壳体且输出轴与电机壳体下端之间通过密封轴承连接；所述电机壳体下端呈外周高中间低的漏斗形，所述电机壳体除了下端部中间安装密封轴承的安装口外，其它部分均为不可拆卸的全密封结构；所述电机壳体内充满绝缘油； 所述输出轴位于电机壳体内的上端部同轴固定连接有一个逆时针单向传动的棘轮，棘轮的另一端连接有驱动转盘，驱动转盘上沿圆周方向等距固定连接有多个驱动磁铁； 所述推动水泵、转向水泵分别包括有圆形槽体形状的泵壳，固定连接在泵壳上端的泵盖，以及转动安装在泵壳内的水轮；所述水轮下端连接有与各个驱动磁铁通过磁力实现联动的从动磁铁； 所述输出轴位于电机壳体外的下端为钻杆驱动螺杆，所述钻杆驱动螺杆外壁成型有左旋的驱动外螺纹；所述定位钻杆上端具有圆槽形的螺杆容孔，所述定位钻杆上部内壁固定连接有一个与驱动外螺纹配合传动的传动内凸头，所述钻杆驱动螺杆下端部连接有用以阻挡传动内凸头脱离钻杆驱动螺杆的止脱凸圈。 [0010] 作为优选方案：所述泵壳侧面一体连接有喷水口，所述泵壳内底部一体连接有圆柱形的转动柱；所述泵盖的中部成型有进水口；所述水轮包括有圆形的水轮座，成型在水轮座上端面的多个圆周阵列排布的叶片，以及固定连接在水轮座下端面的多个所述从动磁铁； 所述水轮座中间与转动柱之间通过轴承转动连接。 [0011] 作为优选方案：所述钻杆驱动螺杆外壁位于驱动外螺纹的下端部朝向逆时针方向的一侧成型有用以驱动定位钻杆逆时针旋出的回转驱动壁，回转驱动壁与钻杆驱动螺杆轴向平行。 [0012] 作为优选方案：所述车体上端连接有一个竖杆，竖杆上端安装有摄像头，所述摄像头与控制器电连接；所述控制器具有无线电收发模块，无线电收发模块通过无线网络与计算机连接。 [0013] 与现有技术相比较，本发明的有益效果是：本发明中的驱动定位电机、冲击电机及升降电机均设置为输出轴竖直朝下的形式，结合充满绝缘油的电机壳体，保证了各个电机在深海长时间工作后也不会有进水的情况。免维护时间长，降低可燃冰开采成本。 [0014] 冲击电机通过驱动螺纹与滑动头配合使冲击锤体向上提升，至设定高度后，电磁铁通电使滑动头与驱动螺纹脱开，冲击锤体在自身重力和弹簧弹力的合力作用下向下冲击将可燃冰击碎成块。 [0015] 所述驱动定位电机顺时针转动时，带动定位钻杆转动同时向下移动，使定位钻杆钻入海底岩层或可燃冰层中；这样车体的重量不需要太大，便于运输；所述定位钻杆钻入海底后可保证车体稳定，冲击锤体对可燃冰层进行破碎时效率更高。所述驱动定位电机逆时针转动时，带动定位钻杆反向转动同时向上回复移动，使定位钻杆脱离海底岩层或可燃冰矿层；另一方面，驱动定位电机逆时针转动的同时还带动水泵的水轮工作；所述推进水泵工作时可驱动车体前进，所述转向水泵可驱动车体转向。附图说明 [0016] 图1、图2和图3是本发明的结构示意图。 [0017] 图4是水泵、驱动定位电机及定位钻杆部分的结构示意图。 [0018] 图5是水轮的结构示意图。 [0019] 图6是驱动定位电机的结构示意图。 [0020] 图7是冲击锤组件的结构示意图。 [0021] 图8是图7的A部结构放大图。 [0022] 图9是冲击电机的结构示意图。 [0023] 图10是发电装置的结构示意图。 [0024] 图11是悬浮输电线的剖面结构示意图。 [0025] 图12是电缆外皮的结构示意图。 [0026] 1、车体；11、纵向导轨；21、直行轮；22、万向轮； 3a、推进水泵；3b、转向水泵；31、泵壳；311、喷水口；312、转动柱；32、水轮；321、水轮座； 322、叶片；323、从动磁铁；33、泵盖； 4、定位钻杆；41、传动内凸头； 5、摄像头；51、竖杆； 6、冲击锤组件；61、升降座；611、滑动配合板；612、电机安装板；613、导杆；614、限位头； 62、冲击电机；63、冲击锤体；631、滑动孔；632、伸缩头；633、顶紧弹簧；634、电磁铁；64、升降电机；65、弹簧； 601、壳体；602、绕组；603、转子；604、转子轴承； 7、驱动定位电机；70、电机壳体；71、钻杆驱动螺杆；711、驱动外螺纹；712、回转驱动壁； 713、止脱凸圈；72、定子绕组；73、电机转子；74、轴承；75、棘轮；76、驱动转盘；77、驱动磁铁； 8、悬浮输电线；81、电缆外皮；811、输电线腔体；812、充气腔体；82、输电线；83、吸水海绵条；84、电解导体； 91、内燃机；92、发电机；93、混合器；94、气泵b；95、气泵a；96、冷却除气罐；97、水淋喷头；98、冷却管道；99、喷淋水泵。 具体实施方式[0027] 实施例1根据图1至图9所示，本实施例所述的一种海底可燃冰破碎设备，包括有车体1，安装在车体下端后部两侧的两个直行轮21，安装在车体下端前部两侧的两个万向轮22，以及安装在车体前端的纵向设置的冲击锤组件6。 [0028] 所述冲击锤组件包括有与车体前端在竖直方向上滑动连接的升降座61；所述升降座下端固定连接有一个以上竖直设置的导杆613，导杆上滑动安装有一个冲击锤体63，所述升降座上固定安装有输出轴竖直朝下的用以提升所述冲击锤体的冲击电机62。 [0029] 所述冲击锤体上端成型有容纳所述冲击电机的输出轴的滑动孔631，所述输出轴外壁成型有驱动螺纹，所述冲击锤体上部滑动安装有水平设置的滑动头632，滑动头前端与驱动螺纹配合传动连接，所述冲击锤体内位于滑动头的后方固定安装有通过磁力驱动导磁材料的滑动头与驱动螺纹脱开的电磁铁634；所述电磁铁与滑动头之间安装有用以使滑动头与驱动螺纹抵紧的顶紧弹簧633。 [0030] 所述导杆的下端固定连接有用以阻止冲击锤体脱离导杆的限位头614。 [0031] 所述车体前端成型有两个以上的纵向导轨11，所述升降座后侧上端一体连接有滑动配合板611，所述滑动配合板上成型有与所述纵向导轨滑动连接的导槽；所述滑动配合板上端后侧一体连接有一个电机安装板612，电机安装板上安装有输出轴竖直朝下的升降电机64，升降电机的输出轴与车体之间通过螺纹传动连接以实现升降座的竖直升降。 [0032] 所述冲击电机和升降电机分别包括有硬质的非导磁金属材料的壳体601，固定安装在壳体内的绕组602，以及通过转子轴承604安装在壳体内且位于绕组内周的转子周的转子603；所述转子中间为所述输出轴，所述输出轴下端穿过壳体且输出轴与壳体下端之间通过密封轴承连接；所述壳体下端呈外周高中间低的漏斗形，所述壳体除了下端部中间安装密封轴承的安装口外，其它部分均为不可拆卸的全密封结构；所述壳体内充满绝缘油。 [0033] 所述绝缘油为现有的变压器油，所述壳体在电机完成装配之前，可分为上下扣接的两个部分，在壳体内的部件安装完毕后将壳体扣接处采用焊接的方式进行密封，使得壳体内形成完全封闭的空间（除下端安装密封轴承的安装口外），这样气体，液体分子均无法通过壳体进入电机内部。 [0034] 所述冲击锤体的滑动孔内底部与冲击电机的输出轴下端部之间安装有弹簧65。弹簧用于增大冲击锤体下落时的冲击力。 [0035] 所述车体内安装有控制器，所述冲击电机、升降电机及电磁铁分别与控制器电连接；所述控制器控制冲击电机转动设定圈数后，控制电磁铁通电1-2s后断电，以此循环。冲击电机通过驱动螺纹与滑动头配合使冲击锤体向上提升，至设定高度后，电磁铁通电使滑动头与驱动螺纹脱开，冲击锤体在自身重力和弹簧弹力的合力作用下向下冲击将可燃冰击碎成块。 [0036] 所述限位头的上端安装有压力传感器，所述压力传感器与控制器电连接，当压力传感器受到冲击锤体的压力，压力传感器检测到信号，控制器控制升降电机带动升降座下降，直到压力传感器检测不到信号；在压力传感器检测到信号期间，电磁铁保持通电状态。压力传感器检测到信号，说明冲击锤体已下降到最低位置也触及不到可燃冰，升降座下降是为了使得冲击锤体下降一段距离，在下一次向下冲击时能够再次作用在可燃冰层上。 [0037] 所述车体后部上方位于两个直行轮之间的位置安装有向车体后方喷水的推进水泵3a，所述车体前部上方紧邻两个万向轮后方位置分别安装有向车体两侧喷水的转向水泵3b。 [0038] 所述车体内位于推进水泵和转向水泵的下方分别安装有用以驱动水泵工作的输出轴竖直朝下设置的驱动定位电机7。 [0039] 各个所述驱动定位电机的输出轴上连接有用以将车体固定在海底的定位钻杆4。 [0040] 所述驱动定位电机包括有硬质的非导磁金属材料的电机壳体70，固定安装在电机壳体内的定子绕组72，以及通过轴承74安装在电机壳体内且位于定子绕组内周的电机转子73；所述电机转子中间为所述输出轴，所述输出轴下端穿过电机壳体且输出轴与电机壳体下端之间通过密封轴承连接；所述电机壳体下端呈外周高中间低的漏斗形，所述电机壳体除了下端部中间安装密封轴承的安装口外，其它部分均为不可拆卸的全密封结构；所述电机壳体内充满绝缘油； 所述输出轴位于电机壳体内的上端部同轴固定连接有一个逆时针单向传动的棘轮75，棘轮的另一端连接有驱动转盘76，驱动转盘上沿圆周方向等距固定连接有多个驱动磁铁 77。 [0041] 所述推动水泵、转向水泵分别包括有圆形槽体形状的泵壳31，固定连接在泵壳上端的泵盖33，以及转动安装在泵壳内的水轮32；所述水轮下端连接有与各个驱动磁铁通过磁力实现联动的从动磁铁323。 [0042] 具体的，所述泵壳侧面一体连接有喷水口311，所述泵壳内底部一体连接有圆柱形的转动柱312；所述泵盖的中部成型有进水口。 [0043] 所述水轮包括有圆形的水轮座321，成型在水轮座上端面的多个圆周阵列排布的叶片322，以及固定连接在水轮座下端面的多个所述从动磁铁323。 [0044] 所述水轮座中间与转动柱之间通过轴承转动连接。 [0045] 所述输出轴位于电机壳体外的下端为钻杆驱动螺杆71，所述钻杆驱动螺杆外壁成型有左旋的驱动外螺纹711；所述定位钻杆上端具有圆槽形的螺杆容孔，所述定位钻杆上部内壁固定连接有一个与驱动外螺纹配合传动的传动内凸头41，所述钻杆驱动螺杆下端部连接有用以阻挡传动内凸头脱离钻杆驱动螺杆的止脱凸圈。 [0046] 所述驱动定位电机顺时针转动时，带动定位钻杆转动同时向下移动，使定位钻杆钻入海底岩层或可燃冰层中；这样车体的重量不需要太大，便于运输；所述定位钻杆钻入海底后可保证车体稳定，冲击锤体对可燃冰层进行破碎时效率更高。所述驱动定位电机逆时针转动时，带动定位钻杆反向转动同时向上回复移动，使定位钻杆脱离海底岩层或可燃冰矿层；另一方面，驱动定位电机逆时针转动的同时还带动水泵的水轮工作；所述推进水泵工作时可驱动车体前进，所述转向水泵可驱动车体转向。 [0047] 所述钻杆驱动螺杆外壁位于驱动外螺纹的下端部朝向逆时针方向的一侧成型有用以驱动定位钻杆逆时针旋出的回转驱动壁712，回转驱动壁与钻杆驱动螺杆轴向平行。所述定位钻杆钻入海底至极限长度之后，如直接通过驱动外螺纹驱动定位钻杆反转退出，容易出现卡死的情况，故通过与钻杆平行的回转驱动壁先与传动内凸头配合驱动定位钻杆反转一段距离使定位钻杆与海底岩层之间松开后，再通过驱动外螺纹继续带动定位钻杆继续做回复运动。 [0048] 由于定位钻杆外壁的右螺旋形式的钻齿本身具有一个斜度，故回转驱动壁带动定位钻杆回转时，定位钻杆在转动的同时也会向上移动，直到传动内凸头脱离回转驱动壁继而与驱动外螺纹接触后，再由驱动外螺纹带动定位钻杆继续做回复运动。 [0049] 所述的驱动外螺纹为变螺距螺纹，且螺距由下往上逐渐递减，这样在驱动定位电机逆时针转动带动水泵工作时，由于转速较高，定位钻杆的传动内凸头位于驱动外螺纹的上部位置，定位钻杆自身的重力沿驱动外螺纹方向的分力较小，驱动定位电机逆时针转动时产生的力矩能够与该分力抵消，使得定位钻杆的下端与海底之间不接触。 [0050] 所述驱动外螺纹靠近上端部位置可成型有一个弧形的凸起，这样定位钻杆向上越过凸起后不容易在重力作用下主动产生下滑，进一步确保在水泵工作时定位钻杆的下端与海底之间不接触。 [0051] 所述车体上端连接有一个竖杆51，竖杆上端安装有摄像头5，所述摄像头与控制器电连接；所述控制器具有无线电收发模块，无线电收发模块通过无线网络与计算机连接。通过计算机实时观测本发明的工作状态，可实时遥控本发明工作。 [0052] 实施例2结合图10所示，本实施例在实施例1的基础上作出以下改进：各个电机由安装在海底的发电装置进行供电；所述发电装置包括有内燃机91，与内燃机的输出轴连接的发电机92；所述内燃机的进气端连接有混合器93，混合器连接有氧气进气管和天然气进气管；所述内燃机的出气端连接有排气管，排气管的另一端连接有冷却除气罐96；所述氧气进气管另一端与氧气瓶连接，氧气进气管靠近混合器的位置安装有气泵a95；所述天然气进气管与可燃冰开采井的出气管道相连通，天然气进气管靠近混合器的位置安装有气泵b94；所述冷却除气罐为封闭的容器，冷却储气罐内下部储存有氢氧化钠饱和溶液；冷却储气罐内顶部安装有水淋喷头97，所述排气管与冷却储气罐的上部连通；所述冷却储气罐下部连接有由海水进行冷却的冷却管道98，冷却管道的另一端连接有喷淋水泵99，喷淋水泵的出水端与水淋喷头连接。 [0053] 所述可燃冰开采井指的是使用减压法开采可燃冰时所钻探的开采井。当开采井气源不足时，可改为以下方式供给天然气：将开采到的固态可燃冰放入封闭容器内使用电加热方式使固态可燃冰受热分解气化产生天然气供给内燃机工作；或者将开采到的固态可燃冰放入减压法开采井中进行减压分解获得天然气。 [0054] 进一步地，冷却管道可设置在封闭容器外使用余热对封闭容器进行加热。 [0055] 实施例3结合图11和图12所示，本实施例在实施例1或2的基础上作出以下改进：所述海底可燃冰破碎设备通过悬浮输电线8供电，所述悬浮输电线包括有绝缘材质的电缆外皮81，电缆外皮内沿长度方向成型有隔离层，电缆外皮内位于隔离层两侧分别为输电线腔体811和充气腔体812，所述输电线腔体内穿设有2根以上的输电线82，所述充气腔体内穿设有两根电解导体84，两根电解导体穿设在用以将两个电解导体相隔离的吸水海绵条83内，所述充气腔内填充有弱碱性溶液，如PH值为8的氢氧化钠溶液。 [0056] 所述电缆外皮位于充气腔内沿长度方向等距成型有隔层，相邻隔层的距离为0.2-1m。在隔层位置不设置吸水海绵条，两个电解导体与隔层之间密封连接。 |
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