一种地质样品带压切割装置及切割方法
阅读说明：本技术 一种地质样品带压切割装置及切割方法 (Geological sample under-pressure cutting device and cutting method ) 是由 赵义 阮海龙 蔡家品 陈云龙 刘协鲁 刘海龙 李春 邓都都 梁涛 刘智键 刘广治 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种地质样品带压切割装置及切割方法,高压釜内部形成有圆柱状的高压腔；高压腔的一端连通高压釜的外部,形成第一安装口,高压腔的另一端连接有压力调节接口；高压腔靠近第一安装口的侧壁径向开设有连通高压釜的外部的第二安装口；切割机构密封连接在第二安装口上,且能够向高压腔内部实现径向的进给切割；旋转机构密封连接在第一安装口上,且其伸入高压腔内部的一端连接样品管,样品管内置有样品；旋转机构能够带动样品管在高压腔内转动。本发明的切割机构和旋转机构与高压釜连接并形成一个密闭的高压腔,实现在高压环境下对地质样品的分段切割；本发明通过设计可靠的带压切割机构和旋转机构,实现对地质样品精确带压分段切割。(The invention discloses a geological sample under-pressure cutting device and a cutting method, wherein a cylindrical high-pressure cavity is formed inside a high-pressure kettle; one end of the high-pressure cavity is communicated with the outside of the high-pressure kettle to form a first mounting port, and the other end of the high-pressure cavity is connected with a pressure adjusting interface; a second mounting port communicated with the outside of the high-pressure kettle is radially formed in the side wall of the high-pressure cavity, which is close to the first mounting port; the cutting mechanism is connected to the second mounting opening in a sealing mode and can achieve radial feeding cutting towards the inside of the high-pressure cavity; the rotating mechanism is hermetically connected to the first mounting port, one end of the rotating mechanism, which extends into the high-pressure cavity, is connected with a sample tube, and a sample is arranged in the sample tube; the rotating mechanism can drive the sample tube to rotate in the high-pressure cavity. The cutting mechanism and the rotating mechanism are connected with the high-pressure kettle to form a closed high-pressure cavity, so that the geological sample is cut in a segmented manner in a high-pressure environment; the invention realizes accurate pressurized sectional cutting of the geological sample by designing the reliable pressurized cutting mechanism and the reliable rotating mechanism.)
技术领域
本发明涉及海洋勘查技术装备技术领域，更具体的说是涉及一种样品带压切割装置及方法，适用于陆地、湖泊、江河、海洋等天然气水合物勘查及其它保真取样施工中样品带压切割工作。
背景技术
天然气水合物被普遍认为是21世纪最具潜力的接替煤炭、石油和天然气的新型洁净能源之一，也是目前尚未开发的储量巨大的一种新能源。调查、评价、开发天然气水合物资源属于国家能源战略计划的重要部分。
在天然气水合物资源勘查过程中，为了更好的研究水合物样品的性质，需要在带压环境下对获取的保压样品进行带压切割分段，转移到特制存储筒中，以满足不同科学任务对岩心样品的分析。
目前国内已有的样品带压切割装置体积大、操作过程繁琐，不适合海上天然气水合物勘查施工。
因此，研制一套机构可靠、体积小、易操作的样品带压切割装置及方法，推动我国天然气水合物资源勘查技术的进步发展，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种地质样品带压切割装置及切割方法，旨在解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种地质样品带压切割装置，包括：
高压釜；所述高压釜内部形成有圆柱状的高压腔；所述高压腔的一端连通所述高压釜的外部，形成第一安装口，所述高压腔的另一端连接有压力调节接口；所述高压腔靠近所述第一安装口的侧壁径向开设有连通所述高压釜的外部的第二安装口；
切割机构；所述切割机构密封连接在所述第二安装口上，且能够向所述高压腔内部实现径向的进给切割；
旋转机构；所述旋转机构密封连接在所述第一安装口上，且其伸入所述高压腔内部的一端连接样品管，所述样品管内置有样品；所述旋转机构能够带动所述样品管在所述高压腔内转动。
通过上述技术方案，本发明的切割机构和旋转机构与高压釜连接并形成一个密闭的高压腔，实现在高压环境下对地质样品的分段切割；本发明通过设计可靠的带压切割机构和旋转机构，实现对地质样品精确带压分段切割。
优选的，在上述一种地质样品带压切割装置中，所述切割机构包括法兰管座、旋母套管、传动轴、电机、切割刀具、浮动活塞和轴承组；所述法兰管座通过第一螺栓与所述高压釜的外侧壁紧固连接，所述法兰管座的一端插入所述第二安装口，另一端的外侧壁具有外螺纹；所述旋母套管套内侧壁具有内螺纹，且套设在所述法兰管座外侧，并与其螺纹连接；所述传动轴同轴布置在所述法兰管座和旋母套管内部，且其轴体与所述旋母套管固定连接；所述电机的动力输出轴通过联轴器与所述传动轴的顶端连接；所述切割刀具与所述传动轴的底端连接；所述浮动活塞套设在所述传动轴上，且与所述传动轴转动连接，并与所述法兰管座内部滑动连接；所述轴承组套设在所述传动轴上，且位于所述旋母套管和所述浮动活塞之间。切割机构通过螺纹将旋转运动变换为直线运动，运动稳定性强，进给精度高。
优选的，在上述一种地质样品带压切割装置中，所述浮动活塞包括转动连接在所述传动轴上的活塞基座；所述活塞基座的两端通过压紧螺母紧固在所述传动轴上；两个所述压紧螺母之间具有两个套设在所述活塞基座上的V型密封，两个所述V型密封通过所述活塞基座中部的环形凸起间隔开，两个所述V型密封与所述法兰管座的内壁贴合。浮动活塞能够实现在密封状态下的稳定的上下运动。
优选的，在上述一种地质样品带压切割装置中，所述传动轴嵌套有与所述活塞基座内壁贴合的第一旋转密封。能够进一步提高密封效果。
优选的，在上述一种地质样品带压切割装置中，所述轴承组包括两个第一推力轴承；两个所述第一推力轴承通过所述传动轴上的环形凸起间隔开；两个所述第一推力轴承分别与所述旋母套管和所述活塞基座抵接。能够提高转动稳定性，保持良好的径向和轴向的稳定性。
优选的，在上述一种地质样品带压切割装置中，所述法兰管座与所述第二安装口配合的侧壁嵌套有第一O型密封圈。能够进一步提高密封效果。
优选的，在上述一种地质样品带压切割装置中，所述旋转机构包括转动座、旋转轴、样品管接头和手轮；所述转动座密封安装在所述第一安装口上；所述旋转轴穿过所述转动座，且与所述转动座转动连接；所述样品管接头固定在所述旋转轴位于所述高压腔内部的一端，且用于与所述样品管端头连接；所述手轮通过紧定螺栓连接在所述旋转轴的另一端。该结构能够有效实现样品在密封状态下的转动，且驱动简单方便。
优选的，在上述一种地质样品带压切割装置中，所述转动座包括通过第二螺栓与所述高压釜侧壁连接的密封法兰，所述密封法兰一端插入所述第一安装口，且外侧壁嵌套有与所述第一安装口配合的第二O型密封圈，所述旋转轴上嵌套有与所述密封法兰内壁配合的第二旋转密封；所述旋转轴上套设有滚动轴承和第二推力轴承，所述滚动轴承和所述第二推力轴承通过所述旋转轴上的环形凸起间隔开，所述第二推力轴承靠近所述手轮；轴承盖穿过所述旋转轴，并通过第三螺栓紧固在所述密封法兰的外侧端面上，并顶紧所述第二推力轴承。密封效果好，且便于拆卸连接。
优选的，在上述一种地质样品带压切割装置中，所述样品管通过周向布置的三个锁紧螺钉与所述样品管接头紧固连接。连接简单稳定，易于安装。
本发明还提供了一种地质样品带压切割装置的切割方法，包括以下步骤：
S1、将所述切割机构安装在所述第二安装口上；
S2、将所述旋转机构连接所述样品管后连接在所述第一安装口上，并使得所述样品管能够在所述高压腔内转动；
S3、通过所述压力调节接口向所述高压腔内充入需要的压力；
S4、推进所述切割机构径向切入需要的距离后，所述旋转机构驱动所述样品管旋转一周；
S5、重复步骤S4，直至所述切割机构达到最大切入量，完成一次切割；
S6、将所述切割机构退回至初始位置，通过所述压力调节接口泄压，拆卸所述旋转机构，取出切割后的样品；
S7、重复步骤S2-S6，实现多次样品带压切割。
通过上述方法，能够实现切割装置的快速安装和带压切割，易于实现压力控制，且具有便捷的安装和拆卸取件的性能。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种地质样品带压切割装置及切割方法，切割机构和旋转机构与高压釜连接并形成一个密闭的高压腔，实现在高压环境下对地质样品的分段切割；本发明通过设计可靠的带压切割机构和旋转机构，实现对地质样品精确带压分段切割。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的地质样品带压切割装置的结构示意图；
图2附图为本发明提供的高压釜的结构示意图；
图3附图为本发明提供的切割机构的结构示意图；
图4附图为本发明提供的浮动活塞的结构示意图；
图5附图为本发明提供的旋转机构的结构示意图；
图6附图为本发明提供的样品管连接的结构示意图。
其中：
10-高压釜；
100-高压腔；101-第一安装口；102-压力调节接口；103-第二安装口；
20-切割机构；
200-法兰管座；201-旋母套管；202-传动轴；203-电机；204-切割刀具；205-浮动活塞；206-第一螺栓；207-联轴器；208-活塞基座；209-压紧螺母；210-V型密封；211-第一旋转密封；212-第一推力轴承；213-第一O型密封圈；
30-旋转机构；
300-旋转轴；301-样品管接头；302-手轮；303-紧定螺栓；304-第二螺栓；305-密封法兰；306-第二O型密封圈；307-第二旋转密封；308-滚动轴承；309-第二推力轴承；310-轴承盖；311-第三螺栓；312-锁紧螺钉；
40-样品管；
400-样品。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图1至附图6，本发明实施例公开了一种地质样品带压切割装置，包括：
高压釜10；高压釜10内部形成有圆柱状的高压腔100；高压腔100的一端连通高压釜10的外部，形成第一安装口101，高压腔100的另一端连接有压力调节接口102；高压腔100靠近第一安装口101的侧壁径向开设有连通高压釜10的外部的第二安装口103；
切割机构20；切割机构20密封连接在第二安装口103上，且能够向高压腔100内部实现径向的进给切割；
旋转机构30；旋转机构30密封连接在第一安装口101上，且其伸入高压腔100内部的一端连接样品管40，样品管40内置有样品400；旋转机构30能够带动样品管40在高压腔100内转动。
为了进一步优化上述技术方案，切割机构20包括法兰管座200、旋母套管201、传动轴202、电机203、切割刀具204、浮动活塞205和轴承组；法兰管座200通过第一螺栓206与高压釜10的外侧壁紧固连接，法兰管座200的一端插入第二安装口103，另一端的外侧壁具有外螺纹；旋母套管套201内侧壁具有内螺纹，且套设在法兰管座200外侧，并与其螺纹连接；传动轴202同轴布置在法兰管座200和旋母套管201内部，且其轴体与旋母套管201固定连接；电机203的动力输出轴通过联轴器207与传动轴202的顶端连接；切割刀具204与传动轴202的底端连接；浮动活塞205套设在传动轴202上，且与传动轴202转动连接，并与法兰管座200内部滑动连接；轴承组套设在传动轴202上，且位于旋母套管201和浮动活塞205之间。
为了进一步优化上述技术方案，浮动活塞205包括转动连接在传动轴202上的活塞基座208；活塞基座208的两端通过压紧螺母209紧固在传动轴202上；两个压紧螺母209之间具有两个套设在活塞基座208上的V型密封210，两个V型密封210通过活塞基座208中部的环形凸起间隔开，两个V型密封210与法兰管座200的内壁贴合。
为了进一步优化上述技术方案，传动轴202嵌套有与活塞基座208内壁贴合的第一旋转密封211。
为了进一步优化上述技术方案，轴承组包括两个第一推力轴承212；两个第一推力轴承212通过传动轴202上的环形凸起间隔开；两个第一推力轴承212分别与旋母套管201和活塞基座208抵接。
为了进一步优化上述技术方案，法兰管座200与第二安装口103配合的侧壁嵌套有第一O型密封圈213。
为了进一步优化上述技术方案，旋转机构30包括转动座、旋转轴300、样品管接头301和手轮302；转动座密封安装在第一安装口101上；旋转轴300穿过转动座，且与转动座转动连接；样品管接头301固定在旋转轴300位于高压腔100内部的一端，且用于与样品管40端头连接；手轮302通过紧定螺栓303连接在旋转轴300的另一端。
为了进一步优化上述技术方案，转动座包括通过第二螺栓304与高压釜10侧壁连接的密封法兰305，密封法兰305一端插入第一安装口101，且外侧壁嵌套有与第一安装口101配合的第二O型密封圈306，旋转轴300上嵌套有与密封法兰305内壁配合的第二旋转密封307；旋转轴300上套设有滚动轴承308和第二推力轴承309，滚动轴承308和第二推力轴承309通过旋转轴300上的环形凸起间隔开，第二推力轴承309靠近手轮302；轴承盖310穿过旋转轴300，并通过第三螺栓311紧固在密封法兰305的外侧端面上，并顶紧第二推力轴承309。
为了进一步优化上述技术方案，样品管40通过周向布置的三个锁紧螺钉312与样品管接头301紧固连接。
本实施例提供的地质样品带压切割装置的切割方法包括以下步骤：
S1、通过4个第一螺栓206将切割机构20与高压釜10紧固连接，第一O型密封圈213与高压釜10内孔壁形成密封；
S2、将装有地质样品的样品管40安装在样品管接头301上，通过3个锁紧螺钉312将样品管40与样品管接头301固定，锁紧螺钉312可实现固定和传递扭矩的作用，实现样品管接头301与样品管40同步旋转；
S3、通过6个第二螺栓304将旋转机构30与高压釜10紧固连接，第二O型密封圈306与高压釜10内孔壁形成密封；
S4、通过压力调节接口102向高压釜10内充入需要的压力，启动电机203；
S5、顺时针旋转旋母套管201四圈，在此，可根据样品硬度适当调整进给圈数；
S6、通过手轮302顺时针旋转样品1圈；
S7、重复步骤S5、S6直到旋母套管201完全拧到位；
S8、逆时针旋转旋母套管201，恢复至初始位置；
S9、重复步骤S2-S8，实现多次样品带压切割。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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