一种蒸汽钻抽水装置

技术领域

本发明涉及高寒地区的钻冰设备技术领域，特别是涉及一种蒸汽钻抽水装置。

背景技术

物质平衡是冰川表面积累量与消融量的代数和，反映了冰川表面单位面积上相对于上一个冰川物质平衡年末冰面的平均升降变化状况，蒸汽钻机是在无表碛或表碛较薄的冰面上固定花杆的切实有效地工具，为高海拔区域试验研究发挥重要的作用。

蒸汽钻机的主要作用是通过其钻头的前端喷出大量的蒸汽，以融化冰面，使钻头能轻松的穿透冰面达到冰川的较深处。在常规使用中，蒸汽钻在竖直方向钻孔的状态中，随着钻探深度的增加，会有很多的冰水混合物，水蒸气喷射到冰水混合物上，所释放的热能更多的是被冰水混合物吸收而并非被用以洞底融冰进行钻取，随着钻冰过程中冰水混合物越来越多，会导致蒸汽钻的钻冰能力下降。

目前，并没有任何有效的办法解决冰水混合物的问题，所以减少冰孔内水冰混合物才能有效增加钻孔能力，提高热量使用率提高钻取速率是当下亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种能解决冰水混合物的问题的蒸汽钻抽水装置。

一种蒸汽钻抽水装置，包括相互联通的蒸汽部和抽水部，所述蒸汽部用于与蒸汽发生装置连接，所述蒸汽部用于将蒸汽送入所述抽水部，所述抽水部远离所述蒸汽部的一端设有蒸汽喷射口，所述抽水部的外表面沿所述抽水部的走向设有抽水管，所述抽水管一端与所述蒸汽喷射口的朝向一致，另一端连接外部水管。

本发明的有益效果是：在蒸汽部的基础上结合抽水部，使蒸汽钻在钻孔的同时，还能将冰水混合物排出至钻孔以外，减少冰孔内水冰混合物，提高热量使用率提高钻取速率。

另外，根据本发明提供的蒸汽钻抽水装置，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述蒸汽部包括第一外壳，以及设置在所述第一外壳内部的风钻机构，所述风钻机构用于将蒸汽加速运送至抽水部，所述第一外壳远离所述抽水部的一端设有蒸汽接口，所述蒸汽接口用于与所述蒸汽发生装置连接。

进一步地，所述风钻机构包括扇叶和驱动轴，所述扇叶沿所述驱动轴的轴向依次设置在所述驱动轴的外围。

进一步地，所述抽水部包括第二外壳、传动机构和联动机构，所述联动机构靠近所述蒸汽喷射口设置，所述联动机构包括连杆和轴套，所述连杆上设有活塞，所述第二外壳内部设有型腔，所述型腔与所述抽水管的中部连通，所述活塞与所述型腔的内壁滑动配合，所述传动机构的一端与所述驱动轴连接，另一端设有偏心轴，所述轴套套设在所述偏心轴上，当所述传动机构带动所述偏心轴转动时，所述偏心轴带动所述连杆往复运动。

进一步地，所述偏心轴为圆杆结构，所述轴套的套设口的横截面积大于所述偏心轴的。

进一步地，所述连杆上设有橡胶膜，所述橡胶膜的中部、边缘分别与所述连杆、所述第二外壳密封连接。

进一步地，所述抽水管的内部位于所述型腔的两侧分别设有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔为靠近所述蒸汽喷射口设置，所述第一空腔和第二空腔内均设有密封球，当所述第一空腔内的密封球运动至最靠近所述蒸汽喷射口的位置时，密封球对所述第一空腔的开口形成封堵，当所述第二空腔内的密封球运动至最靠近所述蒸汽喷射口的位置时，密封球对所述第二空腔的开口形成封堵。

进一步地，所述驱动轴与所述传动机构之间设有行星减速器，所述驱动轴与所述行星减速器的输入轴相连，所述传动机构与所述行星减速器的输出轴相连。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明第一实施例的蒸汽钻抽水装置的结构示意图；

图2是图1中蒸汽钻抽水装置的剖视结构示意图；

图3是图1中传动机构和联动机构的配合结构示意图；

图4是图3中传动机构和联动机构的分解结构示意图；

图5是图2中A区域的局部放大图；

图6是本发明第二实施例的抽水管的剖视结构示意图。

图中：1-蒸汽部，11-蒸汽接口，12-第一外壳，13-风钻机构，131-驱动轴，132-扇叶，2-抽水部，21-蒸汽喷射口，22-传动机构，221-偏心轴，23-联动机构，231-轴套，232-连杆，233-活塞，234-橡胶膜，24-型腔，25-第二外壳，3-抽水管，31-第一空腔，32-第二空腔，33-密封球，34-密封盖，4-行星减速器。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明的第一实施例提出一种蒸汽钻抽水装置，包括相互联通的蒸汽部1和抽水部2，所述蒸汽部1用于与蒸汽发生装置连接，所述蒸汽部1用于将蒸汽送入所述抽水部2，所述抽水部2远离所述蒸汽部1的一端设有蒸汽喷射口21，所述抽水部2的外表面沿所述抽水部2的走向设有抽水管3，所述抽水管3一端与所述蒸汽喷射口的朝向一致，另一端连接外部水管(未图示)。

本发明的优势在于，在蒸汽部1的基础上结合抽水部2，使蒸汽钻在钻孔的同时，还能利用抽水管3将冰水混合物排出至钻孔以外，减少冰孔内水冰混合物，提高热量使用率提高钻取速率。

请参阅图2，具体的，所述蒸汽部1包括第一外壳12，以及设置在所述第一外壳12内部的风钻机构13，所述风钻机构13用于将蒸汽加速运送至抽水部2，所述第一外壳12远离所述抽水部2的一端设有蒸汽接口11，所述蒸汽接口11用于与所述蒸汽发生装置连接。

需要说明的是，蒸汽发生装置会产生速率较低的蒸汽，通过风钻机构能对蒸汽进行加速，使蒸汽喷射口21能快速喷出大量的蒸汽，以此融化冰面。

具体的，所述风钻机构13包括扇叶132和驱动轴131，所述扇叶132沿所述驱动轴131的轴向依次设置在所述驱动轴131的外围。

在本实施例中，驱动轴131通过支架与所述第一外壳12的内壁连接，所述支架的分别与驱动轴131的两端活动连接，所述支架上还安装有电机，电机通过齿轮与驱动轴131啮合，用于驱动驱动轴131转动，以此实现扇叶132的转动。

请参阅图2至图4，另外，所述抽水部2包括第二外壳25、传动机构22和联动机构23，所述联动机构23靠近所述蒸汽喷射口21设置，所述联动机构23包括连杆232和轴套231，所述连杆232上设有活塞233，所述第二外壳25内部设有型腔24，型腔24上方设置有密封盖34，所述型腔24与所述抽水管3的中部连通，所述活塞233与所述型腔24的内壁滑动配合，所述传动机构22的一端与所述驱动轴131连接，另一端设有偏心轴221，所述轴套231套设在所述偏心轴221上，当所述传动机构22带动所述偏心轴221转动时，所述偏心轴221带动所述连杆232往复运动。

请参阅图5，在本实施例中，型腔24为活塞233与抽水管3之间形成的空间，当连杆232往复运动时，活塞233即在型腔24中往复运动，即可反复改变型腔24的大小，由于型腔24和抽水管3的中部连通。

可以理解的是，当随着活塞233的运动，型腔24的空间变大时，会通过抽水管3的开口吸入冰水混合物，类似注射器的原理，反之，当型腔24的空间变小时，会排出型腔24中的冰水混合物，由于抽水管3的一端开口与冰水混合物直接接触，另一端开口与外部水管相连，则从型腔24中排出的冰水混合物会分别输送至抽水管3的两个开口，即部分冰水混合物会随着外部水管排出钻孔外。随着活塞233的反复运动，将会持续将钻孔内的冰水混合物排出。

应当指出的是，所述偏心轴221为圆杆结构，所述轴套231的套设口的横截面积大于所述偏心轴221的，即偏心轴221可在轴套231内横向运动。在本实施例中，轴套231的套设口为长圆形结构，其横截面积为偏心轴221的2倍，因此可以实现在不大幅改变或不改变连杆232位置的情况下，使轴套231和连杆232进行上下往复运动。

在本实施例中，抽水管3为2个，在其他实施例中，可以根据实际情况选择任意数量。在本实施例中，轴套231的两侧设有共轴线的2根连杆232，连杆232上均设有活塞233，当轴套231上下往复运动时，2个活塞233也会往复运动，即可在不额外设置新的轴套231的条件下，实现利用2个抽水管3排出冰水混合物。

另外，所述驱动轴131与所述传动机构22之间设有行星减速器4，所述驱动轴131与所述行星减速器4的输入轴相连，所述传动机构22与所述行星减速器4的输出轴相连。

需要说明的是，传动机构22为柱状结构，偏心轴221为偏离传动机构22的轴心设置的圆柱结构，由于传动机构22与驱动轴131连接，偏心轴221的动力来源即为驱动轴131，无需额外设置其他动力源。

更进一步地，由于驱动轴131的主要目的为带动扇叶132对蒸汽进行加速，则扇叶132需转动的越快越好，而偏心轴221上连接有活塞233，活塞233需要与型腔24的内壁产生一定的挤压才能实现抽出冰水混合物，则必然需要活塞233与型腔24的内壁之间发生反复摩擦，即使在有水的条件下，活塞233与型腔24的内壁之间摩擦过快的话，会导致活塞233快速损坏，本实施例中设置行星减速器4，能降低驱动轴131传递给传动机构22的转速，降低活塞233磨损的几率。

需要说明的是，在第二外壳25与传动机构22、行星减速器4之间，均预留有过孔和间隙，用于通过加速后的蒸汽。

另外，所述连杆232上设有橡胶膜234，所述橡胶膜234的中部、边缘分别与所述连杆232、所述第二外壳25密封连接，防止蒸汽通过型腔24流失。

本发明的第二实施例提出一种蒸汽钻抽水装置，本实施例与第一实施例基本一致，不同之处在于：

请参阅图6，所述抽水管3的内部位于所述型腔24的两侧分别设有第一空腔31和第二空腔32，所述第一空腔31为靠近所述蒸汽喷射口21设置，所述第一空腔31和第二空腔32内均设有密封球33，当所述第一空腔31内的密封球33运动至最靠近所述蒸汽喷射口21的位置时，密封球33对所述第一空腔31的开口形成封堵，当所述第二空腔32内的密封球33运动至最靠近所述蒸汽喷射口21的位置时，密封球33对所述第二空腔32的开口形成封堵。

可以理解的是，在图6中，当活塞233向下运动时，型腔24内产生负压，型腔24会通过第一空腔31的开口吸入冰水混合物，此时第一空腔31内的密封球33位于其最左侧，第一空腔31最左侧设有若干通孔与型腔24连通；

当活塞233向上运动时，活塞233会挤压型腔24内的冰水混合物分别朝第一空腔31和第二空腔32运动，此时第一空腔31内的密封球33会被挤压至第一空腔31的最右侧，而当密封球33与第一空腔31的最右侧挤压接触时，会形成封堵，则第一空腔31内的冰水混合物无法排出第一空腔31的外部；

进入第二空腔32的冰水混合物会推动密封球33至第二空腔32的最左侧，第二空腔32的最左侧设有若干缺口，密封球33不会形成封堵，则第二空腔32内的冰水混合物可直接排出；

当活塞233再次向下运动时，型腔24内产生负压，会再次吸入冰水混合物，此时第二空腔32内的密封球33在冰水混合物的带动下会运动至第二空腔32的最右侧，对第二空腔32的右端开口进行封堵，即第二空腔32内的部分冰水混合物无法再次被吸入型腔24中，而第一空腔31内的冰水混合物却可直接被吸入型腔24中，如此往复运动，即可不断排出冰水混合物。

本实施例大大减少了第一空腔31和第二空腔32内的冰水混合物的回流，使从型腔24中排出的冰水混合物不会再次返回钻孔中，较第一实施例对冰水混合物的抽取效率大大提升。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。