Источник сейсмических сигналов

 

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) G 01 Ч 1 04

5 олислник иэоврятяниЯ :

К АВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬС ГНУ

««««

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕЧИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3668926/24-25 (22) 09.09.83 (46) 23.02.85. Бюл. N- 7 (72) А.С.Шагинян, А.Г.Асан-Джалалов и А.И.Бугаец (71) Специальное конструкторское бюро сейсмической техники (53) 550.83(088.8) (56) 1. .Иатент США Р 3369627, кл. 181-5, опублик. 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

В 729540, кл. С 01 V 1/133, 19? 7.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 587428, кл. G 01 7 1/02, 1976 (прототип). (54) (57) 1. ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ

СИГНАЛОВ, имеющий систему управления, гидросистему с насосом, нагнетатель ным и всасывающим трубопроводами,uciполнительное устройство, состоящее из опорной плиты, корпуса, связанного с опорной плитой поршня, подвижно сопряженного с корпусом и образующего с ним гидравлическую камеру, .соединенную с иагнетательным трубо-.

1 проводом гидросистемы и через управ ляющий клапан - с полостью сброса и всасывающим трубопроводом, рабочего упругого тела, размещенного между корпусом и поршнем смежно с гидравлической камерой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения его конструкции и повьипения сейсмической эффективности, управляющий клапан выполнен в виде закрепленной в стакане упругой в радиальном направлении втулки с подвижно установленным s ней подпружиненным эолотни ком, разобщающим своим торцом гидравлическую камеру и полость сброса, выполненную в корпусе, наружная поверхность упругой втулки образует

:со стаканом кольцевую герметичную полость, выполненную с воэможностью соединения посредством гидрораспре- . делителя с ..полостью сброса нли с нагнетательным трубопроводом.

2 Источник по н.1, о т л и ч аю шийся тем, что в линии, соединяющей гидрораспределитель с нагиетательным трубопроводом гидросис- темы, установлены гидроаккумулятор и обратный клапан, закрытый в направлении к насосу.

1 1 14135

Изобретение относится к геофизической технике, а именно к устройствам для возбуждения сейсмических сии налов путем импульсного воздействия на геологическую среду. 5

Существуют источники сейсмических сигналов импульсного действия, принцип действия которых основан на быстром освобождении энергии, аккумулированной упругим телом (например газом, сжимаемым по определенного давления с помощью гидропривода), и передаваемой посредством исполнительного устройства в геологическую сре ду ° 15

Известен гидравлический источник сейсмических сигналов. включающий исполнительный механизм, представляющий собой цилиндр, внутренняя полость которого разделена двумя поршнями и клапанным устройством на четыре полости; гидравлическую и три пневматические. Поршень между пневмополостями имеет шток, соединенный с наружной рабочей плитой, контактирующей с геологической средой. Между гидравлической полостью и одной из пневмополостей расположен кольцевой поршень. При подаче жидкости под дав30 лением в гидравлическую полость кольцевой поршень контактирует с поршнем, разделяющим пневмополости и связанным с рабочей плитой, и смещает его. Газ из рабочей пневмополости вытесняется в полость sa клапанным устройством, давление газа возрастает, при крайнем положении поршня до стигая максимального значения, и клапанное устройство закрывается. Затем в полость между кольцевым и пнев- 40 матическим поршнями подается газ, давлением которого пневматический поршень удерживается в крайнем положении, а кольцевой поршень перемещается в направлении гидравлической полости, вытесняя иэ нее жидкость в емкость вне исполнительного механиз.ма. Для произведения импульсного воздействия в полость между поршнем и клапанным устройством подается сжатый газ, который вызывает некоторое смещение пневмопоршня, в результате открывается пневмоклапан, сжатый газ и пневмополости воздействуют на поршень, вызывая его резкое пере- 55 мещение, вместе с ним через шток— перемещение рабочей плиты, контактирующей с геологической средой С13.

7 2

Недостатками такого устройства являются сложность конструкции, обусловленная наличием двух поршней— рабочего и вспомогательного, четырех силовых полостей с соответствующими элементами обеспечения их функционирования и взаимодействия, сравнительно низкая производительность, обусловленная наличием в циклограмме работы источника вспомогательной операции; освобождение гидравлической полости от жидкости, выполняемой последовательно с основными действиями по перемещению рабочего поршня в исходное положение и воспроизведение импульса..

Известен также гидравлический источник, содержащий гидронасос, блок управления и исполнительное устройство, включающее гидросистему, корпус, опорную плиту и поршень, образующие силовую гидравлическую полость (между поршнем и плитой), соединенную через распределитель с гидроемкостью, И демпферную полость (между поршнем и корпусом), посгоянно соединенную с гидронасосом, пневмогидравлический аккумулятор, соединенный через г рораспределитель с гидронасосом и через торцовый клапан — с силовой гидравлической полостью, сервоклапан, установленный в канале между силовой и демпферной полостями, при этом запирающие взаимосоприкасаемые кольцевые пояски торцового клапана выполнены на поршне и на опорной плите !23.

От гидронасоса жидкость под давлением подается в демпферную полость, обеспечивая необходимое усилие для эапирания торцового клапана, и в пневмогидравлический аккумулятор, заряжая его до заданного давления.

При этом канал, соединяющий демпферную и силовую полости, перекрьгг, сервоклапаном. Для произведения импульсного воздействия сервоклапан открывается, жидкость из демпферной полости попадает в силовую полость, смещая поршень относительно днища, в результате чего торцовый клапан открывается и жидкость под давлением из пневмогидравлического аккумулятора вытесняется в силовую гидравлическую полость, оказывая импульсное воздействие на опорную плиту, а через нее — на геологическую среду.

Реактивная сила воспринимается мас114 f 357 сивным поршнем, перемещающимся в противоположном относительно плиты нап.равлении, Недостатками данного устройства являются малое быстродействие (низкая динамичность), низкий IGg, т.е. низкая сейсмическая эффективность, обусловленная тем, что демпферная полость исполнительного устройства заполнена жидкостью, сжимаемость ко- iO торой несущественна, в связи с чем в процессе рабочего воздействия энер" гия жидкости, подаваемой из пневмогидравлического аккумулятора в силовую гидравлическую полость, в значительной мере расходуется на вытес- нение жидкости из демпферной полости через сервоклапан, имеющий сравнительно низкую расходную характеристику, в результате чего снижаются скорость движения поршня относительно плиты и КПД источника. При этом выполнение запирающих кольцевых поясков торцового клапана на поршне и опорной плите ставит во взаимную зависимость скорость открытия клапана и скорость движения массивного поршня относительно корпуса с опорной плитой, опертой на жесткую геологическую среду, в результате чего быстродействие

30 клапана и, следовательно, всего источника, низки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является гидравлический источник сейсмических сигна.лов, включающий систему управления, гидросистему с насосом, нагнетательным и всасывающим трубопроводами, исполнительное устройство, состоящее из опорной плиты, корпуса, связанного с опорной плитой поршня, подвижно сопряженного с корпусом и образующего с ним гидравлическую камеру, соединенную с нагнетательным трубопрово" дом гидросистемы и через управляющий клапан — с полостью сброса и всасывающим трубопроводом, рабочего упругого тела, размещенного между корпусом и поршнем смежно с гидравлической камерой.

I S0

В штоке поршня выполнены радиальные и осевой каналы, соединяющие гидравлическую камеру с полостью сброса.

Управляющий клапан выполнен в виде подпружиненного золотника, подвижно установленного в осевом канале и перекрывающего радиальные каналы, который за счет подачи на его торец жидкости.под давлением из гидравлической камеры через гидрораспределитель (сервоклапан) смещается в сторону полости сброса; открывая радиальные каналы и далее — осевой (3j.

Однако для известного источника характерны сложность конструкции и неудобство в обслуживании, обусловленные выполнением полости сброса в поршне и размещение в нем клапана сброса с сервоклапаном, сравнительно низкая сейсмическая эффективность, обусловленная низким быстродействием и динамичностью источника, а также недостаточной синхронностью срабатывания источников при работе в режиме накопления ° Процесс открытия клапана включает ряд последовательных операций: открытие сервокланана, поступление жидкости из гидравлической рабочей камеры через сервоклапан в осевой канал, в котором размещен золотник, осевое смещение золотника на величину, необходимую для свободного истечения жидкости из осевого канала в полость сброса.

Время, необходимое для смещения золотника, определяется в частности, объемом жидкости, который необходимо подать через сервоклапан, чтобы сместить золотник на необходимую величину. Этот объем жидкости довольно велик (не менее 500 см ).

Даже при использовании мощных сервоклапанов, обеспечивающих расход до 500 л/мин, время открытия управляющего клапана составляет около

60 мс. Поскольку время эффективного воздействия опорной плиты на грунт не должно превышать 35 мс, а несинхронность воздействий источников не должна превышать 2 мс, то из-за возможного разброса в работе клапанов не будут обеспечены требования по допустимой несинхронности работы источников.

Выполнение полости сброса в поршне влечет за собой необходимость размещения управляющего клапана также в поршне, в результате чего конструкция оказывается сложной, неудобной в обслуживании. Канал, соединяющий гидравлическую рабочую камеру с полостью сброса, образован радиальными и осевым каналами, т.е. поток жидкости при сбросе меняет направление на 90 что обусловливает существенные гид1141357 равлические сопротивления и снижение скорости истечения жидкости из гидравлической камеры.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение сей.смической эффективности источника сейсмических сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в источнике сейсмических сигналов, имеющем систему управления,гид- 10 росистему с насосом, нагнетательным и всасывающим трубопроводами, исполнительное устройство, состоящее из опорной плиты, корпуса, связанного с опорной плитой поршня, подвижно 15 сопряженного с корпусом и образуницего с ним гидравлическую камеру, соединенную с нагнетательным трубопроводом и через управляющий клапан— с полостью сброса и всасывающим rpy- 20 бопроводом, рабочего упругого тела, размещенного между корпусом и поршнем смежно с гидравлической камерой, управляющий клапан выполнен в виде закрепленной в стакане упругой в ради- 25 альном направлении втулки с подвижно установленным в ней подпружиненным золотником, раэобщающим своим торцом гидравлическую камеру и полость сброса, выполненную в корпусе, наружная З0 поверхность упругой втулки образует со стаканом кольцевую герметичную полость, выполненную с воэможностью соединения посредством гидрораспределителя с полостью сброса или с нагнетательным трубопроводом.

При этом в линии, соединяющей гидрораспределитель с нагнетательным трубопроводом гидросистемы, установлены гидроаккумулятор и обратный кла-40 пан, закрытый в направлении к насосу, На чертеже схематически изображен источник сейсмических сигналов.

Источник содержит гидросистему с насосом 1, всасывающим и нагнетательным трубопроводами 2 и 3, пневмогидравлическими аккумуляторами 4 и 5, клапаном 6 и обратным клапаном 7, установленным на нагнетательном трубопроводе 3, пневматическую систему с обратным клапаном 8, линией 9 подачи сжатого газа и реле 10 давления, исполнительный механизм, состбящий из корпуса 11 опорной плиты 12 соединенной со штоком поршня 13„ подвижно сопряженного с корпусом 11 и образуницего с ним смежные герметичные камеры 14 и l5, одна из которых еоедииена с линией 9 подачи сжатого газа, а вторая по трубопроводу 16, через клапан 6 — с нагнетательным трубопроводом 3 гидросистемы, а также по каналу 17 с выполненной в корпусе 11 полостью 18 сброса через управлякиций клапан, выполненный в виде закрепленной в стакане 19, установленном на корпусе 11, тонкостенной упругой в радиальном направлении втулки 20 с подвижно установленным в ней с минимальным зазором, обеспечивающим подвижность, золотником 21, выполненным из жесткого материала с низким удельным весом, например сплава на основе магния и алюминия, с пружиной 2? сжатия, перекрывающий своим торцом канал

17, соединяющий камеру 15 с полостью

18 сброса, при этом наружная поверхность втулки 20 образует со стаканом

19 кольцевую герметичную полость 23, соединенную посредством установленного на стакане 19 гидрораспределителя

24 либо по каналу 25 с полостью 18 сброса,.либо по трубопроводу 26 — с гидроаккумулятором 5. Источник включает также электрическую систему 27 управления, соединенную линиями 28-30 с клапаном 6 реле 10 давления и с распределителем 24 соответственно.

Источник работает следующим образом.

Исполнительный механизм опорной плитой 12 устанавливается на грунт.

Предварительно камера 14 заполняется сжатым газом и запирается обратным клапаном 8. Золотник 21 под действием пружины 22 перекрывает своим торцом канал 17, соединяющий камеру 15 с полостью 18 сброса. Включается насос 1 рабочая жидкость нод давлением по нагнетательному трубопроводу 3 заполняет пневмогидравлические аккумуляторы 4 и 5, доходит до клапана 6 и через гидрораспределитель 24 поступает в кольцевую полость 23. Под действием давления жидкости упругая втулка 20 деформируется в радиальном направлении и зажимает установленный в ней золотник 21. По сигналу системы 27 управления клапан 6 открывается, рабочая жидкость иэ аккумулятора 4 по трубопроводу 16 поступает в камеру 15. Давление жидкости в камере 15 превышает давление газа в полости 14, в результате чего поршень

t3 смещается в крайнее положение в сторону пневматической камеры 14 и

357 8 лость 23 соединяется с гидроаккумулятором 5, упругая втулка деформируется, зажимая золотник ?1, источник готов к повторению рабочего цикла.

Обратный клапан 7 предотвращает воэможность разжима золотника 21 при падении давления в нагнетательном трубопроводе 3 в момент начала заполнения полости 15.

Таким образом, в предлагаемом источнике сейсмических сигналов благодаря тому, что зазор между втулкой и золотником мал, жесткость золотника велика (практически, он несжимаем), а объем кольцевой полости вокруг втулки выполнен минимальным, объем жидкости, который необходимо подать в кольцевую полость, чтобы сформировать втулку и зажать в ней золотник, или объем, который необходимо сбросить, чтобы освободить золотник мал.

Для источника средней мощности этот объем не превышает нескольких кубических сантиметров, т.е. примерно на два порядка меньше, чем объем жидкости, который необходимо подать в канал управляющего клапана известного устройства. Благодаря этому открытие управляющего клапана и перетекание жидкости из гидравлической рабочей камеры в полость сброса происходит (после срабатывания гидрораспределителя сервоклапана)в несколько . раз быстрее, чем в известном устройстве. ! Использование изобретения позволяет упростить и повысить динамичность источника, получить более высокий частный спектр возбуждаемых в геологической среде колебаний, что в итоге повышает сейсмическую эффективность источника.

7 1141 дополнительно сжимает находящийся там газ. Реле 10 давления сигнализирует о достижении установленного ра-. бочего давления, клапан 6 закрывается и источник готов к воспроизведению импульса ° Параметры упругой втулки 20 и золотника 21 выбраны таким образом, что сила трения в их сопряжении превышает силу давления рабочей жидкости на торец золотника 21 со 10 стороны канала 17. Объем полости 18 сброса превышает полный объем камеры

15. По команде от системы 29 управления гидрораспределитель 24 включается, при этом полость 23 соединяется с полостью 18 сброса, упругая втулка 20 разжимается, золотник 21 под действием силы на его торец со стороны канала 17 смещается, открывая канал 17, усилие пружины 22 незначительно в сравнении с силой давления жидкости на торец золотника 21 поэтому пружина не оказывает практи;. ческого сопротивления перетеканию жидкости из камеры 15 в полость 18 25 сброса. В результате сообщения гидравлической камеры с полостью сброса поршень 13 и связанная с ним опорная плита 12 под действием упругих сил давления сжатого газа в камере 14, щ вытесняя жидкость из камеры 15, смещаются, оказывая импульсное воздействие на геологическую среду, реактивная сила воспринимается массивным корпусом 11, перемещающемся в проти35 воположяом относительно поршня направлении.. После перетекания рабочей жидкостй иэ камеры 15 в полость !8 пружина 22 перемещает золотник в стоону канала 17 перекрывая его r 40 рораспределитель 24 включается, по1141357

29

2З

12

Составитель Н.Чихладзе

Редактор П.Коссей ТехредЛ.Маpтяgrова Корректор А. Зимокосов

Заказ 491/34 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4