Гидропушка для сейсморазведки

 

Изобретение относится к сейсмической разведке, в частности к средствам возбуждения сейсмических сигналов в воде. Цель изобретения - увеличение долговечности, упрощение и повышение сейсмической эффективности путем уменьшения потерь при выталкивании жидкости и сокращения расхода сжатого воздуха. Гидропушка включает базовый цилиндр 1 с выхлопными окнами 2, приемными окнами 3 внутри цилиндра 5, электромагнитный клапан 7. Внутри базового цилиндра 1 размещена сплошная перегородка 14, образующая пневмокамеру 15. Поршень 16 образует с корпусом разгонную камеру 17. Со стороны нижнего торца цилиндр содержит насадок 20 с горловиной 21, выхлопными окнами 22 и кольцевой перегородкой 23, соосной корпусу. Воздух стравливается из разгонной камеры 17 посредством расширительной емкости 30 и канала 31, которые связаны с разгонной камерой посредством соединительных каналов 13 и 12. 1 ил.

Изобретение относится к сейсмической разведке на акваториях, в частности к средствам возбуждения упругих колебаний посредством схлопывания полости, образованной при выбросе в окружающую среду высокоскоростной струи жидкости. Цель изобретения - увеличение долговечности, упрощение и повышение сейсмической эффективности путем уменьшения потерь при выталкивании жидкости и сокращения расхода сжатого воздуха. На чертеже изображена схема гидропушки для сейсморазведки. Устройство включает ступенчатый базовый цилиндр 1 с выхлопными 2 и приемными 3 окнами и радиальными каналами 4, охваченный внешним цилиндром 5 с образованием перепускной полости 6. С верхнего конца в базовый цилиндр помещен корпус электромагнитного клапана 7 с каналом 8 подачи сжатого воздуха, якорем 9, полостью 10 клапана, катушкой электромагнита 11, и соединительными каналами 12 и 13. Внутри цилиндра 1 размещена перегородка 14, образующая пневмокамеру 15. Ступенчатый поршень 16 и дно перегородки 14 образуют разгонную камеру 17, в которую подведены соединительные каналы 13. Внешняя ступенчатая поверхность поршня 16 образует с внутренней ступенчатой поверхностью базового цилиндра 1 управляющую полость 18, соединенную с полостью клапана 10 посредством трубопровода 19. Со стороны нижнего торца базовый цилиндр снабжен насадком 20 с горловиной 21, выхлопными окнами 22, трубчатой перегородкой 23 с продольными щелями 24 и радиальными каналам 25. Кольцевые выступы 26 и 27 ступенчатого (спаренного) поршня 16 в верхнем положении упираются в уплотнение 28, а в нижнем - на дно демпферной полости 29. Воздух стравливается из разгонной камеры 17 посредством расширительной емкости 30 и соединенного с окружающей средой канала 31, которые связаны с разгонной камерой соединительными каналами 12 и 13, предназначенными для запуска источника. Такая конструкция уменьшает количество сверлений в корпусе устройства. Наружный торец 32 поршня 16 выполнен с конической выемкой. Насадка 20 имеет конический внутренний клапан 33. Пневмокамера 15 ограничена сверху торцом 34 клапана 7. Внутренний торец 35 как и наружный выполнен с конической выемкой, образующей разгонную камеру 17, а выемка 36 в торце 32 нижней части поршня 16 заполнена водой. Базовый цилиндр 1 выполнен с уступом 37, сопряженным с выступом 38 поршня 16, которыми и образована управляющая полость 18. Форма торца 32 в выступе 27 нижней части поршня 16 описывает коническую поверхность 29 трубчатой перегородки 23. Гидропушка работает следующим образом. Сжатый воздух подают по каналу 8 из расходной емкости в полость 10 клапана, далее по трубопроводу 19 в управляющую полость 18 и через радиальные каналы 4 в перепускную полость 6 и заполняют им пневмокамеру 15 через выхлопные окна 2. Гидропушка готова к срабатыванию. Импульс синхронизации поступает с сейсмостанции на пульт управления, с которого на катушку 11 подается прямоугольный импульс постоянного напряжения 300 в длительностью 0,010 с. Якорь 9 клапана 7 притягивается к электромагниту, открывая полость 10 клапана в соединительные каналы 12 и 13. Сжатый воздух из полости 10 и частично из управляющей полости 18 по трубопроводу 19 перебрасывается в разгонную камеру 17, вызывая перемещение поршня 16 вниз. В результате нарушается уплотнение 28, и сжатый воздух из пневмокамеры 15 через выхлопные окна 2, перепускную полость 6 и приемные окна 3, обтекая кольцевой выступ 26 поршня 16, поступает в разгонную камеру 17, ускоряет поршень 16 и вызывает выталкивание воды из полости внутри базового цилиндра 1. Кольцевой выступ 27 поршня в заключительный этап разгона водного потока заходит за внешний контур трубчатой перегородки 23. Вода из законтурной полости через продольные щели 24 выталкивается во внутренний выпускной канал, поджимает выталкиваемую струю жидкости, увеличивая тем самым ее скорость и уменьшая при этом трение струи в области пограничного слоя вблизи внутренней поверхности перегородки 23. Последующее продвижение поршня 16 вниз приводит к его резкому торможению в демпферной полости 29. Удар поршня 16 по торцу насадка 20 предотвращается из-за наличия радиальных отверстий 25 из демпферной полости 29 в горловину 21 насадки 20. Кроме того, подача по ним воды в горловину 21 дополнительно снижает силы трения в пограничном слое. Струя жидкости, выталкиваемая из корпуса гидропушки разделяется в насадке 20 на две части и выбрасывается наружу через выхлопные окна 22. Торможение поршня 16 в демпферной полости 29 резко сокращает скорость выталкиваемой воды, причем поскольку седло нижней части поршня 16 является начальным участком горловины 21, то при резком торможении поршня не происходит отрыва воды от него. Не происходит отрыва (разрыва) струи и в насадке 20, поскольку проходные сечения окон 22 подобраны таким образом, чтобы вода по инерции после торможения поршня 16 выбрасывалась из насадка 20. Разрыв струи жидкости происходит вне гидропушки, что способствует повышению износостойкости ее элементов, а внутри насадка 20 вода остается. Разрыв струи приводит к образованию в воде вакуумной полости, которая при расширении в начальный момент не создает сейсмического импульса, а при схлопывании возбуждает интенсивный сейсмический сигнал с малой длительностью и без повторных пульсаций. Первичный сигнал, возбуждаемый при выталкивании воды из корпуса гидропушки, имеет существенно меньшую амплитуду и большую длительность. Поскольку к моменту начала торможения поршня 16 якорь 9 клапана 7 снова перекрывает вход в каналы 12 и 13, то сжатый воздух, постоянно подводимый в полость 10 клапана по каналу 8, поступает в управляющую полость 18 через трубопровод 19. Нарастающее в полости 18 давление вызывает перемещение ступенчатого поршня 16 вверх. Сила сопротивления перемещению поршня 16 вверх при постоянном давлении в управляющей полости 18 также постоянна, так как давление в разгонной камере 17 не возрастает благодаря постоянному стравливанию части воздуха из нее по каналам 13 в кольцевую расширительную емкость 30 и из нее по капиллярным каналам 31 наружу. Однако часть воздуха, сжимаемого поршнем 16 в результате подачи высокого давления в управляющую полость 18, остается в пневмокамере 15 и перепускной полости 6 при повышенном давлении, чем обеспечивается экономичный его расход. При достижении поршнем 16 верхнего положения его кольцевые выступы 26 упираются в уплотнение 28 и тем самым перекрывается связь между разгонной камерой 17 и перепускной 6 полостью. Избыточное давление из разгонной камеры 17 стравливается через капиллярные каналы 31, и поршень 16 занимают исходное положение перед срабатыванием. В этот момент уплотнение на кольцевом выступе 26 проходит мимо радиальных каналов 4, отчего возникает связь между управляющей 18 и перепускной 6 полостями. После заполнения сжатым воздухом пневмокамеры 15 поршень 16 удерживается в верхнем положении незначительным усилием и уплотнение 28 не нарушается. Это обеспечивается ступенчатостью внешнего диаметра поршня 16. После выравнивания давления во всех полостях, заполняемых сжатым воздухом, гидропушка готова к очередному срабатыванию. Предлагаемое изобретение позволяет упростить конструкцию гидропушки для сейсморазведки, в частности морской, сократить на 15-30% расход сжатого воздуха, уменьшить гидродинамические потери при выталкивании воды из базового цилиндра гидропушки, исключить образование разрушительных кавитационных пузырьков внутри корпуса и, следовательно, улучшить эффективность устройства в работе и увеличить его долговечность.

Формула изобретения

ГИДРОПУШКА ДЛЯ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ, включающая ступенчатый базовый цилиндр и жестко связанные между собой верхний и нижний поршни, образующие разгонную камеру, управляющую полость и пневмокамеру, сужающийся к выходу конический насадок с выхлопными отверстиями, перпендикулярными к оси насадка, и систему подвода и отвода сжатого воздуха с клапанами, отличающаяся тем, что, с целью увеличения долговечности, упрощения и повышения сейсмической эффективности путем уменьшения потерь при выталкивании жидкости и сокращения расхода сжатого воздуха, на торцах верхнего и нижнего поршней выполнены конические выемки, сужающиеся к общей перегородке, в коническую выемку верхнего поршня помещена согласованная с ней по форме перегородка, герметично разделяющая пневмокамеру и разгонную камеру, коническая выемка нижнего поршня согласована по форме с наружной поверхностью прикрепленной сверху к насадку трубчатой перегородки, размещенной внутри ступенчатого базового цилиндра, в верхней части которой выполнены сквозные продольные щелевые каналы, а в нижней - радиальные отверстия, связывающие горловину насадка с сужающейся книзу кольцевой демпферной полостью, образованной трубчатой перегородкой, нижним поршнем и ступенчатым базовым цилиндром, при этом пневмокамера сообщена с разгонной камерой посредством окон, выполненных в ступенчатом базовом цилиндре, и перепускной кольцевой камеры, герметизированных внешним цилиндром.

РИСУНКИ

Рисунок 1