Пневматический источник сейсмических сигналов

 

Изобретение относится к поискам месторождений полезных ископаемых и может быть использовано при инженерных изысканиях на шельфе. Цель изобретения - повышение КПД путем увеличения амплитуды сейсмического сигнала, повышение срока службы путем уменьшения износа уплотнений и исключение самопроизвольного подрыва. Источник состоит из штока 1 с верхним 2, средним 3 и нижним 4 поршнями, охваченными цилиндром 23 с образованием рабочей 24, управляющей 25 и демпферной 26 камер. Поршни 2 и 3 снабжены узлами 17 и 18 герметизации в виде упругих колец, помещенных в кольцевые проточки, соединенные между собой и с полостью 9 электропневмоклапана. При срабатывании сжатый воздух из полости 9 подают в стартовый объем 34 под внешним кольцевым пояском 28. Падение давления в полости 9 приводит к снижению усилия прижатия упругих колец узлов 17 и 18 к цилиндру 23. Последний без трения с высокой скоростью перемещается вверх и соединяет рабочую камеру 24 с окружающей средой. Узлы герметизации, а также конструкция демпферной камеры позволяют снизить силу трения, уменьшить износ уплотнений, исключить самопроизвольный подрыв. 3 ил.

Изобретение относится к поискам месторождений полезных ископаемых и может быть использовано при инженерных изысканиях на шельфе. Цель изобретения - повышение КПД путем увеличения амплитуды сейсмического сигнала, повышение срока службы путем уменьшения износа уплотнений и исключение самопроизвольного подрыва. На фиг. 1 представлен предлагаемый источник, общий вид; на фиг.2 и 3 - узел герметизации до и после срабатывания источника. Пневматический источник сейсмических сигналов состоит из фигурного штока 1 с верхним 2, средним 3 и нижним 4 поршнями. Нижний поршень 4 имеет торцовое уплотнение 5. В теле фигурного штока 1 имеются воздуховоды 6 и 7, электропневмоклапан 8, включающий полость 9, соленоид 10, конусное седло 11, якорь 12 с шариком 13, который, опираясь на седло 14, перекрывает канал 15, в котором выполнен обратный клапан 16. На поршнях 2 и 3 расположены узлы 17 и 18 герметизации, которые состоят из кольцевой проточки 19, расположенного в ней упругого кольца 20, двух уплотнительных колец 21. Проточки 19 соединены между собой и с полостью 9 системой каналов 22, выполненной в теле штока 1. Шток 1 с поршнями 2-4 охвачен подвижным цилиндром 23, с которым образует рабочую 24, управляющую 25 и демпферную 26 камеры. На цилиндре 23 выполнен уступ 27, внешний 28 и внутренний 29 кольцевые пояски. Демпферная камера 26 является частью рабочей камеры 24 и отделена от нее ступенчатой выемкой 30, выполненной в среднем поршне 3. Камеры 25 и 24 соединены между собой перепускным каналом 31. На фигурном штоке 1 имеются штуцер 32 подвода сжатого воздуха и электроввод 33. Под внешним кольцевым пояском 28, сопряженным с поршнем 4, образован стартовый объем 34. Источник работает следующим образом. Сжатый воздух поступает по штуцеру 32 в воздуховоды 6 и 7. По воздуховоду 7 сжатый воздух поступает до якоря 12 и за счет разности давлений прижимает шарик 13 к седлу 14, перекрывая вход в канал 15, заполняет полость 9 и по системе каналов 22 поступает в кольцевые проточки 19. Воздействуя на упругое кольцо 20, сжатый воздух прижимает его к цилиндру 23 (см. фиг.3) и тем самым герметизирует камеры 25 и 26. По воздуховоду 6 сжатый воздух поступает в управляющую камеру 25 и, воздействуя на уступ 27, опускает цилиндр 23 до упора в торцовое уплотнение 5. При этом вскpывается перепускной канал 31 и сжатый воздух наполняет рабочую камеру 24. После заполнения всех полостей источника сжатым воздухом до давления 1 МПа его опускают в воду. Затем повышают давление до рабочего. Источник готов к действию. На соленоид 10 через электроввод 33 подается прямоугольный импульс тока. Якорь 12 притягивается к соленоиду, упирается в конусное седло 11 и перекрывает доступ сжатого воздуха из воздуховода 7 в полость электропневмоклапана 9. При этом шарик 13 отходит от седла 14 и сжатый воздух, накопленный в полости электропневмоклапана 9 и в системе каналов 22, по каналу 15 через обратный клапан 16 устремляется в стартовый объем 34 под нижний торец цилиндра 23 с внешним 28 и внутренним 29 поясками и придает начальное ускорение цилиндру 23. Поскольку часть запасенного сжатого воздуха из полости 9 электропневмоклапана, системы каналов 22 расходуется на заполнение канала 15 и стартового объема 34 под нижним торцом цилиндра, давление в системе каналов 22, а следовательно, и в кольцевых проточках 19 узлов герметизации 17 и 18 резко уменьшается и упругое кольцо 20 под действием сил упругости сжимается и усилие прижатия его к цилиндру 23 уменьшается либо исчезает совсем. Путем подбора величины свободных объемов канала 15 полости электропневмоклапана 9 и системы каналов 22 с кольцевыми проточками 19 можно достичь любого уменьшения давления в кольцевых проточках 19, а следовательно, любого уменьшения силы прижатия упругого кольца 20 к цилиндру 23. За счет выбора толщины упругого кольца 20 и величины зазора между упругим кольцом и цилиндром 23 (см. фиг. 2), которая может изменяться в пределах 0,002-0,1 мм, можно исключить соприкосновение упругого кольца 20 с цилиндром 23. При движении цилиндра вверх (см. фиг.1) происходит разгерметизация в месте торцового уплотнения 5, и сжатый воздух рабочей камеры 24 воздействует на нижний торец цилиндра 23 с внешним 28 и внутренним 29 поясками. Цилиндр 23 резко устремляется вверх. Одновременно с этим обратный клапан 16 закрывается и препятствует попаданию сжатого воздуха из рабочей камеры 24 в канал 15 и возрастанию давления в полости электропневмоклапана 9, системе каналов 22 и кольцевых проточках 19. Как только цилиндр 23 выходит из сопряжения с уступом поршня 4, происходит разгерметизация рабочей камеры 24. Внутренний кольцевой поясок 29, взаимодействуя со ступенчатой выемкой 30, отделяет демпферную камеру 26 от рабочей камеры 24. Сжатый воздух из рабочей камеры 24 резко выбрасывается наружу, возбуждая в воде сейсмический сигнал. Цилиндр 23, двигаясь по инерции вверх, внутренним кольцевым пояском 29 сжимает воздух в демпферной камере 26. Начинается интенсивный процесс торможения цилиндра 23, который длится 0,2-1,0 мс. Так как перепад давлений между демпферной камерой 26 и управляющей камерой 25 невелик, зазор между цилиндром 23 и средним поршнем 3 очень мал, а время процесса торможения составляет порядка 0,2-1 мс, то утечки воздуха из демпферной камеры 26 очень малы. Наличие этих утечек не отражается на процессе торможения цилиндра. По тем же причинам очень малы утечки воздуха из управляющей камеры 25 в окружающую среду. Кроме того, они компенсируются подводом сжатого воздуха через канал и утечками из демпферной камеры 26 в управляющую камеру 25. После того, как часть воздуха выброшена из рабочей камеры 24, давление в ней падает, сила, действующая на нижний торец цилиндра 23 с наружным 28 и внутренним 29 кольцевыми поясками, резко снижается. Давление в управляющей 25 и демпферной 26 камерах остается высоким. Под действием сил давления, действующих на уступ 27 и внутренний кольцевой поясок 29, цилиндр 23 начинает движение вниз. Одновременно с этим снимается напряжение с соленоида 10, якорь 12 отжимается сжатым воздухом от конического седла 11 и шарик 13 прижимается к седлу 14, перекрывая вход в канал 15. Сжатый воздух заполняет полость электропневмоклапана 9, и по системе каналов 22 поступает в кольцевые проточки 19 узлов 17 и 18 герметизации. Управляющая камера 25 и демпферная камера 26 герметизируются, цилиндр 23 опускается вниз до упора в торцовое уплотнение 5. При этом вскрывается перепускной канал 31 и сжатый воздух заполняет рабочую камеру. Цикл работы окончен.

Формула изобретения

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащий электропневмоклапан с полостью, шток с верхним и средним поршнями, охваченные перекрывающим выхлопное окно подвижным цилиндром, образующие рабочую, управляющую, стартовую и демпферную камеры, узлы герметизации в поршнях, включающие кольцевые проточки с упругими кольцами, систему каналов подачи и распределения сжатого воздуха, при этом торец подвижного цилиндра снабжен внешним кольцевым пояском, прилегающим к нижнему поршню, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и увеличения срока службы путем уменьшения износа уплотнений и исключения самопроизвольного подрыва, узел герметизации выполнен в виде пары кольцевых уплотнений, на которые оперто упругое цилиндрическое кольцо, установленное в круговой проточке поршня с возможностью радиального перемещения, между парой кольцевых уплотнений в теле поршня выполнен канал, соединяющий полость проточки с полостью электропневмоклапана, изолирующего канал запуска, в котором установлен обратный клапан, при этом на среднем поршне со стороны рабочей камеры выполнена проточка, образующая с подвижным цилиндром сообщенную с рабочей камерой кольцевую полость, размещенную с возможностью ее запирания внутренним кольцевым пояском, выполненным у торца подвижного цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3