Индукционно-динамический привод сейсмоисточника



Индукционно-динамический привод сейсмоисточника
Индукционно-динамический привод сейсмоисточника

 


Владельцы патента RU 2533744:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ на земле и в водной среде. Заявлен индукционно-динамический привод сейсмоисточника, который содержит индукционно-динамический двигатель, состоящий из плоской катушки возбуждения и прилегающей к ней электропроводящей пластины - якоря двигателя, и силовой полупроводниковой схемы питания, содержащей двухсекционный емкостной накопитель энергии с зарядными устройствами и коммутирующими приборами. Особенностью привода является возможность оперативного управления величиной и длительностью создаваемого якорем двигателя механического импульса, а также возможность рекуперации энергии магнитного поля двигателя в емкостной накопитель энергии. Технический результат - увеличение функциональных возможностей устройства. 2 ил.

 

Изобретение относится к индукционно-динамическим приводам, применяемым в сейсмоисточниках для проведения сейсморазведочных работ на земле и в водной среде, а также в импульсных силовых устройствах общепромышленного назначения, предназначенных для создания механических воздействий на рабочий объект, например в приводах электрических аппаратов, при импульсном уплотнении порошковых материалов и других случаях.

Известен принятый за аналог индукционно-динамический привод (Л.Н. Карпенко "Быстродействующие электродинамические отключающие устройства." Изд-во "Энергия", Ленинградское отделение, 1973 г., стр.8-9, рис.1.5а), содержащий емкостной накопитель энергии, снабженный зарядным устройством, и коммутирующий ключ для его разряда на обмотку возбуждения двигателя. При разряде накопителя через обмотку возбуждения двигателя проходит импульс тока полусинусоидальной формы, и двигатель создает силу, значение которой пропорционально квадратичному значению тока. Емкостной накопитель за время формирования тока перезаряжается до противоположного предразрядному знаку напряжения.

Этому техническому решению присущ ряд недостатков. Длительность создания силы определяется длительностью импульса тока обмотки возбуждения двигателя, равной половине периода разряда емкостного накопителя на индуктивность обмотки возбуждения, и, при необходимости, не может оперативно регулироваться. Обеспечение заряда емкостного накопителя от отрицательного (перезарядного) напряжения до необходимого положительного (предразрядного) напряжения требует применения зарядного устройства повышенной мощности.

Увеличение создаваемого двигателем механического импульса посредством увеличения предразрядного напряжения на емкостном накопителе приводит к увеличению максимального значения тока его разряда и ограничивается механической прочностью обмотки возбуждения, на витки которой действует создаваемая двигателем сила. Эти недостатки ограничивают возможность применения индукционно-динамического привода аналога при создании сейсмоисточников.

В (Л.Н. Карпенко "Быстродействующие электродинамические отключающие устройства." Изд-во "Энергия", Ленинградское отделение, 1973 г., стр.8-9, рис.1.56) также приводится техническое решение с применением диода, присоединенного параллельно обмотке возбуждения двигателя и включающегося в момент разряда емкостного накопителя до нулевого напряжения. Такое решение позволяет исключить изменение знака напряжения на накопителе и уменьшить необходимую мощность зарядного устройства. В результате же закорачивания обмотки диодом энергия магнитного поля двигателя выделяется в основном в тепловую энергию в витках обмотки и якоря двигателя привода, что ограничивает возможности его применения.

В принятом за прототип техническом решении индукционно-динамического привода сейсмоисточника (изобретение SU 1817707 A3, опубл. 25.03.93 в бюл. №19), как и в аналоге, содержатся емкостной накопитель, зарядное устройство накопителя и управляемые ключи для разряда накопителя на обмотку возбуждения двигателя. Особенность решения состоит в том, что емкостной накопитель разделен на две секции с возможностью заряда каждой из них от отдельного зарядного устройства. Обмотка возбуждения выполнена из двух концентрически расположенных секций. Каждая секция накопителя снабжена управляемым ключом для обеспечения ее разряда на соответствующую ей секцию обмотки возбуждения.

Система управления ключами позволяет создавать задержку времени между циклами разряда секций емкостного накопителя с целью обеспечения соответствующего сдвига между полусинусоидальными импульсами тока возбуждения секций обмотки и соответствующих им создаваемых секциями обмотки двигателя усилий.

Напряжение на секциях накопителя при работе привода изменяет знак, что приводит, как и в случае аналога, к увеличению необходимой мощности зарядных устройств, обеспечивающих зарядку секций емкостного накопителя.

Необходимость выполнения обмотки в виде двух концентрических секций усложняет конструктивное выполнение двигателя, снижает надежность привода и приводит к снижению удельных силовых показателей, например отношения развиваемой силы к массе двигателя. Отмеченные недостатки снижают технические характеристики сейсмоисточника.

Задача изобретения состоит в повышении технических характеристик индукционно-динамического привода и сейсмической эффективности сейсмоисточника.

Техническим результатом является снижение мощности, потребляемой зарядным устройством привода, обеспечение возможности оперативного регулирования длительности создаваемой двигателем силы, повышение надежности привода, увеличение максимального значения механического воздействия, создаваемого двигателем, и интенсивности генерируемой сейсмической волны.

Предложенный индукционно-динамический привод сейсмоисточника состоит из двухсекционного емкостного накопителя энергии, снабженного зарядными устройствами, и коммутирующих ключей в цепи его разряда на обмотку возбуждения двигателя, первая секция накопителя включена в первую, а обмотка возбуждения - во вторую диагонали мостовой схемы, в три плеча которой включены управляемые ключи, например двухоперационные тиристоры, а в четвертое плечо - силовой диод, параллельно которому через управляемый ключ присоединена вторая секция емкостного накопителя. Привод снабжен системой управления ключами. Двигатель содержит индуктор, в пазу которого помещена обмотка возбуждения. Якорь двигателя выполнен в виде пластины из материала высокой электропроводности, например меди или алюминия, и в исходном положении прилегает к плоской торцевой поверхности обмотки возбуждения.

Технические результаты достигаются за счет выполнения обмотки возбуждения односекционной и формирования двигателем привода импульса силы с крутыми передним и задним фронтами и регулируемой длительностью. Односекционное выполнение обмотки упрощает ее конструкцию и повышает надежность работы. Возможность регулирования длительности силы позволяет обеспечивать эффективные режимы работы привода сейсмоисточника при различных характеристиках акустической нагрузки сейсмоисточника (мягкий или жесткий грунт и т.д.). Рекуперация энергии магнитного поля обмотки в емкостной накопитель снижает нагрев двигателя, необходимую мощность зарядного устройства накопителя и потребляемую сейсмоисточником электрическую мощность.

Предложенное техническое решение поясняется приведенными фигурами. На фиг.1 приведена электрическая схема индукционно-динамического привода импульсного сейсмоисточника; на фиг.2 - графики изменения напряжений на секциях накопителя энергии, тока обмотки возбуждения двигателя и создаваемой им силы.

Индукционно-динамический привод содержит секции 1 и 2 емкостного накопителя энергии с их зарядными устройствами 3 и 4. Секция 1 включена в одну диагональ электрической мостовой схемы, в три плеча которой включены силовые управляемые ключи 5, 6 и 7, а в четвертое плечо - силовой диод 8, параллельно которому через управляемый ключ 9 присоединена секция 2 емкостного накопителя. Обмотка возбуждения 10 индукционно-динамического двигателя включена во вторую диагональ мостовой схемы. Двигатель состоит из индуктора 11, в пазу которого помещена обмотка возбуждения 10. Якорь 12 двигателя выполнен в виде пластины из материала высокой электропроводности, например меди или алюминия, и в исходном положении прилегает к плоской торцевой поверхности обмотки возбуждения 10.

Привод работает следующим образом. В исходном состоянии секции 1 и 2 накопителя заряжены от их зарядных устройств 3 и 4 до необходимых напряжений. В момент t0 (фиг.2) от схемы управления (на фиг.1 не показана) включаются ключи 5 и 7, и секция 1 начинает разряжаться на обмотку возбуждения 10. К моменту t1 ток 13 достигает значения, близкого к максимальному, а напряжение 14 на секции 1 снижается до уровня, близкого к напряжению заряда 15 секции 2 накопителя. Увеличение тока 13 в обмотке 10, в соответствии с принципом работы индукционно-динамического двигателя, сопровождается созданием магнитного поля и экранированием его медной пластиной якоря 12 двигателя. В результате магнитный поток Ф (фиг.1) обмотки возбуждения проходит через область прилегания якоря 12 к катушке возбуждения 10, и между ними создается расталкивающая сила 16 (фиг.2), величина которой пропорциональна квадратичному значению тока 13 в обмотке возбуждения 10.

В момент t1 осуществляют включение ключа 9 и выключение ключа 5, что приводит к подключению к обмотке 10 секции 2 емкостного накопителя и отключению от обмотки секции 1. Ток при этом проходит по обмотке 10, ключу 7, секции емкостного накопителя 2 и ключу 9. На интервале τ=t2-t1 происходит частичный разряд секции емкостного накопителя 2, что обеспечивает поддержание тока в течение интервала τ на уровне, близком к максимальному, и созданию силы 16, величина которой определяется выражением:

P ( t ) = 1 2 i ( t ) 2 d L ( x ) d x , ( 1 )

где i(t)- ток возбуждения 13; L(x)- эквивалентная индуктивность обмотки, зависящая от зазора между якорем и обмоткой.

Под действием силы 16 двигателя происходит смещение якоря 12 от обмотки и увеличение индуктивности L(x) с примерно постоянным значением ее производной. В течение времени т от секции емкостного накопителя 2 в магнитное поле вводится энергия:

A 2 = 0 τ U 2 ( t ) i ( t ) d t , ( 2 )

где U2(t) - напряжение 15; i(t) - ток возбуждения 13.

Ввод дополнительной энергии обеспечивает необходимое нарастание энергии магнитного поля в связи с увеличением индуктивности L(x), а также компенсацию тепловых потерь в обмотке и якоре и убыли энергии магнитного поля из-за преобразования ее в механическую.

Длительность интервала τ, в течение которого значение развиваемой двигателем силы 16 близко к максимальному значению, определяется моментом t2 включения ключа 6 и выключения ключа 9. При этом ток обмотки возбуждения замыкается по обмотке 10, ключу 6, секции 1 и диоду 8. Прохождение тока через секцию 1 сопровождается ее зарядом, ток t3 в обмотке к моменту (фиг.2) уменьшается до нуля, и завершается рекуперация (возврат) энергии магнитного поля в секцию 1 накопителя.

На интервале T (t3-t4), после момента t3, в котором завершено формирование тока 13 и силы 16, секции 1 и 2 емкостных накопителей энергии дозаряжаются от зарядных устройств 3 и 4 до необходимых напряжений 14 и 15 для обеспечения следующего цикла работы привода.

Создаваемый приводом механический импульс состоит из трех слагаемых, первое и третье из которых определяют его передний и задний фронты, средняя составляющая зависит от длительности т, которая может меняться схемой управления.

N = t 0 t 3 P ( t ) × d t = t 0 t 1 P ( t ) × d t + t 0 τ P ( t ) × d t + t 2 t 3 P ( t ) × d t ( 3 )

Таким образом, изменением τ обеспечивается возможность оперативного уменьшения или увеличения создаваемого механического импульса N. В случае выполнения импульсного сейсмоисточника с предложенным техническим решением привода создаются условия для согласования работы сейсмоисточника с реальными реологическими характеристиками акустической нагрузки, поскольку при работе сейсмоисточника на мягких грунтах импульс N должен быть больше, чем при работе на жестких грунтах.

В качестве ключей 5, 6, 7, 9 могут применяться силовые полупроводниковые тиристоры с полным (двухоперационные) или неполным (однооперационные) управлением. В последнем случае они должны быть снабжены цепями искусственной коммутации для обеспечения выключения в необходимый момент времени.

Рекуперация (возврат) на интервале t2, t3 энергии магнитного поля обмотки возбуждения двигателя в секцию 1 накопителя приводит к снижению тепловых потерь и нагрева обмотки возбуждения и уменьшению необходимой мощности зарядного устройства 3 для дозаряда накопителя до номинального значения предразрядного напряжения. Выполнение обмотки возбуждения односекционной упрощает (в сравнении с прототипом) ее конструкцию и увеличивает отношение создаваемой двигателем значений силы и импульса силы к массе якоря двигателя, повышает создаваемое сейсмоисточником механическое воздействие на акустическую среду - нагрузку сейсмоисточника (грунт или водную среду).

Индукционно-динамический привод импульсного сейсмоисточника, содержащий двухсекционный емкостной накопитель с зарядными устройствами и коммутирующими приборами в цепи его разряда на обмотку возбуждения двигателя, отличающийся тем, что первая секция накопителя включена в первую диагональ, а обмотка возбуждения - во вторую диагональ мостовой схемы, в три плеча которой включены управляемые ключи, а в четвертое - диод, параллельно которому через управляемый ключ присоединена вторая секция емкостного накопителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для работы в многоволновой сейсморазведке, в частности при поиске нефти и газа. Невзрывные источники излучения сейсмических волн размещают на двух шарнирно связанных между собой платформах.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении наземных сейсморазведочных работ. Заявленный способ для использования в наземной сейсморазведке включает в себя этап, на котором передают множество команд управления источниками во множество источников сейсмических сигналов по сети VHF/IP с использованием протокола UDP без запоминания состояния.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для проведения сейсморазведочных работ. Сейсмический вибратор имеет излучающую плиту, по меньшей мере, с четырьмя виброизолирующими опорами, изолирующими раму от излучающей плиты.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для возбуждения сейсмических волн в сейсморазведке. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при разведке и разработке залежей углеводородов. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для генерации сложных зондирующих сигналов. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе проведения сейсморазведочных работ. .

Изобретение относится к области геофизических исследований и может быть использовано для возбуждения сейсмических волн в скважинах. .

Изобретение относится к устройствам для генерирования сейсмической энергии. .

Изобретение относится к горному делу, в частности к угольной промышленности и может быть использовано при подготовке угольных пластов к отработке для интенсификации процессов отбойки и выпуска угля при выемке угольных пластов крутого залегания способами подэтажного обрушения.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении морских сейсморазведочных работ. Предложена методика морской сейсмической разведки с использованием одного или более морских сейсмических вибраторов. При этом функция свипирования для вибратора основывается на требовании к качеству, которое может быть требованием к качеству конечного изображения или требованием к воздействию на окружающую среду. Функция свипирования может быть нелинейной, а энергетический спектр может не соответствовать энергетическому спектру пневмопушки. Технический результат - повышение точности и достоверности разведочных данных. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ для обнаружения месторождений нефти и газа. Предложены способ и устройство для морской сейсмической разведки с использованием одного или более перемещающихся морских сейсмических вибраторов. При этом функция свипирования для вибратора основывается на критерии допустимого размытия и является нелинейной функцией, осуществляющей свипирование по частоте сверху вниз. Полученные данные могут использоваться непосредственно без очистки или могут быть легко и просто очищены. Технический результат - повышение точности разведочных данных. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для поисков и разведки месторождений нефти и газа. Заявленный способ вибрационной сейсморазведки основан на возбуждении и регистрации сейсмических колебаний в широкой полосе частот, расширенной в область низких частот, и на формировании колебаний с фиксированной амплитудой реактивной массы виброисточника, передающей возбуждаемые колебания в горные породы через опорную плиту виброисточника. Для этого возбуждаемые непрерывные колебания разделяют на два интервала, один из которых соответствует низкочастотной части рабочей полосы частот, а другой интервал соответствует более высокочастотной части. При этом изменения амплитуды возбуждаемых колебаний и их частоты от времени в низкочастотной части подбирают в виде нелинейной зависимости из условия постоянства амплитуды хода реактивной массы, а в остальной части диапазона возбуждаемых колебаний зависимость амплитуды и частоты от времени устанавливают линейной либо также изменяющейся по нелинейному закону. В одном из воплощений способа граничную точку перехода от нелинейной части возбуждаемых колебаний в линейную выбирают исходя из зависимости хода реактивной массы виброисточника от частоты. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Заявлен способ фазовой модуляции при одновременных вибросейсмических исследованиях, содержащий этапы, при выполнении которых одновременно образуют первый сейсмический свип-сигнал с помощью первого сейсмического источника и второй сейсмический свип-сигнал с помощью второго сейсмического источника, отличного от первого сейсмического источника, с относительным сдвигом фаз относительно первого сейсмического свип-сигнала. При этом сдвиг фаз изменяют во время одновременного свипирования. Технический результат - повышение точности разведочных данных. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для проведения сейсморазведки. Выбирают стандартную систему наблюдений, содержащую источники сейсмических сигналов, расположенные на поверхности возбуждения, и приемники сейсмических сигналов, расположенные на поверхности наблюдения, и задают кратность сейсмической съемки. Выбирают размер бина сейсмической съемки для отражающей границы и разбивают отражающую границу на бины, имеющие выбранный размер. Методом компьютерного моделирования выполняют трассировку лучей из каждого приемника в каждый бин на отражающей границе и осуществляют продолжение отраженного луча от отражающей границы до поверхности возбуждения. С помощью компьютерной программы рассчитывают плотность расположения источников на поверхности возбуждения и с учетом рассчитанной плотности расположения источников осуществляют размещение источников на поверхности возбуждения для выбранной системы наблюдений, обеспечивающее заданную кратность съемки. Технический результат - повышение точности и достоверности восстановления геологических объектов. 9 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведки. Выбирают стандартную систему наблюдений, содержащую источники сейсмических сигналов, расположенные на поверхности возмущения, и приемники сейсмических сигналов, расположенные на поверхности наблюдения, и задают кратность сейсмической съемки. Выбирают размер бина сейсмической съемки для отражающей границы и разбивают отражающую границу на бины, имеющие выбранный размер. Методом компьютерного моделирования выполняют трассировку лучей из каждого источника в каждый бин на отражающей границе и осуществляют продолжение отраженного луча от отражающей границы до поверхности наблюдения. С помощью компьютерной программы рассчитывают плотность расположения приемников на поверхности наблюдения и с учетом рассчитанной плотности расположения приемников осуществляют размещение приемников на поверхности наблюдения для выбранной системы наблюдений, обеспечивающее заданную кратность съемки. Технический результат - повышение точности и достоверности восстановления геологических объектов. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Приведено описание способа проведения сейсмической разведки. Способ использует множество групп вибраторов для проведения сейсмической разведки с применением низкочастотных вибраторов и высокочастотных вибраторов в каждой группе вибраторов. Множество групп вибраторов непрерывно посылают низкочастотные свип-сигналы с помощью низкочастотных вибраторов. Во время посылания низкочастотных свип-сигналов высокочастотные вибраторы испускают высокочастотные сигналы в шахматном порядке между группами вибраторов для увеличения спектра сейсмической разведки. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх