Импульсный источник поперечных сейсмических волн



Импульсный источник поперечных сейсмических волн
Импульсный источник поперечных сейсмических волн
Импульсный источник поперечных сейсмических волн
Импульсный источник поперечных сейсмических волн
Импульсный источник поперечных сейсмических волн
Импульсный источник поперечных сейсмических волн

 


Владельцы патента RU 2534000:

Ивашин Виктор Васильевич (RU)
Иванников Николай Александрович (RU)

Изобретение относится к устройствам для генерирования сейсмической энергии невзрывного типа, создающим поперечные сейсмические волны импульсным механическим воздействием на поверхность грунта. Сущность: импульсный источник поперечных сейсмических волн содержит опертый через колеса (7, 8) на жесткую плиту-излучатель (2) пригруз (9) с индуктором (10) индукционно-динамического двигателя. Якорь двигателя выполнен в виде пластины (5) из электропроводящего материала и закреплен на боковой стороне передней (4) стойки плиты (2). Задняя (6) стойка выполнена наклонной к плите (2) с возможностью перемещения по ней пригруза (9) с поднятием его центра тяжести. Нижняя поверхность плиты (2) снабжена зубьями (3) с возможностью погружения их в грунт (1). Технический результат: повышение технических характеристик и сейсмической эффективности источника. 7 ил.

 

Изобретение относится к области сейсморазведки, а именно к невзрывным сейсмо-источникам, создающим сейсмические волны поперечного типа импульсным механическим воздействием на поверхность грунта.

Известен принятый за аналог импульсный невзрывной сейсмоисточник (патент РФ №2233000, Б.И. №20, 2004 г.), содержащий жесткую излучающую плиту, опертый на нее пригруз, односторонний демпфер и импульсный электромагнитный двигатель, магнитопровод индуктора которого с обмоткой возбуждения закреплен на верхней стороне пригруза. На плите выполнены две жесткие стойки, на которые оперт магнитопровод якоря двигателя, отделенный от магнитопровода индуктора воздушным зазором. Пригруз снабжен консолью, конец которой посредством осей соединен со стойкой на плите. Плита выполнена клинообразной формы, и ее верхняя поверхность расположена под углом к нижней поверхности, на которой имеются зубья-выступы с возможностью их погружения в грунт. При нормальном направлении развиваемой двигателем силы, создаваемой на верхнюю поверхность плиты, ее вертикальная составляющая создает в грунте в основном продольную сейсмическую волну. А деформация грунта зубьями плиты вдоль его поверхности, создаваемая горизонтальной составляющей силы двигателя, сопровождается созданием поперечной сейсмической волны.

Этому техническому решению присущ ряд недостатков, снижающих его сейсмическую эффективность, надежность и возможные области применения.

Низкое значения отношения создаваемой электромагнитным двигателем силы к массе магнитопровода его якоря приводит, как следствие, к тому, что масса якоря составляет значительную часть массы плиты и, соответственно, к снижению механического воздействия плитой на грунт.

Ударные механические воздействия между магнитопроводами якоря и индуктора в момент выбора зазора снижают долговечность работы сейсмоисточника и вызывают значительный акустический шум, потери энергии.

Плита-излучатель создает механический импульс воздействия на грунт под углом α к его поверхности, при этом горизонтальная составляющая импульса N2=NSinα обычно существенно меньше вертикальной, что снижает сейсмическую эффективность сейсмоисточника.

Известно принятое за прототип техническое решение источника поперечных сейсмических волн (патент РФ №2457512, Б.И. №21, 2012 г.), содержащее жесткую плиту-излучатель со стойками, опертую на плиту с возможностью перемещения вдоль нее пригрузочную массу (пригруз), односторонние демпферы и импульсный электромагнитный двигатель, магнитопровод индуктора с обмоткой возбуждения которого закреплен на боковой поверхности пригруза. Магнитопровод якоря двигателя посредством пружин прижат к стойке плиты и отделен от магнитопровода индуктора воздушным зазором. При подаче в обмотку возбуждения двигателя импульса тока между его магнитопроводами индуктора и якоря создается притягивающая сила. В течение времени выбора зазора при встречном движении индуктора с пригрузом и якоря развиваемая двигателем сила передается от якоря через стойку на плиту, что приводит к горизонтальному смещению плиты, деформации грунта зубьями на плите и созданию в нем поперечной сейсмической волны. В момент выбора зазора происходит ударное взаимодействие магнитопроводов индуктора и якоря с последующим отрывом якоря от стойки на плите, после чего движение пригруза с индуктором и якоря тормозятся пружинами и демпфером и он возвращается в исходное положение под действием мощных пружин.

Техническому решению по прототипу, как и по аналогу, присущи недостатки, обуславливаемые большой массой якоря электромагнитного двигателя и ударным взаимодействием между магнитопроводами индуктора и якоря, снижающими механическое воздействие плитой на грунт, долговечность (надежность) сейсмоисточника и его сейсмическую эффективность. Кроме этого, необходимость применения мощных пружин для торможения послеударного движения пригруза с индуктором и якоря и возврата их в исходное положение усложняет конструкцию сейсмоисточника и его эксплуатацию.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение сейсмической эффективности сейсмоисточника, надежности его эксплуатации и расширение возможности применения.

Техническим результатом является повышение коэффициента передачи механической энергии импульсного двигателя сейсмоисточника в энергию механического воздействия плитой сейсмоисточника на грунт, отношения создаваемой двигателем силы к весу сейсмоисточника, повышение его надежности, снижение создаваемых волн-помех и расширение возможности его применения.

Решение поставленной задачи обеспечивается за счет того, что сейсмоисточник поперечных сейсмических волн содержит жесткую плиту-излучатель с зубьями на ее нижней поверхности и с первой и второй стойками на ее соответственно передней и задней частях верхней поверхности, расположенный над плитой пригруз, установленный между пригрузом и плитой односторонний демпфер, закрепленный на обращенной к первой стойке стороне пригруза индуктор с обмоткой возбуждения импульсного двигателя. Обращенная к первой стойке сторона второй стойки выполнена наклонной к плите, пригруз снабжен колесами с возможностью перемещения задней части пригруза по наклонной стороне задней стойки, а передней части - по поверхности плиты, а якорь двигателя выполнен в виде прилегающей к обмотке возбуждения пластины из материала с высокой электропроводностью и закреплен на первой стойке.

Получение технических результатов достигается за счет нескольких взаимосвязанных факторов. Применение индукционно-динамического двигателя, имеющего более высокое, чем в прототипе, отношение создаваемой им силы к массе якоря, обеспечивает повышение коэффициента передачи механической энергии двигателя в энергию воздействия плитой сейсмоисточника на поверхность грунта и увеличение отношения создаваемой двигателем силы к весу сейсмоисточника. Поскольку создаваемая индукционно-динамическим двигателем сила расталкивает его якорь и индуктор, то при работе двигателя в составе сейсмоисточника, в отличие от применяемого в прототипе двигателя электромагнитного типа с притягивающей якорь и индуктор силой, между якорем и индуктором не создается жестких механических ударов, что повышает надежность работы сейсмоисточника и уменьшает ухудшающий эксплуатацию сейсмоисточника акустический шум. Применение стойки с наклонной к плите стороной для перемещения по ней на колесах задней части пригруза обеспечивает необходимое снижение скорости ускоренного силой двигателя пригруза и преобразование его кинетической энергии в потенциальную энергию гравитации. Причем в сравнении с прототипом необходимое снижение скорости достигается без применения мощных пружин, что упрощает конструктивное решение сейсмоисточника и повышает надежность его работы. Кроме этого, при перемещении пригруза на плиту не создается в горизонтальном направлении значительных, создающих волны-помехи, механических воздействий, снижающих сейсмическую эффективность сейсмоисточника.

На фиг.1 приведен вид на сейсмоисточник сбоку; на фиг.2 - вид сверху; на фиг.3 показан характер изменения действующей на плиту силы, скорости деформации грунта зубьями плиты и перемещения пригруза вверх в вертикальной плоскости; на фиг.4, 5, 6 и 7 приведены некоторые варианты выполнения и размещения на индукторе обмотки возбуждения импульсного двигателя.

Сейсмоисточник устанавливается на поверхности грунта 1 и содержит жесткую плиту 2 с частично погруженными в грунт зубьями 3, выполненными на ее нижней поверхности. На передней части плиты выполнена стойка 4, на которой закреплена пластина 5 из материала высокой электропроводности, выполняющая функцию якоря импульсного двигателя. На задней части плиты выполнена стойка 6, обращенная к стойке 4 сторона которой выполнена наклонной, например с некоторым радиусом кривизны так, что плавно переходит в плоскость плиты 2. На плиту 2 через колеса 7 и 8 опирается пригрузочная масса (пригруз) 9, на передней торцевой части которой закреплен прилегающий к пластине 5 индуктор 10 с обмоткой возбуждения 11 импульсного двигателя. На задней части сейсмоисточника между пригрузом 9 и плитой 2 установлен односторонний демпфер 12. Между пригрузом 9 и стойкой 4 установлена пружина растяжения 13. Сейсмоисточник снабжен системой автономного питания (на фиг.1 и фиг.2 не показана) обмотки возбуждения 11 двигателя импульсным током необходимой величины и длительности, которая может быть размещена, например, в полости 14 пригруза 9 (на фиг.1 показана пунктиром).

Сейсмоисточник работает следующим образом. В исходном положении он расположен на грунте 1 так, что зубья 3 плиты 2 частично погружены в грунт 1. В необходимый момент времени t0 (фиг.3) по сигналу с сейсмостанции в обмотку возбуждения 11 двигателя сейсмоисточника (фиг.1 и фиг.2) от системы питания подается импульс тока 17, который создает вокруг обмотки 11 импульсный магнитный поток 16 (фиг.1), проходящий через область прилегания пластины 5 якоря двигателя к обмотке 11. При этом ввиду экранирующего действия пластины якоря в ней индуктируется электрический ток и между обмоткой возбуждения 11 и якорем 5 создается расталкивающая их пондеромоторная сила 15 (фиг.3)

P(t)=(i2/2)·(dL(x)/dx), (1)

где dL(x) - эквивалентная индуктивность обмотки возбуждения;

i - ток в обмотке, а х- направление действия силы.

Действующая на якорь сила P(t) двигателя через стойку 4 передается на плиту 2, что приводит к ее перемещению в горизонтальной плоскости вправо и вызывает соответствующую деформацию грунта погруженными в него зубьями 3 и формирование в грунте поперечной сейсмической волны. Интенсивность сейсмической волны пропорциональна квадрату скорости деформации грунта, которая не должна существенно превышать значений, при котором грунт проявляет свои упругие свойства и в нем не возникают значительные потери энергии на неупругую составляющую деформации. Поскольку грунт обладает упругими свойствами, то после сжатия грунта плита возвращается в положение, близкое к исходному. Характерная скорость 18 деформации грунта зубьями плиты приведена на фиг.3. Быстрое затухание скорости 18 обусловлено потерями энергии движения плиты на неупругие деформации грунта и излучение сейсмической волны.

Под действием механического импульса N силы P(t)

пригруз 9 массой m с индуктором 5 ускоряется за время t1 до скорости, близкой к максимальной

Vm=N/m. (3)

Его кинетическая энергия

Дальнейшее движение пригруза на колесах 8 по наклонной поверхности с радиусом кривизны r (фиг.1) сопровождается его смещением влево и вверх, уменьшением скорости и преобразованием кинетической энергии в потенциальную энергию гравитации. В результате центр тяжести пригруза перемещается в вертикальной плоскости из положения y1 в у2 на высоту Нm, зависящую от кинетической энергии Аk пригруза.

Hm=Ak/(m·g), (5)

где g - ускорение в поле тяготения.

Движение пригруза по наклонной поверхности стойки 6 с радиусом кривизны r сопровождается созданием силы на стойку 6, вертикальная составляющая которой создает дополнительное к силе веса плиты и пригруза прижатие задней части плиты к грунту, что улучшает механическую связь зубьев 3 плиты с грунтом и условия формирования сейсмической волны.

С момента времени t2, перемещение 19 центра тяжести пригруза на высоту Нm (фиг.3), пригруз перемещается по наклонной поверхности стойки 6 вниз в его исходное положение на плите. При этом скорость его движения ограничивается односторонним демпфером 12 с целью уменьшения механического ударного воздействия индуктора 10 с закрепленной на стойке 4 пластиной 5 якоря двигателя.

При горизонтальном положении плиты сейсмоисточника на грунте, а также в случае, когда задняя часть плиты относительно передней расположена выше, то есть поверхность плиты образует некоторый угол к горизонту, возврат пригруза в исходное положение и его прижим к стойке 4 с якорем 5 обеспечивается силой веса пригруза. В случае, когда плита лежит на грунте не горизонтально, а ее передняя часть расположена под углом к горизонту, прижим пригруза к стойке 4 обеспечивается пружиной 13.

Приложение к стойке 4 силы P(t) двигателя создает на плиту момент

М=P(t)·а, (6)

где а - расстояние от середины обмотки возбуждения до плиты (фиг.4),

что приводит к дополнительной нагрузке грунта под передней частью плиты и разгрузке его под задней ее частью.

Для уменьшения момента M и сил, создаваемых на грунт в вертикальном направлении передней и задней частями плиты, обмотка возбуждения может быть выполнена в виде не одной, а нескольких одновременно работающих секций (фиг.5 и фиг.6) меньшего диаметра, размещенных в пазах индуктора 10. На фиг.4,а показано размещение на индукторе одной секции. На фиг.4,б показано поперечное сечение индуктора 10 с одной секцией 11 (вид сбоку). Под индуктором показано размещение плиты 2 на расстоянии а от середины обмотки 11. На фиг.5 и фиг.6 показано размещение соответственно двух и трех секций обмотки меньшего диаметра, что позволяет уменьшить расстояние а плиты от середины секций обмотки и создаваемый по (6) момент. На фиг.7 показана возможность применения одной некруговой обмотки, горизонтальный размер которой существенно превышает вертикальный.

Уменьшение расстояния а от середины обмотки возбуждения до плиты приводит к уменьшению высоты h (фиг.4) сейсмоисточника, увеличению его ширины b и площади плиты-излучателя, что улучшает компоновку и позволяет (при большей площади плиты) увеличивать мощность сейсмоисточника за счет применения двигателя с большей создаваемой силой.

При размещении сейсмоисточника на транспортном средстве, оснащенном спуско-подъемным устройством для обеспечения спуска сейсмоисточника на грунт, плита сейсмоисточника может подгружаться весом транспортного средства, что улучшает связь зубьев 3 плиты с грунтом 1. Зубья 3 целесообразно выполнять треугольной формы с возможностью их постепенного погружения в грунт по мере работы сейсмоисточника.

При необходимости создавать сейсмические воздействия на грунт противоположного направления необходимо устанавливать два сейсмоисточника, один из которых должен создавать сейсмические воздействия в одну сторону, а второй - в противоположную.

Более высокие в сравнении с прототипом технико-экономические и сейсмические показатели предложенного технического решения обусловлены тем, что применение индукционно-динамического двигателя, обеспечивающего возможность получения небольшого веса якоря при необходимой силе и расталкивающую якорь и индуктор силу, позволило создать конструктивное решение сейсмоисточника с горизонтально ориентированной силой необходимой длительности, а выполнение на плите наклонной стойки решило задачу преобразования кинетической энергии движения пригруза в потенциальную энергию силы тяжести без создания значительных воздействий на плиту сейсмоисточника после создания рабочего силового импульса на грунт.

Для примера, импульсный сейсмоисточник поперечных сейсмических волн по предлагаемому техническому решению при массе якоря двигателя 50 кг, массе плиты 200 кг и массе пригруза 500 кг создает силу на плиту до 25·104Н при весе сейсмоисточника 750 кг.

Импульсный источник поперечных сейсмических волн, содержащий жесткую плиту-излучатель с зубьями на ее нижней поверхности и с первой и второй стойками на ее соответственно передней и задней частях верхней поверхности, расположенный над плитой пригруз, установленный между пригрузом и плитой демпфер и закрепленный на обращенной к первой стойке передней части пригруза индуктор импульсного двигателя с обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что обращенная к первой стойке сторона второй стойки выполнена наклонной, пригруз выполнен с колесами, причем колеса на задней части пригруза имеют возможность катиться по наклонной стороне второй стойки, а якорь двигателя выполнен в виде прилегающей к обмотке возбуждения пластины из материала высокой электропроводности и закреплен на первой стойке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Заявлен импульсный невзрывной наземный сейсмоисточник, содержащий жесткую излучающую плиту, опертый на нее защитный кожух, пригрузочную массу (пригруз) и индукционно-динамический двигатель со схемой его питания, помещенный между плитой и пригрузом с возможностью создания между ними импульсной силы.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для проведения сейсморазведочных работ. Сейсмоисточник содержит жесткое основание с полостями на его поверхности, опертый на основание пригруз и индукционно-динамический двигатель, катушка возбуждения которого помещена на нижней поверхности пригруза и прилегает к закрепленной на основании пластине якоря, выполненной из электропроводного материала.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при сейсморазведочных работах на акватории. Заявлен импульсный сейсмоисточник для водной среды, содержащий герметичный корпус, днище которого выполнено в виде эластичной мембраны, и помещенный внутри корпуса индукционно-динамический двигатель.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ в водной среде. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании объектов машиностроения, стройиндустрии, бытовой техники и других изделий на вибропрочность и виброустойчивость.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. .

Изобретение относится к области сейсморазведки, а именно к невзрывным источникам сейсмических волн (сейсмоисточникам), создающим сейсмические волны механическим импульсным воздействием на поверхность грунта посредством плиты-излучателя.

Изобретение относится к области сейсморазведки, а именно к невзрывным сейсмоисточникам, создающим сейсмические волны механическим импульсным воздействием на поверхность грунта.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Заявлен электросейсмоисточник, содержащий излучающую плиту с грунтозацепами, инертную массу, электродинамический формирователь силовых импульсов, амортизаторы, гидравлический трансформатор силовых импульсов. Электродинамический формирователь силовых импульсов выполнен в виде силового броневого трансформатора с первичной обмоткой на среднем стержне, а вторичная силовая обмотка выполнена в виде прямоугольного короткозамкнутого токопроводящего витка. Прямоугольный короткозамкнутый токопроводящий виток своим нижним торцом оперт на нетокопроводящую пластину, которая уложена на силовую платформу со штоком гидроцилиндра малого диаметра с поршнем меньшего диаметра. Гидроцилинцр меньшего диаметра расположен на гидроцилиндре большего диаметра. Полость между поршнями заполнена гидрожидкостью повышенного давления. Излучающая платформа снабжена пустотелыми штангами, размещенными в инертной массе, внутри которой в нижней части закреплен гидроцилиндр большего диаметра, а в верхней части закреплен магнитопровод силового броневого трансформатора. Магнитопровод с первичной катушкой и короткозамкнутым токопроводящим витком заполнены охлаждающей жидкостью. Инертная масса в нижней и верхней частях снабжена амортизаторами и демпферами. Технический результат - повышение эффективности сейсмоисточника за счет увеличения частотных и амплитудных усилий возбуждаемых колебаний. 2 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть предназначено для выполнения сейсморазведочных работ. Импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом содержит жесткую плиту - излучатель сейсмических волн, пригруз, демпферы, электрическую систему питания, состоящую из зарядного устройства и конденсаторной батареи, и электромеханический преобразователь. В устройстве излучатель выполнен в виде полого короба с плоским днищем. Внутри короба в центре размещен пригруз переменной массы, а по разные стороны от пригруза размещены зарядное устройство и конденсаторная батарея. Электромеханический преобразователь выполнен в виде короткоходового импульсного электродвигателя, состоящего из якоря и индуктора, который составляет единое целое с пригрузом. Индуктор имеет пазы на стороне, обращенной к якорю, в которых размещена катушка возбуждения. Между якорем и индуктором размещены пластины с возможностью регулирования рабочего зазора между якорем и индуктором, зарядное устройство с конденсаторной батареей соединено силовым кабелем с катушкой возбуждения. Технический результат - повышение эффективности работы сейсмоисточника. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к импульсным электромеханическим преобразователям индукционно-динамического типа и может быть использовано в импульсных приводах, создающих периодические импульсные воздействия на рабочий объект, например в наземных и водных источниках сейсмических волн и промышленных виброимпульсных технологических установках. Технический результат - повышение надежности обмотки возбуждения двигателя. Индукционно-динамический двигатель содержит неэлектропроводный жесткий корпус индуктора с прикрепленной к нему многовитковой однослойной обмоткой цилиндрической формы, к торцевой поверхности которой прилегает электропроводная пластина якоря двигателя. Провод обмотки возбуждения двигателя помещен в спиралевидный паз, выполненный на обращенной к якорю плоской поверхности корпуса индуктора. 3 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для работы в многоволновой сейсморазведке при поиске нефти и газа. Устройство излучения поперечных сейсмических волн содержит излучающее тело с электродинамической системой преобразования электрической энергии в механическую, группы импульсных невзрывных управляемых источников, включающих индукторы и якоря электромагнитов, опорную плиту. В качестве излучающего тела использован корпус устройства, жестко соединенный с неподвижным основанием, а подвижное основание установлено с возможностью перемещения в направлении неподвижного основания. В устройство также включены качающаяся поворотная рама, опорные наклонные стойки и шарниры. Причем опорная плита выполнена в виде двухполозных саней, соединяемых в одну конструкцию рамой, на которой установлено помещение с электрооборудованием, обеспечивающее работу силового привода источника. В полости полозьев с отклонением от вертикали установлены силовые приводы, выполненные на базе тяговых электромагнитов. Якоря электромагнитов опираются своей конструкцией на опорные наклонные стойки, закрепленные на полозьях саней, которые выполняют функцию опорной плиты источника, а индукторы соединены шарнирно с полозом через качающуюся поворотную раму. Технический результат - повышение эффективности возбуждения сейсмических волн. 2 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может применяться при проведении работ в морской сейсморазведке на нефть и газ. Работа заявленного устройства основана на использовании сил отталкивания, возникающих в источнике возбуждения импульса силы, расположенном в герметичном корпусе, и передающихся на исследуемую среду в виде импульсов давления, возбуждая в ней упругие колебания в нужном направлении. Величина импульсов давления и направление распространения упругих колебаний обеспечивается тем, что за счет выполнения герметичного корпуса соответствующей формы окружающая водная среда используется в качестве опорной поверхности, создающей сопротивление перемещению герметичного корпуса в направлении поверхности водной среды. Устройство содержит плавающее средство, герметичный корпус, в котором размещен источник возмущающих импульсов, лебедку. При этом герметичный корпус выполнен из двух частей, имеющих возможность взаимного перемещения вдоль вертикальной оси в противоположные относительно друг друга стороны, а верхняя поверхность корпуса значительно превосходит по площади его нижнюю поверхность. Технический результат - повышение качества получаемой информации. 2 ил.
Наверх