Дата опубликования описания 17.07.80 (53) УДК 550.834 (088,8) Г. М. Кузнецов, P. А. Петрочук, Л. А. Афонин, Ю. Г. Штомпель и И. И. Рабин (72) Авторы . изобретения (7l) заявитель Грозненское, научно-производственное объединение

"Промавтоматика" (54) ВИБРАТОР ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изобретение относится к геофизичесКим приборам,. а именно к вибраторам для сейсмических исследований, включая глубинное сейсмическое зондирование.

Физический принцип работы известных . вибраторов основан на преобразовании тепловой или электрической энергии в механические колебания путем вращения не1 слабансированных масс, таких, как эксцентрик, или путем разгона с переменным ускорением больших масс. При этом двиt0 жушая сила, под действием которой с переменным во времени ускорением:разгоняет» ся масса, создается электродинамическим или гидродинамическим способами. Так, 15 например, известная сейсмическая вибрационная система (1) устанавливается на раме автомобиля, содержит два двухходовых рабочих цилиндра, которые с одного конца шарнирно закреплены на раме, а с другого конца зафиксированы в поперечине. Нижняя часть вибратора имеет плиту, устанавливаемую на земле под подьемньми цилиндрами, которые изолированы от

2 вибраторов и основания во время работы устройства. В процессе вибровоздействия

1 машин от вибраторов изолируется воздушными амортизаторами.

Известен другой сейсмический источник

I 2), возбуждающий сейсмический car нал посредством вибрации инерционной массы, обладающей настраиваемым резонансом в диапазоне генерируемых частот.

Однако известным вйьраторам присущ общий существенный недостаток: значительная металлоемкость, громоздкость, следствием чего является низкая мобиль ность, подвижность,.что затрудняет использование таких вибраторов на местности со сложным рельефом, в условиях бездорожья, Другим существенным недостатком известных вибраторов является узкий частот- ный диапазон, что ограничивает возможность согласования выходного импеданса вибратора с волновым сопротивлением породы, в которой происходит возбуждение . упругих колебаний, так как волновое соп10 ф вдоль стенки сопла, в,то время как основная площадь сопла не подвергается возмущающему воздействию вдавливаемого сыпучего материала, что не обеспечивает повышения эффективности модуляции тяги, а только усложняет конструкцию и приводит к быстрому износу за счет абразивных свойств стенок сопла. Огсутствутог элементы оптимального регулирования, что исключает возможность синхронизации одновременной работы нескольких вибраторов при формировании направленного виброизлучения, что имеет важное значение для глубинного сейсмического зон-. ди ров ания.

Белью изобретения является повьппение мобипьйости, компактности, снижение веса при значительном увеличении полезной мощности; зпачительное расширение частотного диапазона работы, расширение возмо>кности генерирования разпичных (АМ,Ц М ) видов колебаний; значительное повышение устойчивости работы в широких диапазонах модуляции реактивной силы тяги»

Цель достигается тем, что в предлагаемом вибраторе в станине, связанной с рамой посредством преобразователей силы, параллельно осям сопел смонтирован вап, снабженный в верхней части управляемым многолопастным отклонителем газового потока, расположенным над соплами, нижний конец вала соединен с управляемым приводом, причем реактивные двигатели снабжены выдвижным телескопическим воздухозаборником, а преобразовате ли силы, многопопастной отклонитель линией связи соединены с блоком управления.

Управляемый привод выполнен s виде электродвигателя, муфта кс горого снабжена управляемым тормозом и преобразователем оборотов.

Многолопастной отклонит ель дополнительно снабжен регулируемыми лопатками.

На фиг. 1 показан описываемый для сейсмических исследований общий внд; на фиг. 2 - вид снизу многолопастного отклонителя; на фиг. 3 - сечение лопасти многолопасгного откпонителя.

Вибратор для сейсмических исследовагий состоит из платформы 1, снабженной выдвижными шасси (колесами) 2 и 3, связанными с ней посредством рам C и 5, и гидравлическими приводами 6 и 7. В центрапьной части платформы 1 смонтира вана станина 8. Между основанием стани ны 8 и платформой 1 установлены: преобразователи 9 и 10 силы. На станИне 8

3 7483 роти: ление верхнепежаших пластов пород, выходящих на дневную поверхность, зависит от их плотности, которая колеблется для различных районов в широких пределах»

К существенным недостаткам иэвест5 ных устройств следует отнести и то, что иэ-эа больших инертных масс с их помощью сложно генерировать амплитудно-модулированные или частотнь-модулированные о механические колебания, что ограничивает возможную область использования известных вибраторов.

Наличие больших масс, подвергаемых разгону, затягивает во времени переход- 15 ный процесс при формировании переднего и заднего фронтов колебаний, что значительно затрудняет получение.группы импульсов, это ограничивает возможности применения известных вибраторов при глу- ге бинном зондировании земной коры.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является вибратор для сейсмических исследований, содержащий платформу с убирающимися шасси, HG станине которой диаметрально противоположно соплами вверх расположены реактивные двигатели и блок управления работой реактивных двигателей, смонтированный на тягаче (3) . Модулирование реактивной зо силы двигателя осуществляется ползунком периодически по гармоническому закону, перекрывающим сечение канала горючей смеси, а для увеличения реактивной силы червячный вал сообшает продольные пере35 мещения поршню, вдавливающему сыпучий материал в раструб сопла двигателя, шаг резьбы которого изменяется также по гармоническому закону.

Существенным недостатком такого из- 4О вестного реактивного возбудителя гармонических упругих колебаний является узкий рабочий диапазон модуляции реактивной силы за счет нарушения устойчивости горения в камерах сгорания двигателя и невозможность генерирования более высоких частот по сравнению с инерционными вибраторами, что все вместе исключает возможность согласования волнового импеданса гакого устройства с волновым 50 сопротивлением почвы» Увеличение же реактивной силы эа счет вдавливания в сопло негорючих сыпучих компонентов практически неэффективно, так как в силу несоизмеримой разницы между скоростью истечения газов (более 1000 мlс) и око ростью вдавливания сыпучего материала (меньше метра в се ) сыпучий материал в основном тонким споем истекает

5 -48310 6 диаметрально противоположно подвешены лирования частотой тока и уровнем питареактивные двигатели 11 и 12, сопла 13 юшего напряжения на обмотках электриче и 14 которых направлены вертикально ского двигателя. вверх. Проходные каналы сопел 13 и 14 выполнены с перемейным геометрическим При вращении вала 15 лопастного m сечением. В центральной части станины клонителя 16 газового потока лопасти 17

8 смонтирован вертикально вал 15, на периодически с частотой верхний конец которого жестко насажен, . =.Н щ, управляемый многолопастной отклонитель

16 газового потока. Лопасти 17 (фиг.2) о где h - число оборотов в секунду вша тклонителя 16 выполнены в виде (фиг. 3) привода (отклонителя), направляющих криволинейных поверхнос- д - число лопастей отклонителя, безтей 18, плоскости которых ориентированы ударно отклоняют газовый поток с выхода навстречу газовому потоку и посредством сопел 13 ч 14 реактивных двигатепей 11 ребер 19 жесткости прочно соединены со <> и 12, при этом изменяется направление ступицей 2О. Нижний конец вала 15 пос- реактивной тяги с вертикального на горедством муфты соединен с валом приво- ризонтальное, а так как газовые потоки да 21. Муфта вала 15 снабжена управля- одновременно отклоняются в противоположемым тормозом 22 и преобразователем ные стороны, то силы, развиваемые ими, 23 оборотов. Реактивные двигатели 1 1 и взаимно компенсируются, в результате

12 снабжены выдвижным телескопическим чего с частотой g происходит модуляция воздухозаборником 24. Преобразоватепи в вертикальном направлении реактивной

9 и 10 силы и преобразователи 23 обо- силы. Балансировка реактивной тяги; разротов, гидравлические приводы 6 и 7 и . виваемой каждым реактивным двигателем, реактивные двигатели 11 и 12 линией >> осуществляется блоком 26 управления по

25 связи соединены с блоком 26 уп- информации, поступающей от преобраэоваравпения работой реактивных двигателей телей 9 и 10 силы. Так как реактивные и блоком 27 управления приводом лопаст- двигатели 11 и 12 позволяют осущест- ного отклонителя потока, которые смон- влять необходимую модуляцию реактивной тированы в кузове тягача 28. Лопасти 17зо тяги за счет регулирования режима их раотклонителя 16 смонтированы на ступице боты, то синхронно во времени частично

20, жестко насаженной на вал 15. Нап- модулирувтся с частотой g реактивная тяЛ равляюшая поверхность 18 лопасти снаб- га, что повышает коэффициент полезного жена ребрами 19 жесткости, посредством действия. Через некоторое время т, боль которых связана со ступицей 20. Каждая шее периода между импульсами, привод лопасть 17 отклонителя 16 в зоне дейс 21 обесточивается, и вал 15 быстро ос ° вия потока газа дополнительно снабжена танавливается тормозом 22. регулируемыми малыми лопатками 29 Дпя снижения мощности привода 21 (фиг, 3), которые частично преобразуют улучшения динамики торможения вала 15 часть энергии потока газов в крутящий go часть энергии газового потока преобрамомент. эуется в крутящий момент, который регуВибратор для сейсмических исследова- лируечся по величине и направлению путем ний работает следующим образом. поворота регулирующих малых лопаток 28.

Платформа 1 посредством гидравличе- Угол наклона малых лойаток прй врасккх приводов 6 и 7 командой блока 26 4g шении обеспечивает дополнительный моуправления опускается на участок поверх- мент, совпадающий по направлению с моности почвы, подлежащей вибровоздейст- ментом привода 21, а при торможении вию. Выдвигается телескопический воз- угол изменяется так, что знак момента духоэаборник 24 и запускаются реактив- меняется на противоположный, что yMem ные двигатели 11 и 12, После вывода е шает время торможения. реактивных двигателей 11 и 12 на рабо- Таким образом, формируется группа чий режим растормаживается вал приво- колебаний. В случае необходимости привод да 21 тормозом 22 и осуществляется за- 21 вновь запускается с последующей быпуск привода 21. Контроль и регулирова- строй остановкой, тогда происходит периние оборотов вала привода 21 осушествля-gp одическое формирование целого ряда групп ются соответственно преобразователем 23 колебаний, оборотов блоком управления работой реак- При работе реактивных двигателей 11 тивных двигателей и приводом лопастного и 12 чистый воздух к ним подводится по агклонизеля потока, например, путем регу- выдвижному воздухозаборнику 24.

7 7483

I,-.>нтроль и управление работой привода 21 лопастного отклонителя 16 осуществляются блоком 27 управления лопастного отклонителя, который формирует необходимый режим работы электродвигателя.

Таким образом, в диапазоне 0-500 Гц с амплйтудой 20-50 тонн происходйт модуляция реактивной тяги при вибровоздействии на участок почвы. )6

Применение выходных сопеп 13 и 14 с переменным проходным сечением (т.е. с сужением их на выходе) позволяет увеличивать количество "лопастей 17, что расширяет частотный диапазон. Выполне- !5 ние.направляющих поверхностей и ребер

19 жесткости лопастей 17 с ориентацией . в плоскости вращения обеспечивает ле кость и минимальные потери энергии при их вращении. Синхронное управление ра» 20 ботой нескольких вибраторов позволит формировать направленный "вибролуч" большой икеенсивности.

Изменяя частоту тока и амплитуду напряжения на обмотках привода 21, можно 25 формировать суммарную реактивную силу тяги, реализуя частотную или амплитудную модуляцию, что значительно расширяет возможности вибратора при согласовании его импеданса в волновых сопротивлениях 30 пород. Высокая компактность реактивных двигателей 11 и 12 при высокой Удельной мощности обеспечивает мобильные характеристики вибратора. Применениевибратора позволит без нарушения земной поверхности проводить глубинное сейсмозондирование недр.

Формула изобретения

Вибратор для сейсмических исследований, содержащий платформу с убирающи- 46

l0 мися шасси, на станине которой диаметрально противоположно соплами вверх расположены реактивные двигатели в блок управления работой реактивных двигателей, смонтированный на тягаче, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и типов модуляции возбуждаемьк сигналов, повышения надежности и устойчивости работы, в станине, связанной с платформой посредством преобразователей силы, параллельно осям сопап смонтирован вал, снабженный в верхней части управляемым многопопасг - ным отклонителем газового потока, расположенным над соплами, а нижний конец вала соединен с управляемым приводом, причем реактивные двигатели снабжены выдвижным телескопическим воздухоза- . борником, а преобразователи силы, мно гоаопастной отклонитель линией связи соединены с блоком управления, 2. Вибратор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что управляемый привод выполнен в виде. электродвигателя, муфта которого снабжена управляемым тормозом и преобразователем оборотов, 3. Вибратор по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что многолопастной отклонитель дополнительно снабжен регулируемыми лопатками.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CIIIA М 3777843, кл, 181-0.5, опублик, 1973.

2, Патент CIIIA Ми 3578102,, кл 18 1-0.5, опублик 1 973, 3. Авторское свидетельство СССР

% 172066, кл, Ц 01 Ч 1/04, 1965 (прототип) .

Р,5 11 Я Р1 Ю Q ф 1 3

4Ы2

Составитель JL Солодилов

Редактор М. Батанова Техред М. Кузьма Корректор Г. Назарова

Заказ 4232/33 Тираж 649 . Подписное

0НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

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

Филиал ППП Патент r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источник с управляемым частотным спектром импульсов давления // 744400

Источник возбуждения упругих волн // 744399

Электрогидравлический буксируемый в воде источник акустических импульсов // 723472

Поверхностный источник сейсмических сигналов // 723471

Источник сейсмических сигналов // 721789

Источник сейсмических сигналов // 716011

Гидроударный источник акустических сигналов // 714319

Источник сейсмических сигналов // 711513

Гидравлический источник сейсмических сигналов // 699460

Способ возбуждения сейсмических колебаний // 2108601

Изобретение относится к области геофизической техники, в частности к сейсморазведке, а именно к способам механического возбуждения сейсмических колебаний исполнительным механизмом (излучателем), погружаемым в скважину или другие выработки, в том числе в отложениях водоема или болота, и может быть использовано при проведении различных методов сейсмической разведки

Источник сейсмических сигналов // 2110813

Изобретение относится к генерированию сейсмической энергии в водной среде путем использования сейсмических источников с резким выхлопом сжатого воздуха, в особенности обеспечивающих максимальный акустический сигнал в кратчайший промежуток времени

Источник сейсмических сигналов // 2125281

Изобретение относится к устройствам для возбуждения сейсмических колебаний при сейсморазведке на нефть и газ, использующим энергию заряда метательного вещества

Устройство для возбуждения колебаний // 2153686

Изобретение относится к сейсмологии, в частности к сейсморазведке в тех районах, где применение существующих источников сейсмических сигналов затруднено, невозможно или нежелательно

Виброисточник // 2157554

Изобретение относится к вибросейсмической технике и может быть использовано для повышения нефтеотдачи нефтегазоносных месторождений путем вибровоздействия на нефтяные пласты с земной поверхности, а также для сейсморазведки земных недр

Способ генерации сейсмоволн // 2160457

Способ высокоразрешающей сейсмической разведки и источник сейсмических сигналов для его реализации // 2171477

Изобретение относится к геофизике, к наземным сейсмическим методам разведки полезных ископаемых, в частности нефти, газа и угля, и предназначено для получения сейсмической записи наибольшего разрешения, с помощью которой можно более детально изучить строение геологической среды

Импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом // 2171478

Изобретение относится к области импульсных невзрывных сейсмоисточников и предназначено для создания сейсмических волн воздействием импульсного усилия на поверхность грунта

Виброисточник // 2184985

Изобретение относится к области геофизических работ, в частности к излучению сейсмических волн в грунтовое полупространство, и может быть использовано при вибрационном просвечивании Земли (ВПЗ), региональной сейсморазведке, виброобработке нефтяных залежей с целью повышения их отдачи, активном сейсмическом мониторинге

Источник сейсмических сигналов для акваторий // 2194291