Источник сейсмических сигналов

 

О П И С А Н И Е ()748312

ЙЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

А

У т \,,щ!/ .r

";г (61 ) Допол и ител ьное к а вт. с вид-ву(22) Заявлено 12.94.78 (21) 2604056/18-25 (51) М. Кд.

8 01 Ч 1/02 с присоединением заявки,%

Государственный комнтет

1 (23 ) П риоритет—

Опубликовайо15.07.80. Бюллетень №26 оо деяам изобретений и открытий (о3) УДК 550,8Э4 (088.8) Дата опубликования описания 17.07.80 (72) Авторы изобретения

Д, Ф. Линчевский и В. E. Минеев (71) Заявитель (54) ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение отнОсится к устройствам для возбуждения сейсмических сигналов путем выхлопа в воду пара и может быть использовано в морской сейсморазведке.

Известен источник сейсмических сит налов в водной среде, содержащий парогенератор, трубопровод, камеру и систему управления (11 . При работе источника пар вытесняет из камеры постоянный объем жидкости. Формируемйе при этом сигналы не содержат повторных пульсаций, 10 Главным недостатком известного устройства с фиксируемым объемом, вытесняемым из камеры, является зависимость энергии возбуждаемого сигнала от глуби)5 ны погружения. Кроме того, энергия воэ» буждаемого сигнала имеет относительно низкий уровень. Трудности, связанные с обеспечением достаточной жесткости камер при попытке увеличения их объема с целью повышения энергии сигнала, даже в условиях оптимальных глубин 1020 м ограничивают максимально достижимый уровень эапасаемой- энергии ве2 личиной 80-100 кДж. Описанное устройство непригодно для исследования больших глубин геологических разрезов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является источник сейсмических сигналов, содержаший генератор пара, источник сжатого газа, парокамеру с управляемым запорным устройством j2) .

Этот источник сейсмических сигналов не обеспечивает стабильности параметров возбуждаемого сигнала. Выходной сигнал устройства представлен двумя импульсами, причем время появления второго импульса, несущего основную сейсмическую информацшо, определяет истинную отметку момента на получаемыхзаписях, /

Время срабатывания источника, отсчитываемое с момента подачи электрического сигнала на электропневмоклапан до появления переднего фронта второго импульса, состоит иэ двух отрезков времени. Первый отрезок ограничен моментом подачи электрического сигнала и передним

312 ф

}занными с выходом источника тока. Трубопроводы подключены к выходу смесителя, один вход которого через первый управляемый клапан связан с дозатором жидкости, а другой — через второй управляемый клапан - с источником сжатого газа. Оба клапана соединены с двумя выходами блс ка управления, третий и четвертый выходы которого связаны с источником тока н управляемым запорным устройством соответственно. Входы блока управления подключены к датчикам температуры и давления, установленным в полости парокамеры, Запорное устройство установлено внутри парокамеры на перфорированном основании и выполнено в виде полого цилиндра с поршнем, жестко соединенным через шток с запорным клапаном, который подпружинен регулируемым упругим элементом, связанным с отражателем. При этом одна часть полости цилиндра сообщена с полостью

/ парокамеры, а другая подключена ко входу управляемого золотника, Золотник через один выход с обратным клапаном сообщаег ся с внешней средой, а через другой выход— с полостью вспомогательной камеры, которая установлена внутри парокамеры и сообщается с ее полостью через дросселируюшее отверстие.

На фиг 1 показан предложенный источник сейсмических сигналов в разрезе; на фиг. 2 - совмещенные парогенерато . ная трубка и электронагревательный элемент, вариант.

Источник сейсмосигналов содержит парокамеру 1, окруженную с боков и сверху слоем 2 теплоизоляции. Нижняя часть парокамеры имеет выхлопное отверстие 3, запираемое клапаном 4, который жестко связан с поршнем 5 пневмоцилиндра 6.

Последний установлен внутри парокамеры

1 на основании 7, выполненном в виде полого цилиндра с окнами 8, сообщающими рабочий обьем парокамеры 1 через выхлопное отверстие 3 с окружающей сре» дой.

3 748 фронч м первого импульса, а второй — передними фронтами обоих импульсов, Если постоянство первого отрезка времени обусловлено стабильностью срабатывания пневмоцилиндра и клапана и поддерживается

5 от выхлопа к выхлопу с точностью + 1 мс, то второй отрезок времени, величина которого на заданной глубине прямо пропорциональна начальной энергии высвобождаемого пара, имеет значения, отличающиеся от 10 среднего значения на 5 мсТаким образом, абсолютная погрешность времени срабатыва ния устройства-прототипа может составить

+ 6 мс, что недопустимо при синхронном накапливании сигналов и затрудняет проточную .}5 обработку первичных материалов на вычислительном центре, поскольку необходимо предварительно определить время срабатывания для каждой зaпuсu.

Устройство не содержит элементов, с 20 помошью которых можно было бы поддеркивать с необходимой точностью исходные параметры пара в парокамере - давление и температуру, определяющие при постоянном объеме камеры исходную энергию 25 высвобождаемого пара, а следовательно, и время срабатывания источника.

Другим существенным недостатком известного устройства является ограниченная воэможность управления спектром сигна- 30 ла.

Акустическая энергия главного импульса достаточно равномерно распределена в широкой полосе частот и значительно превышает практически используемый сей- 55 смический .диапазон 5-1ОО Гц. Рассеивание энергии на нерабочих участках спекТра приводит к снижению общего сейсмоакустического КПД источника.

Известное устройство не обеспечивает оперативного управления спектром сигнала путем сдвига его максимума в заданный диапазон частот. Это, в свою очередь, исключает воэможность использования од45 ного источника для изучения нижней и верхней части разреза за один непрерывный рейс.

11елью изобретения является расширение области управления сигнала, повышение стаоильности срабатывания и безопасности

50 работ.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дозатор жидкости, смеситель с управляемыми клапанами, источник тока и блок управления. Генератор

55 пара помещен в полость царокамеры и выполнен в виде одного или нескольких трубопроводов с электронагревателями, свя-

Внутри парокамеры 1 установлены датчики 9 и 10 соответственно, температуры и давления смеси, вспомогательная камера 11 с дросселирующим отверстием 12, а также несколько электротермических гидропреобразователей 13, включаюшнх в себя парогенераторную трубку 14 и электронагревательный элемент 15.

Электронагревательные элементы 15 выполнены из термостабильного токопроводящего материала в виде винтовой спирали, 5 .7483

12 6 смеси устройство содержит пульт 24 управления, два входа которого подключены к выходам датчиков 9 и 10, а четыре выхода соединены соответственно: первыйс обмоткой управляющего золотника 25, второй — с управляющим входом источника тока 16, третий и четвертый - с обмотками управления гидроклапана 20 и пневмоклапана 21. Управляющий золотник

25 предназначен для запуска пневмоцилиндра 6 и выполнен по известной схеме гидрораспределитепьного устройства с двумя входными каналами и одним выходным.

Один иэ входных каналов золотника 25 через обратный клапан 26 и отверстие 27 в корпусе 28 сообщается с внешней средой, а другой — с полостью камеры 11, Выходной канал золотника 25 сообщается с помощью патрубка 29 с рабочей по»лостью 30 пневмоцилиндра 6.

В средней части боковой стенки пневмоцилиндра 6 выполнены продольные окна

31, сообщающие его полость с рабочим обьемом парокамеры 1. Для надежной герметизации рабочей полости 30 пневмоцилиндра 6 при крайнем верхнем положении поршня 5 верхние кромки окон 31 выполнены ниже уплотнения 32 поршня 5. В основании пневмоцилиндра 6 запрессован скользящий подшипник 33, в котором свободно перемещается шток 34, жестко

:связывающий поршень 5 с клапаном 4. На:дежное запирание выхлопного отверстия 3

1 обеспечивается тем, что плошадь нижней поверхности поршня 5 больше эффективной плошади клапана 4.

Для компенсации реактивных сил, возникающих при выхлопе смеси, корпус 28 снабжен отражателем 35 парогазовой струи, который прикреплен к его днищу перед выхлопным отверстием 3 на стойках 3 6.

Дпя подачи исходных компонентов смеси газа и воды на входы гидропреобраэователей 13 входные отверстия парогене»раторных трубок 14 сообщены с выходным отверстием дозатора 18 смеси, который выполнен в виде. электромеханич еского блока, включающего в себя смеситель 19 с двумя входами, гидроклапан 20 и пневмоклапан 21. Оба клапана снабжены обмотками управления, позволяющими включать и выключать их путем подачи соответствующего электрического сигнала. Один вход смесителя 19 соединен через гидро» клапан 20 с выходом гидронасоса 22, а второй вход — через пневмоклапан 21 - с, выходом компрессора 23. 1идронасос 22 рассчитан на подачу небольших порций воды (до 1-2 кг) за время 10-20 с и может быть выполнен по любой иэ известных схем (например, поРшневого типа), обеспечивающих постоянный расход в диапазоне давлений от 0 до 100-200ат.

Дпя автоматического запуска, контро»- . ля и регулирования основных параметров

Между клапаном 4 и отражателем 35 установлен регулируемый упругий элемент, создающий дополнительное усилие на клапан 4, препятствующее смешению его в сторону отпирания выхлопного отверстия

3. Регулируемый упругий элемент может содер>кать цилиндрическую пружину 37, посаженную одним концом на ось клапана

4, а другим концом - на центрируюший хвостовик 38, свободно перемещающийся в стакане 39. Необходимое сжатие пружины 37 производится с помощью опорного винта 40, фиксируемого гайкой 41. Для плавного торможения клапана 4, резко смешаемого вниз при выхлопе, служит кольцевой резиновый амортизатор 42, эат крепленный в верхней части стакана 39. равномерно охватывающей парогенераторную трубку 14 по всей ее длине. Токовые концы элементов 15 служат электрическими входами гидропреобраэователей 13 и подключены к выходу источника 16 тока. Дпя обеспечения электрической безопасности и устранения наводок электронагреват ельные элементы 15 и провода, соединяющие их с источником 16, электрически изолированы как от элементов конструкции, так и от о водной среды, в которую погружается источник. Токовые концы электронагревательных элементов 15 введены внутрь парокамеры через термостойкие изоляторы

17. В тех случаях, коГда требуется при- д5

;менение источников с небольшой по обьему парокамерой (группирование большого числа источников, изучение верхней части разреза. и т.п.), объем, занимаемый гидропреобразователями 13, может быть уменьшен за счет упрощения конструкции последних. С этой целью гндропреобраэователь 13 может бьггь выполнен (см. фиг. 2) в виде токопроводящего патрубка, толщина стенок и длина которого выбираются 25 из условий получения необходимых прочности и электрического сопротивления. В этом случае функции электронагревательного элемента 15 и парогенераторной трубки 14 совмещены. Злектрическим вхо» 30 дом такого гидропреобразователя служат оба конца патрубка, а гидравлическими входом и выходом - его входное и выходное отверстия.

7 74

В исходном состоянии клапан 4 под действием пружины 37 запирает выхлопное отверстие 3 и поршень 5 находится в крайнем верхнем положении. Обмотки управления золотника 25 и клапанов 20. и

21 отключены, в результате чего рабочая полость 30 пневмоцилиндра 6 сообщена через- трубопровод 29, золотник 25, обратный клапан 26 и с гверстие 27 с внешней средой. При этом смеситель 19 отключен от гидронасоса 22 и компрессора

23. Гидропреобразователи 13 отключены от источника 16 тока, При работе погружаемая часть устройства опускается на заданную глубину и. удаляется от судна на требуемое расстояние ° В начале производится нагрев парокамеры 1, для чего источник, 16 тока по сигналу, поступающему с пульта 24 упФ равпения, подключается к электрическим входам гидропреобразователей 13. Температура в парокамере 1 начинает повышаться и в момент достижения заданного уровня, что определяется по сигналу, поступающему с выхода датчика 9 температуры, источник 16 тока отключается.

В настоящем устройстве датчик 9, пульт управления 24, источник 16 тока и элемент 15 образуют контур автоматического регулирования, который поддерживает температуру внутри парокамеры 1 в заданных предыах. Регулирование температуры осуществляется непрерывно и не зависит от других процессов, протекающих в источнике.

После прогрева парокамеры 1 в соответствии с заданной программой включается пневмоклапан 21 и газ от компресс< . ра 23 через смеситель 19 и трубки 14 поступает в рабочую полость парокамеры 1. В момент когда давление в парокамере 1 достигнет заданного уровня, что определяется по сигналу датчика 10 давления, пневмоклапан 21 отключается, прекращая тем самым подачу газа. После этого включается гидроклапан 20 и вода с выхода гидронасоса 22 через смеситель

1 9 подается на вход парогенераторных трубок 14. Под действием тепла, поступаюшего от электрона1 ревательных элементов 15, вода в трубках 14 преобразуется в пар, который проходит в рабочую полость парокамеры 1. По истечении установленно времени, по которому определяют при постоянном расходе гидрснасоса 22 количество поданной воды, гидроклапан 20 отключается и подача воды прекращается.

Образовавшаяся в парокамере 1 парогазовая смесь подвергается дальнейшеМу наг

8312 8 реву. С ростом температуры парогазовой смеси, занимающей постоянный обьем, давление в парокамере повышается. Вследствие этою из-за неравенства площадей

5 поршня 5 и клапана 4 последний с нарастающей силой прижимается к гнезду, надежнее запирая выхлопное отверстие 3.

После достижения заданного уровня тем пературы элементы 15 отключаются и и давление в камере 1 стабилизируется.

По сигналу, поступающему от сейсмостанции на пульт,24 управления (не по казано), производится запуск источника.

Пусковой сигнал подается на обмотку уп15 равнения золотника 25. Золотник 25, сработав,.отключает свой выходной канал от обратного клапана 26 и соединяет его с полостью вспомогательной камеры 11.

Парогазовая смесь из камеры 11 через"

2я золотник 25 и трубопровод 29 поступает в рабочую полость 30 пневмоцилиндра 6.

Повышение давления в полости 30 нарушает равновесие сил, приложенных к поршню 5 и клапану 4. В момент когда рав25 нодействующая этих сил изменит свое направление, поршень 5 начинает смещаться вниз, открывая выхлопное отверстие 3.

Как только уплотнение 32 поршня 5 окажется ниже верхних кромок окон 31, проур исходит быстрое нарастание давления в полости 30. В результате поршень 5 и клапан 4 с большой силой отбрасываются вниз, сжимая при этом некоторый обьем смеси, захваченный в нижней части пневg5 моцилиндра 6, пружину 37, а в крайнем нижнем положении и амортизатор 42, В этот момент золотник 25 переключается в исходное состояние, Парогазовая смесь из полости парока-.

4 меры 1 через окна 8 и выхлопное отверстие 3 вырывается наружу. Образовавшаяся струя отбрасывается отражателем 35 в . радиальном направлении и образует в воде расширяющийся пузырь тороидальной фор45 мьь

При расширении пар и газ охлаждаюъся и в некоторый момент, соответствующий максимальному объему пузыря, наступает быстрая конденсация пара. Давление

5р внугри образовавшейся полости становится меньше гидростатического и пузырь схлопывается. При схлопывании газ, сжимаясь, го выполняет роль амортизатора, препятству- ющего возникновению жесткого гидравли55 ческого удара.—

Вода окружающего пространства и газ образуют своеобразный низкодобротный резонатор, .характеризуемый собственной частотой, которая зависит от масс воды, 9 748312 10 вовпекаемой в колебания, и жидкости этом генератор пара помещен в полость парокамеры и выполнен в виде одного или

После быстрого падения давления внут- нескольких трубопроводов с электронагрери парокамеры 1 ниже некоторого значе- вателямй, связанными с выходом источни-" ния, смесь, сжатая поршнем 5 в нижней ка тока, трубопроводы соединены с выходом части полости пневмоцилиндра 6, а так — смесителя, один вход которого через пе рже пружина 37 отбрасывают поршень 5 вый управляемый.клапан связан с дозатовместе с клапаном 4 вверх. Некоторая ром жидкости, а другой — через второй часть смеси, сжатая поршнем 5 и в по- управляемый клапан — с источником сжалости 30, выпускается через трубопровод щ0 того газа, причем оба клапана соединены

29, золотник 25 и обратный клапан 26 в с.двумя выходами блока управления, треводу. Клапан 4 плавно запирает выхлоп- тий и четвертый выходы которого связаны ное отверстие 3. с источником тока и управляемым запорОчередной цикл образования и нагрева ным устройством соответственно, а входы парогазовой смеси протекает аналогично 5 блока управления подключены к датчикам описанному. Включение и выключение со- температуры и давления, установленным в ответствующих элементов производится полости парокамеры. автоматически в соответствии с заданной 2. Источник по п. 1, о т л и ч а ю— программой. шийся тем, что запорное устройство

Использование настоящего устройства go установлено внутри парокамеры на перифе позволяет получить простой по форме и рийном основании и выполнено в виде покороткий по длительности сейсмический лого цилиндра с поршнем, жестко соедиимпульс без повторных пульсаций, что ненным через шток в запорным клапаном, увеличивает информативность первичных который подпружинен регулируемым упрусейсмических материалов, повышает раз-- д гим элементом, связанным с отражателем, решающую способность метода. Устройст- причем одна часть полости цилиндра сообво обладает малыми габаритами и весом. щена с полостью парокамеры, а другая— подключена ко аходу управляемого золотни- ка, один иэ выходов которого через обравф о р м у л а и з о б р е т е н и я 30 ный клапан сообщен с внешней средой, а другой - с полостью вспомогательной каме1, Источник сейсмических сигналов, ры, которая установлена внутри парокасодержащий генератор пара, источник сжа- меры и сообщена с ее полостью через того газа, парокамеру с управляемым за.— дросселирующее отверстие, порным устройством, о т л и ч а ю щ и й-35 Источники информации, с я тем, что, с целью расширения преде- принятые во внимание при экспертизе лов управления спектром сигнала, повыше- 1. Патент Франции _#_9 2300346, ния стабильности срабатывания и безопас- кл. (Ь 01 V 1/00, опублик. 1975. ности работ, в него введены дозатор жид- 2. Патент Франции % 2055836, кости, смеситапь с управляемыми клапана- <О кл. G 01 V 1/00, опублик. 1971 (протоми, источник тока и блок управления, при тип)„

7483 12

Составитель Л. Соподилов

РедакторT. Орловская Техред М. Кузьма Корректор Г. Назарова

Заказ 4232/33 Тираж 649 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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