Клапан сброса отработанных газовисточника сейсмических сигналов

 

1111 S I l l7l

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реовублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.01.79 (21) 2717081/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 07.03.81 (51) М. Кл.з

G 01Ч 1/133

Государственный комитет

СССР (53) УДК 550.834 (088.8) ио делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения с

Б. Г. Ваншельбойм, А. Д. Краснопольский, В. М- Косыгин, О. В. Кравцов, В. К. Андреев и Н. В. Алексеева

Раменское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов разведки (71) Заявитель (54) КЛАПАН СБРОСА ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ

ИСТОЧНИКА СЕИСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к сейсморазведке и касается клапана сброса отработанных газов установок для возбуждения сейсмических волн за счет импульсного воздействия на грунт при взрыве смеси горючее— окислитель или при расширении сжатого невзрывчатого газа в замкнутом, способном к расширению объеме взрывной камеры.

Известен клапан сброса отработанных газов источника сейсмических сигналов, встроенный в канале инерционной массы (в поршне) взрывной камеры, соединяющем рабочий объем камеры с атмосферой, причем поршень клапана размещен над взрывным объемом камеры и седлом клапана. Поршень под действием пружины прижимается к седлу с усилием, достаточным для обеспечения герметичности рабочего объема при его заполнении смесью горючее — окислитель (11.

В связи с этим для сброса остатков продуктов взрыва из рабочего объема используется дополнительный электро- или пневмоуправляемый клапан, открывающийся по сигналу с пульта управления и соединяющий рабочий объем камеры с атмосферой.

Наличие дополнительной системы для обеспечения полного сброса йродуктов взрыва из рабочего объема камеры усложняет конструкцию устройства, снижает его надежность и работоспособность. Кроме то1о, возникающая при взрыве и откатке поршня сила инерции оказывается направленной в сторону, противоположную действию про5 дуктов взрыва на торец клапана, стремящихся открыть клапан. Это вызывает задержку сброса продуктов взрыва из камеры, а также увеличивает время действия высокой температуры и давления на эле10 менты конструкции камеры, что снижает ее работоспособность и вызывает необходимость увеличения прочности активной части камеры (гильзы) . Последнее приводит к увеличению массы гильзы и в конечном

15 счете — к снижению интенсивности возбуждаемого сигнала. Снижение работоспособности проявляется в преждевременном выходе из строя эластичных уплотнительных колец и металлоизделий, подверженных

20 действию газовой эрозии. Интенсивность возбуждаемых колебаний падает с увеличением массы гильзы, передающей грунту выделенную в камере энергию. Существует оптимальное с точки зрения интенсивности

25 и спектральных характеристик возбуждаемого сигнала время сброса продуктов из взрывного объема камеры, которое варьируется в некоторых пределах в зависимости от сейсмологических и поверхностных

30 условий, а также конструкции камеры:

811171 уменьшение времени открытия клапана за пределы оптимального уменьшает интенсивность сигнала, ухудшает работоспособность камеры, а также усиливает откат камеры, что снижает производительность работ и может вызвать преждевременный выход из строя излучателя в целом вследствие соударения камеры с рамой источника, Известен также клапан сброса отработанных газов источника сейсмических сигналов, управляемый при помощи сжатого воздуха и пружины таким образом, что при подаче сжатого воздуха к клапану осуществляется его закрытие и герметизация рабочего объема камеры, а при сбросе давления воздуха клапан под действием пружины открывается, обеспечивая сброс продуктов в атмосферу. Тем самым также исключается необходимость во втором клапане для полного сброса продуктов (2).

Однако использование такого устройства не обеспечивает возможности регулировки времени сброса продуктов из рабочего объема камеры в необходимых пределах в соответствии с поверхностными и сейсмологическими условиями, так как время открытия этого клапана превышает время формирования сейсмического сигнала в связи с задержками времени открытия клапана.

Эти задержки вызваны собственной задержкой вентиля, управляющего подачей и сбросом сжатого воздуха из клапана, и затратами времени на истечение сжатого воздуха из управляющей полости клапана, которое замедляет его открытие под действием пружины. В то же время горизонтальное размещение тела клапана, исключая действие на него сил инерции, не способствует ускорению процесса выхлопа, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является клапан сброса отработанных газов источника сейсмических сигналов с камерой газодинамического типа, содержащий поршень с уплотнительным элементом и выхлопную полость, соединенную через седло клапана с рабочим объемом газодинамической камеры. В нем для упрощения конструкции, повышения надежности и работоспособности излучателя выхлоп продуктов из рабочего объема камеры .осуществляется через электроуправляемый клапан, размещенный таким образом, что сила инерции, действующая при откате камеры, направлена в сторону, способствующую открытию клапана (3).

Однако конструкция такого клапана не обеспечивает ускорение открытия сброса продуктов взрыва из рабочего объема камеры до оптимальных значений (2 — 5 мс) и регулировки времени сброса продуктов в соответствии с конкретными сейсмогеологическими и поверхностными условиями, так как клапан имеет собственную задержку срабатывания, а усилие от давления продуктов взрыва в данной конструкции на5

65 правлено в сторону, противоположную направлению открытия клапана и направлению возникающей при откате силы инерции в клапане, что вызывает задержку времени открытия, которая, выходя за пределы оптимального диапазона, не позволяет осуществлять также необходимую регулировку.

Целью изобретения является повышение сейсмической эффективности путем обеспечения оптимального времени выхлопа отработанных газов из рабочего объема камеры.

Поставленная цель достигается тем, что поршень с уплотнительным элементом размещены между седлом клапана и рабочим объемом камеры.

На фиг. 1 изображен источник сейсмических сигналов с камерой газодинамического типа; на фиг. 2 — клапан сброса отработанных газов источника сейсмических сигналов.

Источник сейсмических сигналов (фиг. 1) состоит из камеры, которая содержит активные части — гильзу 1 с присоединенными к ней штоком 2 и крышкой 3, реактивную массу-поршень 4 и клапан сброса отработанных газов 5.

Активные части и реактивная масса размещены относительно друг друга таким образом, что в камере газодинамического типа образуют рабочий 6 и демпферный 7 объемы.

В поршне 4 камеры выполнены каналы, один из которых при помощи трубопровода

8 через выхлопную полость 9 клапана 5 связан с атмосферой, другой (канал 10) связан с линией 11 подачи смеси окислитель — горючее. На линии 11 установлен отсекатель 12 подачи смеси и узел инициирования 13. Трубопровод 14 соединяет нижнюю полость 15 клапана 5 с пневмооборудованием, управляющим подачей воздуха.

Клапан сброса отработанных газов (фиг. 2) включает корпус 16, во внутренней полости которого размещен поршень 17, к последнему присоединен на прессовой посадке (или любым другим способом, обеспечивающим возможность разборки и замены) уплотнительный элемент 18 с цилиндрическим выступом, величина Й которого может изменяться за счет замены на аналогичный уплотнительный элемент из комплекта сменных частей устройства, но имеющий другую величину h выступа.

Над уплотнительным элементом 18 в корпусе 16 запрессовано седло 19 с выхлопным отверстием 20.

Поршень 17 размещен в корпусе 16 таким образом, что образуются три полости: выхлопная 21, промежуточная 22 и нижняя

23. Эти полости герметизируются между собой при помощи уплотнительных колец 24 и 25.

На нижнем конце корпуса 16 закреплена пробка 26 с герметизирующим кольцом 27, отделяющим полость 22 от окружающей

811171

5 среды. Нижний конец пробки 26 жестко закреплен на поршне камеры (реактивной массе 4, см. фиг. 1). В теле пробки 26 выполнен канал для связи нижней полости

23 с пневмооборудованием устройства.

В промежуточной полости 22 между поршнем 17 и торцом корпуса 16 размещена пружина 28. На корпусе 16 при помощи винтов 29 закреплен глушитель 30.

Выхлопная полость 21 отверстиями 31, выполненными в теле корпуса, связана с внутренними полостями глушителя 30.

Выхлопное отверстие 20 седла 19 связано с рабочим объемом камеры 6 при помощи штуцера 32, закрепленного в верхней части корпуса 16. Герметизация штуцера 32 в теле корпуса 16 осуществляется при помощи уплотнительного кольца 33.

Конструктивное выполнение регулировки величины захода выступа уплотнительного элемента 18 в выхлопное отверстие может быть различным. Так, например, поршень

17 с уплотнительным элементом 18 могут выполняться в виде единой детали, причем регулировка в этом случае должна осуществляться заМеной этой единой детали на аналогичную с другой величиной выступа, оптимальной для условий ведения сейсмических работ. В комплекте сменных частей устройства как в этом, так и в предыдущих случаях должно быть обеспечено наличие нескольких деталей с различной величиной выступа, обеспечивающих перекрытие диапазона возможных регулировок с шагом между величинами выступов для каждой последующей ступени 0,5 мм, при этом потребует наличия в комплекте не более пяти сменных деталей.

Возможно также выполнение регулировки без замены составных частей клапана, например за счет выполнения выступа в виде цилиндрической детали с резьбой на ее конце.

Основная деталь — поршень 17 с элементом 18 (выполняемые в этом случае в виде единой детали) — должна иметь ответную резьбу, вращением в которой детали с выступом обеспечивается регулировка захода «h» в выхлопное отверстие.

Устройство работает следующим образом.

Перед подачей смеси окислитель — горючее в рабочий объем 6 камеры (фиг. 1) сжатый воздух по трубопроводу 14 подается в нижнюю полость 15 клапана сброса отработанных газов 5. Под действием давления сжатого воздуха поршень 17 (фиг. 2), сжимая поужину 28, перемещается вверх до упора плотнительного элемента 18 в седло 19.

Уплотнительные поверхности элемента 18 и седла 19 пои этом прижимаются долг к znv г с усилием, обеспечиваюшим герметизацию выхлопного отвепстия седла 19, связанного с рабочим объемом камеры через штуцер 32.

25 зо

6

После этого по команде от пульта управления устройства открывается отсекатель

12 (фиг. 1) и смесь горючее — окислитель подается по линии 11 в рабочий объем 6 камеры. После заполнения камеры заданным количеством смеси отсекатель 12 закрывается, и от узла инициирования 13 осуществляется поджигание смеси, переходящее в детонацию, которая передается в рабочий объем 6 камеры по каналу 10 в поршне 4.

Под действием давления продуктов взрыва в рабочем объеме 6 камеры поршень 4 с большим ускорением перемещается вверх.

Ускорению поршня 4, в такой же мере действующему на поршень 17 (фиг. 2) и уплотнительный элемент 18, сопутствует сила инерции, направленная вниз. Под действием этой силы, а также усилия от давления продуктов взрыва, действующего на торец уплотнительного элемента 18, и усилия пружины 28 поршень 17 с элементом 18, перемещаясь вниз, открывают выхлопное отверстие седла 19, обеспечивая сброс продуктов взрыва из рабочего объема камеры. При этом перемещение поршня 17 с уплотнительным элементом 18, необходимое для открытия выхлопного отверстия, а слечовательно, и время начала выхлопа определяются величиной (Й) захода выступа уплотнительного элемента 18, за счет регулировки которого может осуществляться подбор оптимального времени открытия и сброса продуктов взрыва из рабочего объема камеры.

Одновременно с подачей сигнала на зажигание смеси от пульта управления подается команда пневмооборудованию (фиг. 1), управляющему подачей и сбросом сжатого воздуха, на сброс сжатого воздуха из нижней полости 15 клапана 5. Однако из-за собственной задержки исполнения команды пневмооборудованием и задержки, связанной с сопротивлением трубопроводов 14, которые соединяют клапан 5 с пневмооборудованием, сброс давления из полости 15 происходит после открытия выхлопного отверстия в седле 19 (фиг. 2) под действием вышеуказанных сил.

В результате сбооса сжатого воздуха из нижней полости 23 клапана поршень 17 с элементом 18 под действием пружины 28 смещается в крайнее нижнее положение и остается в нем до полного сброса про тчктов взрыва из рабочего объема камеры. 3атем по команде от пульта управления сжатый воздух подается от пневмооборудования в нижнюю полость 23, и поршень 17 с уплотнительным элементом 18, сжимая пружинч 28, перемещается вверх. герметизиllv$T выхчопное отверстие в седле 19. Если еобхоч мо сбросить гязов ю смесь из рабочего объема камеры без прове.чения взрыва, то открытие выхлопного отверстия осуществляется под действием пружины 28, перемещающей поршень 17 с элементом 18

811171 б

/;азо&я

crrecb

К rwelieод Р Р

Ф &ыю вниз после выпуска сжатого воздуха из полости 23.

Выпуск производится по команде от пульта управления, подающего сигнал пневмооборудованию на сброс воздуха из указанной полости.

Для снижения звуковых помех, ухудшающих качество сейсмозаписи при сбросе продуктов взрыва из рабочего объема камеры, выхлопное отверстие в седле 19 связано с атмосферой через глушитель 30 таким образом, что отработанные продукты взрыва, поступая из выхлопного отверстия седла 19 в выхлопную полость 21 и через отверстие

31 — во внутренние полости глушителя 30, резко снижает скорость своего истечения, чем обеспечивается уменьшение интенсивности звуковой волны, связанной с этим истечением.

После полного сброса газов из рабочего объема камеры и герметизации выхлопного отверстия в седле 19 описанный цикл операций повторяется столько раз, сколько это требуется по методике ведения работ.

Исследования показали, что при техническом обеспечении возможности выбора оптимального времени открытия выхлопного клапана и времени сброса продуктов взрыва из рабочего объема камеры достигается снижение расхода энергоносителей на 20—

25% при более высокой интенсивности (не менее чем на 5%) изл. гае.. ого сг;гнала.

Кроме того, в связи с обеспечением возможности изменения времени выхлопа, а следовательно, и времени контакта (взаимодействия) камеры с грунтом достигается повышение сейсмической эффективности за счет регулировки спектра излучаемого сигнала в зависимости от конкретных сейсмологических и грунтовых условий. Повышается также моторесурс устройства и его

5 надежность, а также снижается его стоимость, так как снижение расхода энергоносителей при меньшей интенсивности сигнала пропорционально (т. е. не менее чем на 20 — 25%) повысит моторесурс са10 мых сложных и дорогостоящих составных частей устройства.

Форглула изобретения

15 Клапан сброса отработанных газов источника сейсмических сигналов с камепой газодинамического типа, содержащий поршень с уплотнительным элементом и выхлопную полость, соединенную через седло

20 клапана с рабочим объемом камеры, о т л ич а ю щи и с я тем, что, с целью повьппения сейсмической эффективности путем обеспечения оптимального времени выхлопа отработанных газов, поршень с уплотнительным

25 элементом размещены между, седлом клапана и рабочим объемом камеры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

30 1. Патент США ¹ 3.516.509, кл. 181-5, опублик. 1970.

2. Майоров B. B. и др. Исследования, разработка и внедрение наземных установок для возбуждения сейсмических колеба35 ний. М., фонды ВНИИгеофизики, 1976.

3. Патент США № 3.403.748, кл. 181-5, опублик. 1968 (прототип).

811171

И ре820 йид и

Составитель Л. Солодилов

Редактор О. Филиппова Техред А. Камышникова Корректоры: О. Тюрина и Р. Беркович

Заказ 750/6 Изд. № 172 Тираж 749 Подписное

НПО «Поиск> Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2