Вибрационный источник сейсмических сигналов

 

O П И С А Н И Е < 1911403

ИЗО6РЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцнапнстнчесинх

Респубпни (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 19. Об. 80 (21) 2944375/18-25 (51)М. Кл. с ярисоелинением заявки М

G 01 Ч 1/14

Гоеудеуетееиый кемитет

СССР по делен изебретеиий и етхрытий (23) Приоритет (53) УДК 550. .83(088.8) Опубликовано. 07.03.82. Бюллетень М 9

Дата опубликования описания 10. 03. 82 (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) ВИБРАЦИОННЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к устрой-ствам для возбуждения низкочастотных поперечных волн в грунте при геофизических исследованиях, преимущественно при глубинном .зондировании Земли.

Известен вибрационный источник для возбуждения поперечных волн в грунте, содержащий основание, соединенное с грунтом, стойки на основании, между которыми через упругие элементы размещен источник энергии . 13.

Недостатком источника является отсутствие устройства, обеспечивающего резонансную раскачку всей колеблющейся системы, что повышает интенсивность возбуждаемых сигналов низких часто.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае- мому результату является вибрационный источник сейсмических сигналов, включающий излучающую платформу, связанную с грунтом, инерционную массу, установленную на излучающей платформе с возможностью перемещения, упругий элемент, выполненный в виде пневмопружины, и гидроцилиндр с переключателем. Пневмопружины и гидроцилиндры привода расположены симметрично с. торцов инерционной массы, на которой установлен фрикционный узел, взаимодействующий с золотником гидропереключателя, что позволяет осуществлять резонансную раскачку ко10 лебательной системь<:,2

Недостатком источника является сложность увеличения инерционной массы для увеличения амплитуды силы, действующей на грунт, и повышения

15 интенсивности сейсмосигнала, так как габаритные размеры инерционной массы определяются расположением пневмо. пружин и гидроцилиндров, жестко ук20 репленных на излучающей платформе.

Кроме того, затруднена синхронизация фазы колебаний нескольких источников при их группировании и одновременном работе что является необходимым при

Б.В, Войцеховский, А.И..Бутеев, В.В. Ковал вский- --. и А,И. Дубов

* ,1 „ t

ll Л „, ° 1, ° . Ф

Ордена Трудового Красного Знамени институт Гттдродмыаицкй"

Сибирского отделения АН СССР

91140 экспериментах по глубинному зондированию земной коры.

Цель изобретения - повышение интенсивности возбуждаемого сигнала и обеспечение воэможности группирования источников для синхронной работы, а также упрощение конструкции и повышение надежности сейсмоисточника.

Поставленная цель достигается тем, что в вибрационном источнике сейсмических сигналов, включающем излучаюЩую платформу, связанную с грунтом, инерционную массу, установленную на излучающей платформе с возможностью перемещения, упругий элемент, выполненный в виде пневмопружины, и гидроцилиндр с переключателем, инерционная масса выполнена в виде рамы со съемными грузами, которая посредством траверсы связана с пневмопружиной и гидроцилиндром, выполненными двойного действия и установленными на излучающей платформе с одного торца инерционной массы в направлении ее перемещения, инерционнная масса установлена на излучающей платформе на катках, имеющих две конические или цилиндрические поверхности качения.

На фиг. 1 изображен вибрационный источник сейсмических сигналов, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид в плане; на фиг. 3 — разрез A-А на фиг.2 (привод вибрационного источника сейсмических сигналов); на фиг, 4 - раз- з% рез В-В на фиг. 1 (установка инерционной массы на излучающей платформе); на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг.2 и разрез Г-Г (гидропереключатель гидроцилиндра двойного действия); на фиг. 6 - фрикционный узел гидропереключателя для вибрационного источника и разрез Д-Я; на фиг. 7 - соединение вибрационного источника с дополнительной инерционной массой .(две про- iS екции); на фиг. 8 - соединение двух вибрационных сейсмоисточников для синхронной работы (две проекции),.

Вибрационный источник сейсмических сигналов (фиг. 1 и 2) содержит колебательную систему, состоящую из излучающей платформы 1, связанной с грунтом, инерционной массы 2, упругого элемента 3 пневмопружины и 55 гидропровода 4 с гидропереключателем

5, служащих для раскачки и поддержания колебаний инерционной массы 2.

3 4

Излучающая платформа 1 образована опорными плитами 6, соединенными между собой перемычками 7. Инерционная масса 2 состоит из несущей рамы 8 с укрепленными на ней съемными грузами 9. На опорных плитах 6 и раме 8 инерционной массы установлены пары рельсов 10 (фиг. 1 и 4), между которыми расположены катки 11. Пары рельсов 10 установлены с наклоном внутрь (фиг. 4), а катки 11 выполнены с двумя коническими или цилиндрическими опорными поверхностями качения. Использование катков вместо колес, что имеет место в известном устройстве, упрощает конструкцию источника, позволяет значительно увеличить нагрузку на один узел качения и избежать больших изгибных напряжений в осях колес, т.е. увеличить надежность установки.

Упругий элемент 3 (фиг. 1-3) выполнен в виде пневмопружины двойного действия, содержащей цилиндр 12 с двумя поршнями 13 14. В начальном положении поршни 13 и 14 упираются в торцовые гайки 15 и 16, Пространство между поршнями заполняют сжатым воздухом, подаваемым по магистрали

17, Цилиндр 12 пневмопружины установлен с торца. инерционной массы 2 в корпусе 18 с фланцами 19 и 20. Корпус 18 жестко укреплен на плите 6 излучающей платформы и передает через нее на грунт усилия пневмопружины, возникающие при колебательном движении инерционной массы 2.

Пневмопружина ориентирована по направлению движения инерционной массы 2 и взаимодействует с ней через траверсу 21 с упорами 22 и 23, укрепленными на раме 8 инерционной массы 2. Упоры 22 и 23 установлены на расчетном расстоянии от поршней 13 и 14 пневмопружины, находящихся в выдвинутом положении, т.е. при упоре их в торцовые гайки 15 и 16. При этом инерционная масса 2 может двигаться на этом расстоянии- без взаимодействия с пневмопружиной. Этот зазор необходим для обеспечения запуска самоисточника, т.е. раскачки инерционной массы 2 из состояния покоя до рабочей амплитуды.

На корпусе 18, укрепленном на плите 6 излучающей платформы, установлен гидропривод 4, включающий гидроцилиндр 24 раскачки двойного дейст91140 вия с поршнем 25 и штоком 26. Гидроцилиндр 24 шарнирно соединен торцовой гайкой 27 с упором 28, жестко закрепленном на корпусе 18. Шток 26 гидроцилиндра 24 раскачки шарнирно соединен с упором 29, установленном на несущей раме 8 инерционной массы 2. Рабочая жидкость под давлением подается в поршневую и штоковую полости гидроцилиндра 24 по трубопро 0 водам 30 и 31 через гидропереключатель 5, закрепленный на плите 6.

Гидропереключатель 5 выполнен двухступенчатым, для уменьшения длины хода переключателя. Обе ступени гидропереключателя установлены в одном корпусе 32. Золотник 33 первой ступени является управляющим„ При его переключении жидкость под давлением подается поочередно в управляющие камеры 34 и 35 для переключения золотника 36 второй ступени. Золотник 36 осуществляет коммутацию трубопроводов 30 и 31, дущих к цилиндру раскачки, поочередно соеди25 няя их с силовой магистралью 37 (фиг. 5) и со сливом 38.

Золотник 33 первой ступени переключателя шарнирно соединен тягой 39 с фрикционным узлом 40 (фиг. 6), Зо жестко закрепленным на раме 8 инерционной массы 2, фрикционный узел 40 состоит из корпуса 41, жестко укрепленного на раме 8 инерционной массы, в котором расположена разрезная втулка 42, сжатая болтовым соединением 43 с пружинами 44 и взаимодействующая с тягой

39 золотника 33 гидропереключате40 ля 5. о

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы вибрационного источника в пневмопружину по магист45 рапи 17 подают сжатый воздух и устанавливают требуемое рабочее давление (например 100 атм), которое не изменяется в процессе работы. Золотник

33 первой ступени гидропереключателя

5 переводят в одно из крайних поло50

f жений, при этом инерционная масса 2 находится в среднем положении.

Вибрационный источник начинает работу после подачи жидкости под. давлением через гидропереключатель 5 в од-55 ну иэ полостей гидроцилиндра 24.При левом положении золотника 33 первой ступени гидропереключателя 5 (как по3 6 каэано на фиг. 5) золотник 36 второй ступени находится в левом положении и жидкост ь под давлением подается в штоковую полость гидроцилиндра 24 по трубопроводу 31. При этом инерционная масса 2 начинает двигаться влево и разгоняется на свободном расстоянии до контакта упора 23 с поршнем

14 пневмопружины. При движении инерционной массы 2 влево фрикционный узел 40 взаимодействует с тягой 39.

Подпружиненная разрезная втулка 42 проскальзывает по ней, удерживая возникающими силами трения золотник 33 первой ступени гидропереключателя 5 в левом положении.

После контакта упора 23 инерционной массы 2 с поршнем 14 пневмопружины к инерционной массе 2 прикладывается сила торможения (равная 100 т), создаваемая давлением газа в пневмопружине. Сила со стороны гидроцилиндра 24, равная 20 т, значительно меньше, чем сила пневмопружины, так как она служит лишь для компенсации потерь энергии колеблющейся инерционной массы 2 на трение и на излучение сейсмических волн. Поэтому инерционная масса 2 сначала тормозится пневмопружиной, а после остановки начинает движение вправо.

После начала движения инерционной массы 2 вправо фрикционный узел 40, взаимодействующий силами трения с тягой 39, переводит золотник 33 первой ступени гидропереключателя 5 в крайнее правое положение и в дальнейшем при движении вправо по тяге 39 удерживает его в этом положении до следующей смены направления движения.

При переводе золотника 33 в крайнее правое положение, которое осуществляется в начальный момент движения инерционной массы 2 вправо, давление жидкости подается в камеру 34 и переводит золотник 36 в правое положение, При этом рабочее давление жидкости подается в поршневую полость гидроцилиндра по трубопроводу

30, который с поршнем 14 пневмопружины осуществляет разгон инерционной массы 2 вправо, После полного выдвижения поршня 14 и упора его в гайку 16 инерционная масса 2 продолжает разгоняться гидроцилиндром 24, проходит. свободное расстояние и после контакта упора 22 с поршнем 13

911403 тормозится им. После остановки инерционная масса 2 начинает движение влево. В этот момент фрикционный узел 40 переключает золотник 33 первой ст пени в крайнее левое положение, давление жидкости подается в камеру 35, переводит золотник 36 второй ступени в левое положение, и рабочее давление жидкости подается в штоковую полость гидроцилиндра 24.

После этого начинается разгон инерционной массы 2 поршнем 13 пневмопружины и гидроцилиндром 24 влево.

В дальнейшем цикл повторяется.

Благодаря связи золотника 33 первой ступени гидропереключателя 5 с фрикционным узлом 40, укрепленным на инерционной массе 2, осуществляется автоматическое переключение золотников 33 и 36 и изменение направления силы раскачки, действующей со стороны гидроцилиндра 24, на инерционную массу 2 при изменении направления ее движения. При этом направление силы раскачки всегда совпадает с направлением скорости инерционной массы, т.е. сила раскачки всегда обеспечивает увеличение кинетической энергии инерционной массы и восполнение потерь на излучение сейсмических волн и трение независимо от скорости, амплитуды и частоты колебаний. Таким образом, фрикционная связь золотника 33 гидропереключателя 5 позволяет осуществлять З5 автоматическую резонансную раскачку инерционной массы.

Зазор свободного хода инерционной массы 2, т.е. расстояние между упо- 4в рами 22 и 23 и поршнями 13 и 14 пневмопружины, при среднем положении инерционной массы 2 выбирают таким, чтобы после разгона на этом пути силой гидроцилиндра 24 инерционная 45 масса 2 перемещала поршень 13 пневмопружины на расстояние не меньшее рабочего хода золотника 33 первой ступени гидропереключателя 5. При обратном ходе поршня 13 и инерцион- 50

HopI массы 2 золотник 33 переключается фрикционным узлом 40, и в работу вступает вторая полость гидроцилиндра 24. В предлагаемой конструкции сейсмоисточника ход золотника 33 равен 1 мм и зазор свободного хода инерционной массы 5 мм в обе стороны от среднего положения.

Предлагаемый вибрационный сейсмоисточник позволяет увеличить амплитуду силы, действующей на грунт, и интенсивность излучаемого сейсмосигнала как путем увеличения инерционной массы источника, так и группированием одинаковых сеисмоисточников для синхронной работы.

Амплитуда колебаний инерционной массы 2 задана размерами силовой системы источника: ходом поршней 13 и 14 пневмопружины и гидроцилиндра 24 и не изменяется во время работы, поэтому, при работе источника на требуемой частоте, амплитуда силы увеличивается пропорционально увеличению инерционной массы 2. Инерционная масса 2 предлагаемого источника может быть увеличена как увеличением съемных . грузов 9, так и присоединением дополнительной инерционной массы. На фиг.7 показан вибрационный источник сейсмических сигналов с дополнительной инерционной массой 45, установленной на катках 46.на дополнительной излучающей платформе 47, связанной с грунтом. Рама 48 дополнительной инерционной массы 45 жестко соединена с рамой 8 инерционной массы 2 сейсмоисточника с помощью ферм 49, дополнительная излучающая платформа 47 жестко соединена с излучающей платформой 1 перемыками 50.

При работе источника инерционная масса 2 и дополнительная .инерционная масса 45 колеблются как одно целое, обеспечивая увеличение амплитуды силы. Площадь излучающей платформы (1 и 47) источника увеличена благодаря жесткой связи с платформой 47 дополнительной массы 45, при этом на величину веса дополнительной массы 45 возрастает сила прижима излучающей платформы (1 и 47) к грунту, что препятствует ее проскальзыванию при увеличившейся амплитуде силы.

Предлагаемая конструкция сейсмоисточника позволяет легко осуществить синхрон,.ую работу нескольких источников при их группировании, На фиг, 8 показаны два источника, расположенные последовательно. Траверса 51 второго источника жестко соединена с рамой 8 инерционной массы 2 первого.

При таком соединении автоматически обеспечивается синфазность колебаний двух источников. Излучающие платформы 1 и 52 источников при синхронной

911403 работе соединять не требуется, так как усилия на них передаются от разных силовых узлов 53 сейсмоисточников.

Таким образом, выполнение пневмопружины и гидроцилиндра раскачки двойного действия, расположение их с одного торца инерционной массы 2 в направлении ее перемещения и связь их с инерционной массой 2 с помощью траверсы 21 (и аналогично с инерционной массой 54) позволяет повысить интенсивность излучаемого сейсмосигнала и обеспечитЪ возможность группирования источников для синхронной работы. Применение катков с двумя коническими или цилиндрическими поверхностями качения упрощает конст-рукцию источника и повышает его надежность.

Формула изобретения

1. Вибрационный источник сейсми. ческих сигналов, включающий излучающую платформу, связанную с грунтом, инерционную массу, установленную на излучающей платформе с возможностью перемещения, упругий элемент, вы10 полненный в виде пневмопружины, и гидроцилиндр с переключателем, о тл и ч. а ю шийся тем, что, с целью повышения интенсивности возбуждаемого Сигнала и обеспечения воэможности группирования источников для синхронной работы, инерционная массы выполнена в виде рамы со съемными грузами, которая посредством траверсы связана с пневмопружиной и гидроцилиндром, выполненными двойного действия и установленными на излучающей платформе с одного торца инерционной массы в направлении ее перемещения.

2, Источник по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности источника, инерционная масса установлена на излучающей платформе на катках, имеющих две конические или цилиндрические

I поверхности качения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 412695, кл. G 01 V 1/02, опублик, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

11 685016, кл. G 01 V 1/14, опублик.

1979 (прототип).

911403

Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1116/34

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

Составитель Н. Чихладзе редактор P. Цицика Техред С.Мигунова Корректор М Дем ик