Сейсмический пневмоизлучатель

Сейсмический пневмоизлучатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сейсморазведке и предназначено для возбуждения упругих колебаний в водной среде путем реализации в нее порции сжатого воздуха в заданный момент времени. Преимущественная область использования - в морской сейсморазведке.

Известен сейсмический пневмоизлучатель (1), содержащий корпус, подвижный поршень, накопительную камеру, подвижное подпружиненное уплотнительное кольцо из твердого полимера с металлической обоймой, установленное с возможностью их ограниченного продольного перемещения и уплотненное радиально полимерным кольцом на стенке корпуса накопительной камеры, циклично уплотняющее эту камеру путем посадки его на поршень. Недостатком устройства является снижение его максимально возможной сейсмической эффективности из-за уменьшения площади сечения выхлопного окна телом металлической обоймы подвижного подпружиненного уплотнительного кольца.

Известен сейсмический пневмоизлучатель (2), содержащий корпус, подвижный поршень, накопительную камеру, подвижное эластичное полимерное кольцо, установленное с возможностью его ограниченного продольного перемещения на стенке корпуса накопительной камеры, циклично уплотняющее эту камеру путем посадки его на полимерную тарелку поршня. Недостатком устройства является также снижение его максимально возможной сейсмической эффективности из-за уменьшения площади сечения выхлопного окна телом подвижного эластичного полимерного кольца.

В качестве прототипа выбран сейсмический пневмоизлучатель (3), содержащий корпус накопительной камеры, подвижный составной поршень с металлическим и полимерным его элементами и металлическим подвижным в ограниченных пределах уплотнительным кольцом, уплотненным радиально эластичным кольцом на стенке корпуса накопительной камеры. Недостатком устройства является также снижение его максимально возможной сейсмической эффективности из-за уменьшения площади сечения выхлопного окна телом подвижного металлического уплотнительного кольца.

Сущность изобретения заключается в том, что в сейсмическом пневмоизлучателе, содержащем корпус, накопительную камеру, сообщенную входным каналом с источником сжатого воздуха, цилиндрическое выхлопное окно накопительной камеры, челночное устройство со штоком и установленной на штоке герметично составной тарелкой, герметизирующей циклично накопительную камеру и включающей верхнюю опорную металлическую и нижнюю полимерную тарелки и симметрично расположенные асимметричные спиральные канавки на усеченном конусе нижней тарелки, нижняя полимерная тарелка выполнена хотя бы в периферийной части ее в виде веерообразного в сечении набора фигурных дисковых пластин из упругого эластомера, например из полиуретана, одинаковой или переменной толщины, и установлена на штоке с возможностью для каждой пластины изменять свой внешний диаметр при плоском осевом сжатии, периферийные части дисковых пластин выполнены в виде конусов с вершинами, обращенными вверх, с различными углами при вершинах, линейно нарастающими от самой нижней пластины, с обеспечением гарантированного зазора в цилиндрическом окне накопительной камеры при атмосферном и гидростатическом давлении с площадью его, равной или большей площади входного канала, пластины выполнены так, что при распрямлении каждой из них в плоскости, перпендикулярной оси челночного устройства, они образуют профиль в виде усеченного конуса с вершиной конуса, обращенной вверх, с наружным диаметром основания его для самой нижней пластины при ее плоском осевом сжатии на минимальном рабочем давлении, равным диаметру цилиндрического выхлопного окна накопительной камеры, и наружным диаметром его для самой верхней пластины при ее плоском осевом сжатии на максимальном рабочем давлении, равном диаметру этого окна, а внутренняя поверхность выхлопного цилиндрического окна накопительной камеры выполнена чистой хотя бы в зоне ее сопряжения с боковыми цилиндрическими поверхностями пластин, на штоке выполнена резьба, а нижняя полимерная тарелка укреплена на штоке прижимной гайкой, нижняя полимерная тарелка выполнена в виде набора отдельных пластин, а прижимная гайка выполнена фигурной в верхней части ее в виде усеченного конуса с вершиной, обращенной вниз, на котором размещены спиральные канавки, или нижняя полимерная тарелка выполнена в виде монолита, а набор пластин получен посредством прорезей в нем, при этом нижняя часть монолита выполнена в виде усеченного конуса с вершиной, обращенной вниз, на котором размещены спиральные канавки, набор отдельных пластин выполнен из одинакового полимерного материала с одинаковыми упругими свойствами или из одинакового полимерного материала с различными упругими свойствами, или из различных полимерных материалов с различными упругими свойствами, а асимметричные спиральные канавки и резьба гайки со штоком выполнены с противоположным ходом винта.

Использование изобретения позволяет повысить сейсмическую эффективность излучателя за счет предельного увеличения действующего проходного сечения для выхлопа сжатого воздуха.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 дан пример общего вида сейсмического пневмоизлучателя в вертикальном положении с накопительной камерой, расположенной внизу, в варианте исполнения веерообразного уплотнения с отдельными фигурными полимерными пластинами и фигурной зажимной гайкой. На фиг.2 показан фрагмент пневмоизлучателя с монолитным исполнением веерообразного уплотнения. На фиг.3 - фрагмент веерообразного уплотнения в статическом состоянии пневмоизлучателя в рабочем режиме в такте ожидания при некотором рабочем давлении ниже максимального. На фиг.4 представлен известный пневмоизлучатель.

Пневмоизлучатель содержит основание 1 с полостью рабочей камеры 2, держатель 3 челнока 4 с двумя поршнями, верхним 5 и нижним 6, составленным из металлического элемента 7, полимерного 8, имеющего веерообразный в сечении набор фигурных пластин 9, соединенными полым ступеньчатым штоком 10, установленным в подшипник скольжения 11, седло 12 верхнего поршня 5 с уплотнительным кольцом 13, полость выхлопа 14, накидную гайку 15, скрепляющую основание 1 с держателем 3 челнока 4, сменный баллон 16 накопительной камеры 17 различного объема, соединенный с держателем 3 челнока 4 с помощью резьбы, цилиндрическое выхлопное окно 18, выхлопные окна 19 в держателе 3 челнока 4, проходной канал 20 в штоке 10 челнока 4 в накопительную камеру 17, фигурную гайку 21 с левоходовыми спиральными канавками 22 на ее усеченном конусе 23, или на полимерном монолите 24 (фиг.2), гарантированный зазор 25 с площадью сечения, равной или большей площади сечения канала 20, правоходовую резьбу 26 на штоке 10 и гайке 21, электромагнитный пневмоклапан 27 с каналом 28 подачи сжатого воздуха в него, перепускные выемки 29 в основании 1, запускающую камеру 30, сообщенную с выходом электромагнитного пневмоклапана 27 каналом 31 и с окружающей средой каналом 32, канал 33 подачи сжатого воздуха в излучатель, уплотнительное кольцо 34, герметизирующее баллон 16 накопительной камеры 17. Уплотняющий диаметр верхнего поршня 5 больше уплотняющего диаметра нижнего поршня 4, равного внутреннему диаметру цилиндрического выхлопного окна 18 держателя 3.

Излучатель работает в двух режимах: подготовительном и эксплуатационном. В подготовительном режиме электромагнитный пневмоклапан 27 закрыт и по каналу 33 в излучатель подают сжатый воздух, в рабочей полости 2 возникает избыточное давление, в результате действия которого на площадь штока 10 челнока 4 он перемещается вниз и его верхний поршень 5 прижимается к своему седлу 12 и герметизирует рабочую полость 2 с помощью кольца 13. При этом веерное уплотнение 8 фигурными полимерными пластинами 9 нижнего поршня 6 перекрывает окно 18 накопительной камеры 17 с зазором 25. Пока накопительная камера 17 не уплотнена, образуется стационарный поток сжатого воздуха из рабочей полости 2 через полый шток 10 челнока 4 по каналу 20, накопительной камере 17, цилиндрическому зазору 25 между боковыми поверхностями упругих эластичных пластин 9 нижнего поршня 6 и внутренней стенкой цилиндрического выхлопного окна 18 держателя 3 челнока 4. При этом давление воздуха в накопительной камере 17 нарастает. В результате действия этого давления на торцевые поверхности фигурных пластин 9 они деформируются, последовательно, начиная с самой нижней, облекая своей внешней поверхностью сопрягающуюся поверхность внутренней стенки цилиндрического выхлопного окна 18 держателя 3 челнока 4. Величины проходных сечений через зазоры 25 уменьшаются, и давление в накопительной камере 17 увеличивается. Этот процесс протекает с положительной обратной связью: чем выше давление в накопительной камере 17, тем меньше проходные сечения через зазоры 25, тем еще выше давление в ней и т.д. до ее полной герметизации. При этом сначала накопительная камера 17 герметизируется самой нижней пластиной 9, затем при нарастании давления в ней и действия его на всю пачку пластин 9 герметизация переходит последовательно вверх на каждую следующую пластину 9. Далее происходит накопление сжатого воздуха в накопительной камере 17 и повышение давления в ней до рабочего. При этом при герметизации окна 18 каждой следующей пластиной 9 каждая предыдущая пластина 9 разгерметизируется и принимает первоначальную форму. Процесс герметизации накопительной камеры 17 идет с запаздыванием относительно герметизации камеры запуска за счет гистерезиса деформации пластин 9 относительно действующего давления на них, что исключает возможность самозапуска пневмоизлучателя.

Эксплуатационный режим работы излучателя включает четыре такта:

"накопление", "ожидание", "выхлоп", "возврат", которые циклически повторяются.

В такте "накопление" происходит процесс, аналогичный описанному выше в конце подготовительного режима, но протекающий с большей скоростью.

В такте "ожидание" электромагнитный пневмоклапан 17 закрыт, рабочая полость 2 герметизирована от окружающей среды верхним поршнем 5 челнока 4 и уплотнительным кольцом 13, накопительная камера 17 герметизирована от окружающей среды одной из пластин 9 веерного уплотнения 8 нижнего поршня 6 челнока 4. Все остальные нижние пластины 9 имеют форму исходного состояния излучателя при атмосферном или гидростатическом давлении, а верхние деформированы по оси излучателя, обеспечивая минимальный зазор между стенкой цилиндрического выхлопного окна, и удерживают герметизирующую пластину 9 от выдавливания (играют роль защитных колец). Так обеспечивается минимальная величина силы трения страгивания при запуске излучателя, т.к. ее определяет минимальная толщина только одной герметизирующей пластины 9, а давление ее боковой цилиндрической поверхности на стенку окна минимально достаточное для уплотнения (при увеличении его герметизирующей пластиной становится следующая верхняя). Во всех внутренних полостях излучателя давление сжатого воздуха одинаково, а челнок 4 находится в крайнем устойчивом нижнем положении за счет разности площадей кругов уплотняемых диаметров верхнего 5 и нижнего 6 поршней челнока 4. Центровка челнока 4 осуществляется герметизирующей пластиной 9 и подшипником скольжения 11.

Такт "выхлоп" начинается с подачи через электропневмоклапан 27 в заданный момент времени порции сжатого воздуха по каналу 31 в камеру запуска 30. Давление сжатого воздуха над верхним поршнем 5 челнока 4 и под ним выравнивается и на челнок 4 действует сила, определяемая разностью площадей его штока и площади цилиндрического выхлопного окна 18, которая перемещает челнок 4 вверх. Происходит вскрытие накопительной камеры 17 и сжатый воздух реализуется в окружающую среду через цилиндрическое выхлопное окно 18 и выхлопные окна 19 держателя 3 челнока 4. Давление в накопительной камере 17 падает, а в рабочей полости растет. В результате скорость движения челнока 4 снижается до нуля. Ускорение скорости вскрытия обеспечивается перепускными выемками 29, а демпфирование скорости движения челнока 4 в конце такта "выхлоп" происходит при полном проходе их зоны верхним поршнем 5. Веерное уплотнение при нарастании скорости движения челнока 4 за счет сил инерции стремится принять первоначальную форму и в результате нижний поршень движется с зазором. При каждом цикле "выхлоп" челнок 4 поворачивается вправо на небольшой угол за счет действия потока сжатого воздуха на симметрично расположенные асимметричные спиральные канавки 22, чем и обеспечивается равномерный износ трущихся поверхностей излучателя и исключается вибрационное отворачивание фигурной гайки 21.

В такте "возврат" происходят те же процессы, что и в подготовительном режиме, но с большей скоростью. Демпфирование скорости челнока 4 при посадке верхнего поршня 5 на свое седло 12 также обеспечивается после прохода им зоны перепускных выемок 29, а излишки сжатого воздуха из камеры запуска дросселируются в окружающую среду по каналу 32. Далее циклы повторяются.

По сравнению с прототипом предложенное техническое решение позволяет повысить сейсмическую эффективность излучателя за счет увеличения действующего проходного сечения выхлопа, определяемого в данном случае диаметром цилиндрического выхлопного окна. Существенно снижена величина силы трения страгивания при запуске излучателя для повышения точности момента вскрытия. Снижен расход металла при изготовлении излучателя каждого типоразмера из-за отсутствия в зоне цилиндрического выхлопного окна вставных уплотнительных элементов и (или) канавок в корпусе, требующих увеличения толщины его стенки.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Prakla-seismos GMBH Buchholzer str. 100 P.O.B.510530 D-3000 Hannover 51 CABLE: Prakla Germany Copyrigt PRAKLA-SEISMOS GMBH, Garmover, 1984.

2. Патент РФ N 2204845, кл. G01V 1/02,1986.

3. Авторское свидетельство СССР N 1445424, кл. G01V 1/137,1986.

1. Сейсмический пневматический излучатель, содержащий корпус, накопительную камеру, сообщенную входным каналом с источником сжатого воздуха, цилиндрическое выхлопное окно накопительной камеры, челночное устройство со штоком и установленной на штоке герметично составной тарелкой, герметизирующей циклично накопительную камеру и включающей верхнюю опорную металлическую и нижнюю полимерную тарелки и симметрично расположенные асимметричные спиральные канавки на усеченном конусе нижней тарелки, отличающийся тем, что нижняя полимерная тарелка выполнена хотя бы в периферийной части ее в виде веерообразного в сечении набора фигурных дисковых пластин из упругого эластомера, например из полиуретана, одинаковой или переменной толщины, и установлена на штоке с возможностью для каждой пластины изменять свой внешний диаметр при плоском осевом сжатии, периферийные части дисковых пластин выполнены в виде конусов с вершинами, обращенными вверх с различными углами при вершинах, линейно нарастающими от самой нижней пластины, с обеспечением гарантированного зазора в цилиндрическом окне накопительной камеры при атмосферном и гидростатическом давлении с площадью его, равной или большей площади входного канала, пластины выполнены так, что при распрямлении каждой из них в плоскости, перпендикулярной оси челночного устройства, они образуют профиль в виде усеченного конуса с вершиной конуса, обращенной вверх, с наружным диаметром основания его для самой нижней пластины при ее плоском осевом сжатии на минимальном рабочем давлении, равным диаметру цилиндрического

выхлопного окна накопительной камеры, и наружным диаметром его для самой верхней пластины при ее плоском осевом сжатии на максимальном рабочем давлении, равном диаметру этого окна, а внутренняя поверхность выхлопного цилиндрического окна накопительной камеры выполнена чистой хотя бы в зоне ее сопряжения с боковыми цилиндрическими поверхностями пластин.

2. Сейсмический пневматический излучатель по п.1, отличающийся тем, что на штоке выполнена резьба, а нижняя полимерная тарелка укреплена на штоке прижимной гайкой.

3. Сейсмический пневматический излучатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что нижняя полимерная тарелка выполнена в виде набора отдельных пластин, а прижимная гайка выполнена фигурной в верхней части ее в виде усеченного конуса с вершиной, обращенной вниз, на котором размещены спиральные канавки.

4. Сейсмический пневматический излучатель по п.1, отличающийся тем, что нижняя полимерная тарелка выполнена в виде монолита, набор пластин получен посредством прорезей в нем, а нижняя часть монолита выполнена в виде усеченного конуса с вершиной, обращенной вниз, на котором размещены спиральные канавки.

5. Сейсмический пневматический излучатель по п.3, отличающийся тем, что набор отдельных пластин выполнен из одинакового полимерного материала с одинаковыми упругими свойствами.

6. Сейсмический пневматический излучатель по п.3, отличающийся тем, что набор отдельных пластин выполнен из одинакового полимерного материала с различными упругими свойствами.

7. Сейсмический пневматический излучатель по п.3, отличающийся тем, что набор отдельных пластин выполнен из различных полимерных материалов с различными упругими свойствами.

8. Сейсмический пневматический излучатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что асимметричные спиральные канавки и резьба гайки со штоком выполнены с противоположным ходом винта.