Импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом

Импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом

Реферат

Изобретение относится к области невзрывных сейсмоисточников и предназначено для проведения сейсморазведочных работ.

Известен электродинамический источник сейсмических волн, содержащий расположенную на поверхности грунта опорную плиту-излучатель, пригруз - инертную массу, демпфер и импульсный электромеханический преобразователь с системой импульсного возбуждения. Ферромагнитные якорь и индуктор электромеханического преобразователя расположены соосно и содержат обмотки возбуждения в пазах на обращенных друг к другу поверхностях магнитопроводов («Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки», под ред. д.т.н. Шнеерсона М.Б., М., ОАО Изд-во «Недра», 1998 г., стр.149-151). Недостатками источника являются ограниченность применения в связи с низкой сейсмической эффективностью. Ограниченность применения обусловлена невозможностью оперативного перемещения источника по профилю при проведении сейсморазведочных работ из-за большого веса транспортного средства. Размещение источника на транспортном средстве со спускоподъемным устройством для его установки на грунт и на транспортное средство приводит к чрезмерному увеличению веса сейсмоисточника, повышению его стоимости и снижению эффективности при проведении сейсморазведочных работ, а также уменьшению производительности сейсморазведочных работ из-за потери времени на спускоподъемных операциях.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является импульсный невзрывной электромагнитный источник сейсмических волн с электромагнитным приводом (прототип), содержащий корпус, предназначенный для излучения сейсмических волн, пригруз, электрическую систему питания, первый и второй демпферы, электромеханический преобразователь электромагнитного типа (электромагнит). Корпус выполнен в виде полоза саней. На днище полости каждого полоза помещен пригруз с возможностью его перемещения вдоль высоты стенок полоза, с каждым пригрузом жестко соединен индуктор электромагнита, якорь которого оперт на стенки полоза, между передним концом пригруза и полозом установлен первый демпфер, а между задним концом пригруза и полозом - второй демпфер (Патент РФ №2171478, G01V 1/02, 2001). Недостаточная сейсмическая эффективность данного источника обусловлена большим весом подвижных частей, участвующих в передаче усилия на грунт, развиваемого электромагнитом, а также ограничениями, вызванными большим весом источника, что приводит к использованию большегрузного тягача, что, в свою очередь, влечет за собой дополнительные расходы по подготовке сейсмических профилей и обустройству ледяных переправ, сложности при проведении погрузочно-разгрузочных работ. Кроме того, в сейсмоисточнике все четыре двигателя включены параллельно на одной схеме, что не позволяет контролировать работу электромагнита в отдельности.

Цель изобретения - повышение эффективности использования сейсмоисточника, предназначенного для возбуждения упругих волн в горной породе при решении задач вертикального сейсмического профилирования, изучения зоны малых скоростей, при ведении работ в труднодоступных районах, в сложных климатических условиях.

Указанная цель достигается тем, что в импульсном невзрывном сейсмоисточнике с электромагнитным приводом, содержащем жесткую плиту - излучатель сейсмических волн, пригруз, демпферы, электрическую систему питания, состоящую из зарядного устройства и конденсаторной батареи, и электромеханический преобразователь излучатель выполнен в виде полого короба с плоским днищем, внутри короба в центре размещен пригруз переменной массы, внутри короба по разные стороны от пригруза размещены зарядное устройство и конденсаторная батарея, электромеханический преобразователь, излучатель выполнен в виде короткоходового импульсного электродвигателя, состоящего из якоря и индуктора, составляющих единое целое с пригрузом, с пазами на стороне, обращенной к якорю, в которых размещена катушка возбуждения, между якорем и индуктором размещены пластины с возможностью регулирования рабочего зазора между якорем и индуктором, зарядное устройство с конденсаторной батареей соединено силовым кабелем с катушкой возбуждения, при этом под плоским днищем вдоль по ходу источника приварены железные прутки круглого и квадратного поперечного сечения, пригруз переменной массы состоит из набора пластин, выполненных из стали, пригруз переменной массы состоит из набора пластин, выполненных из свинца.

Существенные признаки устройства:

1) электромагнитный привод;

2) жесткая плита - излучатель сейсмических волн;

3) пригруз;

4) демпферы;

5) электрическая система питания, состоящая из зарядного устройства и конденсаторной батареи;

6) электромеханический преобразователь;

7) излучатель, выполненный в виде полого короба с плоским днищем;

8) размещенный внутри короба в центре пригруз переменной массы;

9) размещенные внутри короба по разные стороны от пригруза зарядное устройство и конденсаторная батарея;

10) выполнение электромеханического преобразователя в виде короткоходового импульсного электродвигателя, состоящего из якоря и индуктора, составляющих единое целое с пригрузом;

11) выполнение индуктора с пазами на стороне, обращенной к якорю, в которых размещена катушка возбуждения;

12) размещение между якорем и индуктором пластины с возможностью регулирования рабочего зазора между якорем и индуктором;

13) соединение зарядного устройства с конденсаторной батареей силовым кабелем с катушкой возбуждения.

14) приваривание под плоским днищем вдоль по ходу источника железных прутков круглого и квадратного поперечного сечения;

15) выполнение пригруза переменной массы из набора пластин, выполненных из стали;

16) выполнение пригруза переменной массы состоит из набора пластин, выполненных из свинца.

Признаки 1-6 - общие с прототипом; 7-13 - существенные признаки заявляемого устройства; 14-16 - частные признаки заявляемого устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом фиг.1, на котором изображено устройство.

Устройство, т.е. импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом состоит из жесткой плиты - излучателя сейсмических волн 1, пригруза 2, демпферов 3, электрической системы питания (на чертеже не показано), электромеханического преобразователя 4, излучатель 1 выполнен в виде полого короба 5 с плоским днищем 6, внутри короба 5 в центре размещен пригруз переменной массы 7, внутри короба 5 по разные стороны от пригруза переменной массы 7 размещены зарядное устройство и конденсаторная батарея (не показаны), электромеханический преобразователь 4 выполнен в виде короткоходового импульсного электродвигателя, состоящего из якоря 8 и индуктора 9, составляющих единое целое с пригрузом 2, с пазами (не показано) на стороне, обращенной к якорю 8, в которых размещена катушка возбуждения 10, между якорем и индуктором размещены пластины 11 с возможностью регулирования рабочего зазора между якорем и индуктором, зарядное устройство с конденсаторной батареей (не показано) соединено силовым кабелем (не показано) с катушкой возбуждения 10, под плоским днищем 6 вдоль по ходу источника приварены железные прутки 12 круглого и квадратного поперечного сечения.

Устройство работает следующим образом.

При подключении батареи конденсаторов к внешнему источнику тока происходит накопление энергии для формирования мощного импульса тока в катушке возбуждения 10. При взаимодействии магнитного поля индуктора 9 с якорем 8 происходит преобразование электромагнитной энергии в механическую энергию, реализуемую в виде импульса силы центральной части короба 5 с плоским днищем 6 на грунт.

Между якорем 8 и индуктором 9 создается электромагнитное поле, под действием которого якорь 8 воздействует на короб 5, формируя сейсмическую волну при нагружении грунта. Одновременно индуктор 9 и пригруз переменной массы 2 перемещаются вверх на величину зазора между противолежащими поверхностями якоря 8 и индуктора 9 так, что их кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию. При прекращении действия импульса тока в катушке возбуждения 10 индуктор 9 и пригруз переменной массы 7 под действием силы тяжести падают на демпферы 3, что позволяет уменьшить силу удара их о поверхность короба 5.

При последовательном пропускании импульсов тока процесс повторяется. Предложенный источник предназначен для проведения сейсморазведочных работ, вертикального сейсмического профилирования, изучения зоны малых скоростей, как в зимний, так и в летний периоды при ведении работ в труднодоступных районах, в сложных климатических условиях. Мобильность источника достигается меньшими размерами и небольшим весом (около 600 кг), что позволяет проводить транспортировку легким автомобильным транспортом с подъемником - манипулятором, а также вертолетным транспортом. Применение данного источника дает возможность рассредоточения при работе на льду. Меньшие размеры излучающей плиты позволяют получить более высокочастотный спектр излучения. Полностью автономный источник может использоваться как модуль для набора необходимого силового воздействия, что позволяет собирать источники в различные группы для работы на профиле и набирать необходимую мощность при проведении сейсморазведочных работ, что, в свою очередь, снижает их себестоимость. Применение данного источника дает возможность проводить группирование с целью уменьшения помех.

Пример конкретного выполнения

На опытном производстве был изготовлен импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом. Габаритные размеры модуля источника, мм:

- длина полоза - 1400;

- ширина полоза - 450 мм;

- высота - 550 мм.

Вес источника - 640 кг.

Напряжение питания источника - 220 В, сила воздействия на излучающую поверхность в импульсе - 250000 Н, потребляемая мощность - 1.1 кВт.

Пригруз переменной массы состоял из двух стальных пластин по 100 кг каждая. В качестве пластин, регулирующих рабочий зазор между якорем и индуктором, использовали полиуретан твердостью 90 ед. по Шорту.

Источник испытали при проведении сейсморазведочных работ на одной из площадей РУП «Белоруснефть». Сравнивая сейсмический материал, полученный при взрыве и с применением предлагаемого источника, можно сделать вывод о достаточном частотном диапазоне формируемого импульса при работе источника для использования его в экологосберегающих технологиях сейсморазведки.

1. Импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом, содержащий жесткую плиту - излучатель сейсмических волн, пригруз, демпферы, электрическую систему питания, состоящую из зарядного устройства и конденсаторной батареи, и электромеханический преобразователь, отличающийся тем, что излучатель выполнен в виде полого короба с плоским днищем, внутри короба в центре размещен пригруз переменной массы, внутри короба по разные стороны от пригруза размещены зарядное устройство и конденсаторная батарея, электромеханический преобразователь выполнен в виде короткоходового импульсного электродвигателя, состоящего из якоря и индуктора, составляющих единое целое с пригрузом, с пазами на стороне, обращенной к якорю, в которых размещена катушка возбуждения, между якорем и индуктором размещены пластины с возможностью регулирования рабочего зазора между якорем и индуктором, зарядное устройство с конденсаторной батареей соединено силовым кабелем с катушкой возбуждения.

2. Импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом по п.1, отличающийся тем, что под плоским днищем вдоль по ходу источника приварены железные прутки круглого и квадратного поперечного сечения.

3. Импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом по п.1, отличающийся тем, что пригруз переменной массы состоит из набора пластин, выполненных из стали.

4. Импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом по п.1, отличающийся тем, что пригруз переменной массы состоит из набора пластин, выполненных из свинца.