УПРАВЛЯЕМЫЙ ПНЕВМОЗАТВОР ИСТОЧНИКА СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК G01V1/133 G01V1/137 

Изобретение относится к сейсморазведке и предназначено для возбуждения упругих колебаний или инициирования пневмоизлучателей. Преимущественная область использования в морской и скважинной сейсморазведке.

Известен управляемый пневмозатвор источника сейсмических сигналов [1], содержащий корпус, спиральный уплотнительный элемент и управляющий исполнительный механизм. Недостатком его является невозможность полной компенсации давления из-за фиксированной площади заглушки и в связи с этим большое потребление энергии на управление.

Известен также электропневмоклапан [2] выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус, управляющий клапан со своим седлом, размещенный на дисковом якоре электромагнита и рабочую полость. Недостатком прототипа является значительное потребление электроэнергии для вскрытия клапана, сильно зависящее от давления и от площади сечения выходного окна.

Сущность изобретения заключается в том, что в управляемый пневмозатвор источника сейсмических сигналов, содержащий корпус, полость в корпусе, сообщенную с источником сжатого газа, выходное окно и управляющий клапан, связанный с управляющим исполнительным механизмом, дополнительно введены n обратных клапанов, где n = 1, 2, 3... при счете сверху вниз, расположенных каждый в своей полости в корпусе, выполненной с нижней стенкой или без нее, каждый из которых выполнен в виде цилиндра с наружной выемкой и установлен на каждую нижнюю стенку полости в корпусе или на верхний торец последующего обратного клапана выемкой вниз с герметичным перекрытием своего выходного окна, которое выполнено в корпусе или в последующем обратном клапане, и с возможностью ограниченного свободного осевого перемещения вверх.

Для каждого обратного клапана введены управляющая камера, расположенная над его верхней торцовой поверхностью, и рабочая камера, расположенная между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью выемки, которые сообщены хотя бы одним каналом, введены также дополнительные выходные каналы, устье каждого из них совмещено с выходными окнами каждого обратного клапана, кроме последнего, а выходы расположены на наружной поверхности корпуса или коаксиально в дополнительном выходном канале следующего обратного клапана. В первом обратном клапане выполнен осевой выходной канал, устье которого расположено в первой управляющей камере и выполнено с возможностью его полного или частичного схлопывания под давлением в закрытом состоянии пневмозатвора. Управляющий клапан выполнен из упругого эластомера и установлен в первой управляющей камере на верхний торец первого обратного клапана с герметичным перекрытием его осевого выходного канала. Управляющая камера каждого последующего обратного клапана сообщена каналами с рабочей камерой каждого предыдущего или эти камеры совмещены. С источником сжатого воздуха сообщена последняя рабочая камера, площадь проходного сечения каждого следующего по направлению вниз выходного окна выполнена больше предыдущей. Каналы сообщения управляющей и рабочей камер каждого обратного клапана выполнены в виде цилиндрического щелевого зазора между наружной поверхностью обратного клапана и внутренней корпуса. Первый обратный клапан выполнен составным из трех сцепленных с помощью буртов элементов: наружной втулки из твердого материала, например металла, сердцевины - из упругого эластомера, верхние торцы которых совмещены в одной плоскости, и опорной внутренней шайбы - из твердого материала, утопленной относительно нижнего торца сердцевины на 0,2-0,3 мм и выполненной с перекрытием выходного окна, осевой выходной канал первого обратного клапана размещен в сердцевине и опорной внутренней шайбе, в сердцевине он выполнен в виде звезды в сечении, при этом пневмозатвор открывают путем ограниченного перемещения управляющего клапана вверх.

Использование изобретения позволяет уменьшить электропотребление по сравнению с прототипом не менее чем на порядок.

Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1), где дан общий вид управляемого пневмозатвора при n = 1, и схемами при n = 3: с окнами во внутренних стенках корпуса (фиг. 2) и без стенок с окнами непосредственно в обратных клапанах (фиг. 3).

Пневмозатвор содержит корпус 1, канал 2 подачи сжатого воздуха, рабочие камеры 3, n обратных клапанов 4, первый из которых при счете сверху вниз включает сцепленные буртами наружную втулку 5 из твердого материала, сердцевину из упругого эластомера 6 и опорную шайбу 7 из твердого материала, управляющий исполнительный механизм, выполненный в качестве электромагнита 8 с дисковым якорем 9, имеющим хотя бы два симметричных отверстия, сообщающих верхний и нижний его торцы, с которым сцеплен с помощью бурта управляющий клапан 10 из упругого эластомера, управляющие камеры 11, первая из которых герметизирована от окружающей среды уплотнительной прокладкой 12, осевой выходной канал 13 со звездообразным сечением в сердцевине 6, дополнительные выходные каналы 14, щелевые цилиндрические зазоры 15, сообщающие рабочие камеры 3 с управляющими камерами 11, выходные окна 16 и каналы 17, сообщающие каждую рабочую камеру предыдущего обратного клапана с управляющей последующего.

Пневмозатвор работает следующим образом. При подаче в последнюю рабочую камеру 3 по каналу 2 сжатого воздуха вокруг каждого клапана 4 образуются два потока из рабочей камеры 3: нижний - через дисковый кольцевой зазор в окно 16 и верхний - через цилиндрический щелевой зазор 15, управляющую камеру 11 и дополнительный выходной канал 14. Под нижним торцем над устьем дополнительного выходного канала 13 управляющего клапана 10 давление воздуха оказывается ниже чем над верхним, в результате чего он стремится передвинуться вниз, увлекая за собой и якорь 9. Этот процесс идет с положительной обратной связью: чем ниже опускается управляющий клапан 10, тем еще больше разность давлений и сила "прижимающая его к первому обратному клапану 4.

В результате устье осевого выходного канала 13 герметизируется нижним торцем управляющего клапана 10. Одновременно прижимается к корпусу и сам первый обратный клапан 4, в результате действия аналогичного процесса, также охваченного положительной обратной связью. То же происходит и со всеми последующими обратными клапанами 4, так как они выполняют свою функцию запирания по потоку сжатого воздуха. После герметизации торцовыми уплотнениями рабочих камер 3 давление в них повышается до рабочего. В процессе повышения давления упругий эластичный материал сердцевины 6 сжимается, уменьшая площадь звездообразного сечения устья осевого выходного канала 13 вплоть до его полного схлопывания при рабочем давлении. При этом прогиб эластичного материала сердцевины 6 в несжимающийся канал в опорной шайбе 7 отслеживается сопрягающимся прогибом эластичного материала управляющего клапана 10 таким образом, что граница зоны уплотнения устья осевого канала 13 всегда проходит по кромке звездообразного сечения. В результате сила прижимающая управляющий клапан 10 к первому обратному клапану 4. при рабочем давлении определяется только площадью сечения эффективного канала утечек, которые допустимо сделать сколь угодно малыми.

Для вскрытия пневмозатвора подают на соленоид электромагнита 8 электрический импульс заданной длительности. Якорь 9 прижимается к уплотнительной прокладке 12, увлекая за собой вверх и управляющий клапан 10, который разгерметизирует устье осевого выходного канала 13. При этом сжатый воздух из области над дисковым якорем перетекает в область под ним через отверстия в нем и внешний зазор с корпусом и далее из первой управляющей камеры 11 по дополнительному выходному каналу 14 выходит в окружающую среду. За счет упругости эластичного материала сердцевины 6 сечение осевого выходного канала 13 в ней увеличивается, давление в первой управляющей камере 11 падает, что влечет за собой разгерметизацию нижнего торцового уплотнения первого обратного клапана 4 и его подъем вверх со вскрытием выходного окна 16.

Аналогичный процесс происходит и со всеми последующими обратными клапанами 4. Пока якорь 9 удерживается электромагнитом 8 в крайнем верхнем положении, все обратные клапаны находятся в верхнем или некотором промежуточном положении, пропуская основную массу воздуха через дисковые кольцевые зазоры, т.е. пневмозатвор находится в открытом состоянии.

Закрытие пневмозатвора происходит после окончания действия электрического импульса на электромагнит 8 и аналогичен описанному выше.

Процессы отпирания и запирания затвора протекают иерархически: для каждого следующего обратного клапана предыдущий является управляющим. При этом достигается независимость управляющего воздействия от площади сечения выходного окна, а за счет схлопывания устья осевого выходного канала в первом клапане оно сводится к минимуму.

По сравнению с прототипом предложенное техническое решение позволяет уменьшить энергопотребление на управление более чем в 20 раз.

Использование: в морской и скважинной сейсморазведке, в частности в пневмоизлучателях. Сущность изобретения: управляемый пневмозатвор источника сейсмических сигналов содержит корпус с полостью в нем, сообщенную с источником сжатого воздуха, управляющий исполнительный механизм, выполненный, например, в виде электромагнита, взаимодействующего с управляющим клапаном. В затвор введены один или несколько обратных клапаном. В затвор введены один или несколько обратных клапанов со своими выходными окнами, увеличивающимися в диаметре. Последнее из них является выходным окном затвора. Управляющий клапан выполнен из упругого эластомера. Первый обратный клапан выполнен с возможностью схлопывания устья своего выходного канала под давлением. 3 ил.

1. Управляемый пневмозатвор источника сейсмических сигналов, содержащий корпус, полость в корпусе, сообщенную с источником сжатого газа, выходное окно и управляющий клапан, связанный с управляющим исполнительным механизмом, отличающийся тем, что в него дополнительно введены n обратных клапанов, где n = 1,2,3,... при счете сверху вниз, расположенных каждый в своей полости в корпусе, выполненной с нижней стенкой или без нее, каждый из которых выполнен в виде цилиндра с наружной выемкой и установлен на каждую нижнюю стенку полости в корпусе или на верхний торец последующего обратного клапана выемкой вниз с герметичным перекрытием своего выходного окна, которое выполнено в корпусе или в последующем обратном клапане, и с возможностью ограниченного свободного осевого перемещения вверх, для каждого обратного клапана введены управляющая камера, расположенная над его верхней торцевой поверхностью и рабочая камера, расположенная между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью выемки, которые сообщены хотя бы одним каналом, введены также дополнительные выходные каналы, устье каждого из них совмещено с выходными окнами каждого обратного клапана, кроме последнего, а выходы расположены на наружной поверхности корпуса или коаксиально в дополнительном выходном канале следующего обратного клапана, в первом обратном клапане выполнен осевой выходной канал, устье которого расположено в первой управляющей камере и выполнено с возможностью его полного или частичного схлопывания под давлением в закрытом состоянии пневмозатвора, управляющий клапан выполнен из упругого эластомера и установлен в первой управляющей камере на верхний торец первого обратного клапана с герметичным перекрытием его осевого выходного канала, управляющая камера каждого последующего обратного клапана сообщена каналами с рабочей камерой каждого предыдущего, или эти камеры совмещены, с источником сжатого воздуха сообщена последняя рабочая камера, а площадь проходного сечения каждого следующего по направлению вниз выходного окна выполнена больше предыдущей, при этом пневмозатвор открывают путем ограниченного перемещения управляющего клапана вверх. 2. Пневмозатвор по п.1, отличающийся тем, что каналы сообщения управляющей и рабочей камер каждого обратного клапана выполнены в виде цилиндрического щелевого зазора между наружной поверхностью обратного клапана и внутренней - корпуса. 3. Пневмозатвор по п.1, отличающийся тем, что первый обратный клапан выполнен составным из трех сцепленных с помощью буртов элементов, наружной втулки из твердого материала, например металла, сердцевины из упругого эластомера, верхние торцы которых совмещены в одной плоскости, и опорной внутренней шайбы из твердого материала, утопленной относительно нижнего торца сердцевины на 0,2 - 0,3 мм, и выполненной с перекрытием выходного окна. 4. Пневмозатвор по пп.1 и 3, отличающийся тем, что осевой выходной канал первого обратного клапана размещен в сердцевине и опорной внутренней шайбе, при этом в сердцевине он выполнен в виде звезды в сечении.