УПРАВЛЯЕМЫЙ ПНЕВМОЗАТВОР ИСТОЧНИКА СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Российский патент 2001 года по МПК G01V1/133 

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

Известен электропневмоклапан (1), содержащий корпус, управляющий клапан, размещенный на дисковом якоре электромагнита, неподвижное седло клапана и рабочую полость. Недостатком является значительное потребление электроэнергии для вскрытия клапана, сильно зависящее от давления и от площади сечения выходного окна.

Известен также управляемый пневмозатвор источника сейсмических сигналов, выбранный в качестве прототипа (2), содержащий корпус с осевым выходным окном, подвижное составное седло с сердцевиной из упругого эластомера, сцепленное с обоймой из твердого материала, полость в корпусе, разделенную подвижным составным седлом на верхнюю камеру и сообщенную с источником сжатого газа нижнюю, управляющий клапан, размещенный в верхней камере полости, сцепленный с дисковым якорем электромагнита.

Недостатком прототипа является уменьшение расхода при уменьшении площади сечения центрального выходного канала сердцевины.

Сущность изобретения заключается в том, что в управляемый пневмозатвор источника сейсмических сигналов, содержащий корпус с осевым выходным окном, циклично герметично перекрываемым подвижным составным седлом с сердцевиной из упругого эластомера, сцепленной с обоймой из твердого материала, полость в корпусе, разделенную подвижным составным седлом на верхнюю камеру и сообщенную с источником сжатого газа нижнюю, управляющий клапан, размещенный в верхней камере и циклично герметично перекрывающий центральный канал сердцевины, дополнительно введены: расходная камера, размещенная между нижней торцовой поверхностью подвижного составного седла и сопряженной с ней внутренней торцовой поверхностью корпуса, и выполненная в виде дисковой щели, хотя бы один канал, сообщающий верхнюю камеру с расходной камерой, нижний вход которого размещен на контакте внешней зоны нижнего торцового уплотнения эластичной сердцевины с корпусом, полное или частичное герметичное перекрытие наружной цилиндрической поверхности обоймы по внутренней цилиндрической поверхности корпуса затвора, каналы сообщения верхней камеры с расходной камерой выполнены в виде двух цилиндрических кольцевых щелей между наружными цилиндрическими поверхностями сердцевины и сопряженными с ней внутренними поверхностями обоймы в случае сцепления их с помощью бурта, и сообщенными между собой с помощью пазов на торцовой поверхности бурта, или в виде кольцевых конусных щелей в виде окон в случае сцепления их с помощью конусных поверхностей, при этом пневмозатвор открывают путем ограниченного перемещения управляющего клапана вверх.

Использование изобретения позволяет уменьшить энергопотребление по сравнению с аналогами не менее чем на порядок при заданном расходе открытого пневмозатвора и существенно уменьшить габариты устройства.

Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1), где дан схематичный разрез общего вида управляемого пневмозатвора без расшифровки стандартных узлов электромагнита и крепления к внешним устройствам.

Пневмозатвор содержит корпус 1, хотя бы один входной канал 2 подачи сжатого воздуха, полость в корпусе, разделенную подвижным составным седлом, состоящим из упругой эластичной сердцевины 3 и твердой обоймы 4 на верхнюю камеру 5 и нижнюю 6, расходную камеру 7, размещенную между внутренней торцовой поверхностью корпуса 1 и нижними торцовыми поверхностями твердой обоймы 4 и упругой эластичной сердцевины 3 подвижного составного седла, центральный канал 8 сердцевины 3, циклично герметизируемый управляющим клапаном 9, сцепленным с дисковым якорем 10 электромагнита с соленоидом 11, каналы сообщения верхней камеры 5 с расходной камерой 7, выполненные в виде двух цилиндрических кольцевых щелей, верхней 12 и нижней 13, сообщенных между собой пазами 14, полное или частичное герметичное перекрытие наружной цилиндрической поверхности обоймы по внутренней цилиндрической поверхности корпуса затвора, выполненное, например, в виде уплотнительного или поршневого кольца 15, перекрывающего сообщение нижней камеры 6 с верхней 5 по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1, выходное окно 16, опорную шайбу 17 и герметичную прокладку 18.

Работа пневмозатвора включает 2 этапа: подготовительный и рабочий цикл.

В подготовительном этапе при подаче по каналу 2 в нижнюю камеру 6 сжатого воздуха образуется поток газа из камеры 6 в расходную камеру 7, в которой он на устье нижней кольцевой щели 13 разделяется на два потока: первый проходит далее к центру в дисковой щели расходной камеры 7 к выходному окну 16, а второй по нижней кольцевой щели 13, пазам 14, верхней кольцевой щели 12 в верхнюю камеру 5 и далее - в устье центрального канала 8 сердцевины 3 и в выходное окно 16. Давление газа над управляющим клапаном повышается, в результате чего он передвигается вниз и запирает центральный канал 8. Этот процесс происходит с положительной обратной связью, чем герметичней запирается центральный канал 8 сердцевины 3, тем выше растет давление в рабочей полости и тем герметичнее запирается центральный канал 8. Одновременно с увеличением давления в рабочей полости увеличивается сила, прижимающая эластичную сердцевину 3 к торцовой поверхности корпуса 1, и герметизация всего пневмозатвора. Центральный канал 8 сердцевины 3 по мере повышения давления до рабочего сжимается, уменьшая площадь, перекрываемую управляющим клапаном 9, на которую действует давление газа, и уменьшая тем самым силу прижатия управляющего клапана 9 к сердцевине 3, а упругое эластичное тело сердцевины приобретает напряженное сжатое состояние.

Рабочий цикл включает в себя три такта "выхлоп", "запирание" и "накопление".

В такте "выхлоп" на соленоид 11 электромагнита подают электрический импульс заданной длительности, отпирая управляющим клапаном 9 центральный канал 8 сердцевины 3. Возникает поток газа из верхней камеры 5 через центральный канал 8 в выходное окно 16, давление в верхней камере понижается, в результате чего обойма движется вверх, увлекая сцепленную с ней сердцевину 3 и разгерметизируя торцовое уплотнение дисковой щели расходной камеры 7. Кольцо 15 препятствует поступлению сжатого газа из нижней камеры 6 в верхнюю 5 вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. После этой разгерметизации возникает поток из нижней камеры 6 в выходное окно 16 по дисковой щели расходной камеры 7, который обеспечивает создание зоны пониженного давления в каналах 13, 14 и 12 связи дисковой щели расходной камеры 7 с верхней камерой 5. В результате возникает и поддерживается дополнительный поток из верхней камеры 5 через каналы 12, 14 и 13 в расходную камеру 7 и в выходное окно 16 с положительной обратной связью при вскрытии пневмозатвора: с нарастанием скорости потока по дисковому зазору расходной камеры 7 уменьшается давление в канале 13 - увеличивается расход из верхней камеры 5 - уменьшается давление в ней - увеличивается сечение дисковой щели расходной камеры 7 - увеличивается скорость потока в ней, и так далее. Процесс расширения центрального канала 8 упругой эластичной сердцевины 3 протекает также с положительной обратной связью: чем больше его сечение - тем меньше давление в кольцевых щелях 12 и 13 и тем меньше сила, сжимающая сердцевину, - тем еще больше это сечение, и так далее. Затем процесс переходит в стационарный, протекающий во все время действия электрического импульса на соленоид 12, в котором подвижные элементы составного седла находятся в некотором среднем положении, а пневмозатвор - в открытом состоянии.

При прекращении действия управляющего импульса наступает такт "запирание". При отсутствии силы, удерживающей управляющий клапан в крайнем верхнем положении, происходит процесс, аналогичный описанному на этапе подготовки, но протекающий быстрее из-за наличия сжатого газа во всех камерах затвора. Процесс запирания также охвачен положительной обратной связью.

В такте ожидания обеспечивается самоуплотнение торцовых элементов и сжатие центрального канала 8 сердцевины 3 в зависимости от рабочего давления, чем обеспечивается независимость энергопотребления от давления в широком диапазоне рабочих давлений.

По сравнению с прототипом предложенное техническое решение позволяет снизить энергопотребление на управление более чем в 10 раз.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 828148, МКИ G 01 V 1/02, 1981 г.

2. Патент РФ RU 2109309 С1, МКИ 6 G 01 V 1/133, 1/137,1998 г.

Использование: для возбуждения упругих колебаний или инициирования пневмоизлучателей. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, рабочую полость в нем, управляющий исполнительный механизм, выполненный, например, в качестве электромагнита, сцепленный с управляющим клапаном, составное подвижное седло этого клапана. В затвор дополнительно введены: расходная камера, хотя бы один канал, сообщающий ее с верхней частью рабочей полости, полное или частичное герметично перекрытие по наружной поверхности составного подвижного седла. Технический результат: снижение расхода энергии на отпирание пневмозатвора и уменьшение габаритов устройства. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Управляемый пневмозатвор источника сейсмических сигналов, содержащий корпус с осевым выходным окном, циклично герметично перекрываемым подвижным составным седлом с сердцевиной из упругого эластомера, сцепленной с обоймой из твердого материала, полость в корпусе, разделенную подвижным составным седлом на верхнюю камеру и сообщенную с источником сжатого газа нижнюю, управляющий клапан, размещенный в верхней камере и циклично герметично перекрывающий центральный канал сердцевины, при этом пневмозатвор открывают путем ограниченного перемещения управляющего клапана вверх, отличающийся тем, что в него дополнительно введены: расходная камера, размещенная между нижней торцовой поверхностью подвижного составного седла и сопряженной с ней внутренней торцовой поверхностью корпуса и выполненная в виде дисковой щели, хотя бы один канал, сообщающий верхнюю камеру с расходной камерой, нижний вход которого размещен на контакте внешней зоны нижнего торцового уплотнения эластичной сердцевины с корпусом, полное или частичное герметичное перекрытие наружной цилиндрической поверхности обоймы по внутренней цилиндрической поверхности корпуса затвора. 2. Управляемый пневмозатвор по п.1, отличающийся тем, что каналы сообщения верхней камеры с расходной камерой выполнены в виде двух цилиндрических кольцевых щелей между наружными цилиндрическими поверхностями сердцевины и сопряженными с ней внутренними поверхностями обоймы в случае сцепления их с помощью бурта, и сообщенными между собой с помощью пазов на торцовой поверхности бурта. 3. Управляемый пневмозатвор по п.1, отличающийся тем, что каналы сообщения верхней камеры с расходной камерой выполнены в виде кольцевых конусных щелей в форме окон в случае сцепления обоймы и сердцевины с помощью их сопряженных конусных поверхностей.