ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2002 года по МПК G01V1/155 

Изобретение относится к устройствам для генерирования сейсмических колебаний почвы и предназначено для сейсмической разведки полезных ископаемых, преимущественно нефти и газа.

Известны источники сейсмических колебаний отечественного и зарубежного производства, включающие транспортную базу, насосную установку, электрогидравлический распределитель - сервоклапан, систему управления, возбудитель колебаний, содержащий опорную излучающую плиту, гидравлический рабочий цилиндр двухстороннего действия (гидроцилиндр), состоящий из корпуса гидроцилиндра, реактивной массы и поршня со штоком, жестко соединенным с опорной плитой и образующим с корпусом две смежные гидравлические рабочие полости, одна из которых напрямую соединена с нагнетательной магистралью насосной установки, а другая - через установленный на гидравлическом рабочем цилиндре сервоклапан [1. Проспект АО "ГЕО-СВИП" "Вибрационный источник сейсмических сигналов СВ-27/150-362", г. Москва. 2. ТУ25-7703.027-90 "Вибратор сейсмический СВ-5-150 М2", Госреестр 063/003209 от 24.05.90 г. 3. Проспект НПО "Сейсмотехника", Республика Белорусь, г. Гомель "Вибрационные источники сейсмических сигналов СВ-10/180; СВ-16/120; СВ-18/120; СВ-30/120". 4. Проспект фирмы "Бердваген" США "Вибратор ХЕМИ-50", 1996 г. 5. Проспект фирмы "MERTZ" США, "Сервогидравлический вибратор Ml8НД/623"].

Недостатком известных источников сейсмических колебаний является малый диапазон излучающих частот, ограничение которого связано с большими потерями мощности от сжимаемости столба рабочей жидкости в гидравлическом рабочем цилиндре возбудителя колебаний излучающей плиты, высота которого определяется заданной максимальной амплитудой перемещения поршня при заданной минимальной частоте.

При такой конструкции возбудителя сейсмических колебаний для расширения диапазона рабочих частот необходимо увеличить мощность и расход насосной установки. Этого недостатка лишен ближайший аналог заявляемого источника по авторскому свидетельству 1817051 от 11.10.1992 г. - широкополосный сейсмический вибратор, в котором диапазон излучаемых частот расширен за счет автоматической оптимизации гидравлической жесткости возбудителя вибрации - сейсмических колебаний излучающей плиты. Это достигается путем автоматического регулирования высоты управляемой полости так, что система управления выдерживает минимальное расстояние между поршнем и дном цилиндра, равное амплитуде колебаний.

Недостатком этого источника вибраций является наличие сравнительно больших нелинейных искажений амплитудно-частотных характеристик из-за потерь в гидравлических трубах (каналах), связывающих сервоклапан с гидроаккумулятором, установленным на расстоянии от гидроцилиндра.

Этих недостатков лишен заявляемый источник сейсмических колебаний.

Сущность изобретения состоит в том, что:
1) в корпус гидроцилиндра и реактивную массу встроен гидроаккумулятор в виде кольцевой полости, разделенной эластичной цилиндрической диафрагмой на две герметичные полости, одна из которых гидравлически сообщается с полостью гидроцилиндра, соединенной с насосной установкой, а другая заполнена газом, сжатым под заданным давлением;
2) на гидроцилиндре параллельно с электрогидравлическим сервоклапаном дополнительно установлен быстродействующий клапан единичного действия с высокой расходной характеристикой;
3) быстродействующий клапан выполнен в виде скалки, установленной в канале, соединяющем обе гидравлические полости гидроцилиндра таким образом, что один торец скалки обращен непосредственно к аккумуляторной полости гидроцилиндра, а полость со стороны другого конца скалки - через дроссель, при этом полость через электрогидравлический распределитель соединяется со сливной магистралью.

Выполнение гидроаккумулятора в виде кольцевой цилиндрической полости коаксиально штоку гидроцилиндра уменьшает потери в каналах, связывающих гидроаккумулятор с сервоклапаном, до минимальной величины, что ведет к уменьшению нелинейных искажений амплитудно-частотных характеристик источника сейсмических колебаний, а применение быстродействующего клапана, действующего параллельно сервоклапану, способствует увеличению мощности одиночных силовых импульсов.

Пример исполнения заявляемого изобретения - источника сейсмических колебаний - приведен на чертеже.

Источник сейсмических колебаний содержит транспортную базу (на чертеже не показана), насосную установку 1, электрогидравлический распределитель - сервоклапан 2, систему управления 3, возбудитель колебаний, содержащий опорную излучающую плиту 4 и гидравлический рабочий цилиндр двустороннего действия (гидроцилиндр), состоящий из корпуса гидроцилиндра 5 с закрепленной на нем реактивной массой 6 и поршня со штоком 10. В корпус гидроцилиндра 5 и реактивную массу 6 встроен гидроаккумулятор в виде кольцевой полости, разделенной эластичной цилиндрической диафрагмой 7 на две герметичные полости, одна из которых 8 гидравлически сообщается с полостью гидроцилиндра, соединенной с насосной установкой 1, а другая 9 заполнена сжатым газом. Шток 10 жестко соединен с опорной излучающей плитой 4 и образует с корпусом гидроцилиндра 5 две смежные гидравлические рабочие полости 11 и 12, одна из которых (11) напрямую соединена с нагнетательной магистралью насосной установки 1, а другая (12), площадь поперечного сечения которой примерно вдвое больше площади поперечного сечения полости 11, - через установленный на гидроцилиндре сервоклапан 2. На корпусе гидроцилиндра 5 установлен действующий параллельно сервоклапану 2 быстродействующий клапан 13, выполненный в виде скалки 14, установленной в канале, соединяющем обе гидравлические полости таким образом, что один торец скалки обращен непосредственно к аккумуляторной полости гидроцилиндра, а полость другого торца скалки - через дроссель 15, при этом полость, к которой обращен первый торец скалки, через электрогидравлический распределитель соединяется со сливной магистралью 18.

Источник сейсмических колебаний работает следующим образом.

С помощью спускоподъемного устройства 16, связанного с транспортной базой, излучающая плита 4 устанавливается на грунт и через рессоры 17 нагружается статической нагрузкой весом транспортной базы и установленного оборудования, превышающей максимальное значение амплитуды циклической нагрузки. Рабочая жидкость под давлением от насосной установки 1 поступает в полость 12 гидроцилиндра, оказывая на шток 10 постоянное силовое воздействие в направлении полости 11.

Система управления 3 через сервоклапан 2 задает циклическое изменение давления в полости 11 гидроцилиндра, что вызывает действие на корпус гидроцилиндра 5 с реактивной массой 6 переменной по величине и направлению силы, а реактивная сила через рабочую жидкость в полости 11, шток 10 и излучающую плиту 4 передается на грунт, возбуждая в нем сейсмические колебания.

Предлагаемый источник сейсмических колебаний имеет и другой режим - режим одиночных импульсов большей мощности. В этом случае системой управления задается периодичность (например, через 3-5 секунд) открывания быстродействующего клапана 13 для соединения полости над верхним торцом скалки со сливом 18. При этом скалка 14 с дросселем 15 перемещается в верх (см. чертеж), освобождая свободный проход сжатой в полости 9 гидроаккумулятора рабочей жидкости в активную полость 12 гидроцилиндра и увеличивая мощность одиночных импульсов по сравнению с режимом работы с сервоклапаном 2, имеющим значительно меньшую расходную характеристику.

Использование: для сейсмической разведки полезных ископаемых, преимущественно нефти и газа, а также для испытаний на сейсмостойкость зданий и сооружений. Сущность: в корпус гидроцилиндра и реактивную массу встроен гидроаккумулятор в виде кольцевой полости, разделенной эластичной цилиндрической диафрагмой на две герметичные полости, одна из которых гидравлически сообщается с полостью гидроцилиндра, соединенной с насосной установкой, а другая заполнена газом, сжатым под заданным давлением. На гидроцилиндре параллельно сервоклапану установлен дополнительный быстродействующий клапан с высокой расходной характеристикой. Быстродействующий клапан выполнен в виде скалки, установленной в канале, соединяющем обе гидравлические полости гидроцилиндра таким образом, чтобы один торец скалки был обращен к аккумуляторной полости гидроцилиндра, а полость со стороны другого торца скалки - через дроссель, при этом полость через электроуправляемый клапан соединяется со сливной магистралью. Технический результат: уменьшение потери в каналах, связывающих гидроаккумулятор с сервоклапаном, до минимальной величины, что ведет к уменьшению нелинейных искажений амплитудно-частотных характеристик источника сейсмических колебаний, увеличение мощности одиночных колебательных импульсов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Источник сейсмических колебаний, содержащий транспортную базу, насосную установку, электрогидравлический распределитель - сервоклапан, систему управления, возбудитель колебаний, содержащий опорную излучающую плиту и гидравлический рабочий цилиндр двустороннего действия (гидроцилиндр), состоящий из корпуса цилиндра, закрепленной на нем реактивной массы и поршня со штоком, жестко соединенным с опорной излучающей плитой и образующим с корпусом цилиндра две смежные гидравлические рабочие полости, одна из которых напрямую соединена с нагнетательной магистралью насосной установки, а другая - через установленный на гидроцилиндре сервоклапан, отличающийся тем, что в корпус гидроцилиндра и реактивную массу встроен гидроаккумулятор в виде кольцевой полости, разделенной эластичной цилиндрической диафрагмой на две герметичные полости, одна из которых гидравлически сообщается с полостью гидроцилиндра, соединенной с насосной установкой, а другая заполнена газом, сжатым под заданным давлением. 2. Источник сейсмических колебаний по п. 1, отличающийся тем, что на гидроцилиндре параллельно с электрогидравлическим распределителем - сервоклапаном дополнительно установлен быстродействующий клапан с высокой расходной характеристикой. 3. Источник сейсмических колебаний по п. 2, отличающийся тем, что быстродействующий клапан по п. 2 выполнен в виде скалки, установленной в канале, соединяющем обе гидравлические полости таким образом, что один торец скалки обращен непосредственно к аккумуляторной полости гидроцилиндра, а полость другого торца скалки - через дроссель, при этом полость, к которой обращен первый торец скалки, через электрогидравлический распределитель соединяется со сливной магистралью.