ПЕРЕНОСНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН Российский патент 2003 года по МПК G01V1/02 

Изобретение относится к области импульсных невзрывных сейсмоисточников и предназначено для создания усилия на поверхность грунта.

Известен 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 реактор электромеханического преобразователя расположены соосно и содержат обмотки возбуждения в пазах на обращенных друг к другу поверхностях магнитопровода ("Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки", под ред. д.т.н. Шнеерсона М.Б., Москва, ОАО, Издательство "Недра", 1998 г., стр.149-151).

Недостатками источника являются ограниченность применения и недостаточная сейсмическая эффективность. Ограниченность применения обусловлена невозможностью оперативного перемещения источника по профилю при проведении сейсморазведочных работ.

Размещение источника на транспортном средстве со спускоподъемным устройством для его установки на грунт приводит к чрезмерному увеличению веса сейсмического устройства, повышению его стоимости и снижению эффективности проведения сейсморазведочных работ.

Известен также импульсный невзрывной электромагнитный источник сейсмических волн с электромагнитным приводом, содержащий корпус, предназначенный для излучения сейсмических волн, пригруз, электрическую систему питания, первый демпфер, электрическую систему питания и 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, G 01 V 1/02, 2001/.

Недостаточная эффективность данного источника обусловлена значительными габаритами и весом, а потому необходимо использовать тягач для перемещения на местности. Источник не может быть использован на сильно пересеченной местности.

Изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности использования источника, предназначенного для возбуждения упругих волн в грунте.

Предложен источник сейсмических волн, содержащий основание, предназначенное для излучения сейсмических волн, пригруз, электромеханический преобразователь, состоящий из якоря и индуктора, имеющего катушку с обмоткой и магнитопровод, закрепленные на пригрузе, и установленное на упомянутом основании средство снижения волн-помех, создаваемых при ударе пригруза по основанию.

Источник снабжен каркасом, состоящим из стоек и пластины, предназначенной для разъемного соединения с каждой стойкой.

Каждая стойка имеет первый участок, выполненный как направляющая для перемещения пригруза, и второй участок, выполненный как направляющая для перемещения якоря, при этом первый участок и второй участок последовательно расположены со стороны конца стойки, предназначенного для крепления на упомянутом основании.

Источник снабжен, по крайней мере, одной ручкой для переноса. Каждая стойка имеет последовательно за вторым участком - третий участок, предназначенный для разъемного присоединения к пластине, и четвертый участок, предназначенный для разъемного присоединения ручки для переноса.

Пригруз выполнен с отверстиями, каждое из которых предназначено для размещения первого участка одной стойки.

Якорь выполнен с отверстиями, каждое из которых предназначено для размещения второго участка одной стойки.

Основание выполнено в виде металлического диска, а стойки установлены на диске симметрично относительно центра.

Средство снижения волн-помех выполнено в виде эластичного элемента, установленного на диске основания между стойками со стороны расположения пригруза.

Эластичный элемент может быть выполнен из резины или полиуретана.

Диск основания предназначен для установки электрических конденсаторов емкостного накопителя энергии.

Пластина предназначена для установки, по крайней мере, одной контактной колодки, диода и тиристора.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг.1 - общий вид источника.

Фиг.2 - вид сверху при снятой крышке.

Фиг.3 - электрическая схема источника.

Фиг.4 - временные диаграммы работы источника.

Источник сейсмических волн (фиг.1) содержит основание 1, выполненное в виде массивного жесткого металлического диска 2, индуктор 3, состоящий из катушки 4 с обмоткой и Ш-образного магнитопровода 5, якорь 6, пригруз 7 и каркас 8, состоящий из четырех стоек 9 и пластины 10, соединяющей стойки 9.

Основание 1 является излучателем сейсмических волн в грунт.

Стойки 9 каркаса 8 выполнены как остов для установки якоря 6 и пригруза 7 индуктором 3.

Для переноса источника на небольшие расстояния предусмотрены две ручки 11, стойки которых выполнены в виде уголков 12.

Каждая ручка 11 выполнена в виде стержня, концы которого соединены посредством резьбового соединения 13 с полкой соответствующего уголка 12, другая полка которого закреплена на соответствующей стойке 9 каркаса 8.

Пригруз 7 является для индуктора 3 основанием - дополнительным массивным телом, предназначенным для увеличения создаваемой сейсмоисточником энергии сейсмической волны.

Катушка 4 с обмоткой расположена в пазах Ш-образного магнитопровода 5, который жестко соединен с пригрузом 7.

В центральной части диска 2 основания 1 между стойками 9 каркаса 8 на равных расстояниях от вертикальной оси 14 закреплена подставка 15, выполненная из эластичного материала-резины и предназначенная для гашения возмущающих воздействий от удара пригруза 7.

Каждая стойка 9 выполнена в виде стяжного стержня с фланцем 16, предназначенным для крепления на диске 2 основания 1.

Каждая стойка 9 имеет последовательно расположенные от фланца 16 первый цилиндрический участок 17, второй цилиндрический участок 18, третий цилиндрический участок 19 и четвертый концевой участок 20 с резьбой.

Первый, второй, третий и четвертый участки 17-20 каждой стойки 9 имеют уступы, на величину которых дискретно уменьшается поперечное сечение последующего участка по отношению к предыдущему участку.

Первый цилиндрический участок 17 является направляющей для движения пригруза 7.

Второй цилиндрический участок 18 является направляющей для движения якоря 6.

Третий цилиндрический участок 19 предназначен для крепления к стойке 9 посредством резьбового соединения соединительной пластины 10 (фиг.2), позволяющей увеличить жесткость конструкции сборного корпуса.

Для подключения обмотки катушки 4 предусмотрены первая и вторая контактные колодки 21, 22.

Четвертый концевой участок 20 выполнен с резьбой и предназначен для крепления крышки 23 и полки уголка 12 стойки ручки 11.

Стойки 9 каркаса 8, якорь 6, индуктор 3 и пригруз 7 закрыты от попадания влаги из окружающей среды крышкой 23 и кожухом 24.

Крышка 23 выполнена в виде тонкостенного диска.

Кожух 24 выполнен в виде тонкостенной цилиндрической оболочки, имеющей первую группу втулок 25 для крепления к диску 2 основания 1 и вторую группу втулок 26 для крепления крышки 23.

Диск 2 основания 1, каркас 8 и крышка 23 образуют сборный корпус, обладающий высокой прочностью и жесткостью.

В пригрузе 7 выполнены четыре отверстия соответственно для размещения первого цилиндрического участка 17, а в якоре 6 выполнены четыре отверстия соответственно для размещения второго цилиндрического участка 18 каждой стойки 9.

Якорь 6 установлен на стойках 9 каркаса 8 с зазором Δ относительно Ш-образного магнитопровода 5 индуктора 3.

На диске 2 основания 1 между стойками 9 каркаса 8 и внутренней поверхностью кожуха 24 установлены два электрических конденсатора 27, 28 емкостного накопителя С энергии, расположенные симметрично относительно вертикальной оси 14 симметрии.

На пластине 10 каркаса 8 установлены первая контактная колодка 21, тиристор VS и диод VD.

На катушке 4 обмотки L установлена вторая контактная колодка 22.

На крышке 23 закреплен держатель 29 кабеля 30, предназначенного для подключения (фиг.3) электрических конденсаторов 27, 28 к зарядному устройству 31, присоединенному к аккумуляторной батарее 32.

Вторая контактная колодка 22 соединена (фиг.1) проводом 33, выполненным в виде петли, с первой контактной колодкой 21.

В собранном виде транспортировка источника с одного места проведения разведочных работ на другое место осуществляется двумя рабочими вручную с использованием ручек 11.

Источник работает следующим образом.

В исходном состоянии электрические конденсаторы 27, 28 накопителя С энергии заряжены от зарядного устройства 31.

В момент подачи отпирающего импульса на тиристор VS диод VD закрыт, а электрические конденсаторы 27, 28 емкостного накопителя С энергии начинают разряжаться на обмотку L катушки 4 индуктора 3.

Ток в обмотке L катушки 4 индуктора 3 растет (кривая I_L на фиг.4), а напряжение убывает (кривая U_С).

В момент времени t₁ напряжение на конденсаторах 27, 28 накопителя С энергии становится равным нулю и открывается диод VD.

Начиная с этого момента, ток, возникающий в обмотке катушки 4, замыкается через диод VD, создавая режим постоянства потокосцепления в магнитной цепи электромагнита.

В течение времени t₁-t₂ электромагнит развивает максимальное механическое усилие (кривая N).

В период времени t₁-t₂ при перемещении индуктора 3 совершается механическая работа, сопровождающаяся уменьшением зазора Δ между якорем 6 и магнитопроводом 5 обмотки катушки 4, при уменьшении тока в обмотке L катушки 4.

К моменту времени t₂ зазор Δ=0 и при t>t₂ механическую силу электромагнит не развивает.

Якорь 6 с силой N воздействует на уступы первых участков 17 стоек 9, вызывая перемещение жесткого диска 2 основания 1 вниз, что вызывает сжатие грунта и формирование сейсмических волн. Под действием этой же силы притяжения индуктор 3 и жестко соединенный с ним пригруз 7 перемещаются вверх.

В момент времени t₂ зазор Δ между якорем 6 и магнитопроводом 5 выбирается, движущиеся навстречу якорь 6 и пригруз 7 с индуктором 3 соударяются. Поскольку масса пригруза 7 с индуктором 3 существенно больше массы якоря 6, то при t>t₂ якорь 6, индуктор 3 и пригруз 7 продолжают совместное движение вверх по инерции в поле тяжести до некоторой максимальной высоты.

Затем якорь 6, индуктор 3 и пригруз 7 под действием силы тяжести возвращаются в исходное положение.

При этом сначала тормозится якорь 6 при ударе об уступы второго участка 18 на стойках, а затем происходит совместное торможение индуктора 3 и пригруза 7 при ударе о подставку 15, установленную на жестком диске 2 основания 1.

Это позволяет ослабить интенсивность создания сейсмических волн при ударе пригруза 7 по диску 2 основания 1.

Заявленное техническое решение использовано при создании экспериментального образца импульсного электромагнитного сейсмоисточника на усилие 10000 Н.

Использование: в импульсных невзрывных сейсмоисточниках. Источник содержит основание, предназначенное для излучения сейсмических волн, пригруз, электромеханический преобразователь, состоящий из якоря и индуктора, имеющего катушку с обмоткой и магнитопровод, закрепленные на пригрузе, и средство гашения колебаний пригруза, установленное на упоямнутом основании. Источник снабжен каркасом, состоящим из стоек и пластины, предназначенной для разъемного соединения с каждой стойкой, при этом каждая стойка имеет первый участок, выполненный как направляющая для перемещения пригруза, и второй участок, выполненный как направляющая для перемещения якоря. При этом первый участок и второй участок последовательно расположены со стороны конца стойки, предназначенного для крепления на упомянутом основании. Предусмотрены ручки для переноса. Технический результат: повышение эффективности на сильно пересеченной местности за счет удобства при переносе. 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Источник сейсмических волн, содержащий основание, предназначенное для излучения сейсмических волн, пригруз, электромеханический преобразователь, состоящий из якоря и индуктора, имеющего катушку с обмоткой и магнитопровод, закрепленные на пригрузе, и средство гашения колебаний пригруза, установленное на упомянутом основании, отличающийся тем, что он снабжен каркасом, состоящим из стоек и пластины, предназначенной для разъемного соединения с каждой стойкой, при этом каждая стойка имеет первый участок, выполненный как направляющая для перемещения пригруза, и второй участок, выполненный как направляющая для перемещения якоря, при этом первый участок и второй участок последовательно расположены со стороны конца стойки, предназначенного для крепления на упомянутом основании. 2. Источник по п. 1, отличающийся тем, что снабжен, по крайней мере, одной ручкой для переноса, каждая упомянутая стойка имеет последовательно за вторым участком третий участок, предназначенный для разъемного присоединения к упомянутой пластине, и четвертый участок, предназначенный для разъемного присоединения ручки для переноса. 3. Источник по п. 1, отличающийся тем, что пригруз выполнен с отверстиями, каждое из которых предназначено для размещения первого участка одной стойки, а якорь выполнен с отверстиями, каждое из которых предназначено для размещения второго участка одной стойки. 4. Источник по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое основание выполнено в виде металлического диска, а упомянутые стойки установлены на диске симметрично относительно центра. 5. Источник по п. 4, отличающийся тем, что средство снижения волн-помех от колебаний пригруза выполнено в виде эластичного элемента, установленного на упомянутом диске основания между стойками со стороны расположения пригруза. 6. Источник по п. 4, отличающийся тем, что упомянутый диск основания предназначен для установки электрических конденсаторов емкостного накопителя энергии. 7. Источник по п. 2, отличающийся тем, что упомянутая пластина предназначена для установки, по крайней мере, одной контактной колодки, диода и тиристора.