ТЕРМОСТАТ ДЛЯ СКВАЖИННОЙ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ Российский патент 2005 года по МПК E21B47/06 E21B36/04 

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин и может быть использовано в скважинных геофизических приборах, требующих дополнительной термостабилизации.

Известен скважинный геофизический прибор, содержащий охранный баропрочный кожух, теплоизоляционную оболочку, теплозащитные пробки, шасси с элементами и узлами электронной схемы, теплопоглотитель, включающий цилиндрический корпус и теплопоглощающее вещество, в котором теплоизоляционная оболочка выполнена трехслойной, внутренний и наружный слои которой изготовлены из теплоизоляционной, эластичной ткани, промежуточный - из объемного теплоизолятора, а шасси жестко закреплено в корпусе теплопоглотителя с выполненными в нем окнами и разделяет корпус вдоль продольной оси на две полости, одна из которых выполнена герметичной и заполнена теплопоглощающим веществом на основе эвтектического сплава, а элементы и узлы электронной схемы расположены в другой полости (А.С. №1550453, G 01 V 1/40, 1987 г.).

Недостатками известного устройства являются эксцентричное расположение теплопоглотителя, что обуславливает неравномерность отвода тепла от шасси с элементами и узлами электронной схемы, и относительная сложность конструкции термостата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный за прототип термостат для скважинной геофизической аппаратуры, содержащий теплозащитный сосуд в виде стакана с двойными стенками, между которыми расположен теплоизолятор, с теплоизоляционной пробкой, закрывающей отверстие стакана, и установленное внутри стакана теплопроводное шасси, на котором установлены термостатируемые элементы, и связанный с шасси герметичный корпус, в котором корпус выполнен с каркасом из теплопроводного материала, равномерно распределенным по объему полости корпуса, а в качестве теплопоглощающего вещества использован эвтектический сплав висмут-кадмий-олово (А.С. №1430507, Е 21 В 47/00, 1986 г.).

Недостатками устройства, выбранного за прототип, являются одностороннее расположение теплопоглотителя, что обуславливает неравномерность отвода тепла от шасси с элементами и узлами электронной схемы, и относительная сложность конструкции как теплозащитного стакана, так и теплопоглотителя термостата.

Задачей изобретения является увеличение продолжительности рабочего цикла термостатирования, упрощение конструкции термостата, расширение функциональных возможностей и области применения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что, в устройстве, содержащем теплозащитный кожух с теплоизолятором, размещенное внутри кожуха теплопроводное шасси, на котором установлены термостатируемыс элементы, и теплопоглотитель с теплопоглощающим веществом, в качестве которого использован эвтектический сплав, теплопоглотитель выполнен в виде набора теплопоглотителей, каждый из которых выполнен в виде полого теплопроводного цилиндра и заполнен теплопоглощающим веществом, на концах теплопроводного шасси установлены пробки-теплопоглотители, каждая из которых также выполнена в виде полого теплопроводного цилиндра, заполненного теплопоглощающим веществом, при этом теплопроводное шасси с термостатируемыми элементами и пробками-теплопоглотителями размещено внутри набора теплопоглотителей, а теплоизолятор выполнен в виде теплозащитной цилиндрической оболочки с наружными кольцевыми ребрами, в которую помещен набор теплопоглотителей, причем теплозащитная цилиндрическая оболочка снабжена дополнительно внутренними кольцевыми ребрами, а поверхности теплозащитного кожуха, теплозащитной цилиндрической оболочки, набора теплопоглотителей и пробок-теплопоглотителей, обращенные к термостатируемым элементам, покрыты теплопоглощающим покрытием, а поверхности, обращенные к скважине, покрыты теплоотражающим покрытием, причем по наружным торцам набора теплопоглотителей и пробок-теплопоглотителей установлены последовательно теплозащитные шайбы и шайбы-отражатели, а теплопроводное шасси зафиксировано в теплозащитном кожухе через теплозащитные втулки.

Новыми признаками устройства являются:

- размещение теплопроводного шасси с термостатируемыми элементами внутри набора теплопоглотителей, что обеспечивает разделение внешних тепловых потоков от окружающей среды и внутренних тепловых потоков от работающих термостатируемых элементов и равномерность их поглощения, что в конечном итоге увеличивает время термостатирования;

- выполнение теплопоглотителя в виде набора теплопоглотителей, каждый из которых выполнен в виде полого теплопроводного цилиндра, заполненного теплопоглощающим веществом, и пробок-теплопоглотителей аналогичного исполнения, что обеспечивает простоту исполнения и упрощает конструкцию теплопоглотителя в целом;

- выполнение теплоизолятора в виде теплозащитной цилиндрической оболочки с наружными кольцевыми ребрами, что обеспечивает воздушную изоляцию теплозащитного кожуха и теплопоглотителя, значительно упрощая конструкцию теплоизолятора;

- введение на теплозащитной цилиндрической оболочке дополнительных внутренних ребер, которые позволяют усилить рассеяние тепловых потоков и вводят дополнительный, воздушный изоляционный слой;

- введение теплопоглощающих покрытий, например воронения, на поверхности, обращенные к термостатируемым элементам, и теплоотражающих покрытий, например никелирования, на поверхности, обращенные к скважине, и установка шайб-отражателей по наружным торцам набора теплопоглотителей и пробок-теплопоглотителей позволяют усилить направленность поглощения тепловых потоков;

- введение теплозащитных втулок и теплозащитных шайб позволяет разделить и локализовать тепловые потоки.

Все вышеперечисленные введения позволят увеличить общее время термостатирования.

При анализе патентной и научно-технической литературы заявителем не обнаружено аналогичных решений, таким образом, можно сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям «Новизна» и «Изобретательский уровень».

Предлагаемый термостат представлен на фиг.1.

Термостат содержит теплозащитный кожух 1, являющуюся теплоизолятором теплозащитную цилиндрическую оболочку 2 с наружными кольцевыми ребрами, набор теплопоглотителей 3, каждый из которых выполнен в виде полого теплопроводного цилиндра, заполненного теплопоглощающим веществом, шайбы 4 со стопорными кольцами 5, 6, которые фиксируют теплозащитную цилиндрическую оболочку 2 с набором теплопоглотителей 3 в теплозащитном кожухе 1, помещенное внутри набора теплопоглотителей 3 теплопроводное шасси 7 с термостатируемыми элементами 8 и пробками-теплопоглотителями 9, каждая из которых выполнена в виде полого теплопроводного цилиндра, заполненного теплопоглощающим веществом, и зафиксирована на теплопроводном шасси 7 стопорными кольцами 10.

Термостат работает следующим образом.

С увеличением температуры окружающей среды теплозащитный кожух 1 начинает разогреваться и передает тепло на теплопроводное шасси 7.

Распространение тепла по теплопроводному шасси 7 к термостатируемым элементам 8 преграждается пробками-теплопоглотителями 9. Тепловые потоки, исходящие от теплозащитного кожуха 1 на теплозащитную цилиндрическую оболочку 2, отражаются и рассеиваются в воздушной среде между ребрами теплозащитной цилиндрической оболочки и передаются на цилиндрическую оболочку только через контактирующие наружные кольцевые ребра оболочки. На пути дальнейшего распространения тепла от теплозащитной оболочки внутрь термостата установлен набор теплопоглотителей 3, которые поглощают эти тепловые потоки.

После того как запитываются расположенные на теплопроводном шасси 7 термостатируемые элементы 8, термостатируемые элементы 8 начинают выделять тепло. Часть выделяемого термостатированными элементами 8 тепла распространяется по теплопроводному шасси 7 и на пути этих тепловых потоков расположены пробки-теплопоглотители 9, другая часть тепловых потоков рассеивается в замкнутой воздушной среде, ограниченной набором теплопоглотителей 3 и пробками-теплопоглотителями 9. Рассеиваемые тепловые потоки поглощают как набор теплопоглотителей 3, так и пробки-теплопоглотители 9.

Таким образом, набор теплопоглотителей 3 и пробки-теплопоглотители 9 поглощают тепловые потоки, исходящие как от внешней среды, распространяющиеся по теплозащитному кожуху 1, теплозащитной цилиндрической оболочке 2 и теплопроводному шасси 7, так и тепловые потоки, рассеивающееся от термостатируемых элементов 8, распространяющиеся по воздушной среде, ограниченной набором теплопоглотителей 3, пробок-теплопоглотителей 9 и теплопроводного шасси 7.

Теплопоглощающее вещество, заключенное в герметичных полых цилиндрах набора теплопоглотителей 3 и пробок-теплопоглотителей 9, поглощает тепловые потоки до тех пор, пока температура теплопоглощающего вещества не достигнет температуры его плавления. Дальнейшее увеличение температуры прекращается до тех пор, пока все теплопоглощающее вещество не расплавится.

На время полного расплавления теплопоглощающего вещества температура в термостате стабилизируется.

Термостат с предлагаемыми дополнениями также представлен на фиг.1.

Термостат содержит, дополнительно к вышеописаному термостату по варианту 1, теплозащитные шайбы 11, 12 и шайбы-отражатели 13, установленные по наружным торцам набора теплопоглотителей 3 и пробок-теплопоглотителей 9, и теплозащитные втулки 14.

Термостат работает аналогично вышеописанному термостату.

Благодаря теплозащитным втулкам 14 происходит разделение тепловых потоков на внутренние и наружные. На пути тепловых потоков, рассеиваемых от кожуха по воздушной среде, установлены шайбы-отражатели 13, дополнительно рассеивающие тепловые потоки, и теплозащитные шайбы 11 и 12, преграждающие путь распространения тепловым потокам.

Введение покрытий на теплозащитный кожух 1, теплозащитную цилиндрическую оболочку 2, набор теплопоглотителей 3 и пробок-теплопоглотителей 9 усиливает направленность теплопоглощения и теплоотражения.

Данное изобретение позволяет увеличить продолжительность рабочего цикла термостатирования элементов за счет увеличения объема теплопоглощающего вещества, прерывания тепловых потоков и усиления направленности теплопоглощения и теплоотражения и упростить конструкцию термостата за счет простоты исполнения теплопоглотителя и теплозащитной цилиндрической оболочки, в результате чего достигается технический эффект, заключающийся в возможности проведения исследований высокотермальных скважин.

Расширение функциональных возможностей и области применения возможно за счет использования описанного термостата как в скважинных приборах, так и в наземной аппаратуре.

В случае использования термостата в скважинных приборах теплозащитный кожух термостата выполняется герметичным и баропрочным и является либо кожухом скважинного прибора, либо герметично соединяется с охранным кожухом скважинного прибора.

При использовании термостата в наземной аппаратуре, например для настройки электронных схем в процессе сборки приборов, либо при проведении метрологических испытаний перед выходом прибора в эксплуатационный режим, в торцы теплозащитного кожуха термостата встраиваются герметичные электровводы, а на концах теплопроводного шасси устанавливаются контактные колодки.

Термостат по варианту 1, применяемый для наземных работ, представлен на фиг.2.

Дополнительно в нем установлены герметичные электровводы 15 и контактные колодки 16, что позволяет осуществить электрическую связь термостатируемых элементов 8 с наземными регистрирующими и запитывающими устройствами

Для тех же целей возможно осуществление электрической связи через штепсельный разъем, при этом одна часть штепсельного разъема установлена в теплозащитном кожухе 1, а на торце теплопроводного шасси 7 установлена ответная часть.

Предлагаемое устройство реализовано при разработке и изготовлении модуля сканирующего гамма-гамма-дефектомера-толщиномера термостойкого СГДТ-Т, опробовано при проведении геофизических исследований в высокотермальных скважинах и получило одобрение промысловых геофизических служб, что показало его промышленную применимость.

Изобретение относится к области геофизических исследований скважины и может быть использовано в скважинных геофизических приборах, требующих дополнительной термостабилизации. Техническим результатом изобретения является увеличение продолжительности рабочего цикла термостатирования и упрощение конструкции термостата. Для этого шасси с термостатируемыми элементами размещают внутри теплопоглотителя. Теплопоглотитель выполнен в виде набора теплопоглотителей, каждый из которых выполнен в виде полого теплопроводного цилиндра, заполненного теплопоглощающим веществом. Теплоизолятор выполнен в виде цилиндрической теплозащитной оболочки с наружными и внутренними кольцевыми ребрами, в которую помещен набор теплопоглотителей. На концах теплопроводного шасси установлены пробки-теплопоглотители. Каждая из них выполнена в виде полого теплопроводного цилиндра, заполненного теплопоглощающим веществом. Поверхности теплозащитного кожуха, теплозащитной цилиндрической оболочки, набора теплопоглотителей и пробок-теплопоглотителей, обращенные к термостатирующим элементам, покрыты теплопоглощающим покрытием, а поверхности, обращенные к скважине, покрыты теплоотражающим покрытием. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Термостат для скважинной геофизической аппаратуры содержащий теплозащитный кожух с теплоизолятором, размещенное внутри кожуха теплопроводное шасси, на котором установлены термостатируемые элементы, и теплопоглотитель с теплопоглощающим веществом, в качестве которого использован эвтектический сплав, отличающийся тем, что теплопоглотитель выполнен в виде набора теплопоглотителей, каждый из которых выполнен в виде полого теплопроводного цилиндра и заполнен теплопоглощающим веществом, на концах теплопроводного шасси установлены пробки-теплопоглотители, каждая из которых также выполнена в виде полого теплопроводного цилиндра, заполненного теплопоглощающим веществом, при этом теплопроводное шасси с термостатируемыми элементами и пробками-теплопоглотителями размещено внутри набора теплопоглотителей, а теплоизолятор выполнен в виде теплозащитной цилиндрической оболочки с наружными кольцевыми ребрами, в которую помещен набор теплопоглотителей.2. Термостат по п.1, отличающийся тем, что теплозащитная цилиндрическая оболочка снабжена дополнительно внутренними кольцевыми ребрами.3. Термостат по п.1, отличающийся тем, что поверхности теплозащитного кожуха, теплозащитной цилиндрической оболочки, набора теплопоглотителей и пробок-теплопоглотителей, обращенные к термостатирующим элементам, покрыты теплопоглощающим покрытием, а поверхности, обращенные к скважине, покрыты теплоотражающим покрытием, причем по наружным торцам набора теплопоглотителей и пробок-теплопоглотителей установлены последовательно теплозащитные шайбы и шайбы- отражатели, а теплопроводное шасси зафиксировано в теплозащитном кожухе через теплозащитные втулки.4. Термостат по п.1, отличающийся тем, что теплозащитный кожух термостата выполнен баропрочным и герметично соединен с кожухом скважинного прибора.5. Термостат по п.1, отличающийся тем, что в торцы теплозащитного кожуха встроены герметичные электровводы, а на концах теплопроводного шасси установлены контактные колодки.6. Термостат по п.1, отличающийся тем, что в одном торце теплозащитного кожуха установлена одна часть штепсельного разъема, а теплопроводное шасси оканчивается ответной частью этого разъема.