ВИБРОСЕЙСМОИСТОЧНИК Российский патент 2007 года по МПК B06B1/16 

Изобретение относится к вибрационным источникам сейсмических колебаний, преимущественно к вибросейсмоисточникам, предназначенным для поиска полезных ископаемых, изучения строения Земли, прогноза землетрясений.

Известен вибросейсмоисточник с регулируемой амплитудой усилий колебаний и их частоты, содержащий корпус и дебаланс, снабженный каналом, в котором размещена пружина, взаимодействующая с упором и втулкой, оснащенными регулировочными винтами [Авторское свидетельство. СССР №232075. Кл. В 06 В 1/16, 1967 г.].

Недостатком такого вибросейсмоисточника является низкая надежность из-за больших нагрузок на механизм привода перемещения дебаланса и ограниченный ход дебаланса, определяемый габаритами механизма привода его перемещения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вибросейсмоисточник (прототип), содержащий излучающую плиту, инертную массу и установленные между ними генератор переменных усилий с пружиной и амортизатором [Ивашин В.В., Милорадов И.А., Симкин С.А., Чичинин И.С. Резонансные схемы согласования вибратора с грунтом. В книге "Проблемы вибрационного просвечивания Земли", М.: Наука, 1977 г., 238 с., стр.121].

Недостатками такого вибросейсмоисточника являются весьма низкие энергетические показатели, особенно на низких частотах, плохое согласование с грунтом, необходимость регулирования жесткости пружин и введения сложной следящей системы за положением инертной массы при изменении частоты вибраций и весьма низкий коэффициент мощности системы вибратор-грунт. Этот коэффициент, особенно в резонансном режиме, приближается к нулю, что дает, соответственно, и весьма низкий коэффициент полезного действия вибросейсмоисточника.

Задачей изобретения является повышение энергетических показателей вибросейсмоисточника путем увеличения его коэффициента мощности.

Указанная задача достигается тем, что в вибросейсмоисточнике, содержащем четыре импульсных генератора разнополярных усилий, образующих в плане прямоугольник, причем генераторы разнополярных усилий установлены подвижно между собой и с пригрузочной массой, создают каждый половину требуемого усилия, имеют каждый половину общей требуемой величины инертной массы, системы управления генераторов разнополярных усилий в диагональных направлениях включены попарно.

На фиг.1 дан поперечный разрез вибросейсмоисточника с видом по В-В на фиг.2, на фиг.2 дан поперечный разрез с видом по А-А на фиг.1.

На фиг.3 показана временная диаграмма создания результирующих усилий и виброскоростей инертных масс вибросейсмоисточника при двух силовых импульсах усилий на полупериоде колебаний.

На фиг.4 показаны зависимость углов сдвига ϕ между суммарным усилием и виброскоростями инертных масс и зависимость коэффициента мощности Cosϕ излучающей плиты от количества импульсов воздействий на каждом полупериоде создаваемых вибросейсмических колебаний.

Вибросейсмоисточник (фиг.1, 2) содержит по крайней мере 4 инертных массы 1, 2, 3, 4, которые установлены на излучающей плите 5 через пружины 6, 7 и амортизаторы 8, 9. Каждая инертная масса приводится в движение импульсными генераторами разнополярных усилий 10, 11 и 12, 13 (не показаны) соответственно. Излучающая плита прижата к грунту пригрузочной массой 14 через пружины 15, 16 и амортизаторы 17, 18. Кроме того, инертная масса 14 в своей верхней части связана с инертными массами пружинами 19, 20 и амортизаторами 21, 22. Инертные массы установлены подвижно и между собой и с пригрузочной массой 14 и по отношению к излучающей плите 5. Инертные массы 1-4 вместе со своими вибровозбудителями образуют в плане прямоугольник.

На фиг.3а показано формирование усилия F_1,4 генераторами усилий, расположенных по диагонали прямоугольника вибросейсмоисточника, на фиг 3б показано формирование суммарного усилия F_2,3 генераторами усилий, расположенных по другой диагонали прямоугольника вибросейсмоисточника.

На фиг.4 показаны зависимости углов ϕ и Cosϕ от количества импульсов силовых воздействий на каждом полупериоде колебаний. Система питания и управления на фиг.1, 2 не показана.

Вибросейсмоисточник работает следующим образом. Одновременно включаются генераторы усилий, воздействующие одновременно на инертные массы 1, 4 или 2, 3 (фиг.1) в соответствии с временной диаграммой фиг.3, где показано формирование результирующего усилия прямоугольной формы F_1-4 (фиг.3в), создаваемого поочередно усилиями F_1,4 или F_2,3 (фиг.3б). Виброскорости V_1,4 или V_2,3 к очередному воздействию противоположной формы затухают до нуля, что обеспечивает безрезонансный режим вибросейсмоисточника на всех рабочих частотах. Причем коэффициент мощности вибросейсмоисточника даже при двух силовых воздействиях на излучающую платформу равен 0.7 против Cosϕ=0 при одновременном (однократном) срабатывании всех 1-4 вибровозбудителей, когда это количество импульсов в соответствии с фиг.4 равно единице.

На фиг.4 показаны зависимости углов сдвига ϕ и соответствующих коэффициентов мощности Cosϕ при различных величинах количества импульсов воздействий N в каждом полупериоде создаваемых колебаний. Так при количестве импульсов N=6 получаем Cosϕ=0.96. Такой вибросейсмоисточник с предлагаемым способом питания и управления особенно эффективен при работе на низких и сверхнизких частотных вибрации. До сих пор все низкочастотные вибросейсмоисточники имели резко гиперболическую обратно пропорциональную зависимость мощности колебаний от их создаваемой частоты. Последнее не позволяло получать устойчивую работу этих источников на частотах ниже 5-6 Гц. Работа предлагаемого вибросейсмоисточника в безрезонансных режимах значительно упрощает его управление. В качестве генераторов силовых импульсов могут быть использованы любые возбудители - электромагнитные с дополнительным возбуждением, электродинамические-импульсные, линейные синхронные и вентильные возбудители.

Конструкция предлагаемого вибросейсмоисточника, кроме того, имеет хорошую энергетическую совместимость с питающей электроэнергетической системой, что позволяет создавать эти вибросейсмоисточники на любые требуемые усилия воздействий и соответственно любые мощности. Отсутствие вращающихся и перемещающихся масс обеспечивает также легкую синхронизацию любого количества вибросейсмоисточников.

Таким образом предлагаемый вибросейсмоисточник имеет высокий коэффициент мощности и соответственно высокие энергетические показатели особенно на низких частотах колебаний, что обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Изобретение относится к регулируемым источникам вибросейсмических колебаний, предназначенных для поиска полезных ископаемых, изучения Земли, прогноза землетрясений. Техническим результатом изобретения является повышение энергетических показателей вибросейсмоисточника путем повышения его коэффициента мощности. Вибросейсмоисточник содержит излучающую плиту, импульсные генераторы разнополярных усилий с инертными массами с пружинами и амортизаторами и пригрузочную массу. Вибросейсмоисточник выполнен по крайней мере из 4-х импульсных генераторов разнополярных усилий, образующих в плане прямоугольник, установленных подвижно между собой и пригрузочной массой, и создают каждый половину требуемого усилия, имеют каждый половину требуемой величины инертной массы. Системы управления генераторов разнополярных усилий в диагональных направлениях включены попарно. 4 ил.

Вибросейсмоисточник, содержащий излучающую плиту, импульсные генераторы разнополярных усилий с инертными массами с пружинами и амортизаторами, пригрузочную массу также с пружинами и амортизаторами, системы питания и управления, отличающийся тем, что вибросейсмоисточник выполнен, по крайней мере, из 4-х импульсных генераторов разнополярных усилий, образующих в плане прямоугольник, причем генераторы разнополярных усилий установлены подвижно между собой и с пригрузочной массой, создают каждый половину требуемого усилия, имеют каждый половину общей требуемой величины инертной массы, системы управления генераторов разнополярных усилий в диагональных направлениях включены попарно.