ИМПУЛЬСНЫЙ НЕВЗРЫВНОЙ НАЗЕМНЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК Российский патент 2009 года по МПК G01V1/155 

Описание патента на изобретение RU2369883C1

Изобретение относится к области невзрывных импульсных сейсмоисточников, применяемых при проведении сейсморазведочных работ, и предназначено для создания сейсмических волн воздействием импульсного усилия на поверхность грунта.

Известен источник сейсмических волн [1], принятый за аналог. Источник содержит расположенное на поверхности грунта жесткое основание-излучатель, пригруз - инертную массу и импульсный электромагнитный преобразователь электродинамического типа со схемой электропитания его обмоток возбуждения. Ферромагнитные якорь и реактор импульсного электромагнитного преобразователя расположены коаксиально и содержат обмотки возбуждения, помещенные в пазах на обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях магнитопроводов якоря и реактора.

Недостатком аналога является низкая сейсмическая эффективность, обусловленная низким коэффициентом передачи генерируемой сейсмоисточником механической энергии в энергию механического воздействия на грунт. Это приводит к увеличению веса и стоимости сейсмоисточника, потребляемой им электрической мощности, что ограничивает возможности сейсмоисточника и область его применения.

Известен принятый за прототип импульсный невзрывной наземный сейсмоисточник [2], содержащий жесткое основание-излучатель, опертый на него пригруз, закрепленный на пригрузе магнитопровод индуктора с обмоткой возбуждения, магнитопровод якоря, отделенный от индуктора воздушным зазором и опирающийся на плиту через две первые стойки-опоры. Пригруз снабжен консолью, конец которой посредством оси соединен со второй опорой с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости в направлении уменьшения воздушного зазора.

Недостатками прототипа являются снижающие долговечность сейсмоисточника жесткие механические удары между магнитопроводами индуктора и якоря при выборе зазора между ними, увеличение массы основания-излучателя за счет массы первых двух и второй стоек-опор на нем, значительная неравномерность распределения механической нагрузки на основание, создаваемая через расположенные по краям плиты стойки, и недостаточная развиваемая электромагнитом сила, удельное значение которой ограничивается индукцией насыщения магнитопроводов. Эти недостатки снижают долговечность сейсмоисточника, его технические и эксплуатационные показатели и область применения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение долговечности сейсмоисточника и повышение его сейсмической эффективности.

Техническим результатом является уменьшение массы основания, исключение ударных процессов между якорем и индуктором электромагнитного преобразователя и обеспечение повышения максимального значения, создаваемого на основание-излучатель механической силы, определяющей сейсмическую эффективность и возможности применения сейсмоисточника.

Упомянутая задача достигается тем, что в сейсмоисточнике, содержащем жесткое основание, опертый на него пригруз с консолью и электромагнитный привод со схемой питания, основание выполнено из диэлектрического материала с пазами на его обращенной к пригрузу поверхности, в пазах основания помещена обмотка возбуждения упомянутого привода, на обращенной к основанию поверхности пригруза помещена электропроводящая пластина, выполняющая роль якоря электромагнитного привода, конец консоли пригруза соединен с основанием подвижным соединением, обеспечивающим угловое перемещение пригруза в вертикальной плоскости, а между пригрузом и основанием установлен односторонний демпфер.

Обмотка возбуждения может быть выполнена в виде нескольких катушек, каждая из которых помещена в отдельном пазу на поверхности основания.

Получение технического результата достигается за счет уменьшения веса основания-излучателя сейсмоисточника, повышения равномерности распределения создаваемого на плиту усилия по ее площади и возможности увеличения максимального значения этой силы.

Устройство поясняется чертежами. На фиг.1 показан продольный разрез сейсмоисточника, на фиг.2 - диаграмма работы сейсмоисточника, на фиг.3 - выполнение обмотки возбуждения в виде нескольких катушек, помещенных в пазах на основании сейсмоисточника, на фиг.4 - конструктивная схема сейсмоисточника с клиновидным основанием для создания поперечных волн.

Сейсмоисточник содержит жесткое основание 1, на которое оперт пригруз 2. В основании выполнен паз, в котором помещена обмотка возбуждения 3. На обращенной к основанию поверхности пригруза над обмоткой возбуждения 3 закреплена пластина 4 из электропроводящего материала, например меди. Пригруз снабжен консолью 5, конец которой посредством оси 6 соединен с опорой 7 на основании 1. Между пригрузом и плитой установлен односторонний демпфер 8. К обмотке возбуждения 3 присоединена схема электрического питания, которая может быть размещена отдельно от сейсмоисточника (на фиг.1, 2, и 4 не показана).

Работает сейсмоисточник следующим образом. В момент t0 (фиг.2) по сигналу с сейсмостанции от подготовленной к работе схемы питания через обмотку 3 пропускается импульс тока необходимой величины и длительности. Прохождение импульсного тока по обмотке возбуждения вызывает создание вокруг обмотки импульсного магнитного поля, что сопровождается наведением в расположенной над обмоткой медной пластине 4 вихревого тока и созданием между обмоткой возбуждения и медной пластиной электродинамической силы 9 (фиг.2), под действием которой основание 1 с обмоткой ускоряется в направлении грунта, что сопровождается деформацией 11 грунта и формированием в нем сейсмической волны, мощность которой пропорциональна скорости деформации грунта и площади прилегания основания к грунту. Одновременно с деформацией грунта основанием 1 под действием силы 9 (фиг.2), действующей на пластину 4, пригруз 2 вместе с пластиной ускоряется вверх, совершая угловое перемещение вокруг оси 6 на опоре 7 основания 1. К моменту t1 создаваемое усилие 9 уменьшается до нулевого значения в результате перемещения пригруза вверх, а плиты вниз, и уменьшения тока в обмотке возбуждения. При t0>t1 пригруз продолжает движение вверх в поле силы тяжести (кривая 10), и к моменту t2 достигает максимальной высоты перемещения вверх, а затем начинается его движение вниз, в исходное положение на основании 1. Движение вниз замедляется демпфером 8 с целью снижения скорости возвращения пригруза в исходное положение на основании 1 и величины повторного ударного воздействия на грунт в момент возвращения пригруза в исходное положение. График замедленного перемещения пригруза вниз при t>t2 показан на фиг.2 пунктирной линией.

Сейсмическая эффективность сейсмоисточника определяется энергией, передаваемой от электромагнитного привода в энергию воздействия на грунт его основанием-антенной.

Применение нескольких обмоток возбуждения в соответствии с данным изобретением позволяет увеличить создаваемую на основание 1 силу 9, обеспечить более равномерное механическое воздействие по площади основания и уменьшить радиальные механические нагрузки на витки обмотки возбуждения. Выполнение обмотки возбуждения в виде нескольких отдельных секций позволяет путем изменения схемы их соединения - параллельное, последовательно-параллельное и последовательное - изменять длительность фронта создаваемой на основание 1 силы Р и обеспечивать эффективное возбуждение сейсмических волн при различных реологических характеристиках грунта как нагрузки для сейсмоисточника: мягкий грунт, жесткий мерзлый грунт и т.д.

Выполнение опоры 7 с осью 6, расположенной в плоскости прилегания пригруза к основанию, обеспечивает уменьшение (в сравнении с прототипом) высоты опоры и, следовательно, массы основания-антенны, на котором она закреплена, что также приводит к увеличению эффективности работы сейсмоисточника.

На фиг.4 приведен вариант конструктивного выполнения сейсмоисточника для создания поперечных волн. Основание-антенна сейсмоисточника размещено под углом γ к поверхности грунта посредством, например, применения жесткой подставки с зубьями на ее прилегающей к грунту поверхности для фиксации на поверхности грунта. При работе сейсмоисточника создаваемое приводом усилие Р может быть разложено на вертикальную Рр и горизонтальную Ps составляющие: Pp=P·Cos γ, Ps=P·Sin γ (фиг.4). Составляющая Ps создает горизонтальную составляющую деформации грунта, генерирующую поперечные волны.

Предложенное техническое решение может быть применено при создании сейсмоисточников продольных и продольно-поперечных колебаний, в том числе:

а - переносных сейсмоисточников (весом до 50 кг) с усилием до (4-5)·104 Н для сейсморазведки зоны малых скоростей,

б - транспортируемых сейсмоисточников большой мощности, размещенных на колесной или тракторной транспортной базе, снабженной спускоподъемным устройством для перемещения сейсмоисточника на грунт,

в - санных сейсмоисточников с размещением сейсмоисточника непосредственно в полозе саней, перемещаемых по снежному покрову транспортным средством.

Экспериментальный образец предложенного технического решения сейсмоисточника при весе 250 кг создает усилия до 20·104 Н, что в 3,5 раза превышает усилия сейсмоисточника такого же веса, имеющего конструктивное решение по прототипу.

Использованная литература

1. Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки. Под редакцией д.т.н. Шнеерсона М.Б. - М: Недра, 1988, с.149-151.

2. Патент РФ №2233000, Б.И. №20, 2004 г.

Похожие патенты RU2369883C1

название год авторы номер документа
ИМПУЛЬСНЫЙ НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК 2009
  • Ивашин Виктор Васильевич
  • Иванников Николай Александрович
  • Певчев Владимир Павлович
  • Узбеков Камиль Харрясович
RU2453870C2
ИМПУЛЬСНЫЙ НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК ДЛЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ 2012
  • Ивашин Виктор Васильевич
  • Пестряков Александр Евгеньевич
  • Иванников Николай Александрович
  • Узбеков Камиль Харрясович
RU2498352C1
НЕВЗРЫВНОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ НАЗЕМНЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК С ИНДУКЦИОННО-ДИНАМИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ 2012
  • Ивашин Виктор Васильевич
  • Иванников Николай Александрович
RU2522143C2
ИМПУЛЬСНЫЙ НЕВЗРЫВНОЙ НАЗЕМНЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК 2003
  • Ивашин В.В.
  • Иванников Н.А.
RU2233000C1
ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН 2013
  • Ивашин Виктор Васильевич
  • Иванников Николай Александрович
RU2534000C1
НАЗЕМНЫЙ НЕВЗРЫВНОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК 2011
  • Ивашин Виктор Васильевич
  • Иванников Николай Александрович
RU2467357C1
НЕВЗРЫВНОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ НАЗЕМНЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК 2012
  • Ивашин Виктор Васильевич
  • Иванников Николай Александрович
RU2515421C2
ИМПУЛЬСНЫЙ НАЗЕМНЫЙ НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК 2011
  • Ивашин Виктор Васильевич
  • Иванников Николай Александрович
RU2475778C1
ИМПУЛЬСНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН 2011
  • Иванников Николай Александрович
  • Ивашин Виктор Васильевич
  • Певчев Владимир Павлович
  • Прядилов Алексей Вадимович
RU2466429C1
НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ 2003
  • Ивашин В.В.
  • Иванников Н.А.
  • Трохачёв А.Н.
  • Яковлев Д.А.
RU2242027C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 369 883 C1

Реферат патента 2009 года ИМПУЛЬСНЫЙ НЕВЗРЫВНОЙ НАЗЕМНЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК

Изобретение относится к области невзрывных импульсных сейсмоисточников, применяемых при проведении сейсморазведочных работ. Импульсный невзрывной наземный сейсмоисточник содержит жесткое основание, опертый на него пригруз с консолью и электромагнитный привод со схемой питания. При этом основание выполнено из диэлектрического материала с пазом на обращенной к пригрузу поверхности, в который помещена обмотка возбуждения упомянутого привода. На обращенной к основанию поверхности пригруза помещена пластина из электропроводящего материала, конец консоли пригруза соединен с основанием с возможностью углового перемещения между ними, а между пригрузом и основанием установлен односторонний демпфер. Причем обмотка возбуждения может быть выполнена из нескольких катушек, каждая из которых помещена в отдельном пазу на основании. Технический результат - уменьшение массы основания, исключение ударных процессов между якорем и индуктором электромагнитного преобразователя и обеспечение повышения максимального значения, создаваемого на основание-излучатель механической силы, определяющей сейсмическую эффективность и возможности применения сейсмоисточника. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 369 883 C1

1. Импульсный невзрывной наземный сейсмоисточник, содержащий жесткое основание, опертый на него пригруз с консолью и электромагнитный привод со схемой питания, отличающийся тем, что основание выполнено из диэлектрического материала с пазом на обращенной к пригрузу поверхности, в который помещена обмотка возбуждения упомянутого привода, на обращенной к основанию поверхности пригруза помещена пластина из электропроводящего материала, конец консоли пригруза соединен с основанием с возможностью углового перемещения между ними, а между пригрузом и основанием установлен односторонний демпфер.

2. Импульсный невзрывной наземный сейсмоисточник по п.1, отличающийся тем, что обмотка возбуждения выполнена из нескольких катушек, каждая из которых помещена в отдельном пазу на основании.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2369883C1

ИМПУЛЬСНЫЙ НЕВЗРЫВНОЙ НАЗЕМНЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК 2003
  • Ивашин В.В.
  • Иванников Н.А.
RU2233000C1
ПЕРЕНОСНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН 2002
  • Ивашин В.В.
  • Иванников Н.А.
RU2216754C1
НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ 2003
  • Ивашин В.В.
  • Иванников Н.А.
  • Трохачёв А.Н.
  • Яковлев Д.А.
RU2242027C1
ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР для ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩИХ ЗНАЧЕНИЙ ПЕРИОДИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ 0
SU245909A1
US 4207962 A, 17.06.1980.

RU 2 369 883 C1

Авторы

Ивашин Виктор Васильевич

Иванников Николай Александрович

Позднов Максим Владимирович

Узбеков Камиль Харрясович

Даты

2009-10-10Публикация

2008-04-11Подача