Взрывная камера источника сейсмических сигналов Советский патент 1991 года по МПК G01V1/04 

Изобретение относится к сейсморазведке, а именно к генераторам сейсмических сигналов за счет энергии взрыва газовой смеси.

Цель изобретения - повышение надежности работы путем создания устойчивой детонации взрывчатой смеси.

Нафиг.1 представлена взрывная камера, общий вид; на фиг.2 - коническая секция сильфона; на фиг.З - сильфон, сечение.

Взрывная камера источника сейсмических сигналов содержит подвижно сопряженные поршень 1 и гильзу 2 с днищем 3, образующие рабочую камеру 4, размещенную между поршнем 1 и днищем 3 гильзы 2. В поршне 1 выполнен канал 5 подачи взрывчатой смеси и канал 6 выхлопа продуктов сгорания. В канале 5 подачи взрывчатой смеси установлена свеча 7 зажигания и смонтирован сильфон 8, выполненный в виде усеченного конуса, большее основание 9 которого граничит с рабочей камерой 4, а меньшее основание 10 - с каналом 5 подачи. Стенки сильфона 8 изолируют кольцевую герметичную выточку 11, выполненную в поршне 1, от рабочей камеры 4. Выточка 11 заполнена инертным газом и соединена с регулятором 12 давления.

Сильфон 8 выполнен в виде последовательно примыкающих одна к другой конических секций (фиг.2 и 3).

Связь половины угла раствора каждой секции с радиусом основания предшествующей секции дается соотношением

, 1 1,2... (1)

где Ri-1 - радиус меньшего основания конической секции сильфона;

р - половина угла раствора;

Q - калорийность горючей смеси, м/с;

г - характерное время индукции;

Я- параметр подобия, определяющий степень расширения меньшего основания сильфона 8.

Радиус (Ro) выбирается таким, что после выхода в объем сильфона 8 плоская детонационная волна трансформируется в расходящуюся сферическую волну:

Но Го

3 -5

Го,

где RO - радиус меньшего основания сильфона;

г0 - радиус канала подачи смеси;

икр - критический диаметр взрывчатой смеси.

Взрывная камера работает следующим образом.

По команде происходит заполнение рабочей камеры 4 через канал 5 подачи взрывчатой смесью. При подаче высокого напряжения на свечу 7 зажигания происходит поджигание смеси в канале 5 подачи и распространение детонационной волны в сильфоне 8. Под действием детонационной волны стенки сильфона 8 прогибаются, что возможно благодаря выполненной в поршне 1 и заполненной инертным газом кольцевой выточке 11. Далее детонационная волна

распространяется в рабочей камере 4. Под действием энергии взрыва поршень 1 перемещается вверх, днище 3 гильзы 2 - вниз, возбуждая сейсмические волны. Продукты сгорания выбрасываются через канал б выхлопа.

Компоновка канала 5 подачи смеси с сильфоном 8 сокращает длину преддетона- ционного участка в рабочей камере 4, тем самым увеличивая эффективность использования детонационного режима горения.

Критическое значение Я , для которого детонационное горение сохраняется после выхода в расширяющуюся часть сильфона 8, равно 0,4110 . Взяв выражение для эффективной толщины детонационного фронта в виде

, , 0,1 ,0,(2) и учитывая,что

)Q: g|

рн у+1

из формулы (1) находим

Я у Ri-1 2 (у- 1),

tg -T7r-Ј-$+ir3

1/2

(3)

где D - скорость детонационной волны;

у Cf /cv - отношение удельных тепло- емкостей сгоревшей смеси;

ро - начальная плотность газа;

РН - плотность продуктов детонации.

Высота сильфона 8 позволяет варьировать его обьем при соблюдении условий ус- тойчивости (2) и (3) детонационной волны.

Параметр L обратно пропорционален начальному давлению смеси. Для применяемых в источниках сейсмических сигналов углеводородно-кислородных смесей его величина равна 0,1 -0,66 мм. Радиусы оснований конических секций 13 вычисляются по формулам:

Ri R0+ И tgpi ;

R2 Ro + li tgpi +

и т.д.

Следовательно, радиус большего основания сильфона 8 равен

Ь

- У RI

.(4)

где n - число конических секций 13, п 3 - 5;

, 2 ГУ - 1 1/2 и - v Л Г У Т Р -УЧ (у + 1) J

Н - высота сильфона.

Стенка сильфона 8 имеет симметричный относительно вертикальной центральной оси поршня 1 волнообразный профиль, для которого выполняются следующие требования:

радиус кривизны впадин г удовлетворяет неравенству

1,5dKp , (5) глубина впадин h выбрана из условия

0,06 Ro h 0,2 Ro . (6)

Ограничения (5) и (6) направлены на то, чтобы на впадине укладывалось не менее 10 ячеек многофронтовой детонации. Детонационные волны, огибая бугры и впадины, соударяются между собой и сжигают смесь, что препятствует ослаблению ударного фронта и затуханию химической реакции. Кроме того, трение, обусловленное волновым профилем, дополнительно разогревает смесь, что расширяет пределы устойчивости детонации и сокращает степень недогорания смеси в зоне реакции.

Пример расчета по формулам (3) и (4).

Радиус канала подачи смеси (г0) 11 мм, радиус меньшего основания сильфона (R0) 34 мм, число конических секций (п) 3, высота секции (I) 40 мм, высота сильфона (Н) 120мм.

Отношение удельных теплоемкостей продуктов сгорания (у) 1,4, эффективная толщина детонационной волны (L) 0,16, корреляционный коэффициент (/$) равен 2/15.

Радиусы RI и R2 оснований промежуточных секций равны соответственно 55 и 89 мм; половина углов р ,pi ,рз раствора секций равна соответственно 27, 40 и 53°; радиус R3 большего основания сильфона равен 143 мм.

Приведенные формулы и числовые значения являются оценками сверху величин углов р и радиусов RI, 1, п, для которых детонационная волна не разрушается при переходе в расширение сильфона.

Если выполнено неравенство

t-fftg (У + 1) , 1/2 yRi-1 L 2(y - 1) J

0,41 10

то детонационное горение после выхода волны в расширяющуюся часть сильфона 8 сохраняется, в случае нарушения этого условия происходит переход к режиму медленного горения.

Таким образом, сильфон позволяет сформировать устойчивую сферическую детонационную волну, что обеспечивает: 5расширение концентрационных пределов

воспламенения, получение детонации менее реакционноспособных смесей;

сокращение длины преддетонационно- го участка во взрывной камере, т.е. увеличе- 10 ние эффективности использования детонационного режима сгорания.

Расширяющийся книзу сильфон обеспечивает распространение устойчивой детонационной волны:

15 волнообразный профиль стимулирует расширение пределов устойчивости детонации за счет сил трения;

сокращается недожог смеси в зоне реакции;

20 гибкие деформирующиеся стенки содействуют интенсификации детонационного процесса, скорость волны увеличивается на 10-15%.

Предлагаемая взрывная камера облада- 25 ет более высокой надежностью, так как в ней обеспечивается устойчивая детонационная волна, увеличивается полнота сгорания смеси, расширяются концентрационные пределы воспламенения, увеличивается дав- 30 ление газов на гильзу.

Формула изобретения 1. Взрывная камера источника сейсмических сигналов, содержащая рабочую камеру, образованную подвижно сопряженными 35 гильзой с днищем и поршнем, в котором выполнены канал подачи взрывчатой смеси, канал выхлопа продуктов горения и кольцевая выточка со стороны рабочей камеры, и свечу зажигания, установленную в канале 40 подачи взрывчатой смеси, отличающая- с я тем, что, с целью повышения надежности работы путем создания устойчивого режима детонации взрывчатой смеси, в кольцевой выточке установлен конический 45 сильфон, герметично закрепленный большим основанием на стенке кольцевой выточки, примыкающей к рабочей камере, а вершиной - на верхней плоскости кольцевой выточки с возможностью сообщения канала подачи взрывчатой смеси с рабочей 50 камерой и отделения полости кольцевой выточки от рабочей камеры.

2. Камера по п. 1,отличающаяся тем, что профиль гофров сильфона выполняют согласно соотношениям: 553r Ro;

0,06 Ro h 0,2 Ro, где г- радиус кривизны впадин;

RO - радиус меньшего основания сильфона;

h - высота впадин.

3. Камера по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что полость кольцевой выточки заполнена инертным газом и сообщена с регулятором давления.

Изобретение относится к сейсморазведке, а именно к генераторам сейсмических сигналов за счет энергии взрыва газовой смеси. Цель изобретения - повышение надежности работы путем создания устойчивой детонации взрывчатой смеси. Взрывную камеру образуют подвижно сопряженные поршень 1 с каналами 5 и 6 подачи взрывчатой смеси и выхлопа продуктов сгорания и гильза 2 с днищем 3, причем в выточке 11 поршня 1 смонтирован конический сильфон 8 с гофрами. При подаче высокого напряжения на свечу 7 зажигания в канале 5 происходит поджигание взрывчатой смеси и распространение упругой волны сначала в сильфоне 8, стенки которого при этом испытывают прогиб благодаря кольцевой герметичной выточке 11, выполненной в поршне 1 и заполненной инертным газом, а затем в рабочей камере 4. В результате имеет место детонация, близкая к сферической, при малой длине преддетонационного участка. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. 6 О Сл) Ј vl 00

8

i-7 -LJ

Фиг. 2

73

2

Кз