ПНЕВМОИСТОЧНИК ДЛЯ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Советский патент 1994 года по МПК G01V1/137 

Изобретение относится к сейсморазведке и сейсмоакустике и предназначено для возбуждения упругих колебаний при исследованиях на акваториях, болотах, в скважинах.

Цель изобретения - повышение акустического КПД путем увеличения интенсивности сейсмического сигнала, повышения его преобразующей частоты и снижения помех.

На чертеже представлен предлагаемый пневмоисточник, общий вид.

Пневмоисточник содержит электропневмоклапан 1, сопряженный с полым базовым штоком 2, к которому присоединен корпус 3 с запорным узлом 4, охваченным кожухом 5.

Базовый шток 2 образует вспомогательную камеру 6 постоянного объема, соединенную с полостью 7 электропневмоклапана. В штоке 2 выполнены радиальные каналы 8, связывающие камеру 6 с вспомогательной камерой 9 переменного объема, образованной запорным узлом 4 и штоком 2, снабженным направляющим поршнем 10 запорного узла 4, выполненного в виде полого цилиндра с внутренним фланцем 11. В стенках цилиндра выполнены изолированные друг от друга объемы 12 рабочей камеры, окна 13, размещенные на разных уровнях, и каналы 14, связывающие самостоятельные объемы 12 с вспомогательной камерой 9 переменного объема. В частном случае, в каналах 14 установлены дифференциальные (редукционные) клапаны 15, которые позволяют создавать пониженное давление в самостоятельных объемах 12 относительно камеры 9. Для того, чтобы давление в изолированных объемах 12 с окнами 13 на более высоком уровне было ниже, чем в объемах 12 с окнами 13 на более низком уровне относительно нижнего торца запорного узла 4, последний снабжен по ходовой посадке корпуса 3 разделительными уплотнениями (на чертеже не показаны).

Нижним торцом запорный узел 4 образует с корпусом 3 кольцевую разгонную полость 16, соединенную с полостью 7 электропневмоклапана 1 каналами 17 запуска, перекрытыми якорем 18. Разгонная полость 16 соединена с окружающей средой капиллярными каналами 19 и отделена от объемов 12 рабочей камеры кольцевым уплотнением 20, а от вспомогательной камер 9 - уплотнением 21. Кольцевое уплотнение 22 герметизирует рабочую камеры от окружающей среды.

Фланец 11 с направляющим поршнем 10 образует демпферную камеру 23, исходно соединенную с вспомогательной камерой 9. Верхний торец запорного узла 4, кожух 5 и шток 2 образуют управляющую камеру 24. В частном случае, давление в ней понижают относительно рабочей камеры с помощью редукционного устройства 25.

Для подачи сжатого воздуха в управляющую 24 и вспомогательную 6 камеры служит канал 26 ввода. Для выброса сжатого воздуха из источника служит выхлопное окно в виде кольцевой щели 27 между корпусом 3 и кожухом 5.

Подготовка источника к срабатыванию заключается в следующем.

От расходной емкости со сжатым воздухом, находящейся на борту судна, по магистрали высокого давления воздух подают через штуцер в канал 26 ввода. Сжатый воздух, попадая в редукционное устройство 25, заполняет управляющую камеру 24 и перемещает запорный узел 4 вниз в исходное положение до посадки на уплотнение 21. При этом разгонная полость 16 изолируется от вспомогательной камеры 9 уплотнением 21, а от рабочей камеры - уплотнением 20.

После заполнения управляющей камеры 24 воздухом до заданного давления начинается заполнение вспомогательной камеры 6, полости 7 электропневмоклапана 1, вспомогательной камеры 9 через каналы 8 и изолированных объемов 12 рабочей камеры через каналы 14 и редукционные клапаны 15. От окружающей среды рабочая камера изолирована уплотнением 22; между собой объемы 12 также изолированы уплотнениями (на чертеже не показаны). Это позволяет сохранять различные величины давлений в изолированных объемах 12. При этом соблюдают условие, чтобы давление было выше в тех объемах 12, окна 13 которых выполнены ниже по уровню. В частном случае, давление во всех объемах 12 рабочей камеры одно и то же.

На этом заканчивается такт заполнения источника сжатым воздухом (подготовки источника к срабатыванию).

В заданный момент времени с бортового пульта управления по электромагистрали подают командный импульс тока на электропневмоклапан 1. Якорь 18, перемещаясь, открывает каналы 17 запуска. Сжатый воздух из полости 7 электропневмоклапана и вспомогательной камеры 6 подается в разгонную камеру 16 под нижний торец запорного узла 4.

Равновесие сил, действующих сверху и снизу на запорный узел 4, нарушается. Он начинает перемещаться вверх, а емкость вспомогательной камеры 9 нарастает за счет увеличения объема под нижним торцом запорного узла 4.

После набора запорным узлом значительной скорости окна 13 в нем поочередно совмещаются с кольцевой щелью 27.

Выброс сжатого воздуха при исходном давлении из самостоятельных объемов 12 приводит к расширению газового пузыря в виде и излучению сейсмического импульса (фазы сжатия). Сначала выбрасывается воздух с меньшим давлением, а затем - с большим. Заранее рассчитывается, чтобы давление в расширяющемся газовом пузыре менялось по известному закону. Напримеp, для излучения синусоидального импульса (в фазе сжатия) требуется резко повысить давление до заданного максимального и поддерживать его в течение Т = 0,1 Т, где Т - длительность фазы сжатия. Для излучения экспоненциального импульса необходимо мгновенно приложить к окружающей среде заданное давление. Если нужно резко повысить частоту сигнала, то необходимо быстрее снижать давление в газовом пузыре, но тогда сильно снижается энергия сигнала.

Если требуется повысить энергию, необходимо, по-возможности, больший промежуток времени сохранять постоянным максимальное давление в газовом пузыре. В предельном случае для бесконечно большой энергии необходимо создать условия постоянства давления в расширяющемся газовом пузыре.

В предлагаемом способе обеспечиваются мгновенное приложение максимального давления к упругой среде и сохранение его приблизительно постоянным в течение (0,05:0,15) Т, а через (0,3:0,6) Т - мгновенное прекращение подачи сжатого воздуха в расширяющийся газовый пузырь.

Прекращение подачи происходит вследствие рассоединения окон 13 и щели 27 при перемещении окон 13 выше щели 27.

Для того, чтобы фаза растяжения сейсмического сигнала была короткой и спектр колебаний содержал только высокочастотные компоненты, очередную подачу сжатого воздуха в расширяющийся газовый пузырь производят через промежуток времени от начала выброса не более периода колебаний. Подача осуществляется из камеры 9 по всему периметру щели 27 (т.е. расходы весьма велики) после прохождения нижним торцом запорного узла 4 нижнего среза щели 27.

Дополнительная подача воздуха позволяет не только скорретировать длительность фазы растяжения сейсмического сигнала, но и предотвратить перерасширение газового пузыря, которое ведет к его пульсациям.

Резкое падение давления в камере 9 и его повышение под торцом запорного узла 4 и в демпферной камере 23 (вследствие сопряжения с ней внутреннего фланца 11) ведут к перераспределению направлений действующих на запорный узел 4 сил. Он тормозится, а затем начинает движение назад из рабочего в исходное положение.

В момент прохождения окон 13 мимо щели 27 производится добавочная подача сжатого воздуха из рабочей камеры в расширяющийся газовый пузырь. Эта порция газа способствует предотвращению перерасширения пузыря. В прцессе перемещения запорного узла вниз сжатый воздух из вспомогательной камеры 6 поступает в камеру 9 по каналам 8. Кроме того, объем камеры 9 сокращается. Как следствие, давление в камере 9 нарастает и не позволяет запорному узлу 4 занять исходное положение. Он вновь отбрасывается вверх.

Совершив два-три возвратно-поступательных давления, при которых дополнительные порции газа выбрасываются в пузырь, предотвращая его перерасширение и пульсации, запорный узел 4 входит в зацепление с уплотнением 21 и занимает исходное положение. Избыток воздуха из разгонной полости 16 вытравливается через капиллярные каналы 19. Затем начинается следующий цикл работы.

Возможность работы источника, когда такт выброса разделен на несколько частей, обусловлена выбором расстояний между окнами в запорном узле, корпусе и торцом запорного узла.

Применение изобретения позволит резко повысить разрешающую способность за счет повышения преобладающей частоты сигнала, повысить качество сейсмической информации за счет снижения уровня регулярных (пульсаций) и нерегулярных (шум) помех.

Снижение шумов достигается повышением амплитуды сигнала путем поддержания на заданное время давления в пузыре, равного начальному.

Изобретение относится к сейсморазведке и сейсмоакустике, предназначено для возбуждения упругих колебаний при исследованиях на акваториях, болотах и в скважинах. Цель - повышение акустического КПД путем увеличения интенсивности сейсмического сигнала, повышения его преобладающей частоты и снижения помех. Пневмоисточник состоит из базового штока 2 с присоединенными к нему корпусом 3 и кожухом 5. Шток 2 охвачен запорным узлом 4 и соединен с электропневмоклапаном 1. Внутри запорного узла размещены изолированные друг от друга объемы 12 рабочей камеры. Давление в них может быть различным. Окна 13 выхлопа находятся на разном уровне. При срабатывании запорный узел 4 перемещается давлением сжатого воздуха вспомогательных камер 6 и 9, а давление в рабочей камере не изменяется до момента начала выброса. Пульсации гасятся за счет многократной подачи сжатого воздуха в расширяющийся пузырь при возвратно-поступательном перемещении запорного узла 4. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. ПНЕВМОИСТОЧНИК ДЛЯ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, включающий электропневмоклапан, корпус, запорный узел с внутренним фланцем, охваченный кожухом с выхлопными окнами, образованные ими управляющую, демпферную, рабочую и вспомогательную камеры, соединенные между собой и с источником избыточного давления каналами, отличающийся тем, что, с целью повышения акустического КПД путем увеличения интенсивности сигнала, повышения его преобладающей частоты и снижения помех, рабочая камера выполнена внутри запорного узла, разделена на изолированные друг от друга объемы с окнами, выполненными в стенке запорного узла на разных уровнях от торца. 2. Пневмоисточник по п.1, отличающийся тем, что каждый из изолированных объемов снабжен дифференциальным клапаном.