Источник сейсмических волн Советский патент 1978 года по МПК G01V1/02 

(54) ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ вьщеления тепла и значительного износа частей. Это устройство также имеет большие габариты и вес, при этом только поршень и шток весят приблизительно 850 кг. Целью изобретения является уменьшение поперечных- размеров источника и (Повышение надежности. Достигается это тем, что к поршню прикреплена коаксиальная по отношению к корпусу труба, образующая в нем камеру сгорания, а поршень и шток выполнены полыми по всей длине и в образованной таким образом полости размещены выпускной канал с топливоподводящей трубой, расположенной внутри выпускного канала. На фиг.1 дан источник сейсмических волн с поддерживающим механизмом вид сбоку на фиг.2 - сечение внутре ней конструкции источника сейсмичесосих волн, вид сбоку. Источник сейсмических волн содержит камеру газового взрыва 1, котора поддерживается запирающим блоком 2, закрепленным рамой 3 на станине 4 грузовика или другого транспортного средства. Камера содержит цилиндр 5, в кото ром располагается блок поршня 6. Несмотря на то, что цилиндр 5 и связан ные части показаны цилиндрическими, следует отметить,что -другие формы могут быть в равной степени использованы в соответствии с принципами изобре тения. В цилиндр входит нижний элемент 7, который соединяется с внутре ней стенкой 8 цилиндра 5 посредством упорной резьбы 9,которая представляе большое сопротивление силам,направле ным на нижний элемент 7 относительно цилиндра 5.Нижний элемент 7 внедряет ся при использовании относительно бо шой энергии в поверхность земли,и до полнительно образует цилиндрическую головку в нем,чтобы взрыв происходил непосредственно над ней. Таким образом, упорная резьба снижает любую тенденцию усилий, направленных сверх на нижний элемент 7 от внешнего расплющивания торца цилиндра 5, что мог ло бы ослабить взаимное зацепление между нижним элементом 7 и цилиндром 5. В связи с тем, что силы воздействия на нижний элемент 7 имеют большую величину, заплечгиик упорной резьбы располагается таким образом, чтобы оказывать максимальное сопротивление этим усилиям, В дополнении к этому, торед Ю цилиндра 5 может, быть скошен под углом, например, в как показано на чертеже,и может быть осуществлен выступ 11 на нижнем элементе 7 для- плотнойподгонки и скосу 10 цилиндра 5. Таким образом, высокие давления, которые воздействуют на цилиндр 5 , и нижний элемент 7, будут меньше наклонены по отношению к волнистости или резьбе на стенках цилиндра поблизости от дна. С помощью множества винтов нижний элемент 7 поддерживается с возможностью вращательного движения в его резьбовом соединении с цилиндром 5. Например, на фиг.2 показан винт 12, проходящий через нижний элемент 7 для зацепления или ввинчивания в фаску 13 цилиндра 5. Подобным образом верхняя часть цилиндра 5 закрывается верхним элементом 14, который подобно нижнему элементу 7 скрепляется посредством упорной резьбы 15 с верхней частью цилиндра 5. Верхний элемент 14 дополнительно имеет упор 16, контактирую-, щий со скошенным торцом 17 цилиндра 5. Коаксиально относительно цилиндра внутри него располагается поршневой блок 18, который содержит основную массу поршня 19, которая прикрепляется к поршневому стержню 20. Как показано, поршневой стержень 20 может быть приварен с помощью сваривающего материала 21, или может быть прикреплен другим способом к фланцу 22, который прикреплен с помощью болтов к поршню 19. Стержневой поршень имеет такую длину, которая обеспечивает ему продвижение поршня 19 до середины цилиндра 5 для обр.азования первой камеры сгорания 23 над поршнем 19 и второй камеры сгорания 24 под поршнем 19 внутри цилиндра Б. Цилиндр 25 расположен под поршнем 19 в нижней камере сгорания 24, диаметр цилиндра немного меньше, чем стенка 8 основного цилиндра 5. Цилиндр 25 имеет такую длину, что, когда поршень 19 находится в положении до момента зажигания в камере сгорания 24, его торец 26 смежен по отношению к нижнему элементу 7. Цилиндр 25 приваривается посредством сваривающего материала 27 к поршню 19. Для качественной сварки верхние углы цилиндра 25, а также кромка, на которую опирается цилиндр 19, должны иметь форму V -образной канавки для помещения сваривающего материала. Таким образом, сваривающий материал может быть гладко обработан, чтобы не препятствовать движению вниз и вверх поршневого блока 18. По всей длине оси поршневого стержня 20 располагается внутренний канал стенки 28, связанный со множеством выхлопных отверстий 29, смежных или расположенных поблизости от верхней части поршневого стержня 20. Заглушки 30 ввинчиваются в выхлопные отверстия 29 и имеют отверстия 31 такого диаметра, чтобы обеспечить требуемое обратное давление на выхлопные газы. Пластина 32, имеющая множество отверстий 33-, проходящих через нее между внутренней стенкой 28 камеры поршневого стержня 20 и камерой егорания 24, содержит полость 34 поршн вого стержня 20. Диаметр отверстий выполняется таким образом, чтобы оказывать частичное обратное давление на газ, протекающий через них для того, чтобы обеспечить поддержа ние желательного давления сгорания газов, инжектированного в камеру сг рания 24. Пластина 32 фиксируется в массе поршня 19 давлением поршневог стержня, направленным в них, удержи ваемым в положении болтовым фланцем 35. Сверху верхнюю часть поршне вого стержня 20 прикрывает верхний элемент 36, который может быть при креплен посредством болтов 37 или другим способом в поршневому стержню 20. Для предотвращения выходов г за с большой С1 оростью через отверстия, 29 и в связи с этим вреда персон лу, находящемуся поблизости, кохсух 38 может быть обычным образом закре лен для отведения выхлопных газов. Труба 39 для подвода топлива закрепляется в пластине 32 и располага ется коаксиально вдоль его длины в пластинах 36 и 32 и поршневого стерж ня 20 для введения в камеру сгорания 24 таким образом, чтобы торец трубки 40 находился приблизительно в середине камеры сгорания 24. Такое распо ложение выхода трубки 39 в камере сгорания 24 облегчает продувание или удаление газов, получающихся в результате сгорания (не показаны), из камеры сгорания. Трубка приваривается к пластине 32 и закрепляется в . О-образном кольце 41 из силиконовог материала или подобного материала в верхней пластине 36. Таким образом, когда трубка 39 подвергается действию тепла, она легко переносит это в О -образном кольце 41. Газ,который должен подаваться в камеру сгорания 24, может быть любым горючим газом, например пропацом или подобным газом. Газ подается через гибкую трубк 42 к инициатору 43 во внутреннюю часть проходящей трубы 39. Хотя слож ные клапаны регулирования подачи топлива не требуются при работе каме ры 1, клапан может быть использован для изолирования взрыва топлива в камере сгорания 24 от баков с топливом. Таким образом, этот клапан может быть ненаправленного действия дл того, чтобы не препятствовать потоку газа через эти клапаны в направлении к камере сгорания 24, но который пре пятствует потоку газа, проходящему через него в направлении от этой камеры. Для облегчения относительного пер меадения цилиндра 5 и поршневого блок 18 и для обеспечения изоляции давления между верхней и нижней камерами 23 и 24, имеются металлические кольца 44 и 45, Эти кольца асполагаются вокруг поршня 19 и цилиндра 25 у как показано на фиг.2,одно из них располагается на цилиндре 25 вблизи торца 26, а другое располагается на поршне .19 вблизи его торца, и соприкасаются с внутренней стенкой 8 цилиндра 5. Кольца 44 и 45 могут быть изготовлены из силикон-бронзы или другого подобного материсша, который может выдержать усилия, воз- пикающие при трении, направленные вверх и вниз и генерируемые при относительно длинном перемещении поршневого блока 18. Дополнительной изоляцией .поршневого блока 18 от верхней камеры 23 и камеры сгорания 24 являются динамические уплотнения 46 и 47, расположенные соответственно в углублениях 48 и 49, смз;;:;;ьх нил;кай части уилиидрз 25 к Бер;:; гй части ьцн 46 н попшмл 47 могут 6KT;V -оога;-; э;1е -сптс /п;.- груккСМеЩе П ; 1 во ЗКеШ11ЮК СГ: ной (не ncicasbKa) «лл юлпбкым образом для сопр - ;аса;:лЛ с Екутобнггей стенкой 8 цил11 Ц4ра В, Уп.-:ог:геняя могут дополните. содержать одно и.гги более выступагапБХ ребер (;ак ;-оказа ко) вдоль его для дополнительного зацепление; с соответстпуюЩЛОп стенками, по KOTOpbUvs зги э.яементы сме 11аются для сбеспечэнья допо.пн5-;тельв ой изоляцин . Уртлотпенк 7 46 к 47 должны также бкгь nsi о.о:- c:;t; из прочного матерЛ зла,- cJ oc-:c ;l.: 2ыдор:-сать воздействие те;;. :: фУ;-;-; ;5:энк::;х усилий,которые Г:;.;;ст MeciC- ;:: T-iH,ir:s 5 Материал, подобный ncj:;i j с, ::;,;J:j;:copoэтилену, гшсьчег нг-ш гр;.;;:. с::, ;.риго ден для згой цели Для .цополн пгльнсП ;::-.. . ::::: н;:утренних по.;ост П ци.;::н;:;;; : Ь с;; -гичес ое уллотнекнз, подобнее динамическому уп.потке кю, ьюжат быть введено в базовый 7, иапргэ-шр уплотнение 48. Подобны. образом о.беспечиваются статические уплот -:енкя 49 и 50 в верхнем элементе 14 для изолирова ния верхней камеры 23, Для дополнительного облегчения передвижения вверх и вниз поршневого стержня 20 в .цилЕндре 5 .я подшипник .51, расположенный в отверстии 52 верхнего элемента 14, в котором располагается поршневой стержень 20. Подшипник может быть изготовлен из бронзы или другого подходящего непористого подшипникового материала о i - В связи с тем, что камера 1 подвергается возде 5стБ51Ю внутреннего и .внешнего давления и усилий, различные части ее ИЗГОТОБЛЯЮТСЯ нз двонно го, прочного г.-:зтериала. Напрн.черг верхний и элемент 7 и 14 могут быть изготовлены из нержавеющей стали, а цилиндр 5 из холодно-тянутой стальной трубы. Труба 39, проводящая газ, может быть изготовлена 763 из стальной трубы, например, с внешним диаметром 13-20 см. В связи с тем, что движение поршня вверх и вниз может множество раз повторяться, внутренняя стенка 8 цилиндра 5 должна быть доведена до относительно.высокой частоты отделки Для дополнительного уменьшения трения, которое возникает при движении поршня 19 в цилиндре вверх и вниз, весь поршневой блок может быть покрыт дисульфитмолибденовым покрытием Покрытие должно быть нанесено и удерживаться в течение нескольких часов до введения поршневого блока 18 для обеспечения связи покрытия с материалом частей поршневого блока. Дополнительно, после связки дисульфитмолибденового покрытия поршневой блок может быть покрыт смазкой подобной силикону, из которых изготовлены кольца 44 и 45, нгчпример флюоро-силиконовой смазкой. Резервуар для смазки образуется пазом 53, образованны. вокруг поршня 19. В св.язи с тем, что .аппарат в целомизолирован как обгдий блок, имеется отверстие 54 в стенке 5 для обеспечения прохождения смазки в резервуар 53 поршня 19 при порш невом блоке в приподнятом СОСТОЯ55ИИ. При использовании различньзх частей, изготовленных из описанных материалов, при размере 25 см в диамет ре и 150 см в длину, .общий вес аипар та составитприблизительно 290 кг. Очевидно, что этот вес и размер облегчит передвижение и использовани аппарата. Также в связи с уплотнения ми, смазками и друг.ими матеру алами и удобством использования дополнительных смазочных материа.лов, аппара не требует большого обслуживаиия и сложного ремонта. Камера 1 может поддерхсиваться соответствующим держателем, например блоком 2,показанным на фиг. Блок 2 смонтирован ка станине 55 грузогзика или подобного транспортного средства посредством рамы 3, поддерживаемой с возможностью вращательного движения на шарнирах 56 или другим подобньм способом. Рама 3 содержит расположен ные вертикально опорные элементы 57 и 58, скрепленные вместе верхним эле ментом 59 и с шарнирами 56 нижним эл ментом 60. Нижний и верхний элементы 59 и 60 соединяются двумя параллб;ль-ными стержняГШ 61 и 62, Между этими стержнями располагается блок дерлсате ля камеры 1,который скользит вверх и вниз между ними. Блок держателя содержит нижнюю фронтальную раму 63, в которой колеса 64 и 65 закреплены с возможностью вращательного движени для скольжения более низкой задией рамы {не показана) во внутренних ican лах стерж.ней 61 и 62, соответственн Подобным образом верхняя рама 66 (со ответствуюш.ая верхняя задняя рама не показана) соединяется посредством стоек 67 с нижней рамой 63, и содерит вращающиеся колеса 68 и 69. Элементы верхней рамы 66 на расстоянии от стержней 61 и 62 служат для помещения верхних элементов амортизаторов толчков 70, 71. Нижние элементы амортизаторов толчков 70 и 71 являются, самоустанавливающимися и прикрепляются посредством болтов 73 и 74 к расположенным вертикально проушинам 75 и 76. Амортизаторы толчков могут быть специально изготовлены с учетом небольшого (или вообще отсутствия) сопротивления- по отношению к силам, действующим на них и направленным . вверх, и наоборот для гидравлического действия для сопротивления силам, направленным вниз, для действия как будет описано ниже. Нижняя рама 63 может соединяться посредством болтов или другим подобным образом с верхней .пластиной 36 (см. ) поршневого стержня 20 камеры 1. Широко используемые ранее устройства для произведения газовых взрывов применялись сбольшой пластиной при непосредственном контакте с поверхностью земли, от которой должна генерироваться сейсмическая волна. Однако сейсмические волны большой амплитуды генерируются при вторичном толчке устройств, падающих подобно свободному телу к земле. Этот вторичный толчок фактически во многих случаях больше, чем первоначальный толчок. Было обнаружено поэтому/ что сейсмические во.лны могут очень эффективно генерироваться при ускор ении движения 11ассы по направлению к земле, посредством чего осуществляется стимулирование как вторичного толчка и газового взрыва, так и падающей массы/ но без громоздких конструкций,веса и других гфоблем .обра.щения с системами пал,ающего .веса. Одним из примечательных преимуществ камерья 1 является то, что она может поддерживаться с любым требуеглым весом над зег/шей, например, от 15 до 20 см,или, если требуетсяfможет располагаться на зеюте. Устройство работает следующим образом. При работе камера 1 .располагается, если требуется, например, на 15 и 20 см над поверхностью, на которой желательно получить акустическую или сейсмическую волну. Некоторое количество топлива или газа {не показано) вводится через трубу 42 через трубу для подвода газа 39, приблизительно до половины камеры сгорания 24, Так как газ втекает в камеру сгорания 24, газы находящиеС.Я 3 ней, напри1.лер отработанные гаэы после предыдущего сгорания, выталкиваются через отверстия 33 в пластине 32, полость 34 и выхлопные отверстия 31. В связи с обратным давлением,

которое воздействует на газы в камере сгорания 24, посредством отверстий 31 заглушек 30 может быть обеспечено желаемое давление для сгорания.

Когда требуемый заряд или количество горячего топлива вводится в камеру сгорания 24, оно поджигается поблизости от верхней части трубы 39 для подвода газа или в другом месте вводной трубы 42 и затем поджигает топливо в камере сгорания 24, Сжигание газов , конечно, влечет за собой, их расширение,что является причиной усилия, направленного вниз на нижнкяо . часть 7 цилиндра 5,которая является опорной для всей массы цилиндра в котакте с землей 77 (см.фиг.2) для генрирования акустической или сейсмической волны 78 в земле.

В то же время, при равной и противоположной реакции по отношению к усилию движущегося вниз цилиндра 5, поршневой блок 18 движется вверх, не встречая практически сопротивления со стороны механизма 2 и его амор- тизаторов 70 и 71. Поршень, однако, ограничивается от ударов о .верхнюю часть 14 цилиндра 5 в связи с тем, что газ в камере 23 над массой поршня 19 быстро сжимается при движении вверх поршневого блока 18 в цилиндре 5 для торможения поршня.

Отверстие 79 ввода газа находится в верхней части 14 цилиндра 5, посредством которого может быть подано дополнительное давление газа ,в камеру 23. Этим газом может быть азот или другой негорючий или горючий газ В дополнении к этому, в связи с газом, находящимся в камере 22, после сжигания в камере 24 направленное вверх давление будет обеспечиваться газом под увеличивающимся давлением в камере 23 иа верхнюю часть 14 цилиндра 5, поднимая всю массу цилиндра.

Для осуществления удара цилиндра 5 о землю, очевидно, что расположение камеры 1 над землей является важным фактором, также как давление газа в камере 23 под поршнем 15. Таким образом, высота цилиндра 5 до зажигания над землей и давление в камере сгорания 23 выбираются для поднятия цилиндра 5 после его первоначальногс

удара, для его захватывания механизмом 2, посредством чего предотвращаются вторичные толчки о землю 77 для генерирования сейсмического сигнала, совершенно с максимальным сходством с математически определенным импульсом.

Елок 2 после поджигания находится в своем верхнем положении (не показано) и гидравлическое действие амортизаторов ударов 70 и 71 становится эффективным для медленного снижения

всего блока обратно к положению, показанному на фиг.1. В -дополнении к этому, сжатый газ в камере 23 поднимает цилиндр 5 над поршневым блоком 18 для обеспечения им относительного положения, как показано на фиг, 2. В связи с относительно небольшим размером цилиндра 5 камера 1 может быть использована при сейсмических исследованиях в болотистых и

.загрязненных местностях, в связи с небольшим диаметром нижней части 7 цилиндра 5 камера может быть легко вынута из грязи, в которую она врезается.

25

Формула изобретения

Источник сейсмических волн, содержащий удлиненный закрытый с торцов

корпус, поршень внутри корпуса, несомый штоком, проходящим через отверстие в одном из торцов корпуса, топливопроводящую трубу и выпускной канал,

отличающийся тем, что, с целью уменьшения поперечных размеров источника и повышения надежности, к поршню прикреплена коаксиальная по отношению к корпусу труба, образующая в нем камеру сгорания, а поршень и шток выполнены полыми по всей длине и в образованной таким образом полости размещены выпускной канал с топливоподводящей трубой, расположенной внутри выпускного канала.

Источники информации, принятые

во внимание при экспертизе:

1.Патент США № 3283844,кл,181-5, 1962.

2.Патент США 3.215.223, кл. 181-5, 1962.