Источник сейсмических сигналов Советский патент 1980 года по МПК G01V1/02 

Изобретение сугносится к устройствам для врзбунсдения сейсмических сигналов путем выхлопа в воду пара и может быть использовано в морской оейсморазведке, Известен источник сейсмическкк сигналов в водной среде, содержащий парогенератор, трубопровод, камеру и систем управления 1 . При работе источника пар вытесняет из камеры постоянный объем жидкости. Формируемые- при этом сигналы не содержат повторных пульсаци Главным недостатком известного устройства с фиксируемь1М объемом, вытесняемым из камеры, является зависимост энергии возбуждаемого сигнала от глубины погружения. Кроме того, энергия возбуждаемого сигнала име.ет относительно низкий уровень. Трудности, связанные с обеспечением достаточной жесткости камер при попытке увеличения их объема с целью повышения энергии сигнала, даже в условиях оптим тьных глубин «vlO20 м ограничивают максимально достижимый уровень запасаемой- энергии ве ЛИЧИНОЙ 8О-1ОО кДж. Описанное устройство непригодно для исследования больших глубин геологических разрезрв. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является источник сейсмических сигналов, содфжащий генератор пара, источник сжатого газа, парокамеру с управляемым запорным устройством 2 . Этот источник сейсмических сигналов не обеспечивает стабильности параметров возбуждаемого сигнала. Выходной сигнал устройства представлен двумя импульсами, причем время появления второго импульса, несущего основную сейсмическую информацию, определяет истинную отметку на получаемых записях. .Время срабатьшания источника, отсчитываемое с момента подачи электричес- когх сигнала на апектропневмоклапан до появления переднего фронта второго имнпульса, состоит из двух отрезков времени. Первый отрезок ограничен моментом пОдаЧи электрического сигнала и передним фрот ом первого импульса, а второй - передними фронтами обоах импульсов. Если постоянство первого отрезка времени обусловлено стабильностью срабатывания пневмоцилиндра и клапана и поддерживается от выхлопа к выхлопу с точностью jt 1 мс, то второй отрезок времени, величина которого на заданной глубине прямо пропорциональна начальной энергии вьювобождаемого пара, имеет значения, отличающиеся от среднего значения на ±5 мсДаким образом абсолютная погрешность времени срабатьюй ния устройства-прототипа может составить + 6 мс, что недопустимо при синхронном на капливании сигналов и затрудняет проточную обработку первичных материалов на вычисл тельном центре, поскольку необходимо предварительно определить время срабатывания для каждой записи, . Устройство не содержит элементов, с помощью которых можно было бы поддерживать с необходимой точностью исходные параметры пара в парокамере - давление и температуру, определяющие при по- стойнном объеме камеры исходную энергию высвобождаемого пара, а следовательно, и время срабатывания источника. Другим, существеннымнедостатком известного устройства является ограниченная возможность управления спектром сигнаАкустическая анергия главного импульса достаточно равномерно распределена в щирокой полосе и значительно превышает практически используемый сейсмический диапазон 5-10О Гц. Рассеивание энергии на нерабочих участках спектра приводит к снижению общего сейсмо.акуртического КПД источника. Известное устройство не обеспечивает оперативного управления спектром сигнала путем сдвига его максимума в заданный диапазон частот. Это, в свою очередь исключает возможность использования одного источника для изучения нижней и верхней части разреза за один непрерывньй рейс. Целью изобретения является расширение области управления сигнала, повышение стабильности срабатьшания и безопасности работ. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дозатор жидкост смеситель с управляемьоди клапанами, источник тока и блок управления. Генератор пара помещен в полость парокамеры н выполнен в виде одного или нескольких трубопроводов с электронагревателями, свяанными с выходом источника тока. Трубопроводы под1шючены к вь1ходу смесителя, один вход которого через первый управляемый клапан связан с дозатором жидкости, а другой - через второй управляемый клапан - с источником сжатого газа. Оба клапана соединены с двумя выходами блока управления, третий и четвертый выходы которого связаны с источником тока и управляемым запорным устройством соот ветственно. Входы блока управления подкпючены к датчикам температуры и давЛенин, установленным в полости парокамеры. Запорное устройство установлено внутри парокамеры на перфорированном основании и выполнено в виде полого цилиндра с поршнем, жестко соединенным через шток с запорным клапаном, который подпружинен регулируемым упругим элементом, связанным с отражате1 1,ем. При этом одна часть полости цилиндра сообщена с полостью парокамеры, а другая подключена ко входу управляемого золотника. Золотник через один выход с обратным клапаном сообщает ся с внешней средой, а через другой выход с полостью вспомогательной камеры, которая установлена внутри парокамеры и сообщается с ее полостью через дросселирующее отверстие. На фиг. 1 показан предложенный источник сейсмических сигналов в разрезе} на фиг, 2 - совмещенные парогенерато| ная трубка и электронагревательный элемент, вариант. Источник сейсмосигналов содержит па- рокамеру 1, окруженную с боков и сверху слоем 2 теплоизоляции. Нижняя часть парокамеры имеет выхлопное отверстие 3, запираемое клапаном 4, который жестко связан с поршнем 5 пневмоцилиндра 6, Последний установлен внутри парокамеры 1 на основании 7, выполненном в виде полого цилиндра с окнами 8, сообщающими рабочий объем парокамеры 1 через выхлопное отверстие 3 с окружающей средой. Внутри парокамеры 1 установлены датчики 9 и 10 соответственно, температуры и давления смеси, вспомогательная камера 11 с дросселирующим отверстием 12, а также несколько электротермических гидропреобразователей 13, включающих в себя парогенераторную трубку 14 и электронагреватальный алемент 15, Электронагреватальные элементы 15 выполнены из термостабиль наго токопроводящего материала в виде винтовой спирали. равномерно ахватьшающей парогенераторн трубку 14 по всей ее длине. Токовые ко№ цы элементов 15 служат электрическими входами гидропреобразоватеяей 13 и подключены к выходу источника 16 тока. Дл обеспечения электрической безопасности и устранения наводок электронагревательны элементы 15 и провода, соединяющие их с источником 16, электрически изопирова ны как от элементов конструкции, так и о водной средЫ( в которую погружается. источнике Токовые концы электронаграватеяьнык элементов 15 введены внутрь па рокамерь через термостойкие изоляторы 17, В тех случаях, требуется при.менение источников с небольшой по обьему пароКамерой (группирование большого числа источников, изучение верхней части разреза и т,По), объем, занимаемый гидропреобразователями 13, может быть уменьшен за счет упрощения конструкции последни.Хв С этой целью гидропреобразоватепь 13 может быть выполнен (см, фиг., 2 в виде токопроводящего патрубка, толщина стенок и длина которого выбираются из условий получения необходимых прочности и электрического сопротивления, В этом случае функции электронагревательного элемента 15 и парогенераторной трубки 14 совмещеньи Электрическим ахо дом такого гидропреобразователя служат оба конца патрубка, а гидравлическими вх дом и выходом - его аходное и выходное отверстия. Для подачи исходных компонентов смеси газа и воды на входы гидропреобразователей 13 входные отверстия парогенераторных трубок 14 сообщены с выходным отверстием дозатора 18 смеси, который выполнен в виде, электромеханического блока, включающего в себя смеситель 19 с двумя входами, гидроклапан 20 и пневмоклапан 21. Оба клапана снабжены обмотками управления, позволяющими вклю чать и выключать их путем подачи соответ ствующего электрического сигнала. Один вход смесителя 19 соединен через гидроклапан 20 с выходом гидронасоса 22, а второй аход - через пневмоклапан 21 - с выходом компрессора 23, Гидронасос 22 рассчитан на подачу небольших порций воды (до 1-2 кг) за время 1О-20 с и. может быть выполнен по любой из известных схем (например, поршневого типа), обеспечивающи.х постоянный расход в диапазоне давлений от О до 10О-2ООат Для автоматического запуска, контроля и регулирования основных параметров смеси устройство содержит пульт 24 управления, два входа которого подключены к выходам датчиков 9 к 10, а четыре выхода соединены соответственно: первьгй с обмоткой управляющего золотника 25, второй - с управляющим входом источника тока 16, третий и четвертый - с обмотками управления гидроклапана 20 и пневмоклапана 21. Управляющий золотник 25 предназначен для запуска пневмоцилиндра 6 и выполнен по известной схеме гидрораспредалительного устройства с двумя входными каналами и одним выходным. Один из входных каналов золотника 25 через обратный клапан 26 и отверстие 27 в Koptiyce 28 сообщается с внещней средой, а другой - с полостью камеры 11, Выходной канал золотника 25 сообщается с помощью патрубка 29 с рабочей полостью 30 пневмоциливдра 6, В средней части боковой стенки пневмоцилиндра 6 выполнены продольные окна 31, сообщающие его полость с рабочим объемом парокамеры 1, Для надежной герметизации рабочей полости ЗО пневмоцн-. линдра 6 при крайнем в.ерхнем положении поршня 5 верхние кромки окон 31 вьтолнены ниже уплотнения 32 поршня 5, В основании пневмоцилиндра 6 запрессован скользящий подшипник 33, в котором свободно перемещается щток 34, жестко ;связьтающий поршень 5 с клапаном 4, Надежное запирание выхлопного отверстия 3 обеспечивается тем, что площадь нижней поверхности поршня 5 больше эффективной площади клапана 4. Для компенсации реактивных сил, возникающих при выхлопе смеси, корпус 28 снабжен отражателем 35 парогазовой струи, который прикреплен к его днищу перед выхлопным отверстием 3 на стойках 3 6, Между клапаном 4 и отражателем 35 установлен регулируемый упругий элемент, создающий дополнительное усилие на клапан 4, препятствующее смещению его в сторону отпирания выхлопного отверстия 3.Регулируемый упругий элемент может содержать цилиндрическую пружину 37, посаженную одним ко{щом на ось клапана 4,а другим концом - на центрирующий востовик 38, свободно перемещающийся стакане 39. Необходимое сжатие пружиы 37 производится с помощью опорного и-нта 40, фиксируемого гайкой 41. Для лавного торможения клапана 4, резко межаемого вниз при выхлопе, служит ольц&вой резйновьй амортизатор 42, за- крепленный в верхней части стакана 39, 7 в исходном состоянии juianaH 4 под действием пружины 37 запирает выхлопное отверстие 3 и поршень 5 находится в крайнем верхнем псшожении. Обмотки управления золотника 25 и клапанов 20. и 21 С1ТКпюченЫ| в результате чего рабочая полость 30 пневмоцилиндра 6 сообщена через-трубопровод 29, золотник 25, об ратный клапан 26 и отверстие 27 с внешней средой. При этом смеситель 19 отключен от гидронасоса 22 и компрессора 23, Гидропреобразователи 13 отключены от источника 16 тока. При работе погружаемая часть устройства опускается на заданную глубину и. удаляется от судна на требуемое расстояние. В начале производится нагрев парокамеры 1, для чего источник, 16 тока по сигналу, Поступающему с пульта 24 управления, подключается к электрическим входам гидропреобразователей 13, Температура в парокамере 1 начинает повышаться и в момент достижения заданного уровня, что определяется по сигналу, поступающему с выхода датчика 9 температуры, источник 16 тока отключается. В настоящем устройстве датчик 9, пульт управления 24, источник 16 тока и элемент 15 образуют контур автоматического регулирования, который поддерживает температуру внутри парокамеры 1 в заданных пределах. Регулирование температуры осуществляется непрерывно и не зависит от других процессов, протекающих в источнике,, После прогрева парокамеры 1 в COOTVветствии с заданной программой включается пневмоклапан 21 и газ от компрессора 23 через смеситель 19 и трубки 14 поступает в рабочую полость парокаме- ры 1, В момент когда давление в паро- камере 1 достигнет заданного уровня, что определяется по сигналу датчика 1О давления, пневмоклапан 21 отключается, прекращая тем самым подачу газа. После этого включается гидроклапан 20 и вода с выхода гидронасоса 22 через смеситель 19 подается на вход парогенераторньгх трубок 14, Под действием тёгепа, поступающегх) от электронагревательных элемен тов 15, вода в трубках 14 преобразуется в пар, который проходит в рабочую полост парокамеры 1, По истечении установленног времени, по которому определяют при постоянном расходе гидршасоса 22 ксличество поданной вОды, гидроклапан 2О отключается и подача воды прекращается, Образовавшаяся в парокамере 1 парогазовая смесь подвергается дальнейшему 128 реву. С ростом температуры парогазовой смеси, занимающей постоянный объем, давление в парокамере поЬышается, Вследствие этого из-за неравенства площадей поршня 5 и клапана 4 последний с нарастающей силой прижимается к гнезду, наде жнее запирая вьгхлопное отверстие 3, После достижения заданного уровдя тек пературы элементы 15 отключаются и давление в камере 1 стабилизируется. По сигналу, поступающему от сейсмостанции на пульт ,24 управления (не показано), производится запуск источника. Пусковой сигнал подается на обмотку упрашения золотника 25. Золотник2 5, сра ботав, .отключает свой вькодной канал от обратного клапана 26 и соединяет его с полостью вспомогательной камеры 11, Парогазовая смесь из камеры 11 через золотник 25 и трубопровод 29 поступает в рабочую полость 30 пневмоцилиндра 6, Повышение давления в полости 30 нарушает равновесие сил, приложенных к поршpio 5 и клапану 4. В момент когда равнедействующая эти.х сил изменит свое наравление, поршень 5 начинает смещаться вниз, открывая вьошопное отверстие 3, Как только уплотнение 32 поршня 5 окажется ниже верхних кромок окон 31, прозо исходит быстрое нарастание давления в полости 30, В результате поршень 5 и клапан 4 с большой силой отбрасываются вниз, сжимая при этом некоторый обьем смеси, захваченный в нижней части моцилиндра 6, пружину 37, а в крайнем нижнем положении и амортизатор 42, В этот момент золотник 25 переключается в исходное состояние. Парогазовая смесь из полости парока- меры 1 через окна 8 и выхлопное отверстие 3 вырьюается наружу. Образовавшаяся струя отбрасывается отражателем 35 в радиальном направлении и образует в воде расширяющийся пузырь тороидальной форМЫ. При расширении пар и газ охлаждаются и в некоторый момент, соотв атствующий мшссимальному объему пузыря, наступает быстрая конденсация пара. Давление внутри образовавшейся полости становится меньше гидростатического и пузырь схпопывается. При схлопьтании газ, сжимаясь. выполняет роль амортизатора, препятствующего возникновению жесткого гидравлическо1Х удара. Вода окружающего пространства и газ образуют своеобразный низкодобротный резонатор, характеризуемый собственной частотой, которая зависит от масс воды.

вовлекаемой в колебания, и жидкости объема газа«

После быстрого падения давления внутри парокамеры 1 кике некоторого значения, смесь, сжатая поршнем 5 в нижней части полости пневмоцилиндра 6, а так же пружина 37 отбрасьшают поршень 5 вместе с клапаном 4 вверх. Некоторая часть смеси, сжатая поршнем 5 и в полости ЗО, выпускается через трубопровод 29, золотник 25 и обратный клапан 26 в воду. Клапан 4 плавно запирает вбпслопное отверстие 3.

Очередной цикл образования и нагрева парогазовой смеси протекает аналогично описанному. Включение и выключение со ответствующих элементов производится автоматически в соответствии с заданной программой.

Использование настоящего устройства позволяет получить простой по форме и короткий по длительности сейсмический имПульс без повторных пульсаций, что увеличивает информативность первичньк сейсмических материалов, повышает решаюшую способность метода. Устройство обладает малыми габаритами и весом.

Формула изобретения

1. Источник сейсмических сигналов, содержащий генератор пара, источник сжатого газа, парокамеру с управляемым запорным устройством, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения пределов управления спектром сигнала, повьш1ения стабильности срабатьюания и безопасности работ, в него введены дозатор жидкости, смеситель с управляемыми клапанами, источник тока и блок управления, при

этом генератор пара помещен в полость парокамеры и выполнен в виде одного или нескольких трубопроводов с электронагреват©ляК1й связанными с выходом источника тока, трубопроводы соединены с выходо смесителя, один вход которого через первый управляемый клапан связан с дозато.ром жидкости, а другой - через второй управляемый клапа1Н - с источником сжатого газа, причем оба клапана соединены с.двумя выходами блока управления, третий и четвертый выходы которого связаны с источником тока и управляемым запорьным устройством соответственно, а аходы блока упра&пения подключены к датчикам температуры и давления, установленнь1М в полости парокамерьи

2. Источник по п. 1, о т л и ч а ю Щ и и с я тем, что запорное устройство установлено внутри парокамеры на периферийном основании и вьтолнено в виде полого цилиндра с поршнем, жестко соединенным через шток в запорным клапаном, который подпружинен регулируемым упругим элементом, связанным с отражателем, причем одна часть полости цилиндра сообщена с полостью парокамеры, а другая подключена ко Й1хрду управляемого золоткика, один из вьхходов которого через обратный клапан сообщен с внешней средой, а другой - с полостью вспомогательной камеры, которая установлена внутри пароквмеры и гообщена с ее полостью через дросселирующее отверстие.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции N9 230О346, кл. eOlV 1/ОО, опублик. 1975.

2.Патент Франции № 2055836,

кл. Q 01 V 1/ОО, опублик. 1971 (прототип)