Трансформатор сил и линейных перемещений источника сейсмических сигналов Советский патент 1980 года по МПК G01V1/04 

- I Изобретение относится к устройствам для возбунодения сейсмических сигналов при геофизической разведке, где сравнительно большие поступательные перемещения рабочего органа источника колебаний, например поршня гидравлической системы необходимо преобразовать в малые пе-, ремещения исполнительного органа, например упругой мембраны, с регулируемой в зависимости от характера и в.еличины нагрузки амплитудой колебания, Известен трансформатор сил и линейны перемещений источника сейсмических cvn налов по основному авт. св. № 559203, содержащий заполненный жидкостью rej метический бак, основание которого герме тично закрыто упругой мембраной и который снабжен жесткими кольцами различного диаметра, установленными с внешней стороны упругой мембраны l} , Применение съемНых жестках колец различного диаметра позволяет изменять активную площадь упругой мембраны и тем самым регулировать коэффидиексг трансформации п-Б,,/ t гйе Q и 3 - радиальное сечение якоря и акти&ная площадь мембраны, что в свою очередь, позволяет регулировать параметры сейсмических сигналов, возбуншаемые ис ТОЧНИКОМ, Регулирование параметров сейсмических сигналов преследует цель согласования режима работы источника с физикомеханическими свойствами (параметрами) нагрузки с целью повышения КПД, Нагруэкой источника сейсмических волн, как правило, служит грунт, физико-маханические свойства которого ртодной геофизической точки к другой могут изменяться в широких пределах, В связи с этим и с целью обеспечения на каждой геофизической точке высокого КПД коэффициент трансформации источника в условиях непостоянства физико-механических свойств грунта приходится менять сравнительно часто. Известное устройство для изменения коэффициента трансформации неудобно в эксплуатации потому, что замена сьемньсс KOJiL Ц одного диаметра на кольца другого диак1етра требует затрат большого количества времени. Процесс замены одних съемных колец на другие небезопасен, так как при этом оператор, заменяюший копь« ца, должен находится под излучателем. Кроме того, процесс изменения коэффидн. ента трансформации требует значительных затрат физического труда. Все это усложняет управление {регулирование) парамат рами излучаемых сигналов и снижает про изводительность источника сейсмических сигналов. Целью изобретения является упрощение управления параметрами излучаемых сигналов, повышение производительности работ при использовании источника сейсмических сигналов и обеспечение возможности маханизации и автоматизации процесса изменения коэффициента трансформа Поставленная цель достигается тем, что трансформатор сип и линейных перемещений снабжен средством фиксации Источника относительно земли, выполненным в виде набора съемных колец различной толщины, а жесткие кольца прикреплены к упругой мембране, выполнены фигурньгми и расположены одно внутри другого с воз можностью, перемещения друг относительно друга и относительно корпуса бака, причем максимальный внешний диаметр каждого внутреннего кольца со стороны упругой мембраны больше минимального внутреннего диаметра соседнего внешнего кольца со стороны земли, а активная площадь мембраны равна площади прдвиж нь1Х колец. На фиг. 1 показана nepieaH мбдйфгисаци трансформатора сил и линейных перемещэ- 40 ний вместе с источником сейсмических сигналов} на фиг. 2 - трансформатор первой модификации с коэффициентом трансформации п , на фиг. 3 - то же с. коэффициентом трансформации (л Уа на фиг. 4 - вторая модификация трансфорьматора сил и линейных перемещений. В жесткий герметический корпус 1 бака (фиг. 1), заполненный жидкостью, помещен преобразователь энергии - источник 2 маханических колебаний, например электрический двигатель возвратно-поступательного йЩ щйоШЮ-дййаШческого типа. Рабочим органом двигателя является помещенный внутрь индуктора 3 с обмотками 4 якорь-поршшь 5 с катушкой 6. Индукгор и якорь двигатотя составляют гидравлическую пару цилинд{ -пор 45 шень, составляющую по аналогии с электрическим трансформатором первичную сторону гидравлического трансформатора сил и линейных перемещений. На верхнем основании корпуса 1 размещена инертная масса 7. К нижнему основанию корпуса 1 герметично прикреплена например, с помощью болтового соединения и прижик кого базового кольца 8 упругая мембрана 9„ Несъемное неподвижное кольцо 10 расположено внутри базового кольца 8 с внутренней стороны герметического корпуса 1, Внутри кольца 10 расположено несьемное подвижное кольцо 11 и т.д. Число распспоженньк одно внутри другого колец lOj 11 определяется необходимым диапазоном регулирования коэффициe нтa трансформации (на фиг. 1«4 показаны два кольца 1О,11). Внутри последнего несъемного кольца расположен стакан 12. Рабочий зазор между подвижньыи кольцами источника (т.е. амплитуда возможного переметания колец друг относительно друга и относительно бака) определяется максимальным допустимым перемещением бака относительно излучающей плиты или поверхности земли. Трансформатор сил и перемещений установлен. ни опорную излучающую плиту 13, на которую свободно посажен набор сменных разъемных колец 14. Источник с инертной массой 7 и плитой 13 помещен на грунт. В таком устройстве активная площадь мембраны 9 равна площади, ограниченной внешним диагметром несъемного подвижного кольца 11. Устройство работает следующим образом... В исходном состоянии трансформатора. показанном на фиг. 1, под базовым кольцом 8 расположен набор сменных разъемных колец 14 толщиной Ь(; АЬ, где Д h - рабочий зазор, на величину которого внутреннее подаижное кольцо (например, кольцо 11) может перемещаться относительно внешнего неподвижного (например, кольца 10). В результате наличия колец 14 кольцо 10 заходит в зацепление с базовым кольцом 8 и становится относительно этого копьца н 1 неподвижным, а крльцо 11 и стакан 12 остаются подвижными. В таком коэффициент трансформации устройства:SK,, - площадь контакта мембра ны 9с кольцом 11; S(-. -j - площадь контакта мембра- ны 9 со стаканом 12{ (,В(,.,Л - активная площадь упругой мембраньи При подключении источника апектриче ОКОЙ энергии к обмот к м .источника 2 ик пульсньрс сил (к обмоткам 4 преобразователя энерг 1и) якорь-поршень 5 перемещается вниз и создает в объеме герметическ(5го корпуса 1 избьггочное давление, В результате на нзлучаютяую плиту 13, под згокное кольцо 11, стакан 12 и грунт действует некоторая сипа F F, п , где Fj, - сила, действующая на якорьпоршень. Под действием силы F корпус 1 с кольцом 10, неподвижным относительно базового кольца 8 и корпуса 1, и инертной массой 7 перемещается вверх, а копь цо 11, стакан 12, подвижные относительно элементов 8,9,1О источника, и плита 13 перемещаются вниз. Естественно, максимальное перемещение элементов источника, перемещающихся вверх относительно элементов, перемещающихся вниз, долж но быть не более рабочего зазора ДЬ При равенстве такого перемещения с величиной Д h кольцо 11 становится неподвижным относительно кольца IQi (фиг, 1), что автоматически изменяет коэффициент трансформации, и при дальнейщем перемещении источника вверх на величину большую л h перемещаться вниз вместе с плитой будет только стакан 12, В результате такого взаимодействиягрунт на который установлена плита 13, деформ руется на некоторую величину сР, равную перемещению плиты вниз относительно исходного состояния. Деформация сопровождается распространением вглубь грунта сейсмических волн. Деформация сГ зависит от величины коэффициента трансформации и определяется плотностью грунта. Для деформации грунта малой плотности требуются малые силы F , но важны большие деформации сЯ , а поэтому значение коэффициента трансформации, определяемого отношением радиального сечения якоряпоршня 5 к активной площади упругой . мембраны 9, необходимо увеличивать. На грунтах большой плотности, где важны . малая деформация и и большая сила F , значение коэффициента трансформации необходимо уменьшить. Для увеличения коэффициента трансформации относительно исходного положения источника необходимо уменьшить активную площадь SM мембраны 9, (см, фиг, 2), т,е, необходимо уменьшить площадь колец-, подвижных относительно корпуса 1, Для достижения этой цели необходимо кольцо 11 сделать неподвижньш относительно корпуса 1 и копьцо 1О также неподвижным относительно корпуса 1, Это достигается следующим образом, С помощью подъемного устройства (на фиг, 1,2 не показано) корпус 1 бака пе ремещается ввер.х относительно ппиты 13 и расположенного на ней кольца 14 на высоту Ah , В таком положении источник фиксируется, например, путем замены сменного разъемного кольца 14 толщиной bj; на подобное ему кольцо толщиной Ьц+ДЙ , т,9, толщиной, превьщ1ающей прежнюю толщину кольца на величину дЬ , В результате этого несъемное кольцо 11 входит в зацепление с неподвижным кольцом 1О и становится также неподвижным относительно корпуса 1, В таком случае при срабатьтании источника перемешаться относительно Kofvtiyca 1 будут только стакан 12 и плита 13, А поскольку несъемное кольцо 11 стало неподвижнъол относительно корпуса 1 и кольца 8, то активная площадь Ci9 мембраны источника, определяемая площадью контакта мембраны со стаканом 12, уменьшилась, В результате коэффициетг трансформации С« стал больше коэффициента трансформации, имеющего место в состоянии источника, показанном на фиг, 1,3,4, Если внутри кольца 11 (фиг, 2) за счет уменьшения диаметра стакана 12 разместить еще одно несъемное кольцо, соединенное с кольцом 11 аналогично тому,, как соединены кольца 1О и 11, то путем поднятия корпуса 1 с неподвижными кольцами 1О и 11 на расстояние ЛЬ относительно плиты 13 и земли получим еще большее значение коэффициента тра сформации. Уменьшение коэффициента трансформаии достигается увеличением активной лощади мембраны. Для этого опускают с оследующей фиксацией корпус 1 (см, иг, 3) с инертной массой 7 и неподвижым кольцом 10 на высоту, равную рабоему зазору A.h относительно излучакм ей плить;. Предварительно сменное раъемное кольцо 14 должно быть убрано (фиг. 3), При опусканий корпуса относи-

7.748313 8

т«; по поверхности земли несъемное не-14, приводит при срабатьшании источника

подьинсное кольцо 10 выходит из зацепл&- к перемещению относительно корпуса тольния с базовым кольцом 8 и становитсяко стакана (конуса) 12, площадь верхнеподвнжным относительно корпуса 1, Этого основания которогхэ и огфеявляет миниобуславливает увеличение суммарной плошади подвижных несъемных копец, увеличение активной плошади SM упругой мембраны и уменьшение коэффициента трансформации. Минимальное значение коэффициента трансформации устройства ограничивается г лощадью ( внутренним диаметром) отверЬтия базового кольца 8, а его максимальное значение - площадью (диаметром) стакана .12,. Фиксация В определённой положении относительно плиты 13 инертной масСы 7, корпуса 1 с кольцом 8 и неподвижно соединенных с ним колец 1О, 11, и T.R, осуществляется посредством подъемного 20 устройства, способного удерживать источник в фиксируемом, положении (в этом случае необходимость в кольце 14 отпадает), и набора сменных разъемных колец 14 различной толщины h (фиг, 2,3),25 В последнем случае при увеличении коэффициента трансформации (при поднимании источника относительно плиты) разъемное кольцо 14 заменяют кольцом толщиной, . превьш1ающей прежнюю толщину кольца 14 30 на величину дЬ , После опускания источника он базовым кольцом 8 опирается на кольцо 14, При уменьшении же коэффициента трансформации (при опускании источника относительно плиты), наоборот, ра- 35 зьешюе кольцо 14 замёшпот на кольцо толщиной, меньшей прежней толщины кольца 14, на величину Ah, В модификации конструкции устройства на фиг, 4 изменение коэффициента транс- 40 формации реализуется также, как и в конструкции на фиг. Т,путем изменения положениякорпуса 1 относительно излучающей плиты 13, При -этом при поднятии на вььсоту дЬ корпуса 1 агносительно плиты 45 13 несъемное кольцо 11, вьшопненноекак и несъёмные кольца 8, Ю в виде усеченного полого конуса, становится как и кольцо Ю неподвижным относительно корпуса 1, что обуславливает уменьшение ак-50 тивной площади мембраны 9, уменьшение суммарной площади подвижных колец и увэличение коэффициенгга трансформации П . При положении источника, соответствующем фиг, 4, поднятие корпуса 1 на высоту дЬ 45 относительно поверхности земли и фиксации его в Таком положении, например, посрадством разъемного сменного кольца 5 tO мальную активную гшощадь мембраны и максимальный коэффициент трансформации. При опускании «je корпуса 1 относительно ловерхности земли на .высоту (предварительно сменное разъемное кольЦо 14 необходимо убрать) несъемное кольцо 10, как и кольцо 11 и стакан 12, становятся подвижными относительно базового кольца 8 и корпуса 1, что обуславливает увеличение суммарной площади подвижных колец, увеличение активной плошади мембраны и уменьшение коэффициента трансформации. Предложенные конструкции трансфорьматора позволяют управлять параметрами излучаемых сигналов путем изменения расстояния корпуса источника относительно поверхности земли. Значительно упрощается управление параметрами излучаемых сигналов, что позволяет сушественно расширить диапазон регулирования параметров и таким образом рас- ширить технические возможности использования источника на самых различных по физико-механическим свойствам грунтач, Простота конструкции, а также безопасность обслуживания при изменении коэффициента трансформации также являются преимуществами предлагаемого устройства. Оператор непосредственно не принимает участия в npoUeccet-связанным с изменением коэффициента трансформации (если подъемное устройство позволяет фиксировать в нужвом положении источник относительно плиты), Использование настоящего изобретения позволяет внедрить маханизацию и комплексную автоматизацию проведения геофизических работ, что приводит к повьщ1ению производитед ьнос:ти и снижению себестои- мости поисковых работ, Увеличению производительности способствует также снижение затрат времени на весь процесс изменения коэффициента трансформации. Например, лабораторные и полевьш испытания излучателей с иэвестным трансформатором показали, что на иэменение коэффициента трансформации зат рачивается 2-3 ч работы друх операторов, В предлагаемом устройстве на это потр&буются считанные секунды работы одного оператора. Это время в основном требуется на поднятие и опускание источника подъемным средством, имекзишмся как в известном устройства, так и в предЛоженном, на высоту дЬ (3-5) мм. Формула изобретения Трансформатор сил и линейных пер&мешений источника сейсмических сигналов по авт. св. NS 5592ОЗ, отличающ и и с я тем, что, с целью уйрощёний управления параметрами излучаемых сигналов и повышения производительности Проведения сейсмических работ, он снабжен средством фиксации источника относительно земли, выполненным в виде набора съемных колец различной толщины, а же 74 13 сткйе кольца прикреплены к упругой мембране, выполнены фигурньми и расположены одно ввгутри другого с возможностью п&ремещения друг относительно друга и относительно корпуса бака, причем максимальный внешний диаметр каждого внутреннего кольца со стороны упругой мембраны больше ми1шмального внутреннего диаметра соседнего внешнего кольца со стороны земли, а активная гшошадь мвм браны равна площади подвижных колец. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 559203, кл. Q О1 V 1/О4, 1975 (прототип).