Вибрационный источник сейсмических сигналов Советский патент 1982 года по МПК G01V1/14 

(5) ВИБРАЦИОННЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙС ИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

I

Изобретение относится к устрой- ствам для возбуждения низкочастотных поперечных волн в грунте при геофизических исследованиях, преимущественно при глубинном „зондировании Земли.

Известен вибрационный источник для возбуждения поперечных волн в грунте, содержащий основание, соединенное с грунтом, стойки на основании, которыми через упругие элементы раз- Q мещен источник энергии 1.

Недостатком источника является отсутствие устройства, обеспечивающего резонансную раскачку всей колеблющейся системы, что повышает интен- ,5 сивность возбуждаемых сигналов низких частот.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вибрацион- jo ный источник сзйсмических сигналов, включающий излучающую платформу, связанную с грунтом, инерционную массу, установленную на излучающей платформе с возможностью перемещения, упругий элемент, выполненный в виде пневмопружины, и гидроцилиндр с переключателем. Пневмопружины и гидроцилиндры привода расположены симметрично с торцов инерционной массы, на которой установлен фрикционный узел, взаимодействующий с золотником гидропереключателя, что позволяет осуществлять резонансную раскачку колебательной системы 22.

Недостатком источника является сложность увеличения инерционной Массы для увеличения амплитуды силы, действующей на грунт, и повышения интенсивности сейсмосигнала, так как габаритные размеры инерционной массы определяются расположением пневмопружин и гидроцилиндров, жестко укрепленных на излучающей платформе. Кроме того, затруднена синхронизация фазы к6л(ебаний нескольких источников при их группировании и одновременной работе, что является необходимым при 39 экспериментах по глубинному зондированию земной коры. Цель изобретения - повышение интенсивности возбуждаемого сигнала и обеспечение возможности группирования источников для синхронной работы а также упрощение конструкции и повышение надежности сейсмоисточника. Поставленная цель достигается тем что в вибрационном источнике сейсмических сигналов, включающем излучаю(Цую платформу, связанную с грунтом, инерционную массу, установленную на излучающей платформе с возможностью перемещения, упругий элемент, выполненный в виде пневмопружины, и гидроцилиндр с переключателем, инерцион ная масса выполнена в виде со съемными грузами, которая посредством траверсы связана с пневмопружиной и гидроцилиндром, выполненными двойного действия и установленными на излучающей платформе с одного тор ца инерционной массы в направлении ее перемещения, инерционнная масса установлена на излучающей платформе на катках, имеющих две конические или цилиндрические поверхности качения , На фиг. 1 изображен вибрационный источник сейсмических сигналов, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид в плане; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг.2 (привод вибрационного источника сейс мических сигналов); на фиг. - разрез В-В на фиг. 1 (установка инерционной массы на излучающей платформе) ; на фиг. 5 - разрез 6-Б на фиг.2 и разрез Г-Г (гидропереключатель гид роцилиндра двойного действия); на фиг. 6 - фрикционный узел гидропереключателя для вибрационного источника и разрез Д-Д; на фиг. 7 - соедине ние вибрационного источника с дополн тельной инерционной массой . (две проекции); на фиг. 8 - соединение двух вибрационных сейсмоисточников для си хронной работы (две проекции). Вибрационный источник сейсмических сигналов (фиг. 1 и 2) содержит колебательную систему, состоящую из излучающей платформы 1, связанной с грунтом, инерционной массы 2, упругого элемента 3 пневмопружийы и гидропровода 4 с гидропереключателем 5, служащих для раскачки и поддержания колебаний инерционной массы 2. 4 Излучающая платформа I образована опорными плитами 6, соединенными между собой перемычками 7. Инерционная масса 2 состоит из несущей рамы 8 с укрепленными на ней съемными грузами 9. На опорных плитах 6 и раме 8 инерционной массы установлены пары рельсов 10 (фиг. 1 и ), между которыми расположены катки 11. Пары рельсов 10 установлены с наклоном внутрь (фиг. ), а катки 11 выполнены с двумя коническими или цилиндрическими опорными поверхностями качения. Л1спользование катков вместо колес, что имеет место в известном устройстве, упрощает конструкцию источника, позволяет значительно увеличить нагрузку на один узел качения и избежать больших изгибных напряжений в осях колес, т.е. увеличить надежность установки. Упругий элемент 3 (фиг. 1-3) выполнен в виде пневмопружины двойного действия, содержащей цилиндр 12 с двумя поршнями 13 и В начальном положении поршни 13 и 1 упираются в торцовые гайки 15 и 16. Пространство между поршнями заполняют сжатым воздухом, подаваемым по магистрали 17 Цилиндр 12 пневмопружины установлен с торца инерционной массы 2 в корпусе 18 с фланцами 19 и 20. Корпус 18 жестко укреплен на плите 6 излучающей платформы и передает нее на грунт усилия пневмопружины, возникающие при колебательном движении инерционной массы 2. Пневмопружина ориентирована по направлению движения инерционной массы 2 и взаимодействует с ней через траверсу 21 с упорами 22 и 23, укрепленными на раме 8 инерционной массы 2. Упоры 22 и 23 установлены на расчетном расстоянии от поршней 13 и 14 пневмопружины, находящихся в выдвинутом положении, . при упоре их в торцовые гайки 15 и 16. При этом инерционная масса 2 может двигаться на этом расстоянии без взаимодейстВИЯ с пневмопружинойо Этот зазор необходим для обеспечения запуска самоисточника, т.е. раскачки инерционной массы 2 из состояния покоя до рабочей амплитуды. На корпусе 18, укрепленном на плите 6 излучающей платформы, установлен гидропривод , включающий гидроцилиндр 2k раскачки двойного деист59ВИЯ с поршнем 25 и штоком 26. Гидроцилиндр 2k шарнирно соединен торцовой гайкой 27 с упором 28, жестко за крепленном на корпусе 18. Шток 26 гидроцилиндра 2k раскачки шарнирно соединен с упором 29, установленном на несущей раме 8 инерционной массы 2, Рабочая жидкость под давлением подается в поршневую и штоковую полости гидроцилиндра 2k по трубопроводам 30 и 31 через гидропереключатель 5, закрепленный на плите 6. Гидропереключатель 5 выполнен двухступенчатым, -для уменьшения длины хода переключателя. Обе ступени . гидропереключателя установлены в одном корпусе 32. Золотник 33 первой ступени является управляющим,. При его переключении жидкость под давлением подается поочередно в управляющие камеры 3 и 35 для переключения золотника 36 второй ступени. Золотник Зб осуществляет коммутацию трубопроводов 30 и 31, идущих к цилиндру раскачки, поочередно соединяя их с силовой магистралью 37 (фиг. 5) и со сливом 38. Золотник 33 первой ступени переключателя шарнирно соединен тягой 39 с фрикционным узлом 0 (фиг. 6), жестко закрепленным на раме 8 инерционной массы 2, Фрикционный узел 0 состоит из корпуса k, жестко укрепленного на раме 8 инерционной массы, в котором расположена разрезная втулка k2, сжа тая болтовым соединением 3 с пружинами kk и взаимодействующая с тягой 39 золотника 33 гидропереключателя 5. Устройство работает следующим образом. Перед началом работы вибрационног источника в пневмопружину по магистрали 17 подают сжатый воздух и устанавливают требуемое рабочее давление (например 100 атм), кото1эое ке изменяется в процессе работы. Золотник 33 первой ступени гидропереключателя 5 переводят в одно из крайних положений, при этом инерционная масса 2 находится в среднем положении. Вибрационный источник начинает ра боту после подачи жидкости под- давле нием через гидропереключатель 5 в од ну из полостей гидроцилиндра .При левом положении золотника 33 первой ступени гидропереключателя 5 (как по 36 казано на фиг. 5) золотник Зб второй ступени находится в левом положении и жидкост под давлением подается в штоковую полость гидроцилиндра 2k по трубопроводу 31. При этом инерционная масса 2 начинает двигаться влево и разгоняется на свободном расстоянии до контакта упора 23 с поршнем 1 пневмопружины. При движении инерционной массы 2 влево фрикционный узел 0 взаимодействует с тягой 39Подпружиненная разрезная втулка k2 проскальзывает по ней, удерживая возникающими силами трения золотник.33 первой ступени гидропереключателя 3 в левом положении. После контакта упора 23 инерционной массы 2 с поршнем 1г пневмопружины к инерционной массе 2 прикладывается сила торможения (равная 100 т), создаваемая давлением газа в пневмопружине. Сила со стороны гидроци линдра 2, равная 20 т, значительно меньше, чем сила пнеемопружины, так как она служит лишь для компенсации потерь энергии колеблющейся инерционной массы 2 на трение и на излучение сейсмических волн. Поэтому инерционная масса 2 сначала тормозится пневмопружиной, а после остановки начинает движение вправо. После начала движения инерционной массы 2 вправо фрикционный узел 0, взаимодействующий сипами трения с тягой 39, переводит золотник 33 первой ступени гидропереключателя 5 в крайнее правое поло-жение и в дальнейшем при движении вправо по тяге 39 удерживает его в этом положении до следующей смены направления движения. При переводе золотника 33 в крайнее правое положение, которое осуществляется 8 начальный момент движения инерционной массы 2 вправо,давление жидкости подается в камеру 3k и переводит золотник Зб в правое положение. При этом рабочее давление жидкости подается в поршневую полость гидроцилиндра по трубопроводу 30, который с поршнем k пневмопружины осуществляет разгон инерционной массы 2 вправо. После полного выдвижения поршня 1 и упора его в гайку 16 инерционная масса 2 продолжает разгоняться гидроцилиндром , проходит.свободное расстояние и после контакта упора 22 с поршнем 13 7 тормозится им. После остановки инер ционная масса 2 начинает движение влево. В этот момент фрикционный узел tO переключает золотник 33 пер вой степени в крайнее левое положение, давление жидкости подается в камеру 35, переводит золотник 36 вт рой ступени в левое положение, и ра бочее давление жидкости подается в штоковую полость гидроцилиндра 2Ц. После этого начинается разгон инерционной массы 2 поршнем 13 пневмопружины и гидроцилиндром 2 влево. В.дальнейшем цикл повторяется. Благодаря связи золотника 33 пер вой ступени гидропереключателя 5 с фрикционным узлом kO, укрепленным на инерционной массе 2, осуществляе ся автоматическое переключение золотников 33 и Зб и изменение направ ления силы раскачки, действующей со стороны гидроцилиндра 2k, на инерционную массу 2 при изменении направления ее движения. При этом направление силы раскачки всегда совпадает с направлением скорости инер ционной массы, т„е, сила раскачки всегда обеспечивает увеличение кинетической энергии инерционной массы и восполнение потерь на излучени сейсмических волн и трение независимо от скорости, амплитуды и часто ты колебаний о Таким образом, фрикционная связь золотника 33 гидропереключателя 5 позволяет осуществлят автоматическую резонансную раскачку инерционной массы. Зазор свободного хода инерционно массы 2, т„е. расстояние между упорами 22 и 23 и поршнями 13 и 14 пневмопружины, при среднем положени инерционной массы 2 выбирают таким, чтобы после разгона на этом пути силой гидроцилиндра 2 инерционная масса 2 перемещала поршень 13 пневмопружины на расстояние не меньшее рабочего хода зопот ща 33 первой ступени гидропере15лючателя 5. При обратном ходе поршня 13 и инерционной массы 2 золотник 33 переключается фрикционным узлом 40, и в работу вступает вторая полость гидроцилиндра 2. В предлагаемой конструкции сейсмоисточника ход золотника 33 равен 1 мм и зазор Свободного хода инерционной массы 5 мм в обе стороны от среднего положения. 3 Предлагаемый вибрационный сейсмоисточник позволяет увеличить амплитуду силы, действующей на грунт, и интенсивность излучаемого сейсмосигнала как путем увеличения инерционной массы источника, так и группированием одинаковых сейсмоисточников для синхронной работы. Амплитуда колебаний инерционной массы 2 задана размерами силовой системы источника: ходом поршней 13 и 14 пневмопружины и гидроцилиндра 24 и не изменяется во время работы, пдэтому, при работе источника на требуемой частоте, амплитуда силы увеличивается пропорционально увеличению инерционной массы 2. Инерционная масса 2 предлагаемого источника может быть увеличена как увеличением съемных грузов 9, так и присоединением дополнительной инерционной массы. На фиг.7 показан вибрационный источник сейсмических сигналов с дополнительной инерционной массой 45, установленной на катках 46,на дополнительной излучающей платформе 47, связанной с грунтом. Рама 48 дополнительной инерционной массы 45 жестко соединена с рамой 8 инерционной массы 2 сейсмоисточника с помощью ферм 49, дополнительная излучающая платформа 47 жестко соединена с излучающей платформой 1 перемыками 50. При работе источника инерционная масса 2 и дополнительная -инерционная масса 45 колеблются как одно целое, обеспечивая увеличение амплитуды силы. Площадь излучающей платформы (1 и 47) источника увеличена благодаря жесткой связи с платформой 47 дополнительной массы 45, при этом на вели.чину веса дополнительной массы 45 возрастает сила прижима излучающей платформы (.1 и 47) к грунту, что препятствует ее проскальзыванию при увеличившейся амплитуде силы. Предлагаемая конструкция сейсмоисточника позволяет легко осуществить синхрон..ую работу нескольких источников при их группировании. На фиг. 8 показаны два источника, расположенные последовательно. Траверса 51 второго источника жестко соединена с рамой В инерционной массы 2 первого. При таком соединении автоматически обеспечивается синфазность колебаний двух источников. Излучающие платформы 1 и 52 источников при синхронной

991

работе соединять не требуется, так как усилия на них передаются от разных силовых узлов 53 сейсмоисточников.

Таким образом, выполнение пневмопружины и гидроцилиндра раскачки двойного действия, расположение их с одного торца инерционной массы 2 в направлении ее перемещения и связь их с инерционной массой 2 с помощью траверсы 21 {и аналогично с инерционной массой 5) позволяет повысить интенсивность излучаемого сейсмосигнала и обеспечит возможность группирования источников для синхронной работы. Применение катков с двумя коническими или цилиндрическими поверхностями качения упрощает конст-рукцию источника и повышает его надежность .

Формула изобретения

полненный в виде пневмопружины, и гидроцилиндр с переключателем, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения интенсивности возбуждаемого Сигнала и обеспечения возможности группирования источников для синхронной работы, инерционная массы выполнена в виде рамы со съемными грузами, которая посредством

10 траверсы связана с пневмопружиной и гидроцилиндром, выполненными двойного действия и установленными на излучающей платформе с одного торца инерционной массы в направлении ее

перемещения.

2, Источник по п. 1, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения надежности источника, инерционная масса установлена на излу

20 чающей платформе на катках, имеющих две конические или цилиндрические поверхности качения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № i 12695, кл. G 01 V 1/02, опублик. 197.

1979 (прототип). Ж /7 6 3 15 / Г6 Фиг. Х 20 гЗ8 77

У//. фуг.4 5-f От Hoeocfa

/f zi/ ffjyfftft//ftw y 24

dg Фиг. 41W 39 -#/ Л Vчly/ 7Щ 4ff

гГ 9 - f

. / ;; I ;г. ,i

,Ги .1..,:.:,..:м . , л IL..... H,,if.,,,.J-с

Vy

Й7 21

1 сГ

Фг/г. 5 Л