ИМПУЛЬСНЫЙ САННЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК С ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
PULSE SKID SEISMIC SOURCE WITH ELECTROMECHANICAL DRIVE

Изобретение относится к области сейсмоисточников невзрывного типа и предназначено для создания продольных сейсмических волн воздействием импульсного усилия на поверхность грунта или водную среду.
Известен принятый за аналог источник сейсмических волн («Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки» / Под ред. д.т.н. Шнеерсона М.Б., Москва, ОАО Издательство «Недра», 1988, стр. 149-151), содержащий расположенную на грунте опорную плиту-излучатель, пригруз - инертную массу, демпфер и импульсный электромеханический преобразователь-двигатель электродинамического типа с системой импульсного электропитания. Электромеханический преобразователь состоит из двух соосных цилиндрических магнитопроводов, на обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях которых по их высоте выполнены круговые пазы с размещенными в них обмотками возбуждения магнитного поля, присоединенными к импульсной системе электропитания. Один из магнитопроводов закреплен на расположенной на грунте излучающей плите, а на втором закреплена пригрузочная масса. При подаче в обмотку возбуждения импульса тока между магнитопроводами создается импульсная сила, под действием которой магнитопровод с плитой деформирует грунт, что приводит к созданию сейсмической волны в грунте. Второй магнитопровод с пригрузом под действием силы подбрасывается вверх и затем на демпфере замедленно возвращается в исходное положение.
Недостаток аналога состоит в низком коэффициенте преобразования магнитной энергии двигателя в энергию воздействия на грунт, что приводит к большому весу двигателя и потребляемой им электроэнергии. Кроме этого, для эксплуатации сейсмоисточника необходимо его размещение на транспортном средстве со спуско-подъемным устройством, что ограничивает его применение и повышает стоимость сейсморазведочных работ.
Известен принятый за прототип импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом (Патент РФ №2171478. Опубликован 27.07.2001 г., Бюл. №21). Источник выполнен в виде саней с полозами. На днище внутри каждого полоза помещен пригруз, на котором закреплен магнитопровод индуктора с обмоткой возбуждения электромеханического преобразователя электромагнитного типа. Магнитопровод якоря преобразователя размещен над магнитопроводом индуктора, отделен от него плоским воздушным зазором и оперт на борта саней полоза. Между пригрузом и днищем полоза установлены демпферы. На пригрузе одного полоза может быть установлено по его длине два или более магнитопроводов индуктора, магнитопроводы якорей которых опираются на борта полоза. При пропускании по обмотке возбуждения каждого индуктора импульса тока между магнитопроводом якоря и магнитопроводом индуктора создается сила. В результате сила от якоря передается на полоз, который смещается в направлении грунта под полозом и деформирует грунт, и в грунтовом полупространстве создается сейсмическая волна. Эта же сила передается через магнитопровод индуктора на пригруз, в результате они ускоряются вверх. При выборе зазора между перемещающимся вниз якорем и перемещающимся вверх индуктором происходит ударное взаимодействие, после чего пригруз с индуктором и якорем перемещаются вверх в поле силы тяжести и затем возвращаются в исходное положение. Перемещение их из верхней точки вниз происходит замедленно, что обеспечивается демпферами.
Недостатком прототипа является низкое отношение величины создаваемой силы к массе сейсмоисточника и его большой вес. В результате снижаются возможности его применения и повышаются расходы на эксплуатацию. Кроме этого, удары якоря с индуктором сопровождаются большими механическими нагрузками на их конструктивные элементы, что существенно снижает надежность работы сейсмоисточника, а создаваемый при ударах шум создает большую звуковую нагрузку на обслуживающий персонал и ухудшает условия эксплуатации сейсмоисточников.
Задачей изобретения является повышение отношения величины создаваемой сейсмоисточником силы к его массе, уменьшение ударных нагрузок и шума при работе сейсмоисточника и обеспечение его плавучести.
Техническим результатом является повышение надежности сейсмоисточника, улучшение условий его эксплуатации и расширение возможностей проведения сейсморазведочных работ.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в импульсном санном сейсмоисточнике с электромеханическим приводом, на днище каждого полоза установлены одна или несколько стоек, на каждой стойке соосно с ней и с возможностью перемещения вдоль стойки помещены пригруз, индуктор с обмоткой возбуждения и якорь преобразователя электромеханического привода индукционно-динамического типа, причем индуктор закреплен на нижнем основании пригруза и оперт на днище полоза, а якорь расположен под обмоткой индуктора и установлен на днище. Внутри верхней части полой стойки помещен демпфер, над штоком которого расположена соединенная с пригрузом пластина, в которую упирается шток демпфера. Поперек полозов на их краях помещены балки, соединенные с полозами посредством амортизаторов. К концам балок и к их серединам могут быть прикреплены поплавки для обеспечения плавучести сейсмоисточника.
Получение технических результатов достигается за счет нескольких взаимосвязанных факторов. Применение электромеханического привода индукционно-динамического типа позволяет обеспечивать значительно большее, чем в прототипе, отношение величины создаваемой силы к массе якоря, и приводит к снижению веса сейсмоисточника в целом. Передача силы от электромеханического привода непосредственно на днище полоза также позволяет уменьшить вес полоза и пригруза. В предложенном конструкторском решении с приводом индукционно-динамического типа, в отличие от прототипа с приводом электромагнитного типа, невозможны механические удары между якорем и индуктором, что обеспечивает повышение надежности и снижение шума, создаваемого при работе сейсмоисточника. Уменьшение веса сейсмоисточника упрощает его транспортировку, снижает эксплуатационные расходы и расширяет возможности его применения при наземной сейсморазведке. Оснащение сейсмоисточника поплавками позволяет его применять при сейсморазведке на акваториях и переходных зонах.
На фиг. 1 показан продольный разрез одного полоза предложенного санного сейсмоисточника.
На фиг. 2 - вид на сейсмоисточник спереди.
На фиг. 3 - изменение силы привода сейсмоисточника, скорости и перемещения пригруза с индуктором и деформация грунта полозами.
На фиг. 4 - вид сверху на сейсмоисточник с поплавками.
Сейсмоисточник днищами 1 полозов установлен на грунте. Днище полоза выполнено жестким, а корпус полоза 2 пустотелым. На днище по его длине установлены две цилиндрические пустотелые стойки 3, на которые соосно с ними помещены пригрузы 4 с индукторами 5 электромеханического преобразователя индукционно-динамического типа с возможностью их перемещения вверх-вниз относительно стойки. Индуктор 5 выполнен из электроизоляционного немагнитного материала, например из прочного пластика или текстолита, и закреплен к пригрузу на его нижнем основании. Индуктор содержит кольцевую обмотку возбуждения 6 магнитного поля преобразователя. Якорь 7 электромеханического преобразователя индукционно-динамического типа выполнен кольцевой формы из материала с высокой электрической проводимостью, расположен под обмоткой 6 и закреплен на переходной пластине 8, прикрепленной к днищу 1. Вершины стоек 3 могут быть соединены перекладиной 9. Над стойкой расположена пластина 10, соединенная, например, шпильками 11 с пригрузом 4. В пластину 10 уперт шток 13 демпфера, корпус 12 которого расположен внутри верхней части полой стойки 3 и опирается на упор стойки через пружину 14. Корпус 2 полоза закрыт крышкой 15. По краям полозов саней помещены балки 16, соединенные с полозом амортизаторами 17. Спереди и сзади полозы саней имеют фаркопы 18 для присоединения посредством водила 19 к транспортному средству. Схема силового питания обмоток возбуждения электромеханического привода может быть помещена внутри корпусов полозов, или на санях, или на транспортном средстве, или на пригрузе (на фиг. 1 не показана).
0
1
2
2
Сейсмоисточник работает следующим образом. В исходном положении полозы саней расположены на грунте. В необходимый момент времени t (фиг. 3) по сигналу с сейсмостанции в обмотки возбуждения 6 индукторов 5 всех четырех размещенных в полозах саней электромеханических приводов (фиг. 1) от схемы силового питания (на фигурах не показана) подается импульс тока необходимой величины и длительности. Вокруг обмотки 6 каждого электромеханического привода создается магнитный поток, который за счет его экранирования электропроводящим якорем 7 проходит между обмоткой возбуждения и якорем. Это приводит к созданию между якорем и витками обмотки пондеромоторной расталкивающей их силы 20 (фиг. 3). Через плиту 8 сила воздействует на днище 1 полоза, который смещается вниз и создает деформацию грунта 21. После окончания действия силы полоз за счет реакции сжатого грунта перемещается вверх и происходит процесс его затухающих колебаний на грунте. Деформация грунта 21 сопровождается формированием в нем сейсмической волны. Под действием этой же силы 20 индуктор 5 с обмоткой возбуждения 6 и пригруз 4 ускоряются вверх. Их скорость 22 увеличивается до момента t окончания силы. После окончания действия силы 20 пригруз 4 с индуктором и обмоткой возбуждения перемещаются вверх (кривая 23) и к моменту времени t перемещаются на некоторую высоту Н. При этом их скорость 22 снижается до нуля. При перемещении 23 пригруза вверх перемещаются вверх и закрепленная на пригрузе пластина 10 (фиг. 1), и упертый в нее шток 13 демпфера. После момента t пригруз начинает перемещаться вниз в поле силы тяжести. При этом пластина 10 давит на шток 13 демпфера и за счет силы реакции демпфера перемещение пригруза вниз происходит замедленно, что ослабляет механическое воздействие индуктора с пригрузом на днище полоза при их возвращении в исходное положение. Возможность перемещения пригруза вверх-вниз вдоль высоты стойки 3 с малыми потерями на трение обеспечивается подшипником (на фиг. 1 не показан). При работе сейсмоисточника на не горизонтальной поверхности грунта стойки 3 занимают не вертикальное положение и на них от пригруза действует горизонтальная составляющая силы веса пригруза с индуктором. Для предотвращения неперпендикулярности положения стоек относительно днища вершины стоек могут быть скреплены перекладиной 9 (фиг. 1). Пружина 14 под корпусом 12 демпфера предназначена для защиты поршня демпфера и его клапанного устройства от импульсных механических перегрузок, передаваемых от стойки 3 на корпус демпфера при перемещении стойки с плитой вверх-вниз. Соединенные с полозами посредством амортизаторов 17 балки 16 исключают значительные расхождения полозов друг от друга при транспортировке сейсмоисточника по сейсмической трассе, а также обеспечивают возможность более равномерного прилегания днища каждого полоза к грунту при его неровностях, что повышает надежность работы сейсмоисточника.
Для обеспечения возможности работы сейсмоисточника на акваториях к концам балок 16 и к их серединам закрепляются поплавки 24 (фиг. 4). При этом два поплавка расположены соответственно с внешней стороны полозов, а один - между ними.
6
6
Предложенное техническое решение санного сейсмоисточника с электромеханическим приводом реализовано в экспериментальных образцах. Экспериментальный санный сейсмоисточник имеет вес ≈2500 кг и развивает силу ≈10 Н. Взятое за прототип конструктивное решение сейсмоисточника «Енисей СЭМ-100» развивает усилие 10 ньютон при весе ≈7500 кг.
Уменьшение в несколько раз веса сейсмоисточника существенно расширяет возможную область его применения при наземной сейсморазведке, особенно при сложных для транспортировки условиях.
Обеспечение возможности применения сейсмоисточника для работы на акваториях обеспечивает уменьшение затрат на проведение сейсморазведочных работ.
Как следует из проведенных экспериментальных исследований, сейсмоисточники при работе как на грунте, так и на воде не создают значительного шума, существенно ухудшающего возможности их эксплуатации.