СЕЙСМОИСТОЧНИК
SEISMIC VIBRATOR

Изобретение относится к вибрационной и импульсной сейсмотехнике, а именно к возбудителям сейсмических колебаний с регулированием и стабилизацией амплитуды вынуждающих усилий, их длительности, частоты и направления продольных и поперечных Р- и S-волн.
Известен электромагнитный сейсмоисточник [Патент РФ №2171478 (Детков В.А., Ивашин В.В., Певчев В.П.), Бюл. №21, 2001 г.], содержащий излучающую плиту, снабженную стойками, на которых укреплен якорь электромагнитного возбудителя колебаний, статор его электромагнита с катушками установлен и скреплен с инертной массой, уложенной на излучающую платформу. Катушки электромагнита тиристором подключаются к высоковольтному конденсатору, заряжаемому от специального зарядного устройства. При подаче управляющего импульса на силовой тиристор конденсатор, разряжаясь на катушки электромагнита, создает в нем магнитный поток, который создает в якоре силу тяги и она через стойки передается на излучающую платформу.
В этом сейсмоисточнике из-за низких частотных свойств электромагнита невозможно получить больших излучаемых частот сейсмоколебаний и колебания создаются только одного направления - продольные волны типа Р.
Известен также сейсмоисточник (прототип) [Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки. / Под редакцией М.Б.Шнеерсона. - М.: ОАО «Издательство «Недра»», 1998. - 527 с.: ил. Стр.315-318]. Главной частью такого сейсмоисточника является излучающая платформа, на которой установлены восемь центробежных дебалансных вибровозбудителей, способных вращаться синхронно и создавать знакопеременную вынуждающую силу, ориентированную по специальным сигналам от системы управления, управляемой общим синхронным генератором, в свою очередь механически соединенным с двигателем постоянного тока, подключенным к регулируемому тиристорному преобразователю. Напряжение этого преобразователя определяет скорость вращения двигателя постоянного тока, которая и определяет частоту выходного напряжения синхронного генератора, и, соответственно, частоту вращения дебалансных вибровозбудителей.
Такой сейсмоисточник имеет довольно сложную конструкцию, низкую надежность, обладает плохой связью с грунтом и создает низкочастотные колебания с малой возмущающей силой.
Задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности и улучшения связи с грунтом, для формирования поперечных сейсмических волн, что одновременно дает и повышение функциональных возможностей этого импульсного сейсмоисточника.
Указанная задача достигается тем, что в сейсмоисточнике, содержащем излучающую платформу, связанную с транспортным средством через упругие элементы, возбудители механических усилий, пригрузочную инертную массу, возбудители механических усилий сейсмоисточника выполнены каждый в виде, как минимум, двух электрических катушек, соединенных встречно и уложенных друг на друга в горизонтальной плоскости в средней части возбудителя механических усилий Р-волн, выполненного из двух подвижных относительно друг друга диэлектрических прямоугольных плит с зубцами и пазами в крайних их частях, в пазах которых уложены, по крайней мере, по одной паре вертикальных электрических катушек, также соединенных встречно и формирующих S-волны, зубцы верхней и нижней диэлектрических прямоугольных плит выполнены подвижными друг по отношению к другу и жестко связаны верхней диэлектрической прямоугольной плитой с пригрузочной инертной массой, а нижней диэлектрической прямоугольной плитой - с излучающей платформой, имеющей в своей подошве поперечные грунтозацепы, излучающая платформа, кроме того, упруго связана с пригрузочной инертной массой, а электрические катушки, уложенные горизонтально и вертикально, подключены к высокотоковым источникам электропитания.
На фиг.1 дан продольный разрез предлагаемого сейсмоисточника в рабочем состоянии, когда с помощью спуско-подъемного механизма (не показано) источник через упругие элементы излучающей платформой установлен на грунт, а силовые катушки запитаны импульсами тока больших величин от специальных источников электропитания.
На фиг.2 показаны усилия S-волны, Р-волны и суммарное усилие этих волн.
Сейсмоисточник (фиг.1) содержит излучающую плиту 1 с поперечными грунтозацепами 2 с упругими элементами 3, через которые весом транспортного средства излучающая плита 1 через грунтозацепы 2 предварительно прижата к грунту в месте создания сейсмического воздействия. Излучающая плита в своей верхней части имеет стойки 4, 5, между которыми и верхней поверхностью излучающей плиты неподвижно относительно нее установлена диэлектрическая пластина 6 с зубцами 7, 8, к левым сторонам которых неподвижно укреплены в вертикальной плоскости высокотоковые катушки с полуобмотками 9, 10 и 11, 12 соответственно. На верхние торцы зубцов 7, 8 и стоек 4, 5 подвижно уложена верхняя диэлектрическая пластина 13 с зубцами 14, 15 в своей нижней части. Нижними торцами этих зубцов 14, 15 верхняя диэлектрическая пластина 13 подвижно установлена на днища образованных пазов в нижней диэлектрической пластине 6. На правые поверхности зубцов 14, 15 неподвижно закреплены катушки с полуобмотками 16, 17 и 18, 19 соответственно. Высокотоковые катушки с полуобмотками 9, 10; 11, 12 и 16, 17; 18, 19 установлены друг к другу только через изоляционные промежутки, обычно составляющие 0,6÷0,9 мм.
В средних частях диэлектрических пластин 6 и 13 неподвижно установлены в горизонтальной плоскости катушки с полуобмотками 20, 21 и 22, 23 соответственно. Катушки с полуобмотками 20, 21 и 22, 23 уложены также неподвижно относительно друг друга через изоляционные промежутки. Подвижность зубцов 7, 14; 8, 15 и всех катушек с соответствующими полуобмотками обеспечена воздушными зазорами 24, 25, 26, которые заполнены диэлектрическим упругим материалом, обеспечивающим возврат верхней и нижней плит 6, 13 в исходное состояние после силовых воздействий. Для этого дополнительно установлены пружинные рессоры 27, 28, упруго связывающие между собой стойки 4, 5 излучающей платформы 1 с верхней частью диэлектрической плиты 13, на которую дополнительно неподвижно относительно нее укладывается инертная масса сейсмоисточника 29.
На фиг.2 также показаны усилия 30 электрокатушек 9, 10, 16, 17 и усилие 31 электрокатушек 11, 12, 18, 19 поперечной сейсмической S-волны 32, а также продольной сейсмической Р-волны 33 с суммарным сейсмическим усилием 34 всех зубцов 2 излучающей платформы 1.
Сейсмоисточник работает следующим образом. При подъезде транспортного средства к месту сейсмоизлучения системой управления сейсмоисточника срабатывает спуско-подъемное устройство и сейсмоисточники опускаются на точку излучения и через упругие элементы 3 прижимаются излучающей платформой 1 через грунтозацепы весом транспортного средства к грунту. Этот прижим является предварительным, так как масса транспортного средства обычно не превышает 10 т, а необходимое суммарное усилие сейсмоисточника должно достигать 100 тс, что в десятки раз превышает вес любого транспортного средства. Также известно, что коэффициент сцепления гусеничных тракторов или танков с грунтом для исключения их пробуксовки не превышает 0,5-0,6, то при формировании поперечной S-волны необходимо одновременно и создать усилие прижима излучающей платформы к грунту с ее величиной, большей на приведенный коэффициент. Это осуществляется вначале несколькими предварительными включениями высокотоковым источником электропитания к катушкам с полуобмотками 20, 21 и 22, 23, которые в соответствии с законом Ампера и далее в соответствии с соотношением
,
где с - коэффициент, соответствующий принятой без магнитопроводящей или с магнитопроводящей системой размещения катушек полуобмоток 20, 21 и 22, 23;
1
2
I, I - токи электрокатушек с полуобмотками 20, 21 и 22, 23 (А);
l - суммарная длина витков электрокатушек, м;
а - расстояние между центрами полукатушек соответственно 20, 21 и 22, 23 (м).
За счет действия упругих элементов 24, 25, 26 и рессор 27, 28 инертная масса сейсмоисточника 29 через плиту 13 ее зубцами 14, 15 укладывается на днища зазоров плиты 8 с максимальными зазорами 24, 25, 26 и сейсмоисточник готов к работе.
-3
Системой высокотокового электропитания включаются электрокатушки с горизонтальными полуобмотками 20, 21 и 22, 23. Эти электрокатушки, как показано на фиг.1 включенные встречно, начинают создавать отталкивающее усилие 33 (фиг.2), в результате плита 6 через платформу 1 и ее грунтозацепы 2 надежно, с необходимым удельным сцеплением, с условием неразрушения грунта, прижимается к этому грунту и затем, с некоторым запаздыванием (0,5÷0,6)·10 с одновременно включаются вертикально расположенные катушки с полуобмотками 9, 10; 16, 17; и 11, 12; 18, 19, которые также создают между собой горизонтальные отталкивающие усилия 30, 31, которые, суммируясь в излучающей платформе 1, создают суммарное 32 усилие поперечной сейсмической S волны. Это усилие вместе с продольным усилием 33 создает суммарное усилие 34, которое и излучается в изучаемый грунт. Усилие 33 для надежного сцепления с грунтом должно быть на коэффициент 0,5÷0,6 больше суммарного усилия 32. Данное соотношение выполняется созданием соответствующих токов в полуобмотках электрических катушек с указанными полуобмотками 20, 21 и 22, 23.
При таком управлении инертная масса в соответствии с соотношением
,
где h - величина подъема инертной массы 29 (м);
2
g - ускорение под действием усилия 33 на инертную массу - м/с;
t - время действия усилия, с.
-3
За время действия усилия 33 (5÷10)·10с величина h обычно не превышает 4-5 мм, при этом упругое перемещение платформы вниз и в сторону не должно превышать 2-3 мм. Обычно на одном транспортном средстве размещается N пар таких сейсмоисточников, и они попарно размещены с их боков со смещением в пространстве на 180°, создавая усилия 32 со знаками (+) или (-).
Предложенный сейсмоисточник имеет упрощенную конструкцию, повышенную надежность в работе и улучшает связь с грунтом излучающей платформы для формирования поперечных сейсмических волн, что одновременно дает повышение функциональных возможностей предлагаемого импульсного сейсмоисточника.