Импульсный электродинамический излучатель
PULSE ELECTRODYNAMIC EMITTER

Изобретение относится к устройствам для проведения геофизической разведки полезных ископаемых в водной среде и может применяться при проведении работ в морской сейсморазведке на нефть и газ круглогодично на акваториях, как без ледового покрова, так и покрытых льдом.
Известен способ возбуждения сейсмических колебаний и устройство для его осуществления (патент RU №2381528 С2, опубл. 10.02.2010, МПК: G01V 1/02), основанный на использовании сил отталкивания, возникающих в преобразователе энергии. Устройство, реализующее заявленный способ, содержит преобразователь энергии, основание, являющееся опорной плитой и передающее в исследуемую среду импульсы сил отталкивания, возникающие в преобразователе энергии при подаче основного импульса тока, герметичный цилиндрический корпус, закрепленный на основании излучателя, направляющие стойки, электродинамический пригруз и электродинамический амортизатор. Рабочей частью рассматриваемого устройства является установленный в корпусе излучателя электродинамический преобразователь энергии, состоящий из двух электродинамических элементов в виде соленоида и диска, причем один из элементов жестко закреплен на основании излучателя, а другой имеет возможность свободного перемещения в вертикальном направлении относительно первого. Энергия в виде мощного импульса тока подается на соленоид, и в электродинамическом преобразователе происходит ее преобразовании в импульс силы отталкивания. Импульс силы передается в грунт через основание излучателя, жестко связанное с одним из электродинамических элементов, возбуждая в нем упругие колебания. В результате сил отталкивания верхний электродинамический элемент с пригрузом перемещается вверх по направляющим стойкам, а реакция нижнего электродинамического элемента преобразуется в импульс силы, который через основание излучателя передается в грунт, возбуждая в нем упругие колебания. При прекращении действия электрического импульса магнитные и электрические поля исчезают и подвижный электродинамический элемент под действие сил гравитации возвращаются в исходное положение. Для частичного гашения паразитной кинетической энергии подвижного элемента электродинамического преобразователя и предотвращения паразитного удара, искажающего сейсмограмму, в конструкции излучателя предусматриваются электродинамический пригруз и электродинамический амортизатор, работающие на тех же принципах, что и электродинамический преобразователь энергии.
Недостатком этого источника является необходимость использования тяжелого пригруза, такая конструкция не предусматривает возможность использования излучателя в морской сейсморазведке при размещении источника в толще воды.
Известен универсальный невзврывной импульсный электродинамический сейсмоисточник для транзитных зон (патент RU №2714046, опубл. 12.02.2020, МПК: G01V 1/02) взятый за прототип, содержащий герметичный корпус с днищем, изготовленным из стали, внутри которого расположена жесткая плита-излучатель сейсмических волн, на верхней поверхности которой размещены первые катушки возбуждения, выполнение в виде спирали из меди, при этом на плиту-излучатель оперты изоляционные пластины, в пазу на нижней поверхности которых размещены прилегающие к первым катушкам возбуждения вторые катушки возбуждения, выводы которых соединены с блоком накопительных конденсаторов и их зарядным устройством, и электронным шкафом управления, и на каждой пластине установлен пригруз с линейным подшипником с возможностью перемещения пригруза вдоль установленной на плите-излучателя направляющей трубы, при этом внутри трубы размещен демпфер, а корпус выполнен с возможностью размещения на нем навесной поплавковой системы.
К недостаткам такого устройства можно отнести ограниченные районы применения, невозможность стабильной работы излучателя с применением поплавковой системы, при размещении в толще воды на глубине 5-8 метров, с обеспечивающим его работу оборудованием (зарядное устройство и электронный шкаф управления) находящимися на поверхности воды (на плавсредстве), в морской сейсморазведке со сложными волновыми, а также ледовыми условиями.
Задачей предлагаемого изобретения позволит достичь нового технического результата - повышение эффективности эксплуатации за счет расширения возможности его применения в сложных климатических условиях связанных с тяжелыми ледовыми и волновыми условиями в труднодоступных акваториях, а также районах северных морей арктического шельфа. Дополнительно технический результат изобретения заключается в придании электродинамическому излучателю и оборудованию, обеспечивающему работу излучателя, нулевой плавучести для применения излучателя как с надводного судно-носителя, так и на подводном судне-носителе или автономном необитаемом подводном аппарате.
Поставленная задача импульсного электродинамического излучателя содержащего, герметичный корпус, катушку возбуждения, блок накопительных конденсаторов и их зарядное устройство, и электронный шкаф управления, достигается тем, что герметичный корпус выполнен в виде отдельных модулей, герметичного модуля излучателя, и по меньшей мере, одного герметичного модуля управления излучателем, причем герметичный модуль излучателя выполнен в виде овального цилиндра и снабжен каркасом, выполненным с возможностью фиксации в нем по меньшей мере одной пластины и по меньшей мере одного упругого элемента в свою очередь снабженного по меньшей мере, одним ребром жесткости, а также герметичный модуль излучателя снабжен жестким элементом, упругой прокладкой, изолятором, герметичной оболочкой, и размещенной в нем катушкой возбуждения выполненной в виде обмотки возбуждения, а в герметичном модуле управления излучателем расположены блок накопительных конденсаторов с их зарядным устройством, электронный шкаф управления выполненный в виде блока автоматики управления излучателя, также герметичный модуль управления излучателем снабжен блоком аккумуляторных батарей, а также герметичный модуль излучателя, и герметичный модуль управления излучателем, выполнены с возможностью крепления на носителе, например, автономном необитаемом подводном аппарате.
Также каркас и пластина выполнены из материала с высокой электропроводимостью.
Упругий элемент выполнен из полимерного материала.
Жесткий элемент выполнен из материала с высокой прочностью и плавучестью.
Упругая прокладка выполнена из полимерного материала.
Обмотка возбуждения выполнена из кабеля.
Изолятор выполнен из изоляционного материала.
Герметичная оболочка выполнена из вязкоупругого материала.
Герметичный модуль излучателя выполненный в виде овального цилиндра, выполнен, в виде эллиптического цилиндра.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - показана изометрическая схема, отражающая облик импульсного электродинамического излучателя, состоящего из герметичного модуля излучателя и герметичного модуля управления излучателем закрепленного на носителе;
на фиг. 2 - показана изометрическая схема, отражающая облик герметичного модуля управления излучателем с оборудованием;
на фиг. 3 - показана изометрическая схема, отражающая облик герметичного модуля излучателя. На схеме сделан вырез для отображения состава элементов герметичного модуля излучателя.
на фиг. 4 - показана схема поперечного сечения герметичного модуля излучателя, отображающая состав элементов герметичного модуля излучателя.
Импульсный электродинамический излучатель (фиг. 1, 2, 3, 4) выполнен в виде отдельных модулей, герметичного модуля излучателя 1 (фиг. 1, 3), и по меньшей мере, одного герметичного модуля управления излучателем 2 (фиг. 2), причем герметичный модуль излучателя 1 выполнен в виде овального цилиндра и снабжен каркасом 3, выполненным с возможностью фиксации в нем по меньшей мере одной пластины 4 и по меньшей мере одного упругого элемента 5 в свою очередь снабженного по меньшей мере, одним ребром жесткости 6, а также герметичный модуль излучателя 1 (фиг. 3) снабжен жестким элементом 7, упругой прокладкой 8, изолятором 9, герметичной оболочкой 10 и размещенной в нем катушкой возбуждения выполненной в виде обмотки возбуждения 11, а в герметичном модуле управления излучателем 2 (фиг. 2) расположены блок накопительных конденсаторов 12 с их зарядным устройством 13, электронный шкаф управления выполненный в виде блока автоматики управления излучателя 14, также герметичный модуль управления излучателем 2 снабжен блоком аккумуляторных батарей 15, а также герметичный модуль излучателя 1, и герметичный модуль управления излучателем 2, выполнены с возможностью крепления на носителе 16, например, автономном необитаемом подводном аппарате.
Каркас 3, и пластина 4 выполнены из материала с высокой электропроводимостью.
Упругий элемент 5 выполнен из полимерного материала.
Жесткий элемент 7 выполнен из материала с высокой прочностью и плавучестью.
Упругая прокладка 8 выполнена из полимерного материала.
Обмотка возбуждения 11 выполнена из кабеля.
Изолятор 9 выполнен из изоляционного материала.
Герметичная оболочка 10 выполнена из вязкоупругого материала.
Герметичный модуль излучателя 1 выполненный в виде овального цилиндра, выполнен, в виде эллиптического цилиндра.
Импульсный электродинамический излучатель работает следующим образом:
Герметичный модуль излучателя 1, и герметичный модуль управления излучателем 2 устанавливают на носитель 16 в месте его базирования. Носителем 16 может быть, как автономный необитаемый подводный аппарат, подводное или надводное судно. Район сейсмических исследований для работы импульсного электродинамического излучателя может быть, как свободный ото льда, так и покрытый льдом круглогодично.
Работа импульсного электродинамического излучателя в целом происходит с зарядки блока накопительных конденсаторов 12 с помощью их зарядного устройства 13 находящихся в герметичном модуле управления излучателя 2. Электропитание зарядного устройства 13 для зарядки блока накопительных конденсаторов 12 может осуществляться как от блока аккумуляторных батарей 15, так и от системы энергоснабжения носителя 16.
Далее работа импульсного электродинамического излучателя осуществляется в автоматическом режиме с помощью блока автоматики управления излучателя 14 в зависимости от заданной миссии сейсмических исследований в применяемой технологии сейсморазведки (2D, 3D, 4D сейсморазведка) в необходимом для исследовании районе.
Блок автоматики управления излучателя 14 обеспечивает периодичность подачи электрической энергии, мощного импульса тока, для работы герметичного модуля излучателя 1.
В герметичном модуле излучателя 1 мощный импульс тока поступает на обмотку возбуждения 11, чем вызывает сильное магнитное поле между обмоткой возбуждения 11 и пластинами 4 закрепленными в каркасе 3. Под действием сильного магнитного поля между электродинамическими элементами обмоткой возбуждения 11 и пластинами 4 изолированными изолятором 9 возникают силы отталкивания, тем самым создавая мощный импульс периодом в несколько миллисекунд. Так как обмотка возбуждения 11 выполнена из материала с высокой электропроводимостью, с малым относительным удлинением, то в момент сил отталкивания обмотки возбуждения 11 от пластин 4 в работу вступают упругие элементы 5 снабженные ребрами жесткости 6. Работой упругих элементов 5 является принятие нагрузки от обмотки возбуждения 11 сжимающей упругие элементы 5 в период создания мощного импульса. Для равномерного распределения нагрузки сжимающей упругие элементы 5, имеются ребра жесткости 6. После снятия нагрузки с упругих элементов 5, упругие элементы 5 принимают свою первоначальную форму.
Также при возникновении сил отталкивания между пластиной 4 и обмоткой возбуждения 11 при которых обмотка возбуждения 11 отталкивается от пластин 4 действуют обратные силы, прижимающие пластины 4 к каркасу 3. Для противодействия обратных сил в конструкции предусмотрена упругая прокладка 8 и жесткий элемент 7. Упругая прокладка 8 смягчает действие обратных сил, прижимающих пластины 4 к каркасу 3, действующих на жесткие элементы 7 для предотвращения их разрушения. В свою очередь жесткие элементы 7 противодействуют смещению пластин 4 к каркасу 3, а также обеспечивают нулевую плавучесть, заполняя весь внутренний объем герметичного модуля излучателя 1.
Дополнительно герметичный модуль излучателя 1 покрыт герметичной оболочкой 10, выполненной из вязкоупругого материала. Герметичная оболочка 10 обволакивающая обмотку возбуждения 11 принимает геометрическую форму обмотки возбуждения 11, как в исходном состоянии обмотки возбуждения 11, так и геометрически деформированной формы обмотки возбуждения 11, в момент создания мощного импульса. Также герметичная оболочка 10 защищает герметичный модуль излучателя 1 от забортной среды.
Дополнительно герметичный модуль управления излучателем 2 может быть удифферентован и снабжен расчетным балластом, для придания нулевой плавучести в целом импульсному электродинамическому излучателю.
В целом так как импульсному электродинамическому излучателю придается нулевая плавучесть, а выдаваемый им мощный импульс является равнонаправленным в две стороны (вверх и вниз) относительно оси импульсного электродинамического излучателя, то при установке на носителе 16, например, автономном необитаемом подводном аппарате, носитель 16 при работе импульсного электродинамического излучателя не будет дестабилизироваться в толще воды при его движении.
Таким образом, импульсный электродинамический излучатель позволит достичь нового технического результата - повышение эффективности эксплуатации за счет расширения возможности его применения в сложных климатических условиях связанных с тяжелыми ледовыми и волновыми условиями в труднодоступных акваториях, а также районах северных морей арктического шельфа. Дополнительно технический результат изобретения заключается в придании электродинамическому излучателю и оборудованию, обеспечивающему работу излучателя, нулевой плавучести для применения излучателя как с надводного судно-носителя, так и на подводном судне-носителе или автономном необитаемом подводном аппарате.