ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
PNEUMATIC SOURCE OF SEISMIC SIGNALS

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано в устройствах для генерирования сейсмических волн.
В настоящее время известны многочисленные устройства для генерирования сейсмической энергии, например:
«Пневматический источник сейсмических сигналов [авторское свидетельство SU на изобретение №1056102],
«Пневматический генератор упругих сигналов» [авторское свидетельство SU на изобретение №1045184],
«Источник для морской сейсморазведки» [авторское свидетельство SU на изобретение №1778722],
«Пневматический источник сейсмических сигналов» [патент RU на полезную модель №80964] и другие.
Общими признаками пневмоисточников является наличие корпуса с размещенными в нем подвижным цилиндром, неподвижным штоком с поршнями, уплотнительными элементами, пневмомагистраль с клапанами, управляющими и рабочими пневмокамерами, истечение сжатого воздуха из которых создает импульсы упругой энергии.
Общими недостатками названных пневмоисточников являются протяженные размеры уплотнительных элементов и, как следствие, недостаточная надежность уплотнения элементов устройств, а также контактирование подвижных элементов устройств с внешней средой и возможность их загрязнения.
Известны также технические решения, в которых подвижным элементом является шток, а корпус и его цилиндрические элементы - неподвижны: источник сейсмических волн [патент US №3653460], пневмопушка [патент US №4047591], пневмоисточник сейсмических сигналов [авторское свидетельство SU №1625220], сейсмический пневмоизлучатель [патент RU на изобретение №2204848], скважинный источник сейсмических сигналов [патент RU на изобретение №2240581] и другие.
Данные устройства содержат корпус с выхлопными окнами, подвижный шток с поршнями, управляющие и накопительные камеры, уплотнительные элементы, пневмомагистраль с клапанами.
К недостаткам данных устройств можно отнести недостаточно малое время срабатывания.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является пневматический источник сейсмических сигналов [авторское свидетельство SU №548815]. Он содержит цилиндрический корпус, уплотнительные элементы, пневмомагистрали, шток с тремя поршнями, камеры для накопления сжатого газа и управления работой устройства, выхлопное окно и электромагнит. Срабатывание устройства происходит при включении электромагнита, который притягивает шток и сдвигает его с места.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности плавно затормозить шток после срабатывания устройства, а также недостаточно быстрое срабатывание источника, что приводит к разбросу по длительности времени срабатывания и делает невозможным для пневматического источника излучать высокочастотные сейсмические сигналы.
Задачей изобретения является достижение плавности работы устройства при уменьшении времени срабатывания и уменьшении величины разброса этого времени.
Сущность заявляемого изобретения характеризуется тем, что пневматический источник сейсмических сигналов имеет цилиндрический корпус в виде толстостенной трубы, содержащий входной и выходной канал сжатого газа, накопительную камеру высокого давления, демпферную и управляющую камеры с помещенным в последнюю датчиком срабатывания, расположенным в ее верхней зоне, перемещаемый и проходящий через вышеупомянутые камеры шток с внутренним каналом в нем, соединяющим камеры управляющую и накопительную высокого давления, и тремя поршнями: нижним, выполненным по типу клапана, перекрывающего выхлопное отверстие в краевой зоне нижней части корпуса, средним и верхним, выполненным из магнитного материала, при этом верхний поршень разделяет управляющую и демпферную камеры, а средний - демпферную и накопительную, и рабочие площади поршней подчинены следующему соотношению:
раб.н.
раб.ср.
S<S,
раб.н.
где S - рабочая площадь нижнего поршня,
paб.ср.
S - рабочая площадь среднего поршня;
в центральной части демпферной камеры выполнена перегородка с магнитным элементом, притягивающим верхний поршень, и имеющая сквозной канал, соединяющий верхнюю и нижнюю части демпферной камеры.
Технический результат заключается в решении поставленной задачи теми техническими средствами и приемами, которые описаны ниже в описании. Композиция всех узлов и деталей, входящих в заявляемое устройство, нова, благодаря ей достигается результат эффективной работы и устраняются вышеописанные недостатки существующих аналогов, в том числе наиболее близкого, а именно в пневматический источник сейсмических сигналов введен демпферный узел в виде демпферной камеры, расположенной между накопительной и управляющей камерами. С диаметрально противоположных сторон по вертикали в торцах демпферной камеры размещены поршни. В центральной части демпферной камеры выполнена перегородка с отверстием для прохода штока. В теле перегородки выполнены вертикально вытянутые каналы, соединяющие части демпферной камеры над и под перегородкой. В перегородке демпферной камеры расположен магнитный элемент, способный притягивать верхний поршень. Перегородка жестко закреплена на внутренней поверхности корпуса и поэтому не передвигается.
На чертеже представлен заявляемый пневматический источник сейсмических сигналов с обозначенными соответственно цифрам узлами и деталями:
1 - цилиндрический корпус;
2 - шток;
3 - магнит датчика срабатывания;
4 - верхний поршень;
5 - средний поршень;
6 - нижний поршень;
7 - уплотнительные элементы;
8 - накопительная камера;
9 - выхлопное отверстие;
10 - управляющая камера;
11 - катушка индуктивности;
12 - немагнитный токопроводящий каркас;
13 - грузонесущий бронированный кабель;
14 - пневмомагистраль;
15 - отверстие управляющей камеры;
16 - демпферная камера;
17 - перегородка;
18 - канал;
19 - жидкость;
20 - магнитный элемент;
21 - внутренний магнитопровод;
22 - внешний магнитопровод;
23 - кольцо;
24 - канал, расположенный в штоке;
25 - запорный клапан;
26 - закрытый клапан;
27 - клапан;
28 - линия сброса;
29 - герморазъем.
Пневматический источник сейсмических сигналов содержит цилиндрический корпус 1, выполненный из толстостенной трубы. Внутри корпуса 1 находится шток 2 с размещенным на его верхней части постоянным магнитом 3, являющимся частью датчика срабатывания, и верхним, средним и нижним поршнями 4, 5, 6, снабженными уплотнительными элементами 7. При этом рабочая площадь нижнего поршня 6 меньше рабочей площади среднего поршня 5. Нижний поршень 6 выполнен по типу клапана.
В краевой зоне нижней части корпуса 1 находится накопительная камера высокого давления 8 и выхлопное отверстие 9, перекрываемое нижним поршнем 6. В верхней части корпуса расположена управляющая камера 10, в которой размещена являющейся второй частью датчика срабатывания катушка индуктивности 11, намотанная на немагнитный токопроводящий каркас 12, механически и электрически связанный с корпусом 1. Катушка индуктивности одним полюсом электрически соединена с каркасом, а вторым - с электропроводящей изолированной жилой грузонесущего бронированного кабеля 13, пропущенного внутри пневмомагистрали 14, и сообщающейся с управляющей камерой 10 с отверстием 15, служащим входным и выходным каналом сжатого газа. При этом броня грузонесущего кабеля механически и электрически связана с корпусом 1.
Между накопительной камерой 8 и управляющей камерой 10 расположена демпферная камера 16, разделенная перегородкой 17 на нижнюю и верхнюю части, которые сообщаются между собой по каналу 18, образованному зазором между штоком 2 и отверстием в перегородке 17. Нижний отсек демпферной камеры может быть частично заполнен жидкостью 19 для увеличения сопротивления перетеканию через канал 18. Перегородка 17 механически связана с корпусом 1 и включает в себя магнитный элемент в виде постоянного магнита 20 цилиндрической формы с радиальной намагниченностью, внутренний 21 и внешний 22 магнитопроводы также цилиндрической формы и кольцо 23, выполненное из прочного немагнитного материала, например титанового сплава, служащее для повышения прочности устройства. Перегородка 17 является неподвижным элементом магнитной системы, а роль подвижного элемента выполняет поршень 4, изготовленный из ферромагнитного материала и контактирующий в исходном положении с перегородкой 17 за счет сил магнитного притяжения.
Рабочая камера 8 и управляющая камера 10 сообщаются между собой через сквозной канал 24, проходящий внутри штока 2. Сквозной канал 24 в рабочей камере 8 перекрыт запорным клапаном 25, который способен пропускать сжатый газ только в одном направлении от управляющей камеры 10 к рабочей камере 8.
Пневмомагистраль 14 и линия электрической связи в виде бронированного кабеля 13, связанные одним своим концом с корпусом 1, вторым концом подключены к пульту управления, содержащему нормально закрытый клапан 26, соединяющий Пневмомагистраль 14 с компрессором (не показан), клапан 27, связывающий пневмомагистраль 14 с линией сброса 28 и герморазъем 29, через который линия электрической связи подключается к сейсмостанции.
Работа заявляемого устройства происходит следующим образом.
В исходном положении шток 2 находится в крайнем нижнем положении. При этом поршень 6 герметично перекрывает выхлопное отверстие 9, а поршень 4 плотно прижат к магниту 20 перегородки 17. Для подготовки устройства к срабатыванию по пневмомагистрали 15 в управляющую камеру 10 подают под давлением газ. Сжатый газ заполняет управляющую камеру 10 и по каналу 24, расположенному в штоке 2, перетекает в накопительную камеру 8 через запорный клапан 25. В результате давление газа в камерах 8 и 10 выравнивается и достигает рабочей величины. Чтобы при рабочем давлении газа шток 2 был неподвижен, площади поршней подбираются следующим образом:
paб.н.
paб.ср.
S<S,
раб.н.
где S - рабочая площадь нижнего поршня 6,
paб.ср.
S - рабочая площадь среднего поршня 5.
Чтобы устройство сработало, открывают клапан 27 и подключают тем самым пневмомагистраль 15 к линии сброса газа. Давление газа в камере управления 10 при этом падает. Из-за разницы рабочих площадей поршней 5 и 6 на шток действует сила, направленная вверх. Когда эта сила становится больше силы взаимного притяжения магнита 20 и поршня 4 и силы остаточного давления газа в управляющей камере на поршень 4, шток начинает перемещаться вверх, при этом поршень 6 освобождает окно 9, через которое происходит резкий выброс сжатого газа в окружающее пространство.
Сила притяжения между магнитом 20 и поршнем 4 резко падает с увеличением зазора между ними, что способствует более резкому открыванию выхлопного отверстия 9.
Далее при перемещении штока 2 вверх происходит перетекание газа и жидкости демпферной камеры по каналу 18 из нижней ее части в верхнюю, что приводит к плавному торможению и остановке штока 2.
При приближении постоянного магнита 3, находящегося в верхней части штока 2, к катушке индуктивности 11 в последней наводится эдс индукции, и импульс тока по кабелю 13 передается на пульт управления, сигнализируя о срабатывании устройства.
Для приведения устройства в исходное состояние в камеру управления 10 вновь подают сжатый газ, под действием которого поршень 4 перемещается вниз вместе со штоком 2 до контакта с магнитом 20.
Размещение магнитного элемента в заявляемом устройстве в отличие от наиболее близкого его аналога обеспечивает противоположное воздействие - удержание штока в исходном положении и устройства в целом от срабатывания в то время, как в наиболее близком устройстве обеспечивается притяжение штока через промежуточный телескопический узел для обеспечения срабатывания сравниваемого устройства. Кроме того, и наличие датчика срабатывания в верхней зоне управляющей камеры отличает заявляемое устройство от наиболее близкого аналога.
Пример. Заявляемый пневматический источник сейсмических сигналов изготовлен на предприятии г.Саратова в виде опытного образца, успешно прошел апробацию.