Пневматический источник сейсмических сигналов и способ выполнения канавки его уплотнительного кольца

 

Использование: для проведения сейсморазведочных работ на акваториях. Сущность изобретения: устройство включает цилиндр, взаимодействующий с поршнем, и уплотнительное кольцо, размещенное в канавке цилиндра, угол наклона канавки в направлении оси симметрии пневмоисточника лежит в пределах 16 - 30^o. При изготовлении канавки с увеличением диаметра цилиндра увеличивают угол наклона канавки. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области разведочной геофизики и может быть использовано в сейсмических исследованиях полезных ископаемых Мирового океана.

Известно изобретение, в нижней части цилиндра которого выполнена канавка для закрепления уплотнительного кольца под углом к оси симметрии пневмоисточника [1] Известен также пневматический источник сейсмических сигналов, представляющий собой генератор упругих сейсмических сигналов и предназначенный для возбуждения в гидросреде пневмоимпульсов при сейсмических исследованиях донных отложений на акваториях, в котором канавка уплотнительного кольца размещена на внутренних стенках цилиндра, в нижней части его, и направлена под углом к оси симметрии пневмоизлучателя под углом, равным 15^o [2] Недостаток указанных пневматических источников сейсмических сигналов заключен в том, что, с увеличением диаметра цилиндра пневмоисточника /например, с целью повышения мощности излучаемого пневмосигнала/, не предусмотрено изменение угла наклона канавки уплотнительного кольца к оси симметрии источника, а остается равным 15^o. Такое /фиксированное/ положение канавки уплотнительного элемента в полости цилиндра при попытке увеличения мощности источника путем увеличения диаметра последнего приведет к его неработоспособности из-за принудительного вытеснения /выдувания/ уплотнительного кольца мощным вихрем сжатого газа, вытесняемого в окружающую гидросреду.

Техническим результатом изобретения является сохранение работоспособности уплотнительного элемента при увеличении диаметра цилиндра пневмоисточника.

Указанный технический результат достигается тем, что угол наклона канавки размещения уплотнительного кольца в направлении оси симметрии пневмоисточника выполняют в пределах 16 -30^o, а увеличивают указанный угол до его предельного значения при увеличении диаметра цилиндра устройства, взаимодействующего с поршнем.

Фиг.1 пневматический источник сейсмических сигналов /в сборе/; фиг. 2 предлагаемый источник сейсмических сигналов в разрезе, вид на уплотнительный элемент, размещенный в полости канавки цилиндра, под углом к оси симметрии устройства.

Пневматический источник сейсмических сигналов /фиг.1/ включает в себя поршень 1, взаимодействующий с поршнем цилиндра 2, содержащий в нижней части уплотнительное кольцо, состоящее по меньшей мере из двух составных частей - упругого кольца 3 /выполненного из капролона/ и фторопластового кольца 4 /фиг. 2/ Г-образного вида, размещенного в нижней части цилиндра и выполняющего функцию непосредственного уплотнителя. Причем при посадке торца цилиндра в гнездо поршня и сопряжении эластичного уплотнителя 4 со стенками 5 сжатый под большим /100 150 атм/ давлением газ в полости 6 давит по всем направлениям, в том числе и в направлении стрелок 7. В результате упругий элемент 3, увеличиваясь в диаметре, давит на эластичный уплотнитель 4, а тот, повышая свою текучесть, вытесняется в направлении стрелки 8 и надежно уплотняет стенки 5 поршня 1. Сжатый газ в этом случае удерживается в полости 6 пневмоисточника под большим давлением и без признаков утечки.

Для разгерметизации системы /фиг.1/ по пневмоканалу 9 подают сжатый воздух, которым поджимают цилиндр 2 над основанием его посадки. При выходе уплотнителя 4 из зоны сопряжений 5 /фиг.2/ сжатым газом, размещенным в полости 6 источника, перемещающимся в направлении стрелки 10, разгоняют цилиндр 2 в направлении стрелки 11 до тех пор, пока выступ 12 не выйдет из кольцевого гнезда 13 и не преодолеет кольцевой выступ 14 поршня. При полной разгерметизации системы, начиная с основания 15 посадки цилиндра /фиг.1/, сжатый газ с большой силой вырывается в окружающую среду и создает в ней определенной частоты пневматический звуковой сигнал. Вместе с тем, при выходе сжатого под высоким давлением газа из полости 6 в направлении стрелки 10 последний воздействует и на уплотнительное кольцо /3, 4/ и, если угол наклона α кольцевой канавки не соответствует требованиям /например, диаметр цилиндра больший, а угол наклона равный или менее 15^o к оси поршня/, то такой уплотнитель в определенный момент вытесняется из полости канавки сжатым газом и пневмоисточник становится неработоспособным. Поэтому, во избежание указанных недостатков, с увеличением диаметра цилиндра пневмоисточника увеличивают угол a /наклона кольцевой канавки к оси цилиндра/ и выдерживают размер указанного угла в пределах 16 -30^o. В этом случае добиваются такого состояния, при котором вырывающийся из рабочей полости 6 сжатый газ с большой скоростью и силой не вытеснял бы уплотнительное кольцо из полости канавки, а наоборот, подпирал его потоком сжатого газа и удерживал в полости канавки в рабочем режиме.

Предлагаемый пневмоисточник выполняют так, чтобы на любых режимах работы, при любой мощности и диаметре цилиндра 2 /фиг.1/, взаимодействующего с поршнем 1 /фиг.2/, невозможно было вытеснить кольцо /3, 4/ из полости канавки потоком сжатого газа. Более того, угол наклона канавки к оси симметрии источника, подбираемый для каждого пневмоизлучателя при его изготовлении, должен лежать в пределах 16 30^o и должен быть таким, чтобы извергаемый из рабочей полости 6 сжатый газ не только не вытеснял, но наоборот, задавливал бы уплотнительный элемент в его канавку. К тому же, указанный угол наклона канавки уплотнительного кольца к оси симметрии пневмоизлучателя выполняют таким, чтобы эластичный элемент 4, испытывающий давление упругого кольца 3 в направлении стрелок 7, мог бы подвергнуться текучести и вытесняться действием давления сжатых газов в направлении стрелки 8 для качественного уплотнения стенок 5 поршня 1. При этом качественное уплотнение элемента 4 и стенок 5 поршня без падения давления в рабочей полости 6 источника должно сохраняться до тех пор, пока по пневмоканалу 9 не будет подана пневмокоманда для начала подъема цилиндра 2 в направлении стрелки 11. Тогда сжатый воздух, перемещаемый в направлении стрелки 10 из полости 6 /при разгерметизации участка 5/, проникает под торец цилиндра 2 и дополнительно воздействует из кольцевого гнезда 13 на выступ 12, образуя камеру разгона, и, как только цилиндр поднимется над основанием 15 посадки цилиндра /фиг.1/ и выступ 12 /фиг.2/ преодолеет кольцевой борт 14, сжатый газ с большой силой и мощностью будет вытеснен в окружающую гидросреду и создаст в ней упругий пневмосигнал заданной частоты, потребной для сейсморазведки.

Следует сказать, что предлагаемый пневмоисточник сейсмических сигналов /фиг.1/ работает в экстремальных условиях и сжатый газ, нагнетаемый в полость 6 до 150 атмосфер и выше, может сокрушить на своем пути любое препятствие при его выхлопе в окружающую гидросреду. Таким /частным/ препятствием выступает в заявленном объекте уплотнительное кольцо /3, 4/, конструкция которого и угол наклона его канавки к оси симметрии источника имеют решающее значение. Так, при промышленном освоении и длительном испытании пневмоизлучателя выяснилось, что монолитный уплотнительный элемент менее эффективен, чем составной /фиг.2/. При этом более жесткую составную часть уплотнительного кольца 3, выполненную из капролона, лучше размещать в направлении головной части источника, в результате указанный элемент 3 успешно противостоит вихревому потоку давления газа при выходе из рабочей полости 6, в то время как эластичная часть 4 Г-образного вида способна самоуправляться за счет текучести фторопласта, из которого этот элемент состоит.

При создаваемом давлении сжатого газа в полости 6 источника упругий элемент 3 кольца /фиг.2/ также испытывает высокое давление и, за счет возможности деформации и текучести, имеет способность увеличиваться в диаметре. Своей массой капролоновое кольцо 3 давит на фторопластовый элемент 4 и создает ему также указанную текучесть, за счет которой эластичный элемент 4 вытесняется в направлении участка сопряжения 5 /фиг.1/ и надежно его уплотняет. С увеличением же диаметра цилиндра /при изготовлении более мощного пневмоисточника/ уплотнительный элемент /при сохранении его поперечного сечения/ теряет свою жесткость и становится более податлив при мощном воздействии на него вихревым потоком сжатого воздуха, с большой скоростью и силой извергаемого давления в окружающую гидросреду. Поэтому, увеличивая диаметр цилиндра /чем добиваются повышения мощности излучающего пневмоисточника/, обращают внимание на увеличение угла a /наклона канавки уплотнительного элемента в направлении оси симметрии излучателя упругих волн при исследовании донных отложений полезных ископаемых/. В этом случае /при увеличении угла наклона уплотнителя и направлении оси симметрии источника/ добиваются такого положения, при котором сжатый газ не вытеснял бы кольцо из полости канавки, а напротив, задавливал его в полость как раз в тот момент разгерметизации рабочей полости пневмоисточника, когда давление извергаемого газа наибольшее и есть опасность такого вытеснения кольца. Опытом установлено, что наиболее оптимальный угол наклона канавки к оси симметрии источника лежит в пределах 16 -30^o, при уклоне канавки ниже 16^o могут работать источники малой мощности, например, емкостью 0,003 м³ /см. аналог [2]/. Для увеличения мощности источника увеличивают угол наклона кольцевой канавки к оси его симметрии. Для каждого пневмоисточника заданной мощности излучаемого сейсмосигнала указанный угол a имеет свой предел /предел "ноу-хау"/. Превышение же угла наклона канавки уплотнительного элемента выше 30^o нерентабельно, так как ухудшается процесс уплотнения цилиндра относительно поршня, поэтому предлагаемый угол a, равный 16 30^o, оптимален и обеспечивает возможность качественной герметизации рабочей полости любого из источников, нашедшего свое применение в сейсмологии при исследовании донных отложений Мирового океана.

Формула изобретения

1. Пневматический источник сейсмических сигналов, включающий цилиндр, взаимодействующий с поршнем, и уплотнительное кольцо, размещенное в канавке цилиндра, выполненной под углом к оси симметрии пневмоисточника, отличающийся тем, что угол наклона канавки уплотнительного кольца в направлении оси симметрии указанного пневмоисточника лежит в пределах 16 30^o.

2. Способ выполнения канавки уплотнительного кольца цилиндра пневматического источника сейсмических сигналов, включающий изготовление упомянутой канавки под углом к оси симметрии цилиндра, отличающийся тем, что при увеличении диаметра цилиндра пневмоисточника сейсмических сигналов увеличивают угол наклона стенок канавки уплотнительного кольца к оси симметрии цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2