Сейсмический пневмоизлучатель

 

Изобретение относится к сейсморазведке. Сейсмический пневмоизлучатель содержит накопительную камеру с выходным окном, циклично герметизируемую от окружающей среды поршнем со ступенчатым выступом и полимерным кольцом прямоугольного сечения с двумя асимметричными кольцевыми канавками на кольце и стенке корпуса. Технический результат: повышена надежность и длительность непрерывной эксплуатации излучателя и снижена стоимость его изготовления. 4 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к сейсморазведке и предназначено для возбуждения упругих колебаний в водной среде путем реализации в нее порции сжатого воздуха в заданный момент времени. Преимущественная область использования в морской сейсморазведке.

Известен сейсмический пневмоизлучатель (1), содержащий накопительную камеру с выходным окном, циклично герметизируемую от окружающей среды запаздывающим автопневмозатвором, составленным поршнем со ступеньчатым выступом его полимерного элемента и металлическим кольцом, установленным с возможностью его осевого ограниченного перемещения, радиально уплотненным с помощью эластичного кольца.

Недостатками устройства являются высокая стоимость изготовления подвижного металлического кольца, недолговечность из-за быстрого изнашивания уплотнительного кольца его радиального уплотнения и необходимость обеспечения толщины его стенки для прочности за счет уменьшения площади сечения выходного окна, что уменьшает эффективность выхлопа.

В качестве прототипа выбран сейсмический пневмоизлучатель (2), содержащий накопительную камеру с выходным окном, циклично герметизируемую от окружающей среды поршнем со ступеньчатым выступом и полимерным уплотнительным кольцом прямоугольного сечения, установленным в прямоугольную проточку в корпусе частью его толщины с возможностью его осевого ограниченного перемещения и поясок шероховатости на дне проточки, сообщенный с окружающей средой.

Недостатком прототипа является невозможность использования в качестве уплотнительного кольца, герметизирующего накопительную камеру, эластичные материалы при высоком рабочем давлении из-за большого зазора, определяемого глубиной прямоугольной проточки и, как следствие, неустойчивая герметизация при низком давлении из-за необходимости использования твердых полимеров, требующих высокой точности формы и чистоты сопрягающихся уплотняющих поверхностей.

Сущность изобретения заключается в том, что в сейсмический пневмоизлучатель, содержащий накопительную камеру с выходным окном, циклично герметизируемую от окружающей среды поршнем со ступеньчатым выступом и полимерным уплотнительным кольцом прямоугольного сечения, установленным с возможностью его ограниченного осевого перемещения, ограничительный выступ для полимерного кольца, расположенный на внутренней стенке накопительной камеры со стороны, противоположной выходному окну, введены две кольцевые камеры низкого давления, сдвинутые относительно друг друга по оси пневмоизлучателя, первая, неподвижная, образованная первой асимметричной канавкой, выполненной на внутренней поверхности стенки накопительной камеры и наружной цилиндрической поверхностью полимерного уплотнительного кольца, и вторая, подвижная, образованная второй асимметричной канавкой, выполненной на наружной поверхности полимерного уплотнительного кольца и внутренней цилиндрической поверхностью стенки накопительной камеры, обе кольцевые канавки выполнены с торцовой и конусной поверхностями бортов, конусные поверхности обеих кольцевых канавок выполнены так, что вершины обоих конусов обращены в сторону, противоположную выходному окну, вторая подвижная камера низкого давления сообщена хотя бы одним каналом с первой неподвижной камерой низкого давления, выполненным на внешней цилиндрической поверхности полимерного кольца хотя бы одной отводной продольной или спиральной канавкой, достигающей торцовой поверхности второй кольцевой канавки и гарантированно пересекающей первую кольцевую канавку, первая неподвижная камера низкого давления сообщена с окружающей средой хотя бы одним отводным каналом, уплотнительное кольцо выполнено из эластичного упругого материала, например полиуретана, резины, отводной канал сообщения первой неподвижной камеры низкого давления с окружающей средой выполнен в виде стыка в составной стенке накопительной камеры, или в виде отверстия в стенке накопительной камеры или в виде хотя бы одной отводной канавки на внешней поверхности полимерного уплотнительного кольца, продленной до ее выхода в его торец, обращенный во вне накопительной камеры, а наружный диаметр полимерного уплотнительного кольца выполнен на 1-2% больше внутреннего диаметра сопрягаемой поверхности стенки накопительной камеры.

Использование изобретения позволяет повысить надежность и длительность эксплуатации излучателя в широком диапазоне рабочих давлений.

Изобретение поясняется чертежами, где дан общий вид сейсмического пневмоизлучателя (фиг. 1) и варианты: с отводным каналом сообщения первой неподвижной камеры низкого давления с окружающей средой, выполненном в виде отверстия в стенке корпуса (фиг 2) с отводным каналом в виде неуплотненных зазоров сборной стенки корпуса (фиг.3) и в виде продленной канавки на кольце (фиг. 4). На фиг. 5, 6 и 7 показаны варианты выполнения отводных канавок на уплотнительном кольце.

Излучатель содержит основание 1 корпуса со штоком 2 и седлом 3 полого поршня 4 с верхним и нижним уплотнительными торцами на верхней и нижней его тарелках, размещенного на штоке 2 на подшипниках 5 и уплотненного кольцами 6, соединенное с гильзой 7 корпуса, опорную гайку 8, накопительную камеру 9, камеру воздушной пружины 10, камеру запуска 11, электропневмоклапан 12, выходное окно 13, канал 14 подачи сжатого воздуха в излучатель, сообщенный с камерой воздушной пружины 10 каналом 15 и входом электропневмоклапана 12 входным каналом 16, электропневмоклапан 12 сообщен с камерой запуска 11 выходным каналом 17, камера воздушной пружины 10 сообщена с накопительной камерой 9 каналом 18 в поршне 4, камера запуска 11 сообщена с окружающей средой каналом 19, поршень 4 уплотнен кольцом 20 на своем седле 3 и кольцом прямоугольного сечения 21 на гильзе 7 корпуса в выходном окне 13, на внешней поверхности прямоугольного кольца 21 выполнена асимметричная кольцевая канавка 22 с торцовым и конусным бортами, а на внутренней стороне стенки гильзы 7 корпуса выполнена аналогичная асимметричная канавка 23 с торцовым и конусным бортами, вершины конусов обоих конусных поверхностей канавок обращены в сторону, противоположную выходному окну 13, в днище асимметричной канавки 23 размещено устье канала 24 с выходом его в окружающую среду, на гильзе 7 корпуса размещен кольцевой ограничительный выступ 25, выполненный, например, в виде пружинного кольца, и на поршне 4 на его нижней тарелке выполнен уступ 26. Обе кольцевые канавки сообщены каналом, образованным хотя бы одной отводной канавкой 27 на наружной цилиндрической поверхности уплотнительного кольца 21, достигающей его уплотнительного пояска 28. В совокупности с сопрягающимися цилиндрическими поверхностями кольцевые канавки образуют первую неподвижную кольцевую камеру низкого давления 29, сообщенную с окружающей средой каналом 24, и вторую подвижную кольцевую камеру низкого давления 30, сообщенную с первой неподвижной кольцевой камерой низкого давления 29 отводной канавкой 27.

Излучатель работает в двух режимах: подготовительном и эксплуатационном.

В подготовительном режиме при подаче сжатого воздуха из источника по каналу 14 в камере воздушной пружины 10 возникает избыточное давление, в результате действия которого поршень прижимается к седлу 3. При этом уплотнительное кольцо 20 сжимается и обеспечивает начальную герметизацию рабочей камеры 9 со стороны камеры запуска 11. Кольцо 21 сначала находится в произвольном положении в любом месте между нижним уплотнительным торцом нижней тарелки поршня 4 и ограничительным выступом 25 гильзы 7 корпуса и перекрыто уступом 26 на нижней тарелке поршня 4. Образуется поток сжатого воздуха через цилиндрические зазоры между уступом 26 поршня 4 и внутренней поверхностью кольца 21 и между внутренней стенкой гильзы 7 и поршнем 4 и торцовый зазор между нижним торцом кольца 21 и нижним уплотнительным торцом поршня 4. В результате разности давлений в области верхнего и нижнего торцов кольца 21 оно передвигается вниз и уплотняет поршень 4 со стороны выходного окна 13. Далее давление повышается до рабочего, электропневмоклапан 12 закрыт, и излучатель готов к эксплуатационному режиму работы.

Эксплуатационный режим включает три такта: "выхлоп", "возврат", "накопление", которые циклически повторяются.

Такт "выхлоп" начинается с подачи через электропневмоклапан 12 в заданный момент времени порции сжатого воздуха по выходному каналу 17. Давление в камере запуска 11 становится близким к давлению в рабочей камере 9 и в результате действия рабочего давления на разность площадей торца нижней тарелки поршня 4 и площади сечения воздушной пружины камеры 10 он выдвигается вниз и вскрывает рабочую камеру 9 в окружающую среду. В конце такта "выхлоп" давление в камере 10 воздушной пружины повышается, а в рабочей камере 9 снижается, и в результате поршень останавливается и меняет знак своего движения, а электропневмоклапан 12 закрыт.

В тактах "возврат" и "накопление" происходят процессы, подобные описанному в подготовительном режиме, но протекающие быстрее. При посадке поршня 4 на свое седло 3 происходит его торможение за счет сжатия воздуха в камере запуска 11 и дросселирование его излишков в окружающую среду по каналу 19. Далее циклы повторяются.

За счет отвода воздуха из неподвижной кольцевой камеры низкого давления 29 и подвижной 30 по отводной канавке 27 и каналу 24 в окружающую среду кольцо 21 всегда находится в прижатом состоянии к поверхности неподвижной асимметричной канавки 23 и внутренней цилиндрической поверхности гильзы 7 корпуса на всей длине вплоть до уплотнительного пояска 28, кроме того, в такте "выхлоп" на верхний его торец действует пониженное давление за счет тороидального завихрения потока на кромке ограничительного выступа 25, что в совокупности исключает возможность его сбрасывания. Возможностью зацепа верхним бортом асимметричной канавки 22 за верхний борт асимметричной канавки 23 исключается сбрасывание кольца 21 при самом низком давлении, например при разгерметизации излучателя в конце его работы. Выполнение наружного диаметра кольца 21 большим диаметра сопрягаемой поверхности гильзы 7 корпуса обеспечивает начальное уплотнение кольца 21 по его уплотнительному пояску 28.

По сравнению с прототипом предложенное техничесакое решение позволяет значительно повысить длительность эксплуатации и надежность сейсмического пневмоизлучателя за счет уменьшения возможности разрушения полимерного кольца из-за его выдавливания в зазор.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1.Авторское свидетельство СССР 1445424, кл. G 01 V 1/137, 1981.

2. Патент РФ 2109310, кл. G 01 V 1/137, 1/133, 1992.

Формула изобретения

1. Сейсмический пневмоизлучатель, содержащий накопительную камеру с выходным окном, циклично герметизируемую от окружающей среды поршнем со ступеньчатым выступом и полимерным уплотнительным кольцом прямоугольного сечения, установленным с возможностью его ограниченного осевого перемещения, ограничительный выступ для полимерного кольца, расположенный на внутренней стенке накопительной камеры со стороны, противоположной выходному окну, отличающийся тем, что в него введены две кольцевые камеры низкого давления, сдвинутые относительно друг друга по оси пневмоизлучателя, первая, неподвижная, образованная первой асимметричной канавкой, выполненной на внутренней поверхности стенки накопительной камеры, и наружной цилиндрической поверхностью полимерного уплотнительного кольца, и вторая, подвижная, образованная второй асимметричной канавкой, выполненной на наружной поверхности полимерного уплотнительного кольца, и внутренней цилиндрической поверхностью стенки накопительной камеры, обе кольцевые канавки выполнены с торцовой и конусной поверхностями бортов, конусные поверхности обеих кольцевых канавок выполнены так, что вершины обоих конусов обращены в сторону, противоположную выходному окну, вторая подвижная камера низкого давления сообщена хотя бы одним каналом с первой неподвижной камерой низкого давления, выполненным на внешней цилиндрической поверхности полимерного кольца хотя бы одной отводной продольной или спиральной канавкой, достигающей торцовой поверхности второй кольцевой канавки и гарантированно пересекающей первую кольцевую канавку, первая неподвижная камера низкого давления сообщена с окружающей средой хотя бы одним отводным каналом, а уплотнительное кольцо выполнено из эластичного упругого материала, например полиуретана, резины.

2. Сейсмический пневмоизлучатель по п. 1, отличающийся тем, что отводной канал сообщения первой неподвижной камеры низкого давления с окружающей средой выполнен в виде стыка в составной стенке накопительной камеры.

3. Сейсмический пневмоизлучатель по п. 1, отличающийся тем, что отводной канал сообщения первой неподвижной камеры низкого давления с окружающей средой выполнен в виде отверстия в стенке накопительной камеры.

4. Сейсмический пневмоизлучатель по п. 1, отличающийся тем, что отводной канал сообщения первой неподвижной камеры низкого давления с окружающей средой выполнен в виде хотя бы одной отводной канавки на внешней поверхности полимерного уплотнительного кольца, продленной до ее выхода в его торец, обращенный во вне накопительной камеры.

5. Сейсмический пневмоизлучатель по п. 1, отличающийся тем, что наружный диаметр полимерного уплотнительного кольца выполнен на 1-2% больше внутреннего диаметра сопрягаемой поверхности стенки накопительной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7