Трансформатор сил и линейных перемещений источника сейсмических сигналов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 748313

Союз Советских

Социалистических республик (61) Дополнительное к авт. свнд-ву No 559203 (22) Заявлено 03.05.78 (21) 2610405/18-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет(5! )М. Кл.

5 01 Ч 1/04

Гасударственный комитет

СССР

Опубликовано 15.07.80. Бк>ллетень ¹26

Дата опубликования описания 17.07.80

ho делам изобретений и открытий (53) УДК 550.834 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. В. Ивашин, И. М. Чуркин и С. П. Чуркина тольяттинский политехнический институт (71) Заявитель (54) ТРАНСФОРМАТОР СИЛ И ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ истОчникА сейсмических сигнАлов

Изобретение относится к устройствам для возбуждения сейсмических сигналов при геофизической разведке, где сравнительно большие поступательные перемещения рабочего органа источника колебаний, например поршня гидравлической системы, необходимо преобразовать в малые пе-. ремещения исполнительного оргайа, например упругой мембраны, с регулируемой в зависимости от характера н величины нагрузки амплитудой колебания.

Известен трансформатор сил и линейных перемещений источника сейсмических сигналов по основному авт. св. Мв 559203 содержащий заполненный жидкостью ге 15 метический бак, основание которого герметично закрыто упругой мембраной и который снабжен жесткими кольцами различного диаметра, установленными с внешней стороны упругой мембраны 1)

Применение сьемных жестких колец различного диаметра позволяет изменять активную площадь упругой мембраны и тем самым регулировать коэффициент

> 2 трансформации тих=5,/8„,, где Gй и

3„1 — радиальное сечение якоря и актив ная плошадь мембраны, что в свою очередь, позволяет регулировать параметры сейсмических сигналов, возбуждаемые источ ником»

Регулирование параметров сейсмических сигналов преследует цель согласования режима работы источника с физикомеханическими свойствами (параметрами) нагрузки с целью повышения КПД, Нагрузкой источника сейсмических волн, как правило, служит грунт, физико-механические свойства которого от одной геофизической точки к другой могут изменяться в широких пределах, В связи с этим и с целью обеспечения на каждой геофизической точке высокого KllQ коэффициент трансформации источнйка в условиях непостоянства физико-механических свойств грунта приходится менять сравнительно часто, Известное устройство для изменения коэффициента трансформации неудобно в эксплуатации потому, что замена сьемных

3 748 коле ц одного диаметра на кольца другого диаметра требует затрат большого количества времени. Процесс замены одних съемных колец на другие небезопасен, так как при этом оператор, заменяющий коль

3 ца, должен находится под излучателем.

Кроме того, процесс изменения коэффициента трансформации требует значительных затрат физического труда. Все это усложняет управление {регулирование) парамеч g рами излучаемых сигналов и снижает про изводительность источника сейсмических сигналов.

Целью изобретения является упрощение управления параметрами излучаеМых clfp» налов, повышение производительности работ при использовании источника сейсмических сигналов и обеспечение воэмож-. ности MBxGHHGGHHH и автоматизации процесса изменения коэффициента трансформа- 2о ции.

Поставленная цель достигается тем, что трансформатор сил и линейных перемещений снабжен средством фиксации источника относительно земли, выполненным Q$ в виде набора съемных колец различной толщины, а жесткие кольца прикреплены к упругой мембране, выполнены фигурными и расположены одно внутри другого с воэможностью перемещения друг относитель- ЗО но друга и отцосительио корпуса бака, причем максимальный внешний диаметр каждого внутреннего кольца со стороны упругой мембраны больше минимального внутреннего диаметра соседнего внешне- З5 го кольца со стороны земли, а активная плошадь мембраны равна площади подви>кных колец.

На фиг. 1 показана первая модификация трансформатора сил и линейных перемеше- 40 ний вместе с источником сейсмических сигналов, на фиг. 2 - трансформатор первой модификации с коэффициентом трансформации г,, на фиг. 3 - то же с. коэффициентом трансформации A (O (tl, ) 45

2. ф на фиг. 4 — вторая модификация трансформатора сил и линейных перемещений.

В жесткий герметический корпус 1 68ка (фиг. 1), заполненный жидкостью, помещен преобразователь энергии - источник so

2 механических колебаний, напрймер электрический двигатель возвратно-поступательного движения ийд чщионн -дйнамического типа. Рабочим органом двигателя является помещенный внутрь индуктора 3 ss с обмотками 4 якорь-поршень 5 с катушкой 6. Индуктор и якорь двигателя составляют гидравлическую пару цилиндр-пор313,ф шень, составляюшую по аналогии с электр рическим трансформатором первичную сторону гидравлического трансформатора сил и линейных перемещений. На верхнем основании корпуса 1 размещена инертная масса 7. К нижнему основанию корпуса

1 герметично прикреплена, например, с помощью болтового соединения и прижим» ного базового кольца 8 упругая мембрана 9, Несъемное неподвижное кольцо LO расположено внутри базового кольца 8 с внутренней стороны герметического корпуса 1. Внутри кольца 10 расположено несъемное подвижное кольцо 11 и т.д.

Число распопоженных одно внутри другого колец 10, 1L определяется необходимым диапазоном регулирования коэффициента трансформации (на фиг. 1 4 показаны два кольца 10,11). Внутри последнего несъемного кольца расположен стакан 12. Рабочий зазор между подвижньпли кольцами источника (т.е. амп- ° литуда возможного перемещения колец друг относительно друга и относительно бака) определяется максимальным допустимым перемещением бака относительно излучающей плиты или поверхности земли, Трансформатор сил и перемещений установлен. на опорную излучаюшую плиту 13, на которую свободно посажен набор сменнык разъемных колец 14. Источник с инертной массой 7 и плитой

13 помещен на грунт. В таком устройстве активная плошадь мембраны 9 равна площади, ограниченной внешним диа метром несъемного подвижного копьца 11.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии трансформатора, показанном на фиг. 1, под базовым кольцом 8 расположен набор"сменных разъемных колец 14 толщиной Ьк=ЬЬ где h h — рабочий зазор, на величину которого внутреннее подви>кное кольцо (например, кольцо 11) может перемешать ся относительно внешнего неподвижного (например, кольца LO). В результате наличия колец 14 кольцо 10 заходит в зацепление с базовым кольцом 8 и становится относительно этого ко>ьца и корпуса 1 неподвижным, а кольцо 1L и стакан

12 остаются подвижными. В таком случае коэффициент трансформации устройства:

ЬS „„+Se где 3> - плошадь контакта мембра-

М ны 9 с кольцом 11

5 748313, 6

8« - площадь контакта мембра-. подвижных относительно корпуса 1, Для ны 9 со стаканом 12;, достижения этой цели необходимо кольцо (к Sg ) GKTHBHGB площадь упругой 1 1 сделать неподвижным относитвльно мембраны. корпуса 1 и кольцо 10 также ыеподвижПри подключении источника электриче- 5 ным относительно корпуса 1.

3 ской энергии к обмоткам источника 2 им- Это достигается следующим образом. пульсиых сил (к обмоткам 4 преобразова- С помощью подьемнаго устройства (иа теля энергии) якорь-поршень 5 перемеща- фиг. 1,2 не показано) корпус 1 бака пе ется вниз и создает в объеме герметиче- ремещается вверх относительно плиты 13 ского корпуса 1 избыточное давление. В io и расположенного на ней кольца 14 на результате на излучающую плиту 13, под- высоту ЛЬ . В таком положении источвижное кольцо 11, стакан 12 и грунт ник фиксируется, например, путем замены действует некоторая сила F = F> и, сменного разъемного кольца 14 толщигде, — сила, действующая на якорь- ной Ь на подобное ему кольцо толщиной поршень. Под действием силы F корпус 1 )s Ь %ah, т.е. толщиной, превышающей к с кольцом 10, неподвижным относительно прежнюю толщину кольца на величину базового кольца 8 и корпуса 1, и инерт-,Ь . В результате этого несьемное ной массой 7 перемещается вверх, а коль- кольцо 11 входит в зацепление с неподцо ll, стакан 12, подвижные относитель- вижным кольцом 10 и становится также но элементов 8,9,10 источника, и плита щ неподвижным относительно корпуса 1.

13 перемещаются вниз. Естественно, мак- В таком случае при срабатывании иссимальное перемещение элементов источ- точника перемешаться относительно корника, перемещающихся вверх относитель- пуса 1 будут только стакан 12 и плита но элементов, перемещающихся вниз, долж- 13. А поскольку несьемное кольцо 11 но быть не более рабочего зазора h P . 25 стало неподвижным относительно корпуПри равенстве такого перемещения с ве- са 1 и кольца 8, то активная площадь личиной hh кольцо 11 становится не-,с мембраны источника, определяе1Д. подвижным относительно кольца 10 мая площадью контакта мембраны со (фиг. 1), что автоматически изменяет ко- стаканом 12, уменьшилась, В результаэффициент трансформации, и при дальней- 30 те коэффициент трансформации шем перемещении источника вверх на ве личину большую и 4 перемещаться вниз вместе с плитой будет только стакан 12. 8

Ь

В результате такого взаимодействия грунт, " Ю Кц g

Я на который установлена плита 13 деформи з руется на некоторую величину д, равную стал больше коэффициента трансформации, перемещению плиты вниз относительно ис- имеющего место в состоянии источника, ходкого состояния. Деформация сопровож- показанном на фиг. 1,3,4. дается распространением вглубь грунта Если внутри кольца 11 (фиг. 2) за сейсмических волн. Деформация сР зависитю счет уменьшения диаметра стакана 12 от величины коэффициента трансформации разместить еще одно несьемное кольцо, и определяется плотностью грунта. Для соединенное с кольцом 11 аиапогично деформации грунта малой плотности требу- тому,,как соединены кольца 10 и 11, то ются малые силы F но важны большие путем поднятия корпуса 1 с неподвижныдеформации CP а поэтому значение коэф- 45 ми кольцами 10 и 11 на расстояние hh фициента трансформации, определяемого относительно плиты 13 и земли получим отношением радиального сечения якоря еще большее значение коэффициента траипоршня 5 к активной площади упругой сформации. мембраны 9, необходимо увеличивать. На Уменьшение коэффициента трансформагрунтах большой плотности, где важны 50 ции достигается увеличением активной малая деформация д и большая сила, площади мембраны. Для этого опускают с значение коэффициента трансформации не- последующей фиксацией корпус 1 (см. обходимо уменьшить. фиг. 3) с инертной массой 7 и неподвижДля увеличения коэффициента трансфор- ным кольцом 10 на высоту, равную рабомации относительно исходного положения 55 чему зазору g h относитапьно излучаю» источника необходимо уменьшить активную щей плиты. Предварительно сменное раплощадь 9ц мембраны 9, (см. фиг. 2), зьемное кольцо 14 должно быть убрано т.е. необходимо уменьшить площадь колец,, i (фиг. 3). При опускании корпуса относиг

7 . 748 тм .по поверхности земли несьемное неподвижное кольцо 10 выходит иэ зацепления с базовым кольцом 8 и становится подвижным относительно корпуса 1, Это обуславливает увеличение суммарной площади подвижных несьемных копец1 увели чение активной площади S упругой мам= браны и уменьшение коэффициента трансформации.

Минимальное значение коэффици аята 10 трансформации устройства ограничивается площадью (внутренним диаметром) отверстия базового кольца 8, а его максимальное значение — площадью (диаметром) стакана .12.. 35

Фиксация в определенном положении относительно ппиты 13 инертной массы 7, корпуса 1 с кольцом 8 и неподвижно соединенньп с ним колец 10, 11, и т.д. осуществляется посредством подъемного 20 устройства, способного удерживать источник в фиксируемом положении (в этом случае необходимость в кольце 14 отпадает), и набора сменных разьемных колец 14 различной толщины Ь, (фиг. 2,3).25

B последнем случае при увеличении коэффициента трансформации (при поднимании источника относительно втиты) разъемное кольцо 14 заменяют кольцом толщиной, превышающей прежнюю толщину кольца 14 З0 на величину hh . После опускания источника он базовым кольцом 8 опирается на кольцо L4. При уменьшении же коэффициента трансформации (при опускании источника относительно плиты), наоборот, ра- 35 эъемное кольцо 14 заменяют на кольцо толщиной, меньшей прежней толщины кольца 14, на величину h,h ..

В модификации конструкции устройства на фиг. 4 изменение коэффициента транс- 40 формации реализуется также, как и в конструкции на фиг. 1, путем йзменейия положения корпуса 1 относительно излучающей плиты 13. При этом при поднятии на высоту A4 . корпуса 1 относительно плиты 45

13 несьемное кольцо 11, выполненное как и несъемные кольца 8, 10 в виде усеченного полого конуса, становится как и кольцо 10 неподвижным относитапьно корпуса 1, что обуславливает уменьшение ак-50 тивной плошади мембраны 9, уменьшение суммарной плошади подвижных колец и увеличение коэффициента трансформации

При положении источника, соответствующем фиг. 4, поднятие корпуса 1 на высоту hh М . относительно поверхности земли и фиксации его в таком положении, например, по- средством разъемного сменного кольца

313 8

14, приводит при срабатывании источника к перемещению относительно корпуса только стакана (конуса) 12, площадь верхнаго основания которого и определяет минимальную активную плошадь мембраны и максимальный коэффициент трансформации.

При опускании же корпуса I относительно поверхности земли на,высоту AQ (предварительно сменное раэьемное кольцо 14 необходимо убрать) несьемное кольцо 10, как и кольцо IL и стакан 12, становятся подвижными относительно базового кольца 8 и корпуса 1, что обуславливает увеличение суммарной площади подвижных копец, увеличение активной площади мембраны и уменьшение коэффи циента трансформации.

Предложенные конструкции трансформатора позволяют управлять параметрами излучаемых сигналов путем изменения расстояния корпуса источника относительно поверхности земли. Значительно упрощается управление параметрами излучаемых сигналов, что позволяет существенно расщирить диапазон регулирования параметров и таким образом расширить технические возможности использования .источника на самых различных по физико-механическим свойствам грунтах.

Простота конструкции, а также безопасность обслуживания при изменении коэффициента трансформации также являются преимуществамй предлагаемого устройства, Оператор непосредственно не принимает участия в процессе,.связанным с изменением коэффициента трансформации (если подьемное устройство позволяет фиксировать в нужном положении источник относительно плиты), Использование настоящего изобретения позволяет внедрить механизацию и комплексную автоматизацию проведения геофизических работ, что приводит к повышению производительности и снижению себестоимости поисковых работ, Увеличению проижодитапьности способствует также снижение затрат времени на весь процесс изменения коэффициента трансформации. Например, лабораторные и попевые испытания излучателей с известным трансформатором показали, что на иэмененйе коэффициента трансформации эат рачиваатся 2-3 ч работы друх операторов.

В предлагаемом устройстве на это потребуются считанные секунды работы одного оператора. Это время в основном требуется на поднятие и опускание источника

9 748313 10 подъемным средством, имеющимся как в: сткие кольца прикреплены к упругой мемизвестном устройстве, так и в предложен- бране, выполнены фигурными н расположены ном, на высоту Ab (3-5) мм одно внутри другого с возможностью перемещения друг относительно друга и отФ о р м у л а и з о б р е т е н и я 5 носительно корпуса бака, причем максимальный внешний диаметр каждого внутТрансформатор сил и линейных пере- реннего кольца со стороны упругой меммещений источника сейсмических сигналов бракы больше минимального внутреннего по авт. св, М 559203, о т л и ч а ю - диаметра соседнего внешнего кольца со шийся тем, что, с целью упрощения g стороны земли, а активная площадь мемуправления параметрами нзлучаемых сит браны равна площади подвижных колеп налов и повышения производительности Источники информации, проведения сейсмических работ, он снаб- принятые во внимание при экспертизе жен средством фиксации источника относи- 1. Авторское свидетельство СССР тельно земли, выполненным в виде набора g М 559203, кл. g 01 V 1/04, 1975 съемных колец различной толщины, а же- (прототип).