RU2109310C1

RU2109310C1 - Seismic pneumatic radiator

Info

Publication number: RU2109310C1
Application number: RU92007556A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Ефимов
Original assignee: Геологический институт РАН
Priority date: 1992-11-23
Filing date: 1992-11-23
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: sea and hole seismic prospecting, specifically , seismic pneumatic radiators for excitation of elastic vibrations in aqueous medium. SUBSTANCE: pneumatic radiator with controlled radiation spectrum has body, collection chamber, piston, polymer ring. Body has groove where polymer ring is placed. Ring band of roughness in the form of oblique grid knurling is made on internal cylindrical surface of groove where mouth of conduit providing communication of band of roughness with environment is located. EFFECT: enhanced operational efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

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. The invention relates to seismic exploration and is intended to excite elastic vibrations in the aquatic environment by selling it a portion of compressed air at a given point in time. Primary area of use in marine seismic exploration.

Известен сейсмический пневмоизлучатель [1], содержащий корпус, подвижный полый поршень, ступенчатый шток, рабочую, запускающую, высокого давления и управляющую камеры, односторонний, перепускной и электромагнитный клапаны, уплотнительные кольца, позволяющий дистанционно управлять спектром излучения по электрической линии. Недостатком устройства является быстрое изнашивание уплотнительного кольца радиального уплотнения рабочей камеры. Known seismic air emitter [1], comprising a housing, a movable hollow piston, a stepped rod, a working, starting, high pressure and control chambers, one-way, bypass and solenoid valves, o-rings, allowing remote control of the radiation spectrum through an electric line. The disadvantage of this device is the rapid wear of the sealing ring of the radial seal of the working chamber.

В качестве прототипа выбран сейсмический пневмоизлучатель [2], содержащий корпус, подвижный полый поршень, ступенчатый шток, рабочую, управляющую и запускающую камеры, электропневмоклапан и дополнительный регулируемый источник сжатого воздуха, позволяющий дистанционно управлять спектром излучения по воздушной линии. Недостатком устройства является также быстрое изнашивание уплотнительного кольца радиального уплотнения рабочей камеры. As a prototype, a seismic pneumatic emitter [2] was selected, comprising a housing, a movable hollow piston, a stepped rod, a working, control and starting chamber, an electro-pneumatic valve and an additional adjustable source of compressed air that allows you to remotely control the radiation spectrum over the air line. The disadvantage of this device is the rapid wear of the sealing ring of the radial seal of the working chamber.

Сущность изобретения заключается в том, что в сейсмическом пневмоизлучателе, содержащем корпус и накопительную камеру с выходным окном, циклично герметизируемым от окружающей среды поршнем и полимерным кольцом, корпус выполнен с внутренней прямоугольной проточкой, в которую частью своей толщины установлено полимерное кольцо прямоугольной формы с возможностью его продольного свободного ограниченного перемещения до упора в борта проточки своими торцовыми поверхностями 1, между наружной цилиндрической поверхностью полимерного кольца и сопряженной с ней внутренней поверхностью проточки введен кольцевой пояс шероховатости, сообщенный с окружающей средой и расположенный хотя бы на одной из этих поверхностей, причем ширина его выбрана так, что она гарантированно перекрыта со стороны высокого давления полимерным кольцом при любом его продольном положении во всем диапазоне рабочих давлений, а торцовая нижняя поверхность полимерного кольца, обращенная во вне излучателя, сопряжена с торцовой поверхностью поршня, обращенной во внутрь излучателя в его запертом состоянии, кольцевой пояс шероховатости выполнен на внутренней цилиндрической поверхности проточки в корпусе в виде косой сетчатой накатки, а сообщение его с окружающей средой выполнено в виде хотя бы одного канала в корпусе, устье которого расположено на косой сетчатой накатке. The essence of the invention lies in the fact that in a seismic pneumatic radiator containing a housing and a storage chamber with an exit window cyclically sealed from the environment by a piston and a polymer ring, the housing is made with an internal rectangular groove, in which part of its thickness has a rectangular rectangular ring with the possibility of limited longitudinal free movement all the way to the sides of the grooves with its end surfaces 1, between the outer cylindrical surface of the polymer ring and an inner groove surface connected to it, an annular roughness belt is introduced, communicated with the environment and located on at least one of these surfaces, and its width is selected so that it is guaranteed to be blocked from the high pressure side by a polymer ring for any longitudinal position in the entire range working pressures, and the front bottom surface of the polymer ring facing the outside of the emitter is associated with the end surface of the piston facing the inside of the emitter in its locked state, rotating arm belt surface roughness is made on the inner cylindrical surface of the bore in the housing in the form of an oblique knurling mesh, and its connection to the environment is in the form of at least one channel in the body, the mouth of which is arranged on the oblique knurling mesh.

Использование изобретения позволяет повысить надежность и длительность эксплуатации излучателя. The use of the invention improves the reliability and durability of the emitter.

Изобретение поясняется чертежом, где дан общий вид сейсмического пневмоизлучателя. The invention is illustrated in the drawing, which gives a General view of a seismic pneumatic emitter.

Излучатель содержит корпус 1 с каналом 2 подачи сжатого воздуха, неподвижное седло 3 поршня 4 с каналом 5 подачи сжатого воздуха через электропневмоклапан 6 и каналом 7 связи с окружающей средой, шток 8 с каналом 9 подачи сжатого воздуха от регулируемого источника, подвижный полый поршень 10 с выступом 11, уплотненный кольцами 12, установленными на подшипниках 13, торцовое уплотнение 14, кольцо прямоугольной формы 15, установленное в проточку 16 корпуса 1, в которой выполнен пояс шероховатости 17 с помощью косой сетчатой накатки, образующий совместно с наружной цилиндрической поверхностью кольца 15 кольцевую зону низкого давления 18, перекрытую этим кольцом, из которой выведен в окружающую среду канал 19, запорную гайку 20, рабочую камеру 21, камеру воздушной пружины 22 и камеру запуска 23, цилиндрический 24 и дисковый 25 зазоры между кольцом 15 и выступом 11 поршня. Длина выступа 11, проточки 16 и ширина кольца 15 выбраны из условия гарантированного перекрытия внутренней поверхности кольца 15 наружной поверхностью выступа 11 при посадке поршня на свое седло 3. The emitter includes a housing 1 with a channel 2 for supplying compressed air, a fixed seat 3 of the piston 4 with a channel 5 for supplying compressed air through an electro-pneumatic valve 6 and a channel 7 for communication with the environment, a rod 8 with a channel 9 for supplying compressed air from an adjustable source, a movable hollow piston 10 s the protrusion 11, sealed by rings 12 mounted on the bearings 13, the mechanical seal 14, a rectangular ring 15 installed in the groove 16 of the housing 1, in which the roughness belt 17 is made using oblique mesh knitting, forming together with the outer cylindrical surface of the ring 15, the annular zone of low pressure 18, overlapped by this ring, from which the channel 19, the locking nut 20, the working chamber 21, the chamber of the air spring 22 and the launch chamber 23, the cylindrical 24 and the disk 25, the gaps between the ring 15 and protrusion 11 of the piston. The length of the protrusion 11, the grooves 16 and the width of the ring 15 are selected from the condition of guaranteed overlap of the inner surface of the ring 15 with the outer surface of the protrusion 11 when the piston fits on its seat 3.

Излучатель работает в двух режимах: подготовительном и эксплуатационном. The emitter operates in two modes: preparatory and operational.

В подготовительном режиме при подаче сжатого воздуха из регулируемого источника по каналу 9 в камере воздушной пружины 22 возникает избыточное давление, в результате действия которого поршень прижимается к седлу 3. При этом кольцо 14 сжимается и обеспечивает начальную герметизацию рабочей камеры 21 со стороны камеры запуска 23. Кольцо 15 находится в свободном состоянии и перекрыто выступом 11. In preparatory mode, when compressed air is supplied from an adjustable source through channel 9 in the chamber of the air spring 22, excessive pressure arises, as a result of which the piston is pressed against the seat 3. At the same time, the ring 14 is compressed and provides initial sealing of the working chamber 21 from the side of the launch chamber 23. The ring 15 is in a free state and is blocked by the protrusion 11.

Эксплуатационный режим включает в себя три такта: "накопление", "выхлоп", "возврат", которые циклически повторяются. Operational mode includes three cycles: "accumulation", "exhaust", "return", which are cyclically repeated.

В такте "накопление" подают сжатый воздух в канал 2. При этом образуется поток сжатого воздуха из канала 2 через рабочую камеру 21, цилиндрический 24 и дисковый 25 зазоры в окружающую среду. Проходное сечение камеры 21 много больше проходного сечения дискового зазора 25, поэтому по закону Бернулли давление на верхний торец кольца 15 много больше, чем давление на нижний. В результате оно прижимается к верхнему торцу уплотняющей поверхности поршня и герметизирует рабочую камеру 21. Этот процесс идет с положительной обратной связью: чем больше кольцо 15 продвинется вниз, тем меньше дисковый кольцевой зазор 25, больше разность проходных сечений и больший перепад давлений, в результате которого кольцо еще быстрее продвигается вниз. После герметизации рабочей камеры 21 давление в ней повышается до рабочего и такт "накопление" завершается. Наличие минимального цилиндрического зазора 24 обеспечивает гарантированное повышение давления в рабочей камере 21 в начале такта "накопление" до герметизации ее кольцом 15. In the “accumulation” cycle, compressed air is supplied to channel 2. At the same time, a stream of compressed air is formed from channel 2 through the working chamber 21, cylindrical 24 and disk 25, and the gaps into the environment. The bore of the chamber 21 is much larger than the bore of the disk gap 25, therefore, according to Bernoulli's law, the pressure on the upper end of the ring 15 is much greater than the pressure on the lower. As a result, it is pressed against the upper end of the piston sealing surface and seals the working chamber 21. This process proceeds with positive feedback: the larger the ring 15 moves down, the smaller the disk annular gap 25, the greater the difference in the passage sections and the greater the pressure drop, as a result of which the ring moves down even faster. After sealing the working chamber 21, the pressure in it rises to the working one and the "accumulation" cycle is completed. The presence of a minimum cylindrical gap 24 provides a guaranteed increase in pressure in the working chamber 21 at the beginning of the "accumulation" cycle until it is sealed by its ring 15.

Такт "выхлоп" начинается с подачи через электропневмоклапан 6 в заданный момент времени порции сжатого воздуха по каналу 5 в камеру запуска 23. На поршень 4 начинает действовать сила, обусловленная рабочим давлением в камерах 21 и 23, которая много больше силы, прижимающей его к своему седлу 3 за счет давления в камере 22. Поршень 4 выдвигается из корпуса 1, открывая выхлопное окно. При этом объем камеры 22 уменьшается, давление в ней повышается до величины достаточной для остановки поршня. Время вскрытия рабочей камеры 21 или объем сжатого воздуха, реализуемого в окружающую среду, от которого зависит спектральная плотность излучаемого импульса, определяется уровнем давления в камере 22, регулируемого сообразно меняющимся сейсмогеологическим условиям. The “exhaust” cycle begins with the supply of a portion of compressed air through the channel 5 to the start chamber 23 through the electropneumatic valve 6 at a predetermined time. The force due to the working pressure in the chambers 21 and 23, which is much greater than the force pressing it against its own, begins to act on the piston 4 the seat 3 due to the pressure in the chamber 22. The piston 4 extends from the housing 1, opening the exhaust window. The volume of the chamber 22 decreases, the pressure in it rises to a value sufficient to stop the piston. The opening time of the working chamber 21 or the volume of compressed air sold into the environment, on which the spectral density of the emitted pulse depends, is determined by the pressure level in the chamber 22, which is regulated by the changing seismic and geological conditions.

После остановки поршня 4 начинается такт "возврат", в котором он движется к своему седлу 3 за счет давления воздуха в камере 22. После посадки на него происходят процессы, аналогичные описанным в подготовительном режиме и в такте "накопление". After the piston 4 stops, the “return” cycle begins, in which it moves to its seat 3 due to the air pressure in the chamber 22. After landing, processes similar to those described in the preparatory mode and in the “accumulation” cycle occur.

Далее циклы повторяются. За счет отвода воздуха из зоны низкого давления 18 под кольцом 15 по каналу 19 в окружающую среду оно всегда находится в прижатом состоянии к дну проточки 16, что и исключает возможность его сбрасывания при такте "выхлоп". Further cycles are repeated. Due to the removal of air from the low pressure zone 18 under the ring 15 through the channel 19 into the environment, it is always in a pressed state to the bottom of the groove 16, which excludes the possibility of dropping it during the exhaust cycle.

По сравнению с прототипом предложенное техническое решение позволяет значительно повысить длительность эксплуатации и надежность сейсмического пневмоизлучателя за счет применения принципа торцового уплотнения взамен радиального. Compared with the prototype, the proposed technical solution can significantly increase the duration of operation and the reliability of the seismic pneumatic radiator by applying the principle of mechanical sealing instead of radial.

Claims

1. A seismic air emitter comprising a housing and an accumulation chamber with an exit window, a piston and a polymer ring cyclically sealed from the environment, characterized in that the housing is made with an internal rectangular groove, in which a rectangular shape of a polymer ring with the possibility of its longitudinal free limited movement to the abutment on the sides of the grooves with its end surfaces, between the outer cylindrical surface of the polymer ring and the internal mating with it An annular surface roughness belt connected with the environment and located at least on one of these surfaces is introduced with the groove surface of the groove, and its width is selected so that it is guaranteed to be blocked from the high pressure side by a polymer ring at any longitudinal position in the entire range of operating pressures, and the end bottom surface of the polymer ring facing the outside of the emitter is associated with the end surface of the piston facing the inside of the emitter in its locked state.

2. The pneumatic radiator according to claim 1, characterized in that the annular roughness belt is made on the inner cylindrical surface of the groove in the housing in the form of an oblique mesh knurling.

3. A pneumatic emitter according to claims 1 and 2, characterized in that the annular roughness belt communicates with the environment in the form of at least one channel in the housing, the mouth of which is located on an oblique mesh knurling.