RU2161810C1 - Seismic radiator (modifications) - Google Patents
Seismic radiator (modifications) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2161810C1 RU2161810C1 RU99122627A RU99122627A RU2161810C1 RU 2161810 C1 RU2161810 C1 RU 2161810C1 RU 99122627 A RU99122627 A RU 99122627A RU 99122627 A RU99122627 A RU 99122627A RU 2161810 C1 RU2161810 C1 RU 2161810C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- control chamber
- housing
- seismic
- cylinder
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к сейсморазведке, гидроакустике и предназначено для возбуждения упругих волн в водной среде, а также может быть применено для интенсификации различных технологических процессов, успешнее проходящих при воздействии мощного звукового поля. The invention relates to seismic exploration, sonar and is intended to excite elastic waves in the aquatic environment, and can also be used to intensify various technological processes that are more successful when exposed to a powerful sound field.
Известен сейсмический излучатель, содержащий вскрывающий рабочую камеру цилиндрический элемент, установленный с возможностью перемещения вдоль сборного корпуса, снабженного в зоне его рабочей камеры выхлопными отверстиями, поршневой элемент, образующий с корпусом управляющую камеру, сообщенную каналами с источником сжатого газа, рабочей камерой и электропневмоклапаном в корпусе ["Акустика дна океана", под ред. У. Купермана и Ф. Енсена, М.: Мир, 1984 г., с. 52]. A seismic emitter is known that contains a cylindrical element opening the working chamber, mounted for movement along a prefabricated housing equipped with exhaust holes in the area of its working chamber, a piston element forming a control chamber communicating with the compressed gas source, the working chamber and an electro-pneumatic valve in the housing ["Acoustics of the ocean floor", ed. W. Cooperman and F. Jensen, M .: Mir, 1984, p. 52].
В излучателе цилиндрический элемент выполнен в виде штока с накопительным каналом и фланцем. Внешняя часть фланца опирается на седло и перекрывает выхлопное отверстие рабочей камеры, удерживаясь в статическом состоянии под воздействием жестко связанного с ним поршня за счет разницы сил, действующих на поршень со стороны управляющей камеры и на цилиндрический элемент со стороны рабочей. При этом электропневмоклапан сообщен длинным каналом в корпусе с уплотняемой поверхностью поршня, имеющим свое посадочное седло. In the emitter, the cylindrical element is made in the form of a rod with a storage channel and a flange. The outer part of the flange rests on the saddle and blocks the exhaust outlet of the working chamber, being held in a static state under the influence of a piston rigidly connected to it due to the difference in forces acting on the piston from the control chamber and on the cylindrical element from the working side. In this case, the electro-pneumatic valve is communicated with a long channel in the housing with a sealed piston surface having its own seat seat.
В известном излучателе при подаче импульса на электропневмоклапа, последний выдает порцию сжатого газа по длинному каналу в зону уплотнения поршневого элемента под седло. Это изменяет соотношение сил, что выводит жесткую систему поршень-цилиндрический элемент из равновесия, придавая ей начальное ускорение. Рабочая камера разуплотняется. Накопленный сжатый газ постепенно реализуется в среду через увеличивающийся зазор между седлом с боковыми выхлопными прорезями в корпусе и средой, одновременно выталкивая поршневой элемент в управляющую камеру. Последний с некоторого момента времени начинает испытывать торможение, сжимая при движении газ в управляющей камере до величины, значительно большей рабочего давления. По мере изменения соотношения сил (большого давления в управляющей камере и малого давления за счет истечения газа в рабочей камере) поршень меняет направление и возвращается в исходное положение. При этом, как правило, сжатый газ из рабочей камеры реализуется в среду на 30-50% в зависимости от конструктивных особенностей конкретного излучателя. Это происходит за счет большой возвращающей силы сжатого газа в управляющей камере и недостаточной площади вскрывающегося зазора. Часть накопленного в рабочей камере газа остается нереализованной. Возвратно-поступательное движение системы поршень - вскрывающий цилиндрический элемент происходит с огромными ударными перегрузками конструкции, особенно в крайних положениях: при торможении поршня после вскрытия и посадке в статическое положение. В статическом положении с трудом обеспечивается надежное уплотнение по двум поверхностям одновременно: уплотнительному седлу поршня и фланцу цилиндрического элемента. Это происходит за счет динамического деформирования уплотнительных элементов и динамической вибрации конструкции. In a known emitter, when a pulse is applied to an electropneumatic valve, the latter emits a portion of compressed gas through a long channel into the sealing zone of the piston element under the seat. This changes the balance of forces, which brings the rigid piston-cylinder element system out of balance, giving it initial acceleration. The working chamber is decompressed. The accumulated compressed gas is gradually realized on Wednesday through an increasing gap between the seat with lateral exhaust slots in the housing and the medium, while simultaneously pushing the piston element into the control chamber. The latter at some point in time begins to experience inhibition, compressing during movement of the gas in the control chamber to a value much greater than the working pressure. As the ratio of forces (high pressure in the control chamber and low pressure due to the outflow of gas in the working chamber) changes, the piston changes direction and returns to its original position. In this case, as a rule, compressed gas from the working chamber is sold on the environment by 30-50%, depending on the design features of a particular emitter. This is due to the large returning force of the compressed gas in the control chamber and the insufficient opening area of the gap. Part of the gas accumulated in the working chamber remains unrealized. The reciprocating movement of the piston-opening cylindrical element occurs with huge shock overloads of the structure, especially in the extreme positions: when the piston is braked after opening and landing in a static position. In a static position, it is difficult to ensure reliable sealing on two surfaces at the same time: the piston sealing seat and the flange of the cylindrical element. This is due to the dynamic deformation of the sealing elements and the dynamic vibration of the structure.
Недостатками известного сейсмического излучателя являются:
большие задержки процесса излучения за счет длинного запускающего канала;
невысокая сейсмическая эффективность возбуждения колебаний за счет истечения сжатого газа через небольшой зазор зоны вскрытия рабочей камеры (в зависимости от ее объема и величины зазора);
неполная реализация сжатого газа в среду;
ненадежность уплотнений;
невысокая долговечность конструкции за счет высоких динамических напряжений;
высокая металлоемкость конструкции, т.е. соотношение между максимальным объемом рабочей камеры и общим объемом излучателя (значительный объем конструкции занимает камера управления с поршнем);
невозможность применения излучателя для генерации коротких кавитационных импульсов и тонально-импульсных сигналов, в том числе повышенной частоты.The disadvantages of the known seismic emitter are:
large delays in the radiation process due to the long trigger channel;
low seismic efficiency of excitation of vibrations due to the outflow of compressed gas through a small gap in the opening zone of the working chamber (depending on its volume and the size of the gap);
incomplete sale of compressed gas on Wednesday;
unreliable seals;
low durability of the structure due to high dynamic stresses;
high metal construction, i.e. the ratio between the maximum volume of the working chamber and the total volume of the emitter (a significant volume of the structure is occupied by a control chamber with a piston);
the impossibility of using the emitter to generate short cavitation pulses and tone-pulse signals, including high frequency.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является сейсмический излучатель, содержащий корпус, имеющий полый цилиндр с выхлопными окнами в его стенках, образующий рабочую камеру, торцевую часть, в которой имеется управляющая камера, соединенная с рабочей камерой, и заглушку, закрепленную на цилиндре корпуса, источник сжатого газа, сообщенный с управляющей камерой, вскрывающие элементы, установленные напротив выхлопных окон цилиндра с возможностью перемещения вдоль оси корпуса, и электропневмоклапан, соединенный с управляющей камерой [патент РФ N 1025245, G 01 V 1/137, опубл. 27.11.96 г. бюл. 33]. The closest technical solution to the proposed one is a seismic emitter containing a housing having a hollow cylinder with exhaust windows in its walls, forming a working chamber, an end part in which there is a control chamber connected to the working chamber, and a plug fixed to the housing cylinder, source compressed gas in communication with the control chamber, opening elements mounted opposite the exhaust windows of the cylinder with the possibility of movement along the axis of the housing, and an electro-pneumatic valve connected to the control camera [RF patent N 1025245, G 01
В излучателе вскрывающие элементы выполнены в виде цилиндрических колец с большим и малым уплотнительными фланцами и осевыми отверстиями для связи полостей смежных камер. При этом полость предыдущей камеры является управляющей для следующей. Вскрывающий элемент образует с корпусом управляющую камеру и вскрывает смежную рабочую полость. Электропневмоклапан связан с зоной уплотнения под большим фланцем вскрывающего элемента внешним каналом запуска, а зона уплотнения с окружающей средой дроссельным каналом. In the emitter, the opening elements are made in the form of cylindrical rings with large and small sealing flanges and axial holes for connecting the cavities of adjacent chambers. In this case, the cavity of the previous camera is the control for the next. The opening element forms a control chamber with the housing and opens the adjacent working cavity. The electropneumatic valve is connected to the seal zone under the large flange of the opening element by an external start channel, and the seal zone with the environment by a throttle channel.
При подаче импульса на электропневмоклапан меняется направление силы, действующей на вскрывающий элемент. В статическом положении она пропорциональна площадям фланцев: большого, уплотненного торцевым уплотнением и перекрывающего камеру управления, и малого, уплотненного радиальным уплотнением, перекрывающего зону выхлопа смежной рабочей камеры. Часть импульсной порции сжатого газа электропневмоклапана, предназначенного для инверсирования сил, воздействующих на вскрывающий элемент, из-под большого фланца дросселирует в окружающую среду, снижая давление подрыва. В начальный момент вскрывающая сила пропорциональна давлению подрыва и площади малого фланца. Вскрывающий элемент начинает движение в сторону управляющей камеры. Через некоторое время образуется зазор между корпусом рабочей камеры, радиальным уплотнением и малым фланцем, через который по мере увеличения зазора сжатый газ реализуется в окружающую среду. По мере уменьшения давления в рабочей камере с задержкой разгерметизируется смежная и т.д. При перемещении вскрывающего элемента вдоль управляющей камеры давление в последней увеличивается до величин, превышающих начальное рабочее. Это, учитывая падение давления в смежных камерах, приводит к его торможению, остановке, а затем и возвращению в исходное статическое положение. Избыток газа из-под торцeвого уплотнения большого фланца вытекает в среду через дроссель. Инерционные скорости вскрывающего элемента в этом процессе могут достигать очень больших величин. When a pulse is applied to the electro-pneumatic valve, the direction of the force acting on the opening element changes. In the static position, it is proportional to the flange areas: large, sealed with an end seal and overlapping the control chamber, and small, sealed with a radial seal, overlapping the exhaust zone of the adjacent working chamber. A portion of the pulsed portion of the compressed gas of the electro-pneumatic valve, designed to invert the forces acting on the opening element, throttles into the environment from under the large flange, reducing the blast pressure. At the initial moment, the opening force is proportional to the blast pressure and the area of the small flange. The opening element begins to move towards the control chamber. After a while, a gap forms between the working chamber body, the radial seal and the small flange, through which, as the gap increases, the compressed gas is released into the environment. As the pressure in the working chamber decreases, the adjacent, etc., is depressed with a delay. When the opening element is moved along the control chamber, the pressure in the latter increases to values exceeding the initial working one. This, given the pressure drop in adjacent chambers, leads to its braking, stopping, and then returning to its original static position. Excess gas from under the mechanical seal of the large flange flows into the medium through the throttle. The inertial speeds of the opening element in this process can reach very large values.
Динамика увеличения зазора выхлопа, в значительной мере определяя сейсмическую эффективность излучения, находится в прямой зависимости от массы вскрывающих элементов, действующих на них при вскрытии сил и скорости их включения. В известном излучателе вскрывающие элементы выполнены в виде сложных пространственных конструкций. Сила вскрытия недостаточно велика. Условием надежного вскрытия является необходимость применения мощного, высокорасходного электропневмоклапана. Излучатель имеет невысокую скорость вскрытия при недостаточно большой величине (площади) зазора вскрытия. Выхлопные окна соседних последовательно включенных камер находятся недостаточно близко из-за большого размера вскрывающих элементов, срабатывающих с задержкой. При этом соотношение между площадью суммарного зазора и всей поверхностью излучателя невелико, что приводит к недостаточно эффективному формированию фронта волны и снижению эффективности излучения. Кроме того, сжатый газ из рабочей камеры реализуется в среду на 30-50% вследствиe большой возвращающей силы сжатого газа в управляющей камере и недостаточной площади вскрывающегося зазора. Часть накопленного в рабочей камере газа остается нереализованной. The dynamics of increasing the exhaust gap, largely determining the seismic efficiency of radiation, is directly dependent on the mass of the opening elements acting on them during the opening of the forces and the speed of their inclusion. In the known emitter, the opening elements are made in the form of complex spatial structures. The strength of the showdown is not large enough. A prerequisite for reliable opening is the need for a powerful, high flow rate electro-pneumatic valve. The emitter has a low opening rate with an insufficiently large value (area) of the opening gap. The exhaust windows of adjacent series-connected cameras are not close enough due to the large size of the opening elements that are delayed. Moreover, the ratio between the total gap area and the entire surface of the emitter is small, which leads to insufficiently efficient formation of the wave front and a decrease in the radiation efficiency. In addition, compressed gas from the working chamber is sold on Wednesday by 30-50% due to the large returning force of the compressed gas in the control chamber and the insufficient opening area. Part of the gas accumulated in the working chamber remains unrealized.
Возвратно-поступательное движение достаточно массивных вскрывающих элементов происходит с большими перегрузками, особенно в крайних положениях: при торможении после вскрытия и посадке в статическое положение. При их возвращении с высокой скоростью в статическое положение с трудом обеспечивается одновременное уплотнение по двум поверхностям уплотнений: торцeвому и радиальному. Это происходит за счет динамического деформирования уплотнительных элементов и динамической вибрации конструкции, вследствиe чего невысока долговечность уплотнений. The reciprocating movement of sufficiently massive opening elements occurs with great overloads, especially in extreme positions: during braking after opening and landing in a static position. When they return at high speed to a static position, it is difficult to simultaneously seal on two seal surfaces: face and radial. This is due to the dynamic deformation of the sealing elements and the dynamic vibration of the structure, as a result of which the durability of the seals is low.
Недостатками прототипа являются:
малая скорость и площадь вскрытия как отдельно взятой камеры, так и последовательно включенных камер. Это обусловлено малым суммарным выхлопным зазором, недостаточно близким расположением камер друг к другу и небольшой силой вскрытия, пропорциональной в основном площади малого фланца;
недостаточно полная реализация накопленного сжатого газа в среду;
ненадежность уплотнений;
невысокая долговечность уплотнений и самой конструкции за счет динамических перенапряжений;
невозможность применения излучателя для генерации квазигармонических автоколебаний сейсмического диапазона частот, коротких кавитационных импульсов и тонально-импульсных сигналов, в том числе повышенной частоты.The disadvantages of the prototype are:
low speed and opening area of both a single camera and sequentially connected cameras. This is due to the small total exhaust gap, insufficiently close arrangement of the chambers to each other and a small opening force, proportional mainly to the area of the small flange;
insufficiently complete implementation of the accumulated compressed gas into the medium;
unreliable seals;
low durability of seals and the design itself due to dynamic overvoltages;
the impossibility of using the emitter to generate quasi-harmonic self-oscillations of the seismic frequency range, short cavitation pulses and tone-pulse signals, including high frequency.
Задачей предложенного технического решения является повышение сейсмической эффективности работы излучателя за счет увеличения скорости и площади вскрытия рабочей камеры, а также более полная реализация сжатого газа в среду. The objective of the proposed technical solution is to increase the seismic efficiency of the emitter by increasing the speed and opening area of the working chamber, as well as a more complete implementation of the compressed gas in the medium.
Кроме того, задачей является улучшение эксплуатационных характеристик за счет повышения надежности и долговечности излучателя, а также возможность генерации квазигармонических автоколебаний сейсмического диапазона частот, коротких кавитационных импульсов, тонально-импульсных сигналов, в том числе повышенной частоты. In addition, the objective is to improve operational characteristics by increasing the reliability and durability of the emitter, as well as the possibility of generating quasi-harmonic self-oscillations of the seismic frequency range, short cavitation pulses, tone-pulse signals, including high frequency.
Поставленные задачи решаются следующим образом. The tasks are solved as follows.
Сейсмический излучатель, содержащий корпус, имеющий полый цилиндр с выхлопными окнами в его стенках, образующий рабочую камеру, торцевую часть, в которой имеется управляющая камера, соединенная с рабочей камерой, и заглушку, закрепленную на цилиндре корпуса, источник сжатого газа, сообщенный с управляющей камерой, вскрывающие элементы, установленные напротив выхлопных окон цилиндра с возможностью перемещения вдоль оси корпуса, и электропневмоклапан, соединенный с управляющей камерой, снабжен поршнем, установленным с возможностью перемещения вдоль оси корпусами и выполненным в виде цилиндрического кольца с фланцем, управляющая камера выполнена в виде кольцевой полости, торец кольца поршня расположен в кольцевой полости управляющей камеры, поршень и вскрывающие элементы размещены коаксиально с внешней или внутренней стороны цилиндра корпуса, вскрывающие элементы представляют собой кольца, выполненные с внешним диаметром, превышающим внешний диаметр кольца поршня, и имеющие в сечении прямоугольный треугольник, прямой угол которого направлен в сторону заглушки, вершины его острых углов скруглены, причем одна из вершин обращена к фланцу поршня и расположена между внутренним и внешним диаметрами кольца поршня. A seismic emitter comprising a housing having a hollow cylinder with exhaust windows in its walls, forming a working chamber, an end part in which there is a control chamber connected to the working chamber, and a plug fixed to the housing cylinder, a source of compressed gas in communication with the control chamber opening elements installed opposite the exhaust windows of the cylinder with the possibility of movement along the axis of the housing, and the electro-pneumatic valve connected to the control chamber is equipped with a piston mounted with the possibility of alternating further along the axis of the housings and made in the form of a cylindrical ring with a flange, the control chamber is made in the form of an annular cavity, the end face of the piston ring is located in the annular cavity of the control chamber, the piston and opening elements are placed coaxially from the outer or inner side of the cylinder of the housing, opening elements are rings made with an external diameter exceeding the external diameter of the piston ring and having a rectangular triangle in cross section, the right angle of which is directed toward the plug, top us its sharp corners are rounded, with one vertex facing the flange of the piston and located between the inner and outer diameters of the piston ring.
Предпочтительно внешние диаметры фланца поршня и колец вскрывающих элементов выполнить не менее 1,2 диаметров цилиндра поршня. Preferably, the outer diameters of the piston flange and the rings of the opening elements are at least 1.2 diameters of the piston cylinder.
Целесообразно заглушку выполнить съемной с сечением со стороны вскрывающих элементов, подобным сечению вскрывающего элемента. It is advisable to make the plug removable with a cross section on the side of the opening elements, similar to the cross section of the opening element.
Предпочтительно кольца вскрывающих элементов и поршень выполнить из материала с низкой плотностью и высокой износостойкостью, т.е. выбрать из ряда титановых и алюминиевых сплавов или композитных материалов. Preferably, the rings of the opening elements and the piston are made of a material with a low density and high wear resistance, i.e. choose from a range of titanium and aluminum alloys or composite materials.
Предпочтительно площадь сечения канала, соединяющего электропневмоклапан с управляющей камерой выполнить в 2-3 раза большей площадью, чем сечения каналов, соединяющих источник сжатого газа с управляющей камерой и последнюю с рабочей камерой. Preferably, the cross-sectional area of the channel connecting the electro-pneumatic valve to the control chamber is 2-3 times larger than the cross-sections of the channels connecting the compressed gas source to the control chamber and the latter to the working chamber.
Целесообразно в управляющей камере над торцом кольца поршня установить подвижное кольцевое уплотнение. It is advisable in the control chamber above the end of the piston ring to install a movable ring seal.
Предпочтительно выхлопные окна цилиндра корпуса выполнить в виде продольных щелей. Preferably, the exhaust windows of the cylinder of the housing are in the form of longitudinal slots.
Вышеприведенная совокупность признаков представляет собой I вариант предложенного технического решения. The above set of features is the first option of the proposed technical solution.
Поставленные задачи могут также быть решены еще и следующим образом. The tasks set can also be solved as follows.
Сейсмический излучатель ("ГЕОХИ - АВТОПНЕВМО", вариант II) содержит все вышеперечисленные узлы, выполненные аналогичным образом по варианту I (кроме электропневмоклапана). The seismic emitter ("GEOCHI - AUTO-PNEUMO", option II) contains all of the above nodes, made in the same way as in option I (except for the electro-pneumatic valve).
Однако при этом вершина прямоугольного треугольника сечения вскрывающих элементов, обращенная к фланцу поршня, расположена в пределах внешних диаметров кольца и фланца поршня. However, at the same time, the top of the rectangular triangle of the section of the opening elements facing the piston flange is located within the outer diameters of the piston ring and flange.
Кроме того, поставленные задачи могут быть решены следующим образом. In addition, the tasks can be solved as follows.
Сейсмический излучатель ("ГЕОХИ - ПРОПАН", вариант III) содержит все вышеперечисленные узлы, выполненные аналогичным образом по варианту I. Однако помимо этого он дополнительно содержит средство зажигания, ресивер, топливный смеситель, источник топлива и редуктор, при этом средство зажигания установлено в торцевой части корпуса и сообщено с рабочей камерой, ресивер сообщен с источником сжатого газа и электропневмоклапаном, топливный смеситель сообщен каналами с выходом электропневмоклапана и с рабочей камерой через последовательно соединенные обратный клапан и форсунку, источник топлива сообщен через обратный клапан с топливным смесителем, а редуктор установлен между управляющей камерой и источником сжатого газа. The seismic emitter ("GEOCHI - PROPAN", option III) contains all of the above nodes, made in the same way as in option I. However, in addition to this, it additionally contains ignition means, a receiver, a fuel mixer, a fuel source and a reducer, while the ignition means is installed in the end parts of the housing and communicated with the working chamber, the receiver is in communication with a source of compressed gas and an electro-pneumatic valve, the fuel mixer is communicated with channels with the output of the electro-pneumatic valve and with the working chamber through series connections ennye return valve and a nozzle, the fuel source via a return valve to the fuel mixer, a gear mounted between the control chamber and a source of compressed gas.
Целесообразно топливный смеситель выполнить в виде цилиндрической полости в торцевой части корпуса и рассекателя в виде цилиндра, установленного в полости с зазором, при этом вход канала от электропневмоклапана выполнен по касательной к образующей полости в центральной ее части. It is advisable to make the fuel mixer in the form of a cylindrical cavity in the end of the housing and the divider in the form of a cylinder installed in the cavity with a gap, while the channel inlet from the electropneumatic valve is tangent to the generatrix of the cavity in its central part.
Кроме того, поставленные задачи могут быть решены следующим образом. In addition, the tasks can be solved as follows.
Сейсмический излучатель ("ГЕОХИ - КАВИТОН", вариант IV) включает все вышеперечисленные узлы, выполненные аналогичным образом по варианту I. Однако помимо этого он дополнительно содержит ствол, разгонный поршень и механизм возврата разгонного поршня, при этом ствол укреплен одним концом на торцевой части корпуса и имеет на свободном конце внутренний поясок, выполненный с конической проточкой, и не менее одного дроссельного отверстия в стенке на уровне заглушки, разгонный поршень выполнен в виде стакана, имеющего с внешней стороны дна кольцевой конический выступ, подобный проточке пояска ствола, стенки стакана установлены между стволом и заглушкой, а механизм возврата разгонного поршня выполнен в виде малого корпуса, установленного в рабочей камере и укрепленного в заглушке, и малого полого штока с фланцем, установленного коаксиально в малом корпусе и закрепленного в дне стакана разгонного поршня, причем фланец малого штока делит малый корпус на камеру нагнетания, сообщенную с рабочей камерой, и камеру сброса, сообщенную с полостью между стволом и вскрывающими элементами. The seismic emitter ("GEOCHI - CAVITON", option IV) includes all of the above nodes, made in the same way as in option I. However, in addition to this, it additionally contains a barrel, a booster piston and a booster piston return mechanism, while the barrel is mounted at one end on the end of the housing and has at its free end an inner girdle made with a conical groove, and at least one throttle hole in the wall at the level of the plug, the accelerating piston is made in the form of a cup having a ring on the outside of the bottom a conical protrusion similar to the groove of the barrel’s rim, the walls of the cup are installed between the barrel and the plug, and the return piston return mechanism is made in the form of a small body installed in the working chamber and mounted in the plug, and a small hollow rod with a flange mounted coaxially in the small body and a booster piston fixed in the bottom of the cup, the small rod flange dividing the small body into a discharge chamber communicated with the working chamber and a discharge chamber communicated with the cavity between the barrel and the opening elements.
Целесообразно ствол снабдить демпфирующим дросселем, расположенным с внешней стороны на уровне пояска и сообщенным с конической проточкой. It is advisable to provide the barrel with a damping throttle located on the outside at the level of the girdle and in communication with the conical groove.
Предпочтительно механизм возврата разгонного поршня снабдить торцевым уплотнением, расположенным на малом штоке под фланцем. Preferably, the return piston return mechanism is provided with an end seal located on a small stem below the flange.
Целесообразно, чтобы камера нагнетания механизма возврата разгонного поршня была сообщена с рабочей камерой отверстием, выполненным в стенке малого корпуса у поверхности заглушки, а торцевое уплотнение было выполнено с противоположной стороны фланца с внешней фаской. It is advisable that the discharge chamber of the acceleration piston return mechanism be in communication with the working chamber by an opening made in the wall of the small casing at the surface of the plug, and the mechanical seal should be made on the opposite side of the flange with an external chamfer.
Поставленные задачи могут быть также решены следующим образом. The tasks set can also be solved as follows.
Сейсмический излучатель ("ГЕОХИ - ТОН") включает все вышеперечисленные узлы, выполненные аналогичным образом по варианту IV. Однако помимо этого он дополнительно содержит блок резонатора, укрепленный на пояске ствола с внешней стороны. The seismic emitter ("GEOCHI - TON") includes all of the above nodes, made in the same way as in option IV. However, in addition to this, it additionally contains a resonator block mounted on the barrel rim from the outside.
Блок резонатора может быть выполнен с резонаторными пластинами (вариант V) и резонаторным стаканом (вариант VI). The resonator block can be made with resonator plates (option V) and a resonator cup (option VI).
Блок резонатора (вариант V) может быть выполнен в виде диска, установленного коаксиально пояску ствола и имеющего четыре взаимно перпендикулярных щелевидных сопла, и четырех заостренных в сторону сопла резонаторных пластин, консольно закрепленных в одних плоскостях соответственно с щелевидными соплами, пластины, расположенные в одной плоскости, соединены синхронизирующими связками. The resonator block (option V) can be made in the form of a disk mounted coaxially to the barrel girdle and having four mutually perpendicular slit-like nozzles, and four resonator plates pointed to the nozzle side, cantileverly mounted in the same planes respectively with slot-shaped nozzles, plates located in the same plane connected by synchronizing ligaments.
Целесообразно пластины укрепить в обойме, жестко связанной стержнями со стволом. It is advisable to strengthen the plate in a ferrule rigidly connected by rods to the barrel.
Предпочтительно синхронизирующие связки пластин выполнить в виде тонких стержней из упругого материала. Preferably, the synchronizing bundles of the plates are made in the form of thin rods of elastic material.
Блок резонатора (вариант VI) может быть также выполнен в виде стержня, укрепленного соосно стволу на пояске, имеющего отражатель, выполненный в виде кольца с кольцевой лункой, расположенной с внешней стороны ствола, при этом боковая поверхность кольца отражателя и внутренняя боковая поверхность пояска образуют кольцевое сопло втулки, установленной на стержне с возможностью перемещения и имеющей отражатель, выполненный в виде кольца с кольцевой лункой, при этом кольцевая лунка отражателя втулки расположена напротив кольцевой лунки отражателя стержня, резонаторного стакана с острой кромкой, установленного на втулке коаксиально ей с возможностью перемещения, при этом острая кромка стакана расположена напротив кольцевого сопла, и упругого амортизатора, расположенного между боковой поверхностью кольца отражателя втулки и стенками резонаторного стакана. The resonator block (option VI) can also be made in the form of a rod mounted coaxially with the barrel on the belt, having a reflector made in the form of a ring with an annular hole located on the outside of the barrel, while the side surface of the reflector ring and the inner side surface of the belt form an annular nozzle of the sleeve mounted on the rod with the possibility of movement and having a reflector made in the form of a ring with an annular hole, while the annular hole of the reflector of the sleeve is located opposite the annular hole of the reflection of Tell rod resonator cup with a sharp edge, a sleeve coaxially mounted on it to move, with the sharp edge nozzle is located opposite the annular nozzle and an elastic shock absorber disposed between the side surface of the sleeve ring and the walls of reflector cup resonator.
На фиг. 1 представлен общий вид сейсмического излучателя с внешним расположением вскрывающих элементов - вариант I ("ГЕОХИ - ПНЕВМО"). In FIG. 1 shows a general view of a seismic emitter with an external arrangement of the opening elements - option I ("GEOCHI - PNEUMO").
На фиг. 2 - вид A по фиг. 1. In FIG. 2 is a view A of FIG. 1.
На фиг. 3 - временные диаграммы давления в рабочей камере P2, управляющей камере P1 и на внешней поверхности вскрывающих элементов P3.In FIG. 3 is a time chart of the pressure in the working chamber P 2 , the control chamber P 1 and on the outer surface of the opening elements P 3 .
На фиг. 4 - временные диаграммы электрического импульса электропневмоклапана (U) и сила, действующая на поршень (F). In FIG. 4 - time diagrams of the electric pulse of the electro-pneumatic valve (U) and the force acting on the piston (F).
На фиг. 5 - общий вид сейсмического излучателя с внутренним расположением вскрывающих элементов - вариант 1 ("ГЕОХИ - ПНЕВМО"). In FIG. 5 is a general view of a seismic emitter with an internal arrangement of the opening elements - option 1 ("GEOCHI - PNEUMO").
На фиг. 6 - общий вид сейсмического излучателя - вариант II ("ГЕОХИ - АВТОПНЕВМО"). In FIG. 6 - general view of the seismic emitter - option II ("GEOCHI - AUTO-PNEUMO").
На фиг. 7 - общий вид сейсмического излучателя - вариант III ("ГЕОХИ - ПРОПАН"). In FIG. 7 - General view of the seismic emitter - option III ("GEOCHI - PROPAN").
На фиг. 8 - общий вид сейсмического излучателя - вариант IV ("ГЕОХИ - КАВИТОН"). In FIG. 8 - general view of the seismic emitter - option IV ("GEOCHI - CAVITON").
На фиг. 9 - общий вид сейсмического излучателя - вариант V ("ГЕОХИ - ТОН") с резонаторными пластинами. In FIG. 9 - General view of the seismic emitter - option V ("GEOCHI - TON") with resonator plates.
На фиг. 10 - разрез B-B по фиг. 9. In FIG. 10 is a section B-B of FIG. 9.
На фиг. 11 - разрез B-B по фиг. 9, вид резонансных пластин в динамическом режиме. In FIG. 11 is a section B-B of FIG. 9, view of the resonant plates in dynamic mode.
На фиг. 12 - общий вид сейсмического излучателя - вариант VI ("ГЕОХИ - ТОН") с резонаторным стаканом. In FIG. 12 is a general view of a seismic emitter - option VI ("GEOCHI - TON") with a resonator cup.
Сейсмический излучатель "ГЕОХИ - ПНЕВМО" (вариант I), представленный на фиг. 1, содержит корпус, имеющий полый цилиндр 1 с выхлопными окнами 2 в его стенках, образующий рабочую камеру 3, торцевую часть 4, в которой имеется управляющая камера 5, соединенная каналом 6 малого сечения с рабочей камерой 3, и заглушку 7, закрепленную на цилиндре 1 корпуса. The GEOCHI – PNEUMO seismic emitter (option I) shown in FIG. 1, comprises a housing having a
Выхлопные окна 2 цилиндра 1 корпуса могут быть выполнены в виде продольных щелей. The
Излучатель также включает источник сжатого газа 8, сообщенный каналом 9 малого сечения с управляющей камерой 5, вскрывающие элементы 10, установленные напротив выхлопных окон 2 цилиндра 1 с возможностью перемещения вдоль оси корпуса, и электропневмоклапан 11, соединенный каналом 12 большого сечения с управляющей камерой 5. The emitter also includes a source of
Площадь сечения канала 12, соединяющего электропневмоклапан 11 с управляющей камерой 5, выполненa в 2-3 раза большей площадью, чем сечения каналов 9 и 6. The cross-sectional area of the
Излучатель снабжен поршнем, установленным с возможностью перемещения вдоль оси корпуса и выполненным в виде цилиндрического кольца 13 с фланцем 14. The emitter is equipped with a piston mounted for movement along the axis of the housing and made in the form of a
Управляющая камера 5 выполнена в виде кольцевой полости, при этом торец кольца 13 поршня расположен в кольцевой полости управляющей камеры 5. The
Поршень и вскрывающие элементы 10 размещены коаксиально с внешней (фиг. 1) или внутренней (фиг. 5) стороны цилиндра 1 корпуса. The piston and the opening
Вскрывающие элементы 10 представляют собой кольца, выполненные с внешним диаметром, превышающим внешний диаметр кольца 13 поршня, и имеющие в сечении прямоугольный треугольник. Прямой угол 15 треугольника направлен в сторону заглушки 7, а вершины 16 и 17 его острых углов скруглены. Вершина 16, обращенная к фланцу 14 поршня, расположена между внутренним и внешним диаметрами кольца 13 поршня (фиг. 2). The opening
Внешние диаметры фланца 14 поршня и колец вскрывающих элементов 10 выполнены не менее 1,2 диаметров кольца 13 поршня. The outer diameters of the
Заглушка 7 выполнена съемной с сечением со стороны вскрывающих элементов 10, подобным сечению вскрывающего элемента 10. The
Кольца вскрывающих элементов 10 и поршень выполнены из материала с низкой плотностью и высокой износостойкостью, например, из ряда титановых и алюминиевых сплавов или композиционных материалов. The rings of the opening
В управляющей камере 5 над торцом кольца 13 поршня установлено подвижное кольцевое уплотнение 18. In the
Сейсмический излучатель "ГЕОХИ - АВТОПНЕВМО" (вариант II) (фиг. 6) содержит все вышеперечисленные узлы, выполненные аналогичным образом по варианту I (кроме электропневмоклапана 11). The seismic emitter "GEOCHY - AUTOPNEUMO" (option II) (Fig. 6) contains all of the above nodes, made in a similar way to option I (except for the electro-pneumatic valve 11).
Однако при этом вершина 16 прямоугольного треугольника сечения вскрывающих элементов 10, обращенная к фланцу 14 поршня, расположена в пределах внешних диаметров кольца 13 и фланца 14 поршня. However, at the same time, the
Сейсмический излучатель "ГЕОХИ - ПРОПАН" (вариант III, фиг. 7) содержит все вышеперечисленные узлы, выполненные аналогичным образом по варианту I. The seismic emitter "GEOCHI - PROPANE" (option III, Fig. 7) contains all of the above nodes, made in a similar way to option I.
Однако помимо этого он дополнительно содержит установленные в торцевой части 4 корпуса средство зажигания 19, сообщенное с рабочей камерой 3, ресивер 20, сообщенный с источником сжатого газа 8 и электропневмоклапаном 11, топливный смеситель, сообщенный каналом 21 с выходом электропневмоклапана 11 и каналом 22 с рабочей камерой 3 через последовательно соединенные обратный клапан 23 и форсунку 24, источник топлива 25, сообщенный каналом 26 через обратный клапан 27 с топливным смесителем, и редуктор 28, установленный между управляющей камерой 5 и источником сжатого газа 8. However, in addition, it additionally contains ignition means 19 installed in the
Топливный смеситель выполнен в виде цилиндрической полости 29 в торцевой части 4 корпуса и рассекателя 30 в виде цилиндра, установленного в полости 29 с зазором, при этом вход канала 21 от электропневмоклапана 11 выполнен по касательной к образующей полости 29 в центральной ее части. The fuel mixer is made in the form of a
Сейсмический излучатель "ГЕОХИ - КАВИТОН" (вариант IV, фиг. 8) включает все вышеперечисленные узлы, выполненные аналогичным образом по варианту I. The seismic emitter "GEOCHI - CAVITON" (option IV, Fig. 8) includes all of the above nodes, made in a similar way to option I.
Однако помимо этого он дополнительно содержит ствол 31, укрепленный одним концом коаксиально на торцевой части 4 корпуса и имеющий на свободном конце внутренний поясок 32, выполненный с конической проточкой 33, и не менее одного дроссельного отверстия 34 в стенке на уровне заглушки 7, разгонный поршень 35, выполненный в виде стакана, имеющего с внешней стороны дна кольцевой конический выступ 36, подобный проточке 33 пояска 32, стенки стакана 37 установлены между стволом 31 и заглушкой 7, и механизм возврата разгонного поршня 35, выполненный в виде малого корпуса 38, установленного в рабочей камере 3 и укрепленного в заглушке 7, и малого полого штока 39 с фланцем 40, установленного коаксиально в малом корпусе 38 и закрепленного в дне стакана разгонного поршня 35. При этом фланец 40 малого штока 39 делит малый корпус 38 на камеру нагнетания 41, сообщенную с рабочей камерой 3, и камеру сброса 42, сообщенную с полостью между стволом 31 и вскрывающими элементами 10. However, in addition, it additionally contains a
С внешней стороны на уровне пояска 32 ствола 31 расположен демпфирующий дроссель 43, который сообщен с конической проточкой 33. On the outside, at the level of the
Механизм возврата разгонного поршня 35 снабжен торцевым уплотнением 44, расположенным на малом штоке 39 под фланцем 40. The
Камера нагнетания 41 механизма возврата разгонного поршня 35 сообщена с рабочей камерой 3 отверстием 45, выполненным в стенке малого корпуса 38 у поверхности заглушки 7, а торцевое уплотнение 44 с внешней фаской малого штока 39 расположено с противоположной стороны его фланца 40. The discharge chamber 41 of the acceleration
Сейсмический излучатель "ГЕОХИ - ТОН" включает все вышеперечисленные узлы, выполненные аналогичным образом по варианту IV. Однако помимо этого он дополнительно содержит блок резонатора, укрепленный на пояске 32 ствола 31 с внешней стороны. The seismic emitter "GEOCHI - TON" includes all of the above nodes, made in the same way according to option IV. However, in addition to this, it further comprises a resonator unit mounted on the
Блок резонатора (вариант V, фиг. 9, 10, 11) может быть выполнен в виде диска 46, установленного коаксиально пояску 32 ствола 31 и имеющего четыре взаимно перпендикулярных щелевидных сопла 47, и четырех заостренных в сторону сопел 47 резонаторных пластин 48, консольно закрепленных в одних плоскостях соответственно с щелевидными соплами 47. Пластины 48, расположенные в одной плоскости, соединены синхронизирующими связками 49. The resonator block (option V, Figs. 9, 10, 11) can be made in the form of a
Пластины 48 укреплены в обойме 50, жестко связанной стержнями 51 со стволом 31. The
Синхронизирующие связки 49 пластин 48 выполнены в виде тонких стержней из упругого материала, например, стали или сплавов титана. The synchronizing bundles 49 of the
Блок резонатора (вариант VI, фиг. 12) может быть также выполнен в виде стержня 52, укрепленного соосно стволу 31 на пояске 32, имеющего отражатель, выполненный в виде кольца 53 с кольцевой лункой 54, расположенной с внешней стороны ствола 31, при этом боковая поверхность кольца 53 отражателя стержня 52 и внутренняя боковая поверхность пояска 32 ствола 31 образуют кольцевое сопло 55 втулки 56, установленной на стержне 52 с возможностью перемещения и имеющей отражатель, выполненный в виде кольца 57 с кольцевой лункой 58, при этом кольцевая лунка 58 отражателя втулки 56 расположена напротив кольцевой лунки 54 отражателя стержня 52, резонаторного стакана 59 с острой кромкой 60, установленного на втулке 56 коаксиально ей с возможностью перемещения, при этом острая кромка 60 стакана 59 расположена напротив кольцевого сопла 55, и упругого амортизатора 61, расположенного между боковой поверхностью кольца 57 отражателя втулки 56 и стенками резонаторного стакана 59. The resonator block (option VI, Fig. 12) can also be made in the form of a
Излучатель "ГЕОХИ - ПНЕВМО" (вариант I) работает следующим образом. The emitter "GEOCHY - PNEUMO" (option I) works as follows.
Сжатый газ поступает из источника сжатого газа 8 по каналу 9 малого сечения сначала в управляющую камеру 5, воздействуя посредством кольцевого уплотнения 18 на цилиндрическое кольцо 13 поршня, вскрывающие элементы 10 и заглушку 7, плавно прижимая их к друг другу. К моменту полного уплотнения (давление в управляющей камере 5 близко к рабочему) процесс накопления рабочей камеры 3 еще не закончен ввиду ее большего объема и малого проходного сечения каналов 6 и 9 от источника 8. И до и после полного накопления камеры 3 давление газа передается на внутреннюю поверхность вскрывающих элементов 10 посредством выхлопных окон 2 и удерживается жесткостью конструкции. Поскольку возвращающая сила в зоне уплотнения между вскрывающими элементами 10 всегда меньшеб чем сила действующая со стороны кольца 13 поршня, конструкция в период заполнения рабочей камеры 3 удерживает давление газа. При этом, чем ближе зона уплотнения между вскрывающими элементами 10 к внешней поверхности кольца 13 поршня, тем меньшая сила действует на уплотняемые элементы: фланец 14 поршня, вскрывающие элементы 10 и заглушку 7, тем меньшая сила (например, энергия электопневмоклапана 11) требуется для вскрытия рабочей камеры 3. Процесс накопления в управляющей 5 и рабочей 3 камерах иллюстрируется начальными участками временных диаграмм P1 и P2 на фиг. 3, 4.Compressed gas enters from the source of
При подаче электрического импульса на электропневмоклапан 11 в канале 12 (см. также фиг. 2, 3, 4), который выполнен большим сечением, чем каналы 6 и 9, происходит резкое падение давления в управляющей камере 5. Происходит инверсия сил: большая растягивающая сила в зоне контакта между вскрывающими элементами 10 и маленькая, действующая на торец кольца 13 поршня со стороны управляющей камеры 5. С этого момента происходит последовательное разуплотнение вскрывающих элементов 10, начиная с ближайшего к фланцу 14 поршня. Процесс изменения напряжений в зонах уплотнений между вскрывающими элементами 10 идет со скоростью звука в материале последних. При падении напряжений между вскрывающими элементами 10 до нуля рабочая камера 3 вскрывается с образованием в этот момент узких щелевидных каналов, по которым устремляется сжатый газ (фиг. 2). При этом контур истекающего потока ограничивается профилями сечений колец вскрывающих элементов 10, где правый (по фиг. 2) идет по большому пути, а левый по малому. В силу неразрывности потока возникает эффект "самолетного крыла" с образованием силы на каждом элементе 10, направленной в сторону управляющей камеры 5 и способствующей более быстрому раздвижению вскрывающих элементов 10. Этот процесс иллюстрируется фиг. 4, где узкий пик силы F соответствует этому моменту. В дальнейшем по мере освобождения рабочей камеры 3 возрастает давление сжатого газа, прикладываемое к большему сечению фланца 14 поршня и вскрывающих элементов 10, нежели кольца 13 поршня в управляющей камере 5. Результирующая сила, воздействующая на поршень, oпределяется соотношением между внешними диаметрами поршня и колец вскрывающих элементов, которoе составляeт не менее 1,2 диаметра цилиндра поршня. Это способствует быстрому вскрытию камеры 3. На фиг. 3, 4 схематично показаны эпюры давлений в камерах управляющей и рабочей P1, P2 и на внешней поверхности вскрывающих элементов P3 (фиг. 3), а также неуравновешенная сила F, действующая на торец поршня (фиг. 4). Глубина хода поршня в управляющей камере 5 определяется массой оставшегося после выпуска газа электропневмоклапаном 11, т.е. длительностью электрического импульса, что определяет в известной мере возможность регулирования процесса излучения упругой волны: через объем реализуемого газа в среду - частотный состав сейсмических колебаний. Поскольку возвращающая сила управляющей камеры 5 регулируется длительностью импульса электоропневмоклапана 11, объем реализуемого газа в среду приближается к полному, накопленному в рабочей камере 3. После завершения выхлопа газа, имеющего быстрый взрывной характер, и закрытия электропневмоклапана 11 процесс накопления повторяется до подачи следующего импульса. Излучатель позволяет генерировать низкочастотные импульсные сигналы в диапазоне 1-500 Гц.When an electric pulse is applied to the electro-
Излучатель "ГЕОХИ - АВТОПНЕВМО" (вариант II, фиг. 6) работает следующим образом. The emitter "GEOCHY - AUTOPNEUMO" (option II, Fig. 6) works as follows.
Сжатый газ поступает из источника 8 по каналу 9 в управляющую камеру 5 и (аналогично излучателю "ГЕОХИ - ПНЕВМО") в начальный период уплотняет вскрывающие элементы 10, герметизируя рабочую камеру 3. Поскольку объем управляющей камеры 5 значительно меньше рабочей камеры 3, заполнение последней занимает определенный интервал времени. При сравнении сил, действующих с одной стороны на кольцо поршня 13, с другой - на фланец 14 и боковые поверхности вскрывающих элементов 10 (это происходит при некотором пороговом давлении в камере 3 (ниже рабочего)), камера 3 разгерметизируется. При этом, чем ближе зона уплотнения между вскрывающими элементами 10 к внешней поверхности кольца поршня 13, тем больше интервал времени заполнения камеры 3 и больше пороговое давление в ней. Compressed gas enters from
Процесс разгерметизации идет аналогично излучателю "ГЕОХИ - ПНЕВМО" (вариант I). Во время выхлопа управляющая камера 5 выполняет функции возвращающей пружины. Давление в крайнем уплотненном положении поршня 13 превышает рабочее давление источника газа, что способствует быстрому закрытию рабочей камеры и герметизации вскрывающих элементов 10. Процесс накопления повторяется до набора рабочей камерой порогового значения выхлопа. Выбором определенных соотношений сечений каналов 6, 9, объемов камер 5, 3 и давления источника сжатого газа излучатель может быть настроен, как в режим квазигармонических автоколебаний (технологические воздействия) частотой 10-500 Гц и выше, так и редких импульсных последовательностей (сейсмические исследования) с определенной частотой следования в стандартном сейсмическом диапазоне. The depressurization process is similar to the "GEOCHY - PNEUMO" emitter (option I). During the exhaust, the
Сейсмический излучатель "ГЕОХИ - ПРОПАН" (вариант III, фиг. 7) работает следующим образом. The seismic emitter "GEOCHY - PROPANE" (option III, Fig. 7) works as follows.
В начальный момент времени давление газа-окислителя через редуктор 28 передается в управляющую камеру 5; при этом вскрывающие элементы 10 герметизированы, в рабочей камере 3 - атмосферное давление. Подготовительный процесс начинается с заполнения топливного смесителя дозированной порцией жидкого топлива и последующего срабатывания электропневмоклапана 11 на определенное время. При этом порция сжатого газа-окислителя из ресивера 20 высокого давления, проходя через электропневмоклапан 11, далее через полость 29 топливного смесителя, перекрывает обратный клапан 23 и приводит в движение рассекатель 30, равномерно перемешивающий смесь, одновременно выдавливая, распыляя ее с большой скоростью через форсунку 24 в рабочую камеру 3. Давление в рабочей камере 3 повышается до стехиометрической нормы. Затем срабатывает средство зажигания 19, воспламеняющее объем смеси. Давление в рабочей камере 3 быстро повышается, обратный клапан 23 отсекает ее от топливного смесителя и в определенный момент времени при сравнении действующих сил: сжатия со стороны управляющей камеры 5 и растяжения с рабочей 3, вскрывающие элементы 10 разгерметизируются (по варианту I). Процесс вскрытия идет взрывообразно с параллельным нарастанием давления горящей или детонирующей смеси в камере 3, ее истечением в окружающую среду с образованием сейсмических волн и завершается закрытием и уплотнением вскрывающих элементов 10 при сравнивании сил: возвращающей в управляющей камере 5 и растягивающей в рабочей 3. При этом длительность и полноту объема реализации инициированной смеси можно регулировать давлением управляющей камеры 5 (глубиной перемещения поршня) посредством редуктора 28. Излучатель возбуждает импульсные сигналы в сейсмическом диапазоне частот 1-500 Гц. At the initial time, the pressure of the oxidizing gas through the
Сейсмический излучатель "ГЕОХИ - КАВИТОН" (вариант IV, фиг. 8) работает следующим образом. The seismic emitter "GEOCHY - CAVITON" (option IV, Fig. 8) works as follows.
По мере накопления рабочей камеры 3 давление проникает через отверстие 45 и воздействует на торцевое уплотнение 44, удерживаемое фланцем 40 малого полого штока 39. Давление с внешней стороны фланца 40 близко к давлению окружающей среды, что приводит к движению разгонного поршня 35 вправо по фиг. 8, т.е. в исходное взведенное статическое состояние. As the working
При подаче электрического импульса на электропневмоклапан 11 в канале 12 (см. также фиг. 2, 3, 4), который выполнен большим сечением, чем каналы 6 и 9, между источником сжатого газа 8 и управляющей камерой 5 происходят процессы, описанные выше (работа сейсмического излучателя "ГЕОХИ - ПНЕВМО", по варианту 1). Полость между стволом 31 и вскрывающими элементами 10 заполняется сжатым газом, истекающим из рабочей камеры 3 между разошедшимися элементами 10. When an electric pulse is applied to the electro-
Давление газа на разгонный поршень 35 в начальный период истечения из рабочей камеры 3 имеет неравномерный турбулентный характер, воздействуя сначала на стенки 37 стакана поршня 35, способствуя плавному ускоренному перемещению без перекосов. При полном вскрытии зазора между заглушкой 7 и разгонным поршнем 35 давление рабочей камеры 3 прикладывается ко всей поверхности разгонного поршня 35, процесс существенно ускоряется. Поршень 35 выталкивает жидкость из ствола 31, придавая ей высокий уровень кинетической энергии к моменту торможения у пояска 32. При торможении поршня 35 в момент вхождения кольцевого конического выступа 36 в проточку 33 возникает отрыв ускоренного объема жидкости и образование кавитационной полости по периметру пояска 32 ствола 31 без нарушения сплошности и целостности конструкции, что регулируется по скорости (усилию) торможения дросселем 43. Ее последующее схлопывание приводит к образованию мощных коротких сейсмических волн с широким спектром в диапазоне частот 100-10000 Гц. Параметры процесса зависят от множества факторов: величины рабочего давления газа, которое может быть очень различным, объема рабочей камеры 3, длины разгонной части ствола 31, а также его диаметра и могут быть определены только экспериментально. The gas pressure on the accelerating
Глубина хода кольца 13 поршня в управляющей камере 15 определяется массой оставшегося после выпуска газа электропневмоклапаном 11, т.е. длительностью электрического импульса, что определяет в известной мере возможность регулирования процесса освобождения рабочей камеры 3. После завершения выхлопа газа, имеющего быстрый взрывной характер, и закрытия электропневмоклапана 11 избыток газа истекает через дроссельное отверстие 34, а процесс накопления повторяется до подачи следующего импульса. The depth of stroke of the
Излучатель "ГЕОХИ - ТОН" (вариант V, фиг. 9, 10, 11) работает следующим образом. The emitter "GEOCHY - TONE" (option V, Fig. 9, 10, 11) works as follows.
Начальный период работы описан выше, иллюстрируется диаграммами на фиг. 2, 3, 4 и в деталях совпадает с порядком работы излучателя "ГЕОХИ - КАВИТОН". The initial period of operation described above is illustrated by diagrams in FIG. 2, 3, 4 and in detail coincides with the operating order of the "GEOCHY - CAVITON" emitter.
При движении разгонного поршня 35 через щелевидные сопла 47 истекают высоконапорные струи жидкости на соответствующие резонаторные пластины 48. Спустя некоторое время скорость струй стабилизируется и при совпадении резонансных их параметров и резонаторных пластин 48 (что осуществляется соответствующей настройкой) в среде возбуждается интенсивное тонально-импульсное колебание с длительностью процесса, равное времени перемещения разгонного поршня 35 до крайнего положения (поясок 32 ствола 31). Процесс генерации звука иллюстрируется фиг. 11, где показаны синфазные смещения резонансных пластин относительно положения равновесия, а также дана суммарная диаграмма направленности. Для сравнения на фиг. 10 дана диаграмма направленности для одной резонансной пластины. При торможении поршня 35 в момент вхождения кольцевого конического выступа 36 в проточку 33 возникает резкое падение скорости истечения и срыв колебаний без нарушения сплошности и целостности конструкции, что регулируется по скорости (усилию) торможения дросселем 43. When the accelerating
Глубина хода кольца 13 поршня в управляющей камере 5 определяется массой оставшегося после выпуска газа электропневмоклапаном 11, т.е. длительностью электрического импульса, что определяет в известной мере возможность регулирования процесса освобождения рабочей камеры 3, т.е. возможность регулирования, например, длительности тонального импульса. После завершения выхлопа газа, имеющего быстрый взрывной характер, и закрытия электропневмоклапана 11 избыток газа истекает через дроссельное отверстие 34, а процесс накопления повторяется до подачи следующего импульса. The depth of stroke of the
Учитывая, что перпендикулярно направленные колебания не интерферируют, а их мощности алгебраически складываются, как результат - повышается удельная отдача по мощности на один излучатель (или его рабочий объем). Излучатель обеспечивает генерацию тонально-импульсных сигналов в диапазоне 100-5000 Гц. Considering that perpendicularly directed vibrations do not interfere, and their powers are algebraically added, as a result, the specific power output per one radiator (or its working volume) increases. The emitter provides the generation of tone-pulse signals in the range of 100-5000 Hz.
Излучатель "ГЕОХИ - ТОН" (вариант VI, фиг. 12) работает следующим образом. The emitter "GEOCHY - TON" (option VI, Fig. 12) works as follows.
Начальный период работы описан выше, иллюстрируется диаграммами на фиг. 2, 3, 4 и в деталях совпадает с порядком работы излучателя "ГЕОХИ - КАВИТОН". The initial period of operation described above is illustrated by diagrams in FIG. 2, 3, 4 and in detail coincides with the operating order of the "GEOCHY - CAVITON" emitter.
При движении разгонного поршня 35 посредством кольцевого сопла 55 формируется кольцевая напорная струя жидкости, которая при падении на острую кромку 60 резонаторного стакана 59, при совпадении резонансов струи и стакана 59 возбуждаются интенсивные акустические волны повышенной частоты. Для настройки служит втулка 56 и стержень 52, перемещаемые относительно друг друга, что способствует возможности изменения длины струи и высоты резонатора. Расположенные друг против друга кольцевые лунки 54 и 58 отражателей стержня 52 и втулки 56 обеспечивают направленную циркуляцию жидкости и ее повторное использование для генерации звука. Как результат уменьшается расход жидкости для возбуждения резонаторов и как следствие акустическая производительность излучателя. Излучатель генерирует тонально-импульсные сигналы повышенной частоты в диапазоне 1-50 кГц. When the accelerating
Выполнение в излучателе "ГЕОХИ - ПНЕВМО" поршня в виде цилиндрического кольца с фланцем, установленного с возможностью перемещения вдоль корпуса по управляющей камере, позволяет:
- увеличить (и регулировать) объем реализуемого во время выхлопа газа, т. к. масса газа оставшегося в управляющей камере после сброса (или сила возвращающей пружины) регулируется с помощью длительности импульса электропневмоклапана;
- увеличить скорость вскрытия рабочей камеры, т.к. вскрывающая сила в начальный момент вскрытия пропорциональна соотношению давлений в рабочей и управляющей камерах и площади фланца поршня, и также может регулироваться посредством длительности импульса электропневмоклапана;
- уменьшить нагрузку на элементы конструкции, мощность электропневмоклапана, т. к. действующее сжимающее напряжение определяется положением зоны уплотнения острой вершины сечения вскрывающего элемента в пределах торца поршня, и может быть сведено до нуля.The implementation of the piston "GEOCHI - PNEUMO" piston in the form of a cylindrical ring with a flange mounted with the possibility of movement along the housing along the control chamber, allows you to:
- increase (and regulate) the volume of gas sold during the exhaust, since the mass of gas remaining in the control chamber after the discharge (or the force of the return spring) is controlled by the pulse duration of the electro-pneumatic valve;
- increase the speed of opening the working chamber, as the opening force at the initial moment of opening is proportional to the ratio of the pressures in the working and control chambers and the area of the piston flange, and can also be controlled by the pulse duration of the electro-pneumatic valve;
- reduce the load on the structural elements, the power of the electro-pneumatic valve, because the effective compressive stress is determined by the position of the sealing zone of the sharp top of the section of the opening element within the end of the piston, and can be reduced to zero.
Выполнение вскрывающих элементов в виде колец, размещенных с внешней или внутренней стороны корпуса, обеспечивает равномерное и одновременное вскрытие рабочей камеры по всей ее поверхности, увеличение скорости и площади вскрытия, а также повышение объема реализации газа в среду. The implementation of the opening elements in the form of rings placed on the outer or inner side of the housing ensures uniform and simultaneous opening of the working chamber over its entire surface, increasing the speed and area of opening, as well as increasing the volume of gas sold to the medium.
Выполнение колец вскрывающих элементов с внешним диаметром, превышающим внешний диаметр кольца поршня, позволяет увеличить скорость вскрытия рабочей камеры за счет резкого увеличения растягивающих (вскрывающих) сил при разгерметизации, пропорциональных разнице произведений: площади фланца поршня на рабочее давление и площади торца поршня на давление сброса в управляющей камере. The implementation of the rings of the opening elements with an external diameter exceeding the external diameter of the piston ring allows to increase the opening speed of the working chamber due to a sharp increase in tensile (opening) forces during depressurization, proportional to the difference of the products: the area of the piston flange for the working pressure and the area of the piston end face for the discharge pressure in control chamber.
Выполнение колец вскрывающих элементов с фигурным сечением в виде прямоугольного треугольника, прямой угол которого направлен в сторону заглушки, вершины скруглены, а одна из вершин обращена к фланцу поршня, позволяет обеспечить надежное локальное уплотнение, например, металл по металлу. При этом расположение уплотняющей острой вершины сечения между внутренним и внешним диаметрами кольца поршня обеспечивает возможность работы излучателя в ждущем режиме и стабильность уплотнений. Кроме того, означенное фигурное сечение придает дополнительный импульс силы в начальный момент вскрытия камеры, что увеличивает ее скорость вскрытия. The implementation of the rings of the opening elements with a figured cross section in the form of a rectangular triangle, the right angle of which is directed towards the plug, the vertices are rounded and one of the vertices faces the piston flange, allows for reliable local sealing, for example, metal to metal. At the same time, the location of the sealing sharp top of the section between the inner and outer diameters of the piston ring provides the possibility of the emitter in standby mode and the stability of the seals. In addition, the indicated curved section gives an additional impulse of force at the initial moment of opening the chamber, which increases its speed of opening.
В излучателе для гарантированного увеличения силы вскрытия рабочей камеры внешние диаметры фланца поршня и колец вскрывающих элементов выбирают не менее 1,2 диаметров цилиндра поршня. In the emitter, for a guaranteed increase in the opening force of the working chamber, the outer diameters of the piston flange and the rings of the opening elements are selected at least 1.2 diameters of the piston cylinder.
В излучателе обеспечивается равномерный износ всех подвижных элементов, эквивалентная работа которых определяется наличием фланца поршня и профилем съемной заглушки, подобным профилю вскрывающих элементов. The emitter ensures uniform wear of all moving elements, the equivalent operation of which is determined by the presence of the piston flange and the profile of the removable plug, similar to the profile of the opening elements.
В излучателе значительно увеличивается скорость вскрытия рабочей камеры и долговечность конструкции путем изготовления вскрывающих колец из материала с низкой плотностью и высокой износостойкостью, выбираемого, например, из ряда титановых или алюминиевых сплавов или композитных материалов. In the emitter, the opening speed of the working chamber and the durability of the structure are significantly increased by making the opening rings from a material with low density and high wear resistance, selected, for example, from a number of titanium or aluminum alloys or composite materials.
В излучателе улучшаются динамические характеристики вскрытия и посадки в статическое состояние применением подвижного торцевого уплотнения, которое обеспечивает минимальное сопротивление при движении вдоль управляющей камеры и надежное уплотнение по ее боковым поверхностям. In the emitter, the dynamic characteristics of tampering and landing in a static state are improved by using a movable mechanical seal, which provides minimal resistance when moving along the control chamber and reliable sealing along its lateral surfaces.
В излучателе повышенная прочность конструкции на осевое растяжение и минимальное сопротивление потоку истекающего из рабочей камеры сжатого газа обеспечивается выполнением выхлопных окон корпуса в виде продольных щелей. In the emitter, increased axial tensile structural strength and minimal flow resistance of the compressed gas flowing out of the working chamber are ensured by the exhaust windows of the housing in the form of longitudinal gaps.
В излучателе выполнение сечений каналов подвода сжатого газа от источника к камере управления и затем к рабочей камере в 2-3 раза меньше, чем каналa от электропневмоклапана к камере управления, позволяет медленно накапливать объем рабочей камеры, при более быстром заполнении до рабочего давления управляющей камеры, что обеспечивает:
- плавное уплотнение вскрывающих элементов с постепенным нарастанием усилия (тонкий канал от источника к управляющей камере);
- значительное превышение усилия уплотнения в начальный период накопления рабочей камеры (тонкий канал от камеры управления к рабочей), что важно для надежности уплотнений в условиях малых давлений;
- при работе электропневмоклапана уменьшить влияние рабочей камеры и источника сжатого газа на процесс сброса газа из управляющей камеры по каналу большого сечения.In the emitter, the cross-section of the channels for supplying compressed gas from the source to the control chamber and then to the working chamber is 2-3 times smaller than the channel from the electro-pneumatic valve to the control chamber, it allows you to slowly accumulate the volume of the working chamber, when filling up to the working pressure of the control chamber, which provides:
- smooth sealing of the opening elements with a gradual increase in force (thin channel from the source to the control chamber);
- a significant excess of the sealing force in the initial period of accumulation of the working chamber (thin channel from the control chamber to the working chamber), which is important for the reliability of the seals at low pressures;
- when operating an electro-pneumatic valve, reduce the influence of the working chamber and the source of compressed gas on the process of gas discharge from the control chamber through a large section channel.
Излучателю "ГЕОХИ - АВТОПНЕВМО" присущи все вышеперечисленные преимущества излучателя "ГЕОХИ - ПНЕВМО". The radiator "GEOCHY - AUTO-PNEUMO" is inherent in all of the above advantages of the radiator "GEOCHY - PNEUMO".
Кроме того, выполнение его с расположением уплотняющих вершин вскрывающих элементов между внешними диаметрами кольца и фланца поршня позволяет, при определенном выборе конструктивных особенностей излучателя, генерировать либо квазигармонические автоколебания, либо периодическую последовательность одиночных сейсмических импульсов. In addition, its implementation with the location of the sealing peaks of the opening elements between the outer diameters of the ring and the piston flange allows, with a certain selection of the design features of the emitter, to generate either quasi-harmonic self-oscillations or a periodic sequence of single seismic pulses.
Излучателю "ГЕОХИ - ПРОПАН" присущи все вышеперечисленные преимущества излучателя "ГЕОХИ - ПНЕВМО". The radiators "GEOCHY - PROPAN" are inherent in all of the above advantages of the radiator "GEOCHY - PNEUMO".
Кроме того, дополнительное его оснащение, по сравнению с излучателем "ГЕОХИ - ПНЕВМО", узлами, позволяющими использовать для возбуждения сейсмических волн разнообразные стехиометрические горючие и детонирующие смеси, актуально для использования его особенно в труднодоступных районах и условиях пониженных температур. Конструкцию можно использовать в качестве универсального пневмопривода для всех предложенных модификаций излучателей. In addition, its additional equipment, in comparison with the “GEOCHI – PNEUMO” emitter, with units allowing the use of various stoichiometric combustible and detonating mixtures to excite seismic waves, is relevant for use especially in hard-to-reach areas and at low temperatures. The design can be used as a universal pneumatic actuator for all proposed modifications of emitters.
Излучателю "ГЕОХИ - КАВИТОН" присущи все вышеперечисленные преимущества излучателя "ГЕОХИ - ПНЕВМО", а дополнительное оснащение его по сравнению с излучателем "ГЕОХИ - ПНЕВМО" стволом, разгонным поршнем и механизмом возврата разгонного поршня обеспечивает возможность генерации коротких кавитационных импульсов. The GEOCHI - CAVITON emitter has all of the above advantages of the GEOCHI - PNEUMO emitter, and its additional equipment compared to the GEOCHY - PNEUMO emitter with a barrel, an accelerating piston, and an acceleration piston return mechanism allows the generation of short cavitation pulses.
Излучателю "ГЕОХИ - ТОН" присущи все вышеперечисленные преимущества излучателя "ГЕОХИ - ПНЕВМО" и "ГЕОХИ - КАВИТОН", а оснащение его блоком резонатора позволяет в случае выполнения блока резонатора с двумя парами резонансных пластин, не взаимодействующих между собой, генерировать тонально-импульсные сигналы и повысить удельную мощность излучателя, а в случае выполнения блока резонатора с резонаторным стаканом и отражателями с кольцевыми лунками генерировать тонально-импульсные сигналы более высоких частот и увеличить производительность излучателя. The GEOCHI - TON emitter is characterized by all of the above advantages of the GEOCHI - PNEUMO and GEOCHI - CAVITON emitter, and equipping it with a resonator block allows you to generate tone-pulse signals in case of a resonator block with two pairs of resonant plates that do not interact with each other. and increase the specific power of the emitter, and in the case of the execution of the resonator block with the resonator cup and reflectors with ring holes to generate tone-pulse signals of higher frequencies and increase productivity radiator.
Использование изобретения позволит улучшить эксплуатационные характеристики излучателя, как за счет увеличения эффективности излучения, так и повышения надежности и долговечности его работы, а также возможности генерировать различные типы сигналов: отдельные сейсмические и квазигармонические, короткие кавитационные импульсы и тонально-импульсные сигналы, в том числе повышенных частот. The use of the invention will improve the operational characteristics of the emitter, both by increasing the radiation efficiency, and increasing the reliability and durability of its operation, as well as the ability to generate various types of signals: individual seismic and quasi-harmonic, short cavitation pulses and tone-pulse signals, including increased frequencies.
Кроме того, использование универсального пневмопривода (варианты I, II, III), отличающегося небольшой металлоемкостью для заданного рабочего объема, перекрывая широкий спектр различных задач сейсморазведки, гидроакустики, также и технологических процессов, позволит уменьшить общую металлоемкость набора излучателей путем оснащения одного пневмопривода различными съемными блоками. In addition, the use of a universal pneumatic actuator (options I, II, III), characterized by a small metal consumption for a given working volume, covering a wide range of different tasks of seismic exploration, hydroacoustics, and also technological processes, will reduce the total metal consumption of a set of emitters by equipping one pneumatic actuator with various removable blocks .
Claims (43)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99122627A RU2161810C1 (en) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Seismic radiator (modifications) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99122627A RU2161810C1 (en) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Seismic radiator (modifications) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2161810C1 true RU2161810C1 (en) | 2001-01-10 |
Family
ID=20226292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99122627A RU2161810C1 (en) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Seismic radiator (modifications) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2161810C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449321C2 (en) * | 2008-12-29 | 2012-04-27 | Николай Викторович Беляков | Downhole gas seismic source |
| RU2485551C1 (en) * | 2011-10-24 | 2013-06-20 | Анатолий Фёдорович Косолапов | Borehole seismic source |
-
1999
- 1999-10-26 RU RU99122627A patent/RU2161810C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449321C2 (en) * | 2008-12-29 | 2012-04-27 | Николай Викторович Беляков | Downhole gas seismic source |
| RU2485551C1 (en) * | 2011-10-24 | 2013-06-20 | Анатолий Фёдорович Косолапов | Borehole seismic source |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4367130A (en) | Chemical reaction | |
| US3249177A (en) | Acoustic wave impulse generator repeater | |
| US4207154A (en) | Wave generating apparatus and method | |
| JP2730714B2 (en) | Impact sound wave generator and method | |
| AU2004253319B2 (en) | Impact device and method for generating stress pulse therein | |
| JP3131211B2 (en) | Sound source | |
| RU2161810C1 (en) | Seismic radiator (modifications) | |
| US4869175A (en) | Impact structures | |
| US3690403A (en) | Acoustic energy source utilizing the water-hammer phenomenon | |
| Sherman et al. | Jet flow field during screech | |
| US4202425A (en) | Acoustic impulse generator | |
| US5646909A (en) | Pneumatic gun for rapid repetitive acoustic firing | |
| Labracherie et al. | On the compression process in a free-piston shock-tunnel | |
| JP2573928B2 (en) | Impact sound wave generator and method | |
| EP0392106B1 (en) | Method for the suppression of bubble oscillations in underwater seismic exploration utilising an internal gas injection | |
| EP0615628B1 (en) | Seismic energy source | |
| US3416621A (en) | Acoustic wave producing device | |
| JP2560590B2 (en) | Method of generating detonation pressure and device therefor | |
| RU2383037C1 (en) | Remote impact-wave method of launching air-operated wave transducer and two-way air-operated wave transducer for realising said method | |
| JP3491091B2 (en) | Static pressure combined impact pressure generator | |
| SU940101A1 (en) | Group source of seismic signals | |
| SU1525524A1 (en) | Bed for vibration impact tests of articles | |
| SU708396A1 (en) | Method of excitation of acoustic oscillation | |
| SU1690859A1 (en) | Pneumatic vibrator | |
| JP2560591B2 (en) | Detonation liquid pressure generation method and apparatus therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061027 |