RU2476910C1

RU2476910C1 - Seismic vibrator

Info

Publication number: RU2476910C1
Application number: RU2011133734/28A
Authority: RU
Inventors: Владислав Александрович Гуревич; Владимир Алексеевич Детков; Владимир Михайлович Кавешников; Алексей Петрович Малахов; Георгий Яковлевич Шайдуров; Владимир Федорович Шварков; Иван Гаврилович Федотов
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-02-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: disclosed is a seismic vibrator having a radiating platform connected to a vehicle by elastic members, mechanical force generators and a ballasting inertial mass. The mechanical force generators of the seismic vibrator are each made in form of at least two electrical coils connected in anti-parallel and stacked on each other in the horizontal plane in the middle part of an R-wave mechanical force generator, made from two dielectric rectangular plates which can move relative each other and have teeth and grooves in their outermost parts. At least one pair of vertical electrical coils, also connected in anti-parallel and generating S-waves, are placed in the grooves. The teeth of the upper and lower dielectric rectangular plates can move relative each other and are rigidly connected by the upper dielectric rectangular plate to the ballasting inertial mass, and by the lower dielectric rectangular plate to the radiating platform.

EFFECT: improved connection of the radiating platform with the ground for generating S-waves and, as a result, improved functional capabilities of the disclosed pulsed seismic vibrator.

2 dwg

Description

Изобретение относится к вибрационной и импульсной сейсмотехнике, а именно к возбудителям сейсмических колебаний с регулированием и стабилизацией амплитуды вынуждающих усилий, их длительности, частоты и направления продольных и поперечных Р- и S-волн.The invention relates to vibrational and pulsed seismic engineering, in particular to causative agents of seismic vibrations with regulation and stabilization of the amplitude of the driving forces, their duration, frequency and direction of longitudinal and transverse P and S waves.

Известен электромагнитный сейсмоисточник [Патент РФ №2171478 (Детков В.А., Ивашин В.В., Певчев В.П.), Бюл. №21, 2001 г.], содержащий излучающую плиту, снабженную стойками, на которых укреплен якорь электромагнитного возбудителя колебаний, статор его электромагнита с катушками установлен и скреплен с инертной массой, уложенной на излучающую платформу. Катушки электромагнита тиристором подключаются к высоковольтному конденсатору, заряжаемому от специального зарядного устройства. При подаче управляющего импульса на силовой тиристор конденсатор, разряжаясь на катушки электромагнита, создает в нем магнитный поток, который создает в якоре силу тяги и она через стойки передается на излучающую платформу.The known electromagnetic seismic source [RF Patent No. 2171478 (Detkov V.A., Ivashin V.V., Pevchev V.P.), Bull. No. 21, 2001], comprising a radiating plate equipped with uprights on which the armature of the electromagnetic exciter is mounted, its electromagnet stator with coils is mounted and fastened with an inert mass laid on the radiating platform. Thyristor coils of an electromagnet are connected to a high-voltage capacitor charged from a special charger. When a control pulse is applied to the power thyristor, the capacitor, discharging to the coils of the electromagnet, creates a magnetic flux in it, which creates traction in the armature and is transmitted through the racks to the emitting platform.

В этом сейсмоисточнике из-за низких частотных свойств электромагнита невозможно получить больших излучаемых частот сейсмоколебаний и колебания создаются только одного направления - продольные волны типа Р.In this seismic source, due to the low frequency properties of the electromagnet, it is impossible to obtain large emitted frequencies of seismic oscillations and oscillations are created in only one direction - longitudinal waves of type R.

Известен также сейсмоисточник (прототип) [Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки. / Под редакцией М.Б.Шнеерсона. - М.: ОАО «Издательство «Недра»», 1998. - 527 с.: ил. Стр.315-318]. Главной частью такого сейсмоисточника является излучающая платформа, на которой установлены восемь центробежных дебалансных вибровозбудителей, способных вращаться синхронно и создавать знакопеременную вынуждающую силу, ориентированную по специальным сигналам от системы управления, управляемой общим синхронным генератором, в свою очередь механически соединенным с двигателем постоянного тока, подключенным к регулируемому тиристорному преобразователю. Напряжение этого преобразователя определяет скорость вращения двигателя постоянного тока, которая и определяет частоту выходного напряжения синхронного генератора, и, соответственно, частоту вращения дебалансных вибровозбудителей.Also known is a seismic source (prototype) [Theory and practice of ground non-explosive seismic exploration. / Edited by M. B. Schneerson. - M .: Nedra Publishing House OJSC, 1998. - 527 pp., Ill. Pp. 315-318]. The main part of such a seismic source is an emitting platform, on which eight centrifugal unbalanced vibration exciters are installed, which can rotate synchronously and create an alternating driving force, oriented according to special signals from a control system controlled by a common synchronous generator, which in turn is mechanically connected to a DC motor connected to adjustable thyristor converter. The voltage of this converter determines the speed of rotation of the DC motor, which determines the frequency of the output voltage of the synchronous generator, and, accordingly, the frequency of rotation of unbalanced vibration exciters.

Такой сейсмоисточник имеет довольно сложную конструкцию, низкую надежность, обладает плохой связью с грунтом и создает низкочастотные колебания с малой возмущающей силой.Such a seismic source has a rather complicated structure, low reliability, poor connection with the soil, and creates low-frequency oscillations with a small disturbing force.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности и улучшения связи с грунтом, для формирования поперечных сейсмических волн, что одновременно дает и повышение функциональных возможностей этого импульсного сейсмоисточника.The objective of the invention is to simplify the design, increase reliability and improve communication with the ground, for the formation of transverse seismic waves, which simultaneously gives an increase in the functionality of this pulsed seismic source.

Указанная задача достигается тем, что в сейсмоисточнике, содержащем излучающую платформу, связанную с транспортным средством через упругие элементы, возбудители механических усилий, пригрузочную инертную массу, возбудители механических усилий сейсмоисточника выполнены каждый в виде, как минимум, двух электрических катушек, соединенных встречно и уложенных друг на друга в горизонтальной плоскости в средней части возбудителя механических усилий Р-волн, выполненного из двух подвижных относительно друг друга диэлектрических прямоугольных плит с зубцами и пазами в крайних их частях, в пазах которых уложены, по крайней мере, по одной паре вертикальных электрических катушек, также соединенных встречно и формирующих S-волны, зубцы верхней и нижней диэлектрических прямоугольных плит выполнены подвижными друг по отношению к другу и жестко связаны верхней диэлектрической прямоугольной плитой с пригрузочной инертной массой, а нижней диэлектрической прямоугольной плитой - с излучающей платформой, имеющей в своей подошве поперечные грунтозацепы, излучающая платформа, кроме того, упруго связана с пригрузочной инертной массой, а электрические катушки, уложенные горизонтально и вертикально, подключены к высокотоковым источникам электропитания.This problem is achieved by the fact that in a seismic source containing a radiating platform connected to the vehicle through elastic elements, exciters of mechanical forces, a loading inert mass, exciters of the mechanical forces of the seismic source are each made in the form of at least two electric coils connected in opposite directions and stacked on each other in a horizontal plane in the middle part of the pathogen of mechanical forces of P-waves, made of two dielectric rectangles movable relative to each other plates with teeth and grooves in their extreme parts, in the grooves of which are laid at least one pair of vertical electric coils, also connected in the opposite direction and forming S-waves, the teeth of the upper and lower dielectric rectangular plates are movable with respect to each other and are rigidly connected with the upper dielectric rectangular plate with the loading inert mass, and the lower dielectric rectangular plate with the radiating platform, having transverse lugs in its sole, the radiating platform, in addition First, it is elastically connected with the loading inert mass, and electric coils laid horizontally and vertically are connected to high-current power sources.

На фиг.1 дан продольный разрез предлагаемого сейсмоисточника в рабочем состоянии, когда с помощью спуско-подъемного механизма (не показано) источник через упругие элементы излучающей платформой установлен на грунт, а силовые катушки запитаны импульсами тока больших величин от специальных источников электропитания.Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed seismic source in working condition, when using a trigger mechanism (not shown), the source through the elastic elements of the emitting platform is mounted on the ground, and the power coils are powered by current pulses of large quantities from special power sources.

На фиг.2 показаны усилия S-волны, Р-волны и суммарное усилие этих волн.Figure 2 shows the efforts of the S-wave, P-wave and the total force of these waves.

Сейсмоисточник (фиг.1) содержит излучающую плиту 1 с поперечными грунтозацепами 2 с упругими элементами 3, через которые весом транспортного средства излучающая плита 1 через грунтозацепы 2 предварительно прижата к грунту в месте создания сейсмического воздействия. Излучающая плита в своей верхней части имеет стойки 4, 5, между которыми и верхней поверхностью излучающей плиты неподвижно относительно нее установлена диэлектрическая пластина 6 с зубцами 7, 8, к левым сторонам которых неподвижно укреплены в вертикальной плоскости высокотоковые катушки с полуобмотками 9, 10 и 11, 12 соответственно. На верхние торцы зубцов 7, 8 и стоек 4, 5 подвижно уложена верхняя диэлектрическая пластина 13 с зубцами 14, 15 в своей нижней части. Нижними торцами этих зубцов 14, 15 верхняя диэлектрическая пластина 13 подвижно установлена на днища образованных пазов в нижней диэлектрической пластине 6. На правые поверхности зубцов 14, 15 неподвижно закреплены катушки с полуобмотками 16, 17 и 18, 19 соответственно. Высокотоковые катушки с полуобмотками 9, 10; 11, 12 и 16, 17; 18, 19 установлены друг к другу только через изоляционные промежутки, обычно составляющие 0,6÷0,9 мм.The seismic source (figure 1) contains a radiating plate 1 with transverse lugs 2 with elastic elements 3, through which the weight of the vehicle, the radiating plate 1 through lugs 2 is preliminarily pressed to the ground at the site of the seismic effect. The radiating plate in its upper part has racks 4, 5, between which and the upper surface of the radiating plate, a dielectric plate 6 is fixedly mounted relative to it, with teeth 7, 8, to the left sides of which high-current coils with semi-windings 9, 10 and 11 are motionlessly mounted in a vertical plane , 12, respectively. The upper dielectric plate 13 with the teeth 14, 15 in its lower part is movably laid on the upper ends of the teeth 7, 8 and the posts 4, 5. The lower ends of these teeth 14, 15, the upper dielectric plate 13 is movably mounted on the bottoms of the formed grooves in the lower dielectric plate 6. Coils with semi-windings 16, 17 and 18, 19 are respectively fixed to the right surfaces of the teeth 14, 15. High current coils with semi-windings 9, 10; 11, 12 and 16, 17; 18, 19 are installed to each other only through insulating gaps, usually comprising 0.6 ÷ 0.9 mm.

В средних частях диэлектрических пластин 6 и 13 неподвижно установлены в горизонтальной плоскости катушки с полуобмотками 20, 21 и 22, 23 соответственно. Катушки с полуобмотками 20, 21 и 22, 23 уложены также неподвижно относительно друг друга через изоляционные промежутки. Подвижность зубцов 7, 14; 8, 15 и всех катушек с соответствующими полуобмотками обеспечена воздушными зазорами 24, 25, 26, которые заполнены диэлектрическим упругим материалом, обеспечивающим возврат верхней и нижней плит 6, 13 в исходное состояние после силовых воздействий. Для этого дополнительно установлены пружинные рессоры 27, 28, упруго связывающие между собой стойки 4, 5 излучающей платформы 1 с верхней частью диэлектрической плиты 13, на которую дополнительно неподвижно относительно нее укладывается инертная масса сейсмоисточника 29.In the middle parts of the dielectric plates 6 and 13 are fixedly mounted in the horizontal plane of the coil with semi-windings 20, 21 and 22, 23, respectively. Coils with semi-windings 20, 21 and 22, 23 are also laid motionless relative to each other through insulating gaps. Mobility of teeth 7, 14; 8, 15 and all coils with the corresponding semi-windings are provided with air gaps 24, 25, 26, which are filled with a dielectric elastic material, which ensures the return of the upper and lower plates 6, 13 to its original state after power actions. For this, spring springs 27, 28 are additionally installed, elastically connecting the racks 4, 5 of the emitting platform 1 with the upper part of the dielectric plate 13, onto which the inert mass of the seismic source 29 is additionally immovably placed.

На фиг.2 также показаны усилия 30 электрокатушек 9, 10, 16, 17 и усилие 31 электрокатушек 11, 12, 18, 19 поперечной сейсмической S-волны 32, а также продольной сейсмической Р-волны 33 с суммарным сейсмическим усилием 34 всех зубцов 2 излучающей платформы 1.Figure 2 also shows the efforts of 30 electro coils 9, 10, 16, 17 and the force 31 of the electro coils 11, 12, 18, 19 of the transverse seismic S-wave 32, as well as the longitudinal seismic P-wave 33 with a total seismic force of 34 all teeth 2 emitting platform 1.

Сейсмоисточник работает следующим образом. При подъезде транспортного средства к месту сейсмоизлучения системой управления сейсмоисточника срабатывает спуско-подъемное устройство и сейсмоисточники опускаются на точку излучения и через упругие элементы 3 прижимаются излучающей платформой 1 через грунтозацепы весом транспортного средства к грунту. Этот прижим является предварительным, так как масса транспортного средства обычно не превышает 10 т, а необходимое суммарное усилие сейсмоисточника должно достигать 100 тс, что в десятки раз превышает вес любого транспортного средства. Также известно, что коэффициент сцепления гусеничных тракторов или танков с грунтом для исключения их пробуксовки не превышает 0,5-0,6, то при формировании поперечной S-волны необходимо одновременно и создать усилие прижима излучающей платформы к грунту с ее величиной, большей на приведенный коэффициент. Это осуществляется вначале несколькими предварительными включениями высокотоковым источником электропитания к катушкам с полуобмотками 20, 21 и 22, 23, которые в соответствии с законом Ампера и далее в соответствии с соотношениемThe seismic source works as follows. When the vehicle approaches the site of seismic radiation, the seismic source control system activates the launching device and the seismic sources descend to the radiation point and, through the elastic elements 3, are pressed by the emitting platform 1 through the lugs of the vehicle weight to the ground. This clip is preliminary, since the mass of the vehicle usually does not exceed 10 tons, and the required total force of the seismic source must reach 100 tons, which is tens of times the weight of any vehicle. It is also known that the coefficient of adhesion of caterpillar tractors or tanks to the ground to prevent their slipping does not exceed 0.5-0.6, then when forming a transverse S-wave, it is necessary to simultaneously create a force of pressing the radiating platform to the ground with its magnitude greater than that given coefficient. This is carried out first by several preliminary switching on with a high-current power supply to coils with semi-windings 20, 21 and 22, 23, which in accordance with Ampere’s law and further in accordance with the ratio

,

где с - коэффициент, соответствующий принятой без магнитопроводящей или с магнитопроводящей системой размещения катушек полуобмоток 20, 21 и 22, 23;where c is the coefficient corresponding to that adopted without a magnetically conductive or with a magnetically conductive system for placing coils of semi-windings 20, 21 and 22, 23;

I₁, I₂ - токи электрокатушек с полуобмотками 20, 21 и 22, 23 (А);I ₁ , I ₂ - currents of electric coils with semi-windings 20, 21 and 22, 23 (A);

l - суммарная длина витков электрокатушек, м;l is the total length of the turns of the electric coils, m;

а - расстояние между центрами полукатушек соответственно 20, 21 и 22, 23 (м).and - the distance between the centers of the half-coils, respectively, 20, 21 and 22, 23 (m).

За счет действия упругих элементов 24, 25, 26 и рессор 27, 28 инертная масса сейсмоисточника 29 через плиту 13 ее зубцами 14, 15 укладывается на днища зазоров плиты 8 с максимальными зазорами 24, 25, 26 и сейсмоисточник готов к работе.Due to the action of elastic elements 24, 25, 26 and springs 27, 28, the inert mass of the seismic source 29 through the plate 13 with its teeth 14, 15 is laid on the bottom of the gaps of the plate 8 with maximum gaps 24, 25, 26 and the seismic source is ready for operation.

Системой высокотокового электропитания включаются электрокатушки с горизонтальными полуобмотками 20, 21 и 22, 23. Эти электрокатушки, как показано на фиг.1 включенные встречно, начинают создавать отталкивающее усилие 33 (фиг.2), в результате плита 6 через платформу 1 и ее грунтозацепы 2 надежно, с необходимым удельным сцеплением, с условием неразрушения грунта, прижимается к этому грунту и затем, с некоторым запаздыванием (0,5÷0,6)·10^-3 с одновременно включаются вертикально расположенные катушки с полуобмотками 9, 10; 16, 17; и 11, 12; 18, 19, которые также создают между собой горизонтальные отталкивающие усилия 30, 31, которые, суммируясь в излучающей платформе 1, создают суммарное 32 усилие поперечной сейсмической S волны. Это усилие вместе с продольным усилием 33 создает суммарное усилие 34, которое и излучается в изучаемый грунт. Усилие 33 для надежного сцепления с грунтом должно быть на коэффициент 0,5÷0,6 больше суммарного усилия 32. Данное соотношение выполняется созданием соответствующих токов в полуобмотках электрических катушек с указанными полуобмотками 20, 21 и 22, 23.The high-current power supply system turns on electric coils with horizontal semi-windings 20, 21 and 22, 23. These electric coils, as shown in FIG. 1, turned on, start to create a repulsive force 33 (figure 2), resulting in a plate 6 through the platform 1 and its lugs 2 reliably, with the necessary specific adhesion, with the condition of non-destruction of the soil, is pressed to this soil and then, with a certain delay (0.5 ÷ 0.6) · 10 ^-3 s, vertically located coils with semi-windings 9, 10 are simultaneously turned on; 16, 17; and 11, 12; 18, 19, which also create horizontal repulsive forces 30, 31, which, when combined in the radiating platform 1, create a total 32 force of the transverse seismic S wave. This force, together with the longitudinal force 33 creates a total force 34, which is radiated into the studied soil. The force 33 for reliable adhesion to the ground should be a factor of 0.5 ÷ 0.6 greater than the total force 32. This ratio is achieved by creating the corresponding currents in the semi-windings of the electric coils with the indicated half-windings 20, 21 and 22, 23.

При таком управлении инертная масса в соответствии с соотношениемWith this control, the inert mass in accordance with the ratio

,

где h - величина подъема инертной массы 29 (м);where h is the magnitude of the inert mass rise 29 (m);

g - ускорение под действием усилия 33 на инертную массу - м/с²;g - acceleration under the action of the force 33 on an inert mass - m / s ² ;

t - время действия усилия, с.t is the time of the effort, s.

За время действия усилия 33 (5÷10)·10^-3с величина h обычно не превышает 4-5 мм, при этом упругое перемещение платформы вниз и в сторону не должно превышать 2-3 мм. Обычно на одном транспортном средстве размещается N пар таких сейсмоисточников, и они попарно размещены с их боков со смещением в пространстве на 180°, создавая усилия 32 со знаками (+) или (-).During the action of the force 33 (5 ÷ 10) · 10 ^-3 s, the value of h usually does not exceed 4-5 mm, while the elastic movement of the platform down and to the side should not exceed 2-3 mm. Usually on one vehicle N pairs of such seismic sources are placed, and they are pairwise placed on their sides with a 180 ° offset in space, creating forces 32 with signs (+) or (-).

Предложенный сейсмоисточник имеет упрощенную конструкцию, повышенную надежность в работе и улучшает связь с грунтом излучающей платформы для формирования поперечных сейсмических волн, что одновременно дает повышение функциональных возможностей предлагаемого импульсного сейсмоисточника.The proposed seismic source has a simplified design, increased reliability and improves communication with the soil of the emitting platform for the formation of transverse seismic waves, which simultaneously increases the functionality of the proposed pulsed seismic source.

Claims

A seismic source containing a radiating platform connected to the vehicle through elastic elements, causative agents of mechanical forces, a loading inert mass, characterized in that the causative agents of the mechanical forces of the seismic source are each in the form of at least two electrical coils connected in opposite directions and stacked on top of each other horizontal plane in the middle part of the pathogen of mechanical forces of P-waves, made of two dielectric rectangular plates with teeth moving relative to each other grooves in their extreme parts, in the grooves of which are laid at least one pair of vertical electric coils, also connected counterclockwise and forming S-waves, the teeth of the upper and lower dielectric rectangular plates are movable relative to each other and rigidly connected to the upper dielectric a rectangular plate with a loading inert mass, and a lower dielectric rectangular plate with a radiating platform, having transverse lugs in its sole, the radiating platform, in addition, is elastically connected with loading inert mass, and electric coils laid horizontally and vertically are connected to high-current power sources.