Трансформатор сил и линейных перемещений источника сейсмических сигналов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ748313 Союз СоветскикСоциалистическиереспубликОпубликовано 15.07,80. Бкллетень %26Дата опубликования описания 17.07.80 По делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В. В, Ивашин, И. М. Чуркин и С. П. Чуркина фТольяттинский политехнический институт(54) ТРАНСФОРМАТОР СИЛ И ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕШЕНИЙ ИСТОЧНИКА СЕЙСМИЧЕСКИХ СИ 1 НАЛОВ1Изобретение относится к устройствам для возбуждения сейсмических сигналов при геофизической разведке, где сравнительно большие поступательные перемещения рабочего органа источника колебаний, например поршня гидравлической системы, необходимо преобразовать в малые перемещения испблнитепьного оргайа, например упругой мембраны, с регулируемой в зависимости от характера н величины нагрузки амплитудой колебания.1 ОИзвестен трансформатор сил и линейных перемещений источника сейсмических сигналов по основному авт. св. Мв 559203, содержащий заполненный жидкостью гер 15 метический бак, основание которого герметично закрыто упругой мембраной и который снабжен жесткими кольцами различного диаметра, установленными с внешней стороны упругой мембраны ЯПрименение сьемных жестких колец различного диаметра позволяет изменять активную площадь упругой мембраны и тем самым регулировать коэффициент. 2трансформации о=5 в/81 е где Ой 31 - радиальное сечение якоря и актив ная площадь мембраны, что в свою очередь, позволяет регулировать параметры сейсмических сигналов, возбуждаемые источникомРегулирование параметров сейсмических сигналов преследует цель согласования режима работы источника с физико- механическими свойствами (параметрами) нагрузки с целью повышения КПД, Нагрузкой источника сейсмических волн, как правило, служит грунт, физико-механические свойства которого от одной геофизической точки к другой могут изменяться в широких пределах, В связи с этим и с целью обеспечения на каждой геофизической точке высокого КПД коэффициент трансформации источнйка в условиях непостоянства физико-механических свойств грунта приходится менять сравнительно часто,Известное устройство для изменения коэффициента трансформации неудобно в эксплуатации потому, что замена сьемных3 748 коп ц одного диаметра на кольца другого диаметра требует затрат большого количества времени. Процесс замены одних съемных колец на другие небезопасен, так как при этом оператор, заменяющий коль5 ца, должен находится под излучателем. Кроме того, процесс изменения коэффициента трансформации требует значительных затрат физического труда. Все это усложняет управление (регулирование) парамечь-щ 0 рами излучаемых сигналов и снижает про изводительность источнике сейсмических сигналов.Белью изобретения является упрощение управления параметрами излучаемых снг налов, повышение производительности работ при использовании источника сейсмических сигналов и обеспечение воэмож-. ности механизации и автоматизации процесса изменения коэффициента трансформа ции.Поставленная цепь достигается тем, что трансформатор сил и линейных перемещений снабжен средством фиксации источника относительно земли, выполненным 25 в виде набора съемных колец различной толщины, а жесткие кольца прикреплены к упругой мембране, выполнены фигурными и расположены одно внутри другого с воэможностью перемещения друг относитель но друга и отцосительио корпуса бака, причем максимальный внешний диаметр каждого внутреннего кольца со стороны упругой мембраны больше минимального внутреннего диаметра соседнего внешне- З 5 го кольца со стороны земли, а активная площадь мембраны равна площади подвикных колец.На фиг. 1 показана первщ модификация трансформатора сил и линейных перемеще ний вместе с источником сейсмическихсигналовф на фиг. 2 - трансформатор первой модификации с коэффициентом трансформации , , на фиг. 3 - то же с. коэффициентом трансформации О(0 ( О, ) 452. фна фиг. 4 - вторая модификация трансформатора сил и линейных перемещений.В жесткий герметический корпус 1 бака (фиг, 1), заполненный жидкостью, помещен преобразователь энергии - источник 502 механических колебаний,напрймер электрический двигатель возвратно-поступательного движенияийдукционна- дйнамического типа. Рабочим органом двигателяявляется помещенный .внутрь индуктара 3 55с обмотками 4 якорь-поршень 5 с катушкой 6. Индуктор и якорь двигателя составляют гидравлическую пару цилиндр-пор 313 ,фшень, составляюшую по аналогии с электрическим трансформатором первичную сторону гидравлического трансформатора сили линейных перемещений. На верхнемосновании корпуса 1 размещена инертнаямасса 7. К нижнему основанию корпуса1 герметично прикреплена, например, спомощью болтового соединения и прижимного базового кольца 8 упругая мембрана О, Несъемное неподвижное кольцо 10расположено внутри базового кольца 8 свнутренней стороны герметического корпуса 1. Внутри кольца 10 расположенонесъемное подвижное кольцо 11 и т.д.Число распопоженных одно внутри другого колец 10, 11 определяется необходимым диапазонам регулирования коэффициента трансформации (на фиг. 1 4 показаны два кольца 10,11). Внутри последнего несъемного кольца расположенстакан 12, Рабочий зазор между подвижньпли кольцами источника (т.е. амп-литуда возможного перемещения колецдруг относительно друга и относительнобака) определяется максимальным допустимым перемещением бака относительноизлучающей плиты или поверхности земли, Трансформатор сил и перемещенийустановлен. на опорную излучаюшуюплиту 13, на которую свободно посаженнабор сменнык разъемных колеи 14, Источник с инертной массой 7 и плитой13 помещен на грунт. В таком устройстве активная площадь мембраны 9 равна площади, ограниченной внешним дивметром несъемного подвижного кольца 11,Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии трансформатора,показанном на фиг. 1, под базовым кольцом 8 расположен набор"сменных разъемных колец 14 толщиной Ьк=ЬЬ,где а Ь - рабочий зазор, на величинукоторого внутреннее подвикнае кольцо(например, кольцо 1 Ц может перемещаться относительно внешнего иеподвижнога(например, кольца 10). В результате наличия колец 14 кольца 10 заходит в зацепление с базовым кольцом 8 и становится относительно этого каьца и корпуса 1 неподвижным, а кольцо 11 и стакан12 остаются подвижными. В таком случае коэффициент трансформации устройства:й8 к+ Зсгде 8 - площадь контакта мембра-М5 748313, 68 с, - площадь контакта мембра-. подвижных относительно корпуса 1, Дляны 9 со стаканом 12;, достижения этой цели необходимо кольцо11 гк 41+ счг) активная площадь упругой 1 1 сд пать неподвижным относитвльномембраны. корпуса 1 и кольцо 10 также ыеподвижПри подключении источника электриче ным относительно корпуса 1.3ской энергии к обмоткам источника 2 им- Это достигается следующим образом, пульсиых сил (к обмоткам 4 преобразова- С помощью подьемнаго устройства (иа теля энергии) якорь-поршень б перемеща- фиг. 3,2 не показано) корпус 1 бака пе ется вниз и создает в объеме герметиче- ремещается вверх относительно плиты 13 ского корпуса 1 избыточное давление. В 0 и расположенного на ней кольца 14 нарезультате на излучающую плиту 13, под- высоту Ьи . В таком положении источвижное кольцо 11, стакан 12 и грунт ник фиксируется, например, путем замены действует некоторая сила Г = Гя и, сменного разъемного кольца 14 топщигде Р, - сила, действующая на якорь- ной Ьк на подобное ему кольцо толщиной поршень. Под действием силы Г корпус 1 5 Ь +ЛЬ, т.е. толщиной, превышающейкс кольцом 10, неподвижным относительно прежнюю толщину кольца на величину базового кольца 8 и корпуса 1, и инерт- д,Ь , В результате этого несьемное ной массой 7 перемещается вверх, а коль- кольцо 11 входит в зацепление с неподцо 11, стакан 12, подвижные относитель- вижным кольцом 10 и становится также но элементов 8,9,10 источника, и плита 20 неподвижным относительно корпуса 1, 13 перемещаются вниз. Естественно, мак-В таком случае при срабатывании иссимапьное перемещение элементов источ- точника перемешаться относительно корника, перемещающихся вверх относитель- пуса 1 будут только стакан 12 и плита но элементов, перемещающихся вниз, долж. А поскольку несьемное кольцо 11 но быть не более рабочего зазора Ь, 25 стало неподвижным относительно корпуПри равенстве такого перемещения с ве- са 1 и кольца 8, то активная площадь личиной Лв кольцо 11 становится не-мембраны источника, определяе 19.подвижным относительно кольца 10 мая площадью контакта мембраны со (фиг. 1), что автоматически изменяет ко- стаканом 12, уменьшилась, В результаэффициент трансформации и при дальней те коэффициент трансфорМации шем перемещении источника вверх на величину большую ь Ь перемещаться внизвместе с плитой будет только стакан 12.Зд яяВ результате такого взаимодействия грунт,ф "СЮ Кц СдЯна который установлена плита 13, деформи 5руется на некоторую величину СР, равную стал больше коэффициента трансформации, перемещению плиты вниз относительно ис- имеющего место в состоянии источника, ходкого состояния. Деформация сопровож- показанном на фиг. 1,3,4, дается распространением вглубь грунта Если внутри кольца 11 (фиг. 2) за сейсмических волн, Деформация сР зависитю счет уменьшения диаметра стакана 12 от величины коэффициента трансформации разместить еще одно несьемное кольцо, и определяется плотностью грунта. Для соединенное с кольцом 1 1 аиапогично деформации грунта малой плотности требу- томукак соединены кольца 10 и 11, то ются малые силы , но важны большие путем поднятия корпуса 1 с неподвижны- деформации СР, а поэтому значение коэф ми кольцами 10 и 11 на расстояние ЬЬ фициента трансформации, определяемого относительно плиты 13 и земли получим отношением радиального сечения якоря еще большее значение коэффициента траипоршня 5 к активной площади упругой сформации.мембраны 9, необходимо увеличивать, На Уменьшение коэффициента трансформа- грунтах большой плотности, где важны 50 ции достигается увеличением активной малы деформация д и большая сила Р, площади мембраны. Для этого опускают с значение коэффициента трансформации не- последующей фиксацией корпус 1 (см, обходимо уменьшить. фиг. 3) с инертной массой 7 и неподвижДля увеличения коэффициента трансфор- ным кольцом 10 на высоту, равную рабомации относительно исходного положения 55 чему зазору 4 Ь относитапьно излучаю источника необходимо уменьшить активную щей плиты. Предварительно сменное раплощадь 3 ц мембраны 9, (см. фиг. 2), зьемное кольцо 14 должно быть убрано т,е. необходимо уменьшить площадь колец,(фиг. 3). При опускании корпуса относи- ф7 . 748 тм по поверхности земли несьемное неподвижное кольцо 10 выходит иэ зацепления с базовым кольцом 8 и становится подвижным относительно корпуса 1, Это обуславливает увеличение суммарной площади подвижных несьемных колец увели чение активной площади 3 упругой мам= браны и уменьшение коэффициента трансформации.Минимальное значение коэффициента 10 трансформации устройства ограничивается площадью ( внутренним диаметром) отверстия базового кольца 8, а его максимальное значение - площадью (диаметром) стакана .12., 15Фиксация в определенном положении относительно плиты 13 инертной массы 7, корпуса 1 с кольцом 8 и неподвижно соединенньгх с ним колец 10, 11, и т.д, осуществляется посредством подъемного 20 устройства, способного удерживать источник в фиксируемом положении (в этом случае необходимость в кольце 14 отпадает), и набора сменных разьемных колец 14 различной толщины Ь, (фиг. 2,3).г 5В последнем случаепри увеличении коэффициента трансформации (при поднимании источника относительно втиты) разъемное кольцо 14 заменяют кольцом толщиной, превышающей прежшою толщину кольца 14 З 0 на величину ЬЬ , После опускания источника он базовым кольцом 8 опирается на кольцо 14. При уменьшении же коэффициента трансформации (при опускании источника относительно плиты), наоборот, разъемное кольцо 14 заменяют на кольцо толщиной, меньшей прежней толщины кольца 14, на величину 6 Ь.В модификации конструкции устройствана фиг. 4 изменение коэффициента транс формации реализуется также, как и в конструкции на фиг." 1,"путем изменения положения корпуса 1 относительно излучающей плиты 13. При этом при поднятии на высоту ЬЬ . корпуса 1 относительно плиты 4513 несьемное кольцо 11, выполненное как "и несъемные кольца 8, 10 в виде усеченного полого конуса, становится как и кольцо 10 неподвижным относитапьно корпуса 1, что обуславливает уменьшение активной площади мембраны 9, уменьшение суммарной площади подвижных колец и увеличение коэффициента трансформации И При положении источника, соответствующем фиг. 4, поднятие корпуса 1 на высоту ЬЬ М . относительно поверхности земли и фиксации его в таком положении, например, по- средством разъемного сменного кольца 313 814, приводит при срабатывании источникак перемещению относительно корпуса только стакана (конуса) 12, площадь верхнего основания которого и определяет минимальную активную плошадь мембраны имаксимальный коэффициент трансформации.При опускании же корпуса 1 относительно поверхности земли на,высоту ЛЬ(предварительно сменное раэьемное кольцо 14 необходимо убрать) несьемное кольцо 10, как и кольцо 11 и стакан 12,становятся подвижными относительно базового кольца 8 и корпуса 1, что обуславливает увеличение суммарной площадиподвижных копец, увеличение активнойплошади мембраны и уменьшение коэффи циента трансформации.Предложенные конструкции трансформатора позволяют управлять параметрами излучаемых сигналов путем изменения расстояния корпуса источника относительно поверхности земли. Значительно упрощается управление параметрамиизлучаемых сигналов, что позволяет существенно расширить диапазон регулирования параметров и таким образом расширить технические возможности использования источника на самых различныхпо физико-механическим свойствам грунтах.Простота конструкции, а также безопасность обслуживания при изменении коэффициента трансформации также являются преимушествамй предлагаемого устройства, Оператор непосредственно непринимает участия в процессе, связаннымс изменением коэффициента трансформации(если подьемное устройство позволяетфиксировать в нужном положении источникотносительно плиты),Использование настоящего изобретенияпозволяет внедрить механизацию и комплексную автоматизацию проведения геофизических работ, что приводит к повьцдениюпроизводительности и снижению себестоимости поисковых работ,Увеличению проижодитепьности способствует также снижение затрат времени навесь процесс изменения коэффициентатрансформации, Например, лабораторные иполевые испытания излучателей с известным трансформатором показали, что на иэмененйе коэффициента трансформации затрачивается 2-3 ч работы друх операторов.В предлагаемом устройстве на это потребуются считанные секунды работы одногооператора. Это время в основном требуется на поднятие и опускание источника9 748313 10 подъемным средством, имеющимся как в . сткие кольца прикреплены к упругой мемизвестном устройстве, так и в предложен- бране, выполнены фигурными н расположены ном, на высоту Ь(3-5) мм. одно внутри другого с возможностью перемещения друг относительно друга и отф о р м у л а и з о б р е т е н и я 5 носительно корпуса бака, причем максимальный внешний диаметр каждого внутТрансформатор сил и линейных пере- реннего кольца со стороны упругой меммещений источника сейсмических сигналов бракы больше минимального внутреннего по авт. св, Ъ 559203, о т л и ч а ю - диаметра соседнего внешнего кольца со щ и й с я тем, что, с целью упрощения1 р стороны земли, а активная площадь мемуправления параметрами излучаемых сит- браны равна площади подвижных колеп, налов и повышения производительности Источники информации, проведения сейсмических работ, он снаб- . принятые во внимание при экспертизе жен средством фиксации источника относи. Авторское свидетельство СССР тельно земли, выполненным в виде набора 1559203, кл, Я 01 Ч 1/04, 1975 съемных колец различной толщины, а же- (прототип).