Результат интеллектуальной деятельности: ИМПЛОЗИВНЫЙ ИСТОЧНИК ДЛЯ ПОДВОДНОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ

Использование: для проведения морской сейсмической разведки с подводных плавающих средств.

Устройство содержит: жестко закрепленный в днищевой нише полый корпус, в верхней части которого выполнено осевое отверстие для прохода штока поршня зачистки имплозивной камеры. Камера образована осевым отверстием в корпусе, гильзой, жестко закрепленной в нижней части корпуса, и нижней крышкой, жестко закрепленной в нижней части гильзы. Окна камеры выполнены в нижней части корпуса. Поршень зачистки составной, верхняя часть его жестко крепится к штоку и герметично уплотнена в соединении с ним, нижняя часть поршня крепится посредством уплотненного относительно внутреннего отверстия верхней части поршня полого ползуна, который ограничен в возвратно-поступательном движении внутренним буртом в отверстии верхней части поршня. К нижней части поршня внутри сквозного отверстия жестко крепится пружинный захват с возможностью взаимодействия с упором на осевой проточке в бойке, который свободно установлен в нижней части камеры. Осевое отверстие корпуса, где свободно перемещается поршень, имеет два ряда дренажных радиальных отверстий, связывающих его с окружающим пространством: верхний ряд у верхнего торца отверстия, нижний над самыми окнами. Имплозивная камера снизу закрыта глухим дном с обратным клапаном, который обеспечивает выход жидкости в окружающее пространство, а в верхней части имеет четыре продольных окна. Камера на всей своей длине закрыта отражателем, образующим проходное кольцевое сечение площадью не менее площади поперечного сечения поршня. Отражатель жестко крепится к уступу корпуса выше окон. Подвижное соединение штока поршня зачистки и корпуса уплотнено. К штоку в верхней его части жестко крепится нижний подшипник шатуна кривошипного механизма, приводимого во вращение через упругую муфту мотором редуктора. Внутри камеры под поршнем зачистки свободно с большим радиальным зазором установлен боек. Окна камеры находятся в открытом положении, когда все части поршня находятся в крайнем верхнем положении.

Технический результат: достижение непрерывного процесса подачи сейсмических импульсов с необходимой частотой в непосредственной близости от дна при подводном сейсмическом профилировании.

Описание изобретения:

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для возбуждения сейсмических волн.

Известен скважинный источник патент РФ N2166779, от 10.05.2001 (Классы патента: G01V 1/135, G01V 1/52), выбранного за прототип, содержащий корпус, кабельный электрический ввод, управляемый клиновой прижим, приводной электродвигатель и силовозбудитель, выполнен в виде камеры с окнами в корпусе, которые перекрываются посредством кольцевого затвора, и снабжен поршнем возвратно-поступательного движения, причем привод перемещения поршня выполнен в виде ходового винта, подсоединенного через редуктор, и управляемую муфту к валу электродвигателя, окна в корпусе размещены в нижней части камеры, а затвор, поджатый пружиной, зафиксирован защелкой, сопряженной с якорем спускового электромагнита, и над поршнем со стороны, противоположной рабочей камере, размещена газовая полость. Это очень сложное механическое устройство, использующее электрический двигатель, редуктор, управляемую двухпозиционную муфту, электромагнитный способ включения источника в работу.

Задачей изобретения является достижение длительного производства сейсмических импульсов с подводного плавающего средства.

Положительный результат достигается тем, что устройство содержит: жестко закрепленный в днищевой нише подводного плавающего средства полый корпус, в верхней части которого выполнено осевое отверстие для прохода приводного штока поршня зачистки имплозивной камеры. Камера образована осевым отверстием в корпусе, гильзой, жестко закрепленной в нижней части корпуса, и нижней крышкой, жестко закрепленной в нижней части гильзы. Окна камеры выполнены в нижней части корпуса. Поршень зачистки составной, верхняя часть его жестко крепится к штоку и герметично уплотнена в соединении с ним, нижняя часть поршня крепится посредством уплотненного относительно внутреннего отверстия в верхней части поршня полого ползуна, который ограничен в возвратно-поступательном движении внутренним буртом в отверстии верхней части поршня. К нижней части поршня внутри сквозного отверстия жестко крепится пружинный захват с возможностью взаимодействия с упором на осевой проточке в бойке, который свободно установлен в нижней части камеры. Осевое отверстие корпуса, где свободно перемещается поршень, имеет два ряда дренажных радиальных отверстий, связывающих его с окружающим пространством: верхний ряд у верхнего торца отверстия, нижний над окнами. Имплозивная камера снизу закрыта глухим дном с обратным клапаном, связывающим ее внутреннюю полость с окружающим пространством, а в верхней части имеет четыре продольных окна. Камера на всей своей длине закрыта отражателем, образующим проходное кольцевое сечение площадью не менее площади поперечного сечения поршня. Отражатель жестко крепится к уступу корпуса выше окон. Подвижное соединение штока и корпуса уплотнено. К штоку в верхней его части жестко крепится нижний подшипник шатуна кривошипного механизма, приводимого во вращение через упругую муфту мотором-редуктором. Внутри камеры под поршнем зачистки свободно с большим радиальным зазором установлен боек, имеющий дренажные пазы на боковой поверхности и на нижнем торце. Окна камеры находятся в открытом положении, когда обе части поршня находятся в крайнем верхнем положении.

В процессе сейсмического подводного профилирования на мотор подается питание, и он начинает с постоянной скоростью вращать кривошип, который будет возвратно поступательно через шатун двигать шток с поршнем. Поршень зачистки в это время может находиться в любом положении. Шатун будет перемещать поршень зачистки из крайнего нижнего в крайнее верхнее положение или в противоположную сторону. Нагрузка на кривошип при движении поршня вверх будет равна разности сил от гидростатического давления на поршне и на штоке, при движении вниз она будет равна силе от гидростатического давления на шток. При условии, что площадь сечения поршня в 2 раза больше площади сечения штока, нагрузка на кривошип будет примерно одинаковой все время, за исключением крайних точек: в нижней точке она будет почти отсутствовать, а в верхней точке будет кратковременный импульс от прихода ударной обратной волны. Эти кратковременные скачки нагрузки будут восприниматься подшипниками кривошипно-шатунного механизма, а на нагрузку мотора действовать не будут. При движении поршня из крайнего нижнего положения вверх, он будет удерживать боек посредством пружинного захвата, и нижняя часть поршня под действием сил трения ее о гильзу, собственного веса и веса бойка сдвинется относительно верхней части вниз.

В момент, когда поршень зачистки начнет открывать окна, скважинная жидкость под давлением начнет врываться в полость между поршнем зачистки и бойком, и давлением потока отсоединит боек от поршня зачистки и резко сдвинет нижнюю часть поршня вверх и откроет окна. Жидкость из полости над поршнем будет выдавливаться через нижний ряд радиальных окон в корпусе. Под поршнем зачистки будет разряжение, заполненное парами жидкости. Боек, толкаемый потоком жидкости с большой скоростью (на глубине 500 м она примерно равна 60 м/с), вместе с потоком ударится о дно камеры. Поток жидкости резко остановится, произойдет гидравлический удар, кинетическая энергия потока жидкости перейдет в энергию ударного давления, для камеры из трубы внутренним диаметром 103 мм и толщиной стенки 12 мм это будет давление, примерно равное 44,4 МПа. Использование бойка увеличивает силу удара в несколько раз, что зависит от его массы. Заполнение камеры по времени занимает менее 0,01 с. Угловая скорость кривошипа (порядка 3…4 об/мин), это обеспечит движение полного хода (порядка 400 мм) за 15…20 с. Далее поршень движется вниз и вытесняет из камеры жидкость через обратный клапан в дне крышки. В крайнем нижнем положении поршень захватит пружинным захватом боек и при обратном движении поднимет его вверх. Следующий сигнал произойдет при следующем открытии окон. Для остановки источника необходимо остановить мотор.

Данное устройство проще по своей конструкции и по управлению пуска и подготовки к следующему пуску по сравнению с известными аналогами. Оно может быть использовано как на автономных подводных плавучих средствах, так и на средствах, буксируемых на грузонесущем кабеле.

На фиг.1 изображен разрез - вид устройства по оси кривошипа в крайней нижней точке поршня зачистки; на фиг.2 изображен разрез - вид устройства перпендикулярно оси кривошипа в положении, когда поршень начинает открывать окна; на фиг.3 приспособлен только для работы в скважинах камеры в момент удара бойка по нижней крышке.

Устройство содержит жестко закрепленный в днищевой нише 1 подводного плавающего средства 2 полый корпус 3, в верхней части которого выполнено осевое отверстие для прохода приводного штока 4 поршня 5 зачистки имплозивной камеры 6. Камера 6 образована осевым отверстием 7 в корпусе 3, гильзой 8, жестко закрепленной в нижней части корпуса 3 и нижней крышкой 9, жестко закрепленной в нижней части гильзы 8. Окна 10 камеры 6 выполнены в нижней части корпуса 3. Поршень 5 является составным: верхняя часть 11 жестко крепится к штоку 4 и герметично уплотнена в соединении с ним, нижняя часть 12 крепится посредством полого ползуна 14, уплотненного относительно внутреннего отверстия 13 верхней части 11 и жесткого соединения ползуна с нижней частью, причем ползун 14 ограничен в возвратно-поступательном движении буртом 15 в отверстии верхней части 11. К нижней части 12 внутри сквозного отверстия 16 жестко крепится пружинный захват 17 с возможностью взаимодействия с упором 18 осевой проточки в бойке 19, который свободно установлен в нижней части камеры 6. Осевое отверстие 7 корпуса 3, где свободно перемещается поршень 5, имеет два ряда дренажных радиальных отверстий, связывающих его с окружающим пространством: верхний ряд 20 у верхнего торца отверстия 7, нижний ряд 21 над окнами 10. Имплозивная камера 6 снизу закрыта глухим дном 9 с обратным клапаном 22, связывающим ее внутреннюю полость с окружающим пространством, а в верхней части имеет четыре продольных окна 10. Камера на всей своей длине закрыта отражателем 23, образующим проходное кольцевое сечение 24 площадью не менее площади поперечного сечения поршня 5. Отражатель 23 жестко крепится к уступу корпуса 3 выше окон 10. Подвижное соединение штока 4 и корпуса 3 уплотнено. К штоку 4 в верхней его части жестко крепится нижний подшипник 25 шатуна 26 кривошипного механизма 27, приводимого во вращение через упругую муфту 28 мотором-редуктором 29. Внутри камеры под поршнем зачистки свободно с большим радиальным зазором установлен боек 19, имеющий дренажные пазы 30 на боковой поверхности и на нижнем торце. Окна 10 камеры 6 находятся в открытом положении, когда обе части поршня 5 находятся в крайнем верхнем положении.

В исходном состоянии, как изображено на Фиг.1, кривошип 27 находится в крайнем нижнем положении, нижняя поршневая часть 12 с ползуном 14 находится в крайнем верхнем положении относительно верхней поршневой части 11, боек 19 находится в зацеплении с захватом 17. После включения мотора 29 кривошип 27 через шатун 26 начнет поднимать шток 4 вместе с верхней поршневой частью 11. Когда при подъеме будет выбран относительный ход верхней поршневой части 11 по отношению к нижней поршневой части 12, она вместе с бойком 19, удерживаемым захватом 17, тоже начнет перемещение вверх. Под поршнем зачистки 5 будет разряжение, заполненное парами жидкости. При движении поршня 5 из крайнего нижнего положения вверх, он будет удерживать боек 18 посредством пружинного захвата 19. При этом жидкость из полости над верхней поршневой частью 11 будет выдавливаться через отверстия 20. Под поршнем 5 будет создаваться разряжение. В момент, когда поршень зачистки 5 начнет открывать окна 10 (начало изображено на Фиг.2), скважинная жидкость под давлением начнет врываться в полость между поршнем 5 и бойком 18 и своим напором отсоединит боек 18 от поршня 5 и сдвинет нижнюю поршневую часть 12 относительно штока 4 вверх, при этом резко откроются окна 10. При этом жидкость над нижней частью 12 поршня 5 будет выдавливаться через отверстия 21. Боек 18, толкаемый потоком жидкости, ударится о дно 9 камеры 6, как показано на Фиг.3. Поток жидкости резко остановится, произойдет гидравлический удар, кинетическая энергия потока жидкости перейдет в энергию ударного давления. Ударная волна несколько раз пройдет по гильзе 8, по отражателю 23 и по жидкости, выходя через свободный конец отражателя 23 в окружающее пространство, прежде чем полностью погаснет. Заполнение камеры 6 и сам сигнал по времени занимает очень короткий промежуток и потому шток 4 начнет движение вниз уже после сигнала. При движении вниз поршень 5 перекроет окна 10 в корпусе 3 и начнет выдавливать жидкость из камеры 6 через обратный клапан 22 в окружающее пространство. Дойдя до крайнего нижнего положения, шток 4 начнет движение вверх, как описано выше. Следующий сигнал произойдет при следующем открытии окон 10. Для остановки работы источника необходимо остановить мотор.