Устройство для геофизической разведки
Устройство для геофизической разведки относится к области поиска полезных ископаемых электрическим зондированием. Устройство представляет собой мобильный электроразведочный комплекс с мощным источником тока, выполненным в виде турбогенератора, укомплектованного датчиком оборотов, системой газоснабжения с регулятором оборотов, источником первичного электропитания. В состав комплекса входят блок управления, излучатель электромагнитного поля, связанный с турбогенератором через коммутатор, и выпрямительно-трансформаторный блок. Электрическая цепь за турбогенератором оснащена подгрузочным сопротивлением и быстродействующим переключателем, электрически связанным с блоком управления, с помощью которых осуществляется формирование П-образного токового импульса при электрическом зондировании геологических структур за счет переключения тока с подгрузочного сопротивления на излучатель электромагнитного поля через выпрямительно-трансформаторный силовой блок и коммутатор в начале импульса и обратно с излучателя электромагнитного поля на подгрузочное сопротивление в конце токового импульса. Ответные сигналы от токового импульса принимаются и обрабатываются блоком приема и обработки информации. Система газоснабжения перед турбиной привода электрогенератора снабжена клапаном аварийного ограничения оборотов для экстренного отключения газопитания турбины и устранения недопустимых забросов оборотов ротора турбогенератора в аварийных ситуациях.
Изобретение относится к области геофизической разведки и может быть использовано при поисковой разведке полезных ископаемых электрическим зондированием.
Известно устройство для геофизической разведки а.с. СССР №1086396 кл. G 01 V 3/04, 1984., содержащее источник питания, один выход которого непосредственно, а другой через датчик тока связаны с питающими электродами, генератор напряжения компенсации, выход которого соединен с выходом датчика тока, сумматор, компаратор, электронный ключ и усилитель с изменяемой величиной коэффициента усиления.
Указанное устройство обладает недостатком, заключающимся в том, что при использовании в качестве источника питания мощных генераторов с величиной выходного тока порядка 1000 А и вырабатываемой мощностью более 1000 кВт, что обеспечивает большую глубину зондирования и большую поверхность исследования, точность и надежность измерений падает из-за нестационарных процессов протекания тока на режимах "Запуск" и "Останов".
Известно устройство для геофизической разведки Патент РФ №2087011 кл. 6 G 01 V 3/04, 1994. (прототип) представляющее собой мобильный геолого-разведочный комплекс с мощным источником постоянного тока, выполненным в виде турбогенератора, укомплектованного датчиком оборотов, системой газоснабжения с регулятором оборотов и источником первичного электропитания.
В состав комплекса входит излучатель электромагнитного поля, связанный с мощным источником постоянного тока через коммутатор, устройство приема и обработки информации, полученной в результате зондирования. Для формирования токового импульса в цепь возбуждения турбогенератора введен стабилизатор тока возбуждения, имеющий перенастраиваемые уровни поддержания тока, который электрически связан с регулятором оборотов, а в электрической цепи, соединяющей блок управления с цепью возбуждения, установлено реле времени.
Указанное устройство обладает недостатком, заключающемся в том, что система формирования токового импульса решает задачу не полностью, лишь приближая его форму к П-образной как при нарастании тока в нагрузке, так и при его спаде в конце импульса, за счет инерционных процессов в обмотках генератора и изменении оборотов при торможении ротора турбогенератора на режиме "Останов", что ухудшает качество получаемой при зондировании информации и затрудняет ее обработку. Отсутствие в электрической схеме выпрямительно-трансформаторного силового блока не позволяет выполнить источник питания в виде генератора переменного тока с оптимальными электрическими параметрами и усложняет настройки выходных электрических параметров зондирования, сужая их возможный эксплуатационный диапазон.
Кроме того, источник питания, выполненный в виде мощного турбогенератора, как правило, должен обладать значительной массой и высокими оборотами ротора, что при возникновении аварийной ситуации (например: разрыв или обесточивание цепи возбуждения, возникновение неисправности в цепях генератора или нагрузки и др.) приведет к
значительному избыточному крутящему моменту на валу турбины, нарастанию оборотов ротора и возможному разрушению турбогенератора за время меньшее, чем время срабатывания обычной запорной аппаратуры.
Цель изобретения - повышение точности результатов электрического зондирования при проведении геофизических исследований и геологической разведки, улучшение эксплуатационных характеристик мобильного электроразведывательного геологического комплекса.
Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем источник питания, выполненный в виде турбогенератора с перенастраиваемым стабилизатором тока возбуждения и датчиком оборотов, первичный источник электропитания, излучатель электромагнитного поля с коммутатором, систему газоснабжения источника питания с регулятором оборотов, блок управления, связанный с системой газоснабжения и блоком приема и обработки информации, выходные электрические каналы турбогенератора соединены с излучателем электромагнитного поля через выпрямительно-трансформаторный силовой блок (ВТСБ) и быстродействующий переключатель, обеспечивающий переключение силовой электрической цепи с подгрузочного сопротивления на ВТСБ, связанный с излучателем электромагнитного поля через коммутатор в начале формирования токового импульса и обратное переключение с ВТСБ на подгрузочное сопротивление в конце электрического импульса, обеспечивая П-образную форму токового импульса, оптимального для электрического зондирования.
Кроме того, в магистраль подачи газа в турбину привода электрогенератора установлен клапан аварийного ограничения оборотов,
связанный с регулятором оборотов, блоком управления, и обеспечивающий минимизацию заброса оборотов ротора турбогенератора за счет экстренного прекращения газопитания турбопривода и уменьшения импульса последействия газа, находящегося в объеме перед турбиной.
Включение ВТСБ в электрическую цепь за генератором обеспечивает возможность применения в качестве источника питания генератора переменного тока с оптимальными для его конструкции выходными электрическими параметрами и значительно улучшает эксплуатационные характеристики геологоразведочного комплекса за счет упрощения настройки выходных электрических параметров комплекса, расширения диапазона настройки и улучшения его ремонтопригодности.
Таким образом, в сравнении с прототипом предлагаемое устройство полностью исключает влияние переходных процессов на формирование токового импульса и обеспечивает не только более качественную его форму по входному и выходному фронту, но и существенно улучшает эксплуатационные характеристики.
На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для геофизической разведки.
Устройство для геофизической разведки содержит турбогенератор 1, датчик оборотов 2, регулятор оборотов 3, систему газоснабжения 4, стабилизатор тока возбуждения 5, первичный источник электропитания 6, быстродействующий переключатель 7, подгрузочное сопротивление 8, выпрямительно-трансформаторный силовой блок 9, коммутатор 10, излучатель электромагнитного поля 11, блок приема и обработки
информации 12, клапан аварийного ограничения оборотов 13, блок управления 14.
Устройство для геофизической разведки работает следующим образом. Рабочее тело турбогенератора 1 подается из системы газоснабжения 4 через регулятор оборотов 3 на турбину привода генератора. При этом для обеспечения ускоренного выхода турбогенератора на номинальный режим величина тока возбуждения электрогенератора, задаваемая стабилизатором тока возбуждения 5, устанавливается такой, чтобы получить соответствующее значение тока запуска, обеспечивающего раскрутку ротора турбогенератора с пониженной электрической мощностью Iзап=0-50%Iном (от номинального значения). В начале запуска устройства положение быстродействующего переключателя 7 соответствует подключению выходной цепи электрогенератора к подгрузочному сопротивлению 8 и ее отключению от ВТСБ, так что ток в излучателе электромагнитного поля 11 отсутствует.
При достижении оборотов ротора турбогенератора, близких к номинальному значению n=90-98% nном ., от датчика оборотов 2 через регулятор оборотов 3 и блока управления 14 поступает команда к стабилизатору тока возбуждения 5 на перевод его положения на номинальное значение тока, что обеспечивает переход турбогенератора в режим номинальной нагрузки. Раскрутка ротора турбогенератора замедляется. При достижении номинальных оборотов регулятор оборотов начинает их поддерживать, изменяя температуру газа перед турбиной, а блок управления 14 выдает команду на быстродействующий переключатель 7 для переключения выходной электрической цепи турбогенератора с
подгрузочного сопротивления 8 на ВТСБ 9. Ток после ВТСБ 9 через коммутатор 10 подается в излучатель электромагнитного поля 11. В блок управления 14 перед запуском вводится информация о заданной продолжительности электрических импульсов и их количестве в одном запуске. По окончании режимной работы или в экстренном случае, от блока управления 14 подается команда на быстродействующий переключатель 7 и происходит отключение ВТСБ 9 и подключение подгрузочного сопротивления 8. Ток в излучателе электромагнитного поля 11 круто падает до нуля, формируя выходной фронт токового импульса. Далее, если в одном запуске должно производится несколько токовых импульсов, они осуществляются последовательным подключением с помощью быстродействующего переключателя 7 ВТСБ 9 и подгрузочного сопротивления 8. После завершения серии токовых импульсов или моноимпульса, одновременно с подачей сигнала на отключение ВТСБ 9 и подключение подгрузочного сопротивления 8, блок управления 14 выдает сигнал в систему газоснабжения 4 на отключение подачи рабочего тела в турбину привода электрогенератора и происходит останов ротора турбогенератора 1.
Ответные сигналы от токового импульса принимаются и обрабатываются блоком приема и обработки информации 12. При возникновении аварийной ситуации и необходимости экстренного останова турбогенератора - в момент достижения ротором определенного заданного числа оборотов выше номинального, регулятор оборотов 3 фиксирует эти обороты с помощью датчика оборотов 2 и выдает сигнал на срабатывание клапана аварийного ограничения оборотов 13, который дублируется блоком
управления 14. Происходит экстренное прекращение газопитания турбопривода от системы газоснабжения 4 подрывом пиропатрона в клапане аварийного ограничения оборотов. Этот же клапан аварийного ограничения оборотов используется для предотвращения развития аварии при возникновении неисправностей в электрических цепях устройства таких, как например, падение сопротивления изоляции, перенапряжение, перегрузка и др. по сигналам от аппаратуры электрогенератора, транслируемым через блок управления.
Коммутатор 10 может при необходимости менять полярность излучателя электромагнитного поля 11 при повторных запусках.
Устройство для геофизической разведки, содержащее источник питания, выполненный в виде турбогенератора с перенастраиваемым стабилизатором тока в цепи возбуждения, первичный источник электропитания, излучатель электромагнитного поля с коммутатором, систему газоснабжения источника питания с регулятором оборотов, электрически связанным с датчиком оборотов, блок управления, связанный с системой газоснабжения, блок приема и обработки информации, отличающееся тем, что в электрическую цепь за источником питания перед излучателем электромагнитного поля включены выпрямительно-трансформаторный силовой блок и подгрузочное сопротивление, подключаемые через быстродействующий переключатель, а магистраль подачи газа в турбину привода электрогенератора содержит клапан аварийного ограничения оборотов, электрически связанный с регулятором оборотов и блоком управления.
