Трехосный гироскопический блок

 

Полезная модель относится к области навигационной техники, а именно к гироскопической аппаратуре миниатюрного исполнения, для контроля ориентации скважин в нефтегазовой промышленности, и использования в навигационных системах самолетов, кораблей и космических аппаратов. Патентуемый трехосный гироскопический блок 1 бортовой инерциальной навигационной системы 2 содержит вакуумируемый металлический корпус 3 в виде односекционного монолитного стержня, в посадочные гнезда которого герметично установлены газопоглотитель и три одноосных твердотельных волновых гироскопа 4(ТВГ), каждый из которых содержит полусферический резонатор 5 с центральным держателем 6 стержневого типа, выполненный из кварцевого стекла, и установленную внутри резонатора с зазором к внутренней поверхности его полусферы электромеханическую плату 7, выполненную в форме шарового сегмента 8 с центральной выборкой 9 и специальными электродами 10, используемыми для возбуждения резонатора и регистрации его колебаний, и с соответствующими гермовыводами и токоподводами для пристыковки к блоку электроники 11, обслуживающему ТВГ и состоящему из трех каналов электроники, установленных на общем основании треугольного сечения параллельно продольной оси корпуса с ТВГ, при этом сформированые в теле корпуса посадочные гнезда 14 последовательно и ортогонально расположены одно за другим и сообщены между собой общим вакуумируемым каналом 13, а соединенные между собой установочно-присоединительными элементами блок электроники и гироскопический блок размещены в защитном кожухе 22 и зафиксированы в нем амортизирующими кольцами 23, выполненными из пластичного материала, например, полиуретана. Амортизирующие кольца могут быть выполнены монолитными или составными из нескольких колец из разных материалов, например, полиуретана и фторопласта. Газопоглотитель может быть выполнен в двух вариантах. В первом варианте газопоглотитель имеет собственный корпус, внутри которого находится активное вещество и нагревательный элемент, например, спираль. Электрическая связь с нагревательным элементом осуществляется через гермоввод. Активное вещество выполнено из сплавов различных металлов таких как титан, алюминий, цирконий, ванадий и др, способных при их нагревании активно поглощать молекулы воздуха: азот, водород, аргон и др. Во втором варианте активным элементом газопоглотителя является металлическое кольцо, выполненное также, как и в первом варианте из сплавов активных металлов (титан, алюминий, цирконий, ванадий и др.) и прикрепленное к крышке, к которой снаружи подводится тепло, позволяющее нагревать до температуры 300°C ту часть корпуса, где находится газопоглотитель, без ущерба для работы встроенных в корпус трех гироскопов. Патентуемая конструкция обладает повышенной вибрационной и ударной прочностью и обеспечивает длительный ресурс работы гироскопического блока. 3 з.п. ф-лы., 9 ил.

Полезная модель относится к области навигационной техники, а именно к гироскопической аппаратуре миниатюрного исполнения, для контроля ориентации скважин в нефтегазовой промышленности, в навигационных системах самолетов, кораблей, космических аппаратов.

Известен трехосный гироскопический блок [1] бортовой инерциальной навигационной системы, содержащий вакуумируемый металлический корпус цилиндрической конфигурации с соответствующими установочно-присоединительными элементами и три герметично встроенных в него с последовательным расположением один за другим и непараллельной, в частности, ортогональной ориентацией по отношению друг к другу, одноосных твердотельных волновых гироскопа (далее ТВГ), каждый из которых выполнен из двух изготовленных из кварцевого стекла и скрепленных между собой деталей, одной из которых является снабженный центральным держателем стержневого типа полусферический резонатор, а другой - располагаемая с зазором внутри последнего электромеханическая плата, примыкающий к внутренней поверхности полусферы фрагмент которой сформирован в виде шарового сегмента с центральной выборкой и восемью электродами круглой, трапециевидной или иной формы, используемыми для возбуждения резонатора и регистрации его колебаний и снабжен соответствующими гермовыводами и токоподводами для подсоединения к обслуживающему гироскопы блоку электроники вышеупомянутой системы, при этом в нем вакуумируемый корпус выполнен в виде односекционной монолитной детали стержневого типа, в теле которой сформированы четыре последовательно расположенные одно за другим и сообщенные между собой общим вакуумируемым каналом посадочные гнезда, три из которых непараллельно, и в частности, ортогонально ориентированные по отношению друг к другу, предназначены для размещения твердотельных волновых гироскопов, а четвертое - под единый для всех вакуумируемых полостей газопоглотитель с поглощающей способностью, рассчитанной на весь срок эксплуатации блока, причем с одной из торцевых сторон вакуумируемый объем ограничен телом продольно ориентированного гироскопа, а с другой - используемым для откачки воздуха и обезгаживания ниппелем, наружная и торцевая поверхности полусфер резонаторов каждого из гироскопов металлизированы для формирования рабочей емкости между резонаторами и соответствующими электромеханическими платами, резонаторы и электромеханические платы каждого из гироскопов жестко сочленены друг с другом напрямую посредством клеевого соединения или методом пайки, без использования каких-либо промежуточных деталей, и в таком виде через прикрепленные к ним металлические стыковочные крышки, снабженные развитыми кольцевидными присоединительными буртиками, подвешены на опорно-установочных поверхностях посадочных гнезд корпуса с ориентацией полусферами резонаторов в сторону донной части гнезд и жестким закреплением и герметизацией по месту монтажа посредством сварки, причем поперечно ориентированные гироскопы заглублены в гнезда заподлицо с внешними обводами цилиндрической поверхности корпуса, а продольно ориентированный - экранирован снаружи присоединяемым к торцевой части последнего защитным хвостовиком, используемые для соединения электродов плат гироскопов с блоком обслуживающей их электроники инерциальной навигационной системы, гермовыводы размещены на стыковочных крышках, для прокладки токоподводов в корпусе сформированы монтажные пазы, а сама прокладка их при этом выполнена по кратчайшим трассам с дискретным закреплением в пазах при помощи соответствующей мастики или герметика.

Несмотря на очевидные достоинства, указанному устройству присущи следующие недостатки:

- в конструкции отсутствуют амортизирующие кольца, уменьшающие вибрационную и ударную прочность гироскопического блока при его эксплуатации, что снижает надежность и ресурс работы гироскопического блока (гироблока);

Несмотря на отмеченные недостатки, указанное техническое решение можно принять за прототип, как наиболее близкий аналог.

Задачей предлагаемой полезной модели является достижение технического результата, направленного на устранение недостатков прототипа и создание конструкции с улучшенными точностными характеристиками, повышенной вибрационной и ударной прочностью, увеличенным ресурсом работы.

Этот технический результат согласно предлагаемой заявке на полезную модель достигается тем, что соединенные между собой установочно-присоединительными элементами блок электроники и гироскопический блок размещены в защитном кожухе и зафиксированы в нем амортизационными кольцами, выполненными из пластичного материала, например, полиуретана.

Кроме того, трехосный гироскопический блок снабжен газопоглотителем с корпусом, внутри которого находится активное вещество и нагревательный элемент, например, спираль, при этом активное вещество выполнено из сплавов различных металлов, например, таких как титан, алюминий, ванадий, способных при их нагревании активно поглощать молекулы воздуха: азота, водорода, аргона и др., при этом электрическая связь с нагревательным элементом осуществляется через гермоввод. Газопоглотитель может быть выполнен также в виде металлического кольца из сплавов указанных выше металлов и прикреплен к крышке, к которой снаружи подводится тепло, позволяющее активировать процесс поглощения молекул воздуха.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где изображены:

на Фиг.1 - общий вид автономного скважинного инклинометра, опущенного в забой;

на Фиг.2 - выносной элемент I на Фиг.1;

на Фиг.3 - разрез А-А на Фиг.2;

на Фиг.4 - выносной элемент III на Фиг.2 (газопоглотитель с нагревательным элементом - спиралью, вариант 1);

на Фиг.5 - выносной элемент III на Фиг.2 (с крышкой, к которой подводится тепло, вариант 2);

на Фиг.6 - выносной элемент II на Фиг.1;

на Фиг.7 - разрез Б-Б на Фиг.6;

на Фиг.8 - выносные элементы IV на Фиг.6;

на Фиг.9 - общий вид полусферического резонатора и электромеханической платы ТВГ в расстыкованном положении в аксонометрической проекции.

Конструктивно патентуемый трехосный гироскопический блок 1 бортовой инерциальной навигационной системы 2 (Фиг.2) содержит вакуумируемый металлический корпус 3 цилиндрической формы и три герметично встроенных в него с последовательным расположением один за другим ТВГ 4. Каждый ТВГ (Фиг.9) состоит из изготовленного из кварцевого стекла полусферического резонатора 5, снабженного центральным держателем 6 стержневого типа (ножкой), и установленной с зазором внутри резонатора 5 электромеханической платы 7, примыкающей к внутренней поверхности полусферы резонатора 5. Электромеханическая плата 7 выполнена в виде шарового сегмента 8 с центральной выборкой 9 и снабжена специальными электродами 10, используемыми для возбуждения резонатора и регистрации его колебаний, и соответствующими гермовыводами и токоподводами (на чертеже не показаны) для присоединения к блоку электроники 11, обслуживающему ТВГ. Электронный блок 11 (Фиг.6 и Фиг.7) представляет из себя три канала электроники, расположенные параллельно продольной оси гироскопического блока 1 на общем основании 12 треугольного сечения.

Блок 11 снабжен присоединительными элементами (на чертежах не показаны). Вакуумируемый металлический корпус 3 гироскопического блока 1 выполнен в виде односекционной монолитной детали стержневого типа. В теле корпуса 3 сформированы четыре последовательно расположенные одно за другим и сообщенные между собой общим вакуумным каналом 13 посадочных гнезда 14.

Три из указанных посадочных гнезда 14 ориентированы по отношению друг к другу непараллельно и, в частности, ортогонально, и служат для размещения в них ТВГ 4, а четвертое гнездо предназначено для установки единого для всех вакуумируемых полостей корпуса 3 газопоглотителя 15 с поглощающей способностью, рассчитанной на весь срок эксплуатации гироскопического блока. Газопоглотитель 15 может быть выполнен в двух вариантах (Фиг.4 и Фиг.5). В первом варианте (Фиг.4) газопоглотитель имеет собственный корпус 16, внутри которого находится активное вещество 17 и нагревательный элемент 18 (например, спираль). Электрическая связь с нагревательным элементом осуществляется через гермоввод 19. Активное вещество выполнено из сплава различных металлов, таких как титан, алюминий, цирконий, ванадий и др, способных при их нагревании активно поглощать молекулы воздуха: азот, водород, аргон и др.

Во втором варианте (Фиг.5) активным элементом газопоглотителя является металлическое кольцо 20, выполненное также, как и в первом варианте, из сплавов активных металлов (титан, алюминий, ванадий, цирконий и др.) и прикрепленное к крышке 21, к которой снаружи подводится тепло, позволяющее нагревать до температуры 300°С ту часть корпуса 3, где находится газопоглотитель 15, без ущерба для работы встроенных в корпус трех гироскопов.

Т.к. корпус выполнен односекционным - это позволяет объединить возлагаемые на него функции крепления размещаемых в нем элементов и вакуумирования монтажных полостей. Простота конструктивного исполнения корпуса придает ему высокую технологичность и обеспечивает необходимое удобство монтажа и обслуживания встраиваемых в него элементов (ТВГ, газопоглотитель, электрокабели).

Конструкция корпуса обладает необходимой прочностью и жесткостью при минимально возможных габаритах (диаметр не превышает 40 мм), что позволяет минимизировать размеры корпуса и обеспечить достаточно высокое весовое совершенство конструкции.

Трехосный гироскопический блок 1 бортовой инерциальной навигационной системы 2 и блок электроники 11, обслуживающий гироскопы, соединяются между собой с помощью установочно-присоединительных элементов (на чертежах не показаны), монтируются соосно и последовательно друг за другом в защитном (охранном) кожухе 22 (Фиг.2, 3, 6, 7), выполненном преимущественно в виде металлической трубы, и фиксируются двумя парами амортизирующих колец (уплотнителей) 23 и 24 (соответственно) из пластичного материала, например, полиуретана, фторопласта и др. Уплотнители могут быть как монолитными, так и многослойными, т.е. выполненными составными из нескольких колец из разных материалов (как это показано на Фиг.8). Количество амортизирующих колец (уплотнителей) 23 и 24 и их конструкция выбираются из условия удобства монтажа и обеспечения вибрационной и ударной прочности.

Работа патентуемой конструкции иллюстрируется на примере применения инклинометров 26, которые при бурении нефтегазовых скважин 27 опускаются в скважину 28 на кабеле 29.

Трехосный гироскопический блок 1 входит в состав бортовой навигационной измерительной системы 2 инклинометра 26, являющегося одним из функциональных звеньев буровой колонны, и позволяет, не нарушая процесса бурения, определять угловую ориентацию скважины.

Гироскопический блок измеряет и передает наверх информацию об угловых параметрах скважины во время спуска/подъема на кабеле.

Патентуемая конструкция обладает повышенной вибрационной и ударной прочностью и обеспечивает длительный ресурс работы гироскопического блока.

Источники информации:

1. Патент RU 2344287, кл. МПК E21B 47/022, G01C 9/00 (2006.01). Трехосный гироскопический блок. Приоритет от 20.07.2008 г.

2. Патент RU 2207512, кл. МПК G01C 21/12, F17D 5/06, G01N 27/86. Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд. Приоритет от 27.06.2003 г.

3. Патент RU 2206871, кл. МПК G01D 17/02, G01N 29/04. Способ определения локационных смещений магистральных трубопроводов. Приоритет от 20.06.2003 г.

4. Патент RU 2193654, кл. МПК E21B 47/022. Комплекс инклинометрической скважинной аппаратуры и способ определения траектории скважин. Приоритет от 10.11.1997 г.

5. Патент RU 2169903, кл. МПК G01C 21/12. Гироскопическая навигационная система. Приоритет от 27.06.2001 г.

6. Патент RU 2095563, кл. МПК E21B 47/022, G01C 19/00. Гироскопический инклинометр. Приоритет от 27.06.2003 г.

7. Патент US 6453239, кл. МПК E21B 47/022. Опубл. 17.09.2002 г.

8. Патент US 5712427, кл. МПК G01P 9/04. Опубл. 27.01.998 г.

1. Трехосный гироскопический блок бортовой инерциальной навигационной системы, характеризующийся тем, что он содержит вакуумируемый металлический корпус в виде односекционного монолитного стержня, в посадочных гнездах которого герметично установлены газопоглотитель и три одноосных твердотельных волновых гироскопа (ТВГ), каждый из которых содержит полусферический резонатор с центральным держателем стержневого типа, выполненный из кварцевого стекла, и установленную внутри резонатора с зазором к внутренней поверхности его полусферы электромеханическую плату, выполненную в форме шарового сегмента с центральной выборкой и специальными электродами, используемыми для возбуждения резонатора и регистрации его колебаний, и с соответствующими гермовыводами и токоподводами для пристыковки к блоку электроники, обслуживающему ТВГ и состоящему из трех каналов электроники, установленных на общем основании треугольного сечения параллельно продольной оси корпуса с ТВГ, при этом сформированые в теле корпуса посадочные гнезда последовательно и ортогонально расположены одно за другим и сообщены между собой общим вакуумируемым каналом, а соединенные между собой установочно-присоединительными элементами блок электроники и гироскопический блок размещены в защитном кожухе и зафиксированы в нем амортизационными кольцами, выполненными из пластичного материала, например полиуретана.

2. Трехосный гироскопический блок по п.1, отличающийся тем, что в нем газопоглотитель снабжен корпусом, внутри которого находится активное вещество и нагревательный элемент, например спираль, при этом активное вещество выполнено из сплавов металлов таких, например, как титан, алюминий, цирконий, ванадий, способных при их нагревании активно поглощать молекулы воздуха: азот, водород, аргон и др., а электрическая связь с нагревательным элементом осуществляется через гермоввод.

3. Трехосный гироскопический блок по п.1, отличающийся тем, что в нем газопоглотитель выполнен в виде металлического кольца из сплавов активных металлов, например, таких как титан, алюминий, цирконий, ванадий, способных при их нагревании активно поглощать молекулы воздуха: азота, водорода, аргона и др., и прикреплен к крышке, к которой снаружи подводится тепло, позволяющее активировать процесс поглощения молекул воздуха.

4. Трехосный гироскопический блок по п.1, отличающийся тем, что в нем амортизирующие кольца выполнены монолитными или составными из нескольких колец из разных материалов, например, полиуретана и фторопласта.



 

Похожие патенты:

Предлагаемый перестраиваемый микрополосковый резонатор СВЧ относится к области СВЧ микроэлектроники и предназначен для работы в составе фильтров СВЧ и генераторах СВЧ в качестве элемента с электрическим управлением резонансной частотой.
Наверх