Источник сейсмических волн

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (1)634695

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлено 240873 (21) 1956243/18-25 (23) Приоритет — (32) 06.09.72 (31) 286739 (38) США (43) Опубликовано 2511.78.Бюллетень М 43 (45) Дата опубликования описания 261178

М. Кл.

Q 01 I/ 1/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 550.834 (088.8) Иностранцы

Клиффорд Дуглас Дрансфилд и Филлип Вильям Вайз (США) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма Атлантик Ричмонд Компани (США) Pl) Заявитель (54) ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к методам и аппаратуре для возбуждения сейсмических волн, в частности, на болотистой местности.

Известно устройство для возбуждения сейсмических волн — откатная сейсмическая импульсная установка

Петерсона, которое выполнено в виде удлиненной. конструкции 11) .

В этом устройстве два поршня располагаются в вертикальном цилиндре и взрыв газа генерируется между ними, что приводит один поршень при взаимодействии с другим к движению вверх, в то время как другой поршень двигается вниз в сторону наковальни или пластины ударника. Эти поршни относительно тяжелы — 1670,2000 и 900 кг, а вес наковальни составляет приблизительно 450 кг.

Пластина ударника, по которой передвигается наковальня, весит приблизительно 1800 кг ° Таким образом, общий вес устройства Петерсона составляет приблизительно 5000 кг. Следует отметить, что ход поршня весоу

1670 кг составляет приблизительно

48 см, а ход поршня весом 900 кг приблизительно 55 см.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является источник сейсмических волн, содержащий удлиненный закрытый с торцов корпус, поршень внутри корпуса, несомый штоком, проходящим через отверстие в одном иэ торцов корпуса, топливопроводящую трубу и выпускной канал (21.

В устройстве используются клапанные устройства или блоки, посредством которых гаэ или топливо, инжектируемые в аппарат, регулируются. Ввиду того, что клапаны являются клапанами одного направления обеспечивается поток топлива в одном направлении в камеру сгорания аппарата и предотвращается поток газа иэ камеры. Однако клапаны сложны, требуют обслуживания и ненадежны.

В связи с большими толчками, происходящими в результате взрывов в камере сжатия, не все из них передаются на землю, часть энергии поглощается самим устройством и окружающими его элементами. Даже в устройствах, имеющих очень короткие ходы поршня, порядка 1 см, быстрое относительное перемещение поршня и стенки камеры сжатия является причиной значительного фрикционного усилия.

6 34695 выделения тепла и значительного износа частей.

Это устройство также имеет большие габариты и вес, при этом только поршень и шток весят приблизительно

850 кг.

Целью изобретения является уменьшение поперечных; размеров источника и,повышение надежности.

Достигается это тем, что к поршню прикреплена коаксиальная по отношению к корпусу труба, образующая в нем камеру сгорания, а поршень и шток выполнены полыми по всей длине и в образованной таким образом полости размещены выпускной канал с топливоподводящей трубой, расположенной внутри выпускного канала.

На фиг.1 дан источник сейсмических волн с поддерживающим механизмом, вид сбоку; на фиг.2 — сечение внутренней конструкции источника сейсмичес,ких волн, вид сбоку.

Источник сейсмических волн содержит камеру газового взрыва 1, которая поддерживается запирающим блоком 2, закрепленным рамой 3 на станине 4 грузовика или другого транспортного

25 средства .

Камера содержит цилиндр 5, в котором располагается блок поршня б. Несмотря на то, что цилиндр 5 и связанные части показаны цилиндрическими, следует отметить,что .другие формы могут быть в равной степени использованы в соответствии с принципами изобретения. В цилиндр входит нижний элемент 7, который соединяется с внутрен-85 ней стенкой 8 цилиндра 5 посредством упорной резьбы 9,которая представляет большое сопротивление силам, направленным на нижний элемент 7 относительно цилиндра 5.Нижний элемент 7 внедряет- 40 ся при использовании относительно большой энергии в поверхность земли,и дополнительно образует цилиндрическую головку в нем,чтобы взрыв происходил непосредственно над ней. Таким обра- 45 зом, упорная резьба снижает любую тенденцию усилий, направленных сверху на нижний элемент 7 от внешнего расплющивания торца цилиндра 5, что могло бы ослабить взаимное зацепление 50 между нижним элементом 7 и цилиндром 5. B связи с тем, что силы воздействия на нижний элемент 7 имеют большую величину, заплечник упорной резьбы располагается таким. образом, чтобы оказывать максимальное сопротивление этим усилиям. В дополнечии к этому, торец 10 цилиндра 5 может быть скошен под углом, например, в 30,а.. как показано на чертеже,и может бить ® осуществлен выступ 11 на нижнем элементе 7 для плотной подгонки и скосу 10 цилиндра 5.

Таким образом, высокие давления, которые воздействуют на цилиндр 5 нижний элемент 7 будут меньше наклонены по отношению к волнистости или резьбе на стенках цилиндра поблизости от дна. С помощью множества винтов нижний элемент 7 поддерживается с возможностью вращательного движения в его резьбовом соединении с цилиндром 5. Например, на фиг.2 показан винт 12, проходящий через нижний элемент 7 для зацепления или ввинчивания в фаску 13 цилиндра 5.

Подобным образом верхняя часть цилиндра 5 закрывается верхним элементом 14, который подобно нижнему элементу 7 скрепляется посредством упорной резьбы 15 с верхней частью цилиндра 5. Верхний элемент 14 дополнительно имеет упор 16, контактирую-. щий со скошенным торцом 17 цилиндра 5.

Коаксиально относительно цилиндра внутри него располагается поршневой блок 18, который содержит основную массу поршня 19, которая прикрепляется к поршневому стержню 20. Как показано,поршневой стержень 20 может быть приварен с помощью сваривающего материала 21, или может быть прикреплен другим способом к фланцу 22, который прикреплен с помощью болтов к поршню 19. Стержневой поршень имеет такую длину, которая обеспечивает ему продвижение поршня 19 до середины цилиндра 5 для образования первой камеры сгорания 23 над поршнем 19 и второй камеры сгорания 24 под поршнем 19 внутри цилиндра 5. Цилиндр 25 расположен под поршнем 19 в нижней камере сгорания 24, диаметр цилиндра немного меньше, чем стенка 8 основного цилиндра 5. Цилиндр 25 имеет такую длину, что, когда поршень 19 находится в положении до момента зажигания в камере сгорания 24, его торец 26 смежен по отношению к нижнему элементу 7. Цилиндр 25 приваривается посредством сваривающего материала

27 к поршню 19. Для качественной сварки верхние углы цилиндра 25, а также кромка, на которую опирается цилиндр

19, должны иметь форму Ч -образной канавки для помещения сваривающего материала. Таким образом, сваривающий материал может быть гладко обработан, чтобы не препятствовать движению вниз и вверх поршневого блока 18.

По всей длине оси поршневого стержня 20 располагается внутренний канал стенки 28> связанный со множеством выхлопных отверстий 29, смежных или расположенных поблизости от верхней части поршневого стержня 20. Заглушки 30 ввинчиваются в выхлопные отверстия 29 и имеют отверстия 31 такого диаметра чтобы обеспечить требуемое обратное давление на выхлопные газы.

Пластина 32, имеющая множество отверстий 33-, проходящих через нее между внутренней стенкой 28 камеры— поршневого стержня 20 и камерой сго634695 рания 24, содержит полость 34 поршневого стержня 20. Диаметр отверстий 33 выполняется таким образом, чтобы оказывать частичное Обратное давление на газ, протекающий через них для того, чтобы обеспечить поддержание желательного давления сгорания газов, инжектированного в камеру сго- 5 рания 24. Пластина 32 фиксируется в массе поршня 19 давлением поршневого стержня, направленным в них, удерживаемым в положении болтовым фланцем 35. Сверху верхнюю часть поршне- )0 вого стержня 20 прикрывает верхний элемент 36, который может быть прикреплен посредством болтов 37 или другим способом в поршневому стержню 20. Для предотвращения выходов газа с большой скоростью через отверстия 29 и в связи с этим вреда персона" лу, находящемуся поблизости, кожух

38 может быть обычным образом закреплен для отведения выхлопных газов.

Труба 39 для подвода топлива закрепляется в пластине 32 и Располагается коаксиально вдоль его длины пластинах 36 и 32 и поршневого стержня 20 для введения в камеру сгорания

24 таким образом, чтобы торец трубки

40 нахОДился I!pff близит(ль нО B середине камеры сгорания 24. Tajfoe pacrio ложение выхода трубки 39 в камере сгорания 24 облегчает продувание или удаление газов, получающихся в результате сгорания (не показаны), из камеры сгорания. Трубка приваривается к пластине 32 и закрепляется в

О -образном кольце 41 из силиконового материала или подобного материала в 38 верхней пластине 36. Таким образом, когда трубка 39 подвергается действию тепла, она легко переносит это в О -образном кольце 41. Газ,который должен подаваться в камеру сгорания

24, может быть любым горючим газом, например пропацо л или подобным газом. Газ подается через гибкую трубку

42 к инициатору 43 во внутреннюю часть проходящей трубы 39. Хотя сложные клапаны регулирования подачи топлива не требуются при работе каме- 45 ры 1, клапан может быть использован для изолирования взрыва топлива в камере сгорания 24 от баков с топливом. Таким образом, этот клапан может быть ненаправленного действия для 80 того, чтобы не препятствовать потоку газа через эти клапаны в направлении к камере сгорания 24, но который препятствует потоку газа, проходящему через него в направлении от этой ка- 51 меры.

Для облегчения относительного пере мещения цилиндра 5 и поршневого блока

18 и для обеспечения изоляции давления между верхней и нижней камераьил

23 и 24, имеются металлические кольца 44 и 45. Эти кольца располагаются вокруг поршня 19 и цилиндра 25 и как показано на фиг.2,одно из них располагается на цилиндре 25 вблизи торца 26, а другое. располагается на поршне 19 вблизи его торца, и соприкасаются с внутренней стенкой 8 цилиндра 5. Кольца 44 и 45 могут быть изготовлены из силикон-бронзы или другого подобного материала, который может выдержать усилия, возникающие при трении, направленные вверх и вниз и генерируемые при относительно длинном перемещении поршневого блока 18.

Дополнительной изоляцией,поршневого блока 18 от верхней камеры 23 и камеры сгорания 24 являются динамические уплотнения 46 и 47, расположенные соответственно в углублениях

48 (» 49,- сме;:".--. - ат(: —.. =,т: —: -:и н :"-:ей зом (НH с()пр1:;-.=" с.:1:. :--..::-:— :,=.=.-. :ей стенкой в цилiiнeд::-,; :. О ::! е:- я . .оГут дополнител:-но со- ep;":!ать Од .о нли

Н О ) ВДОЛЬ Е ГС(ДЛ1-:! . i. Д »:- .: !ОЛ H 1I; !" e i Ü*-|ОГО ЗаЦer!Rej!F!!i C СОС:; За; -т, х 1 . стенками по котор ".! Этк =--лементы смещаются "TJ(!i Обеc!fed -:" = ДО-.(- f! (,", (тельной изОля!: Н, п1(ОТ!! . :.:я -- о 1-: 4 7 должны также "=ть .з О.....:::- (ь: н прочного матер!!Э(1:,- спо -. ".:: . -;ы,(. «Р:- .:=.ть лий,которые . "-"= — :, 5

;ieH длH Зтo

ДЛЯ вЂ”.,(П-;Л.=.1.—,=. (-,; „;Ренних !. О. )c r:.:I - ..",: - . . . " "с- "-: . -! eс j;oe уплотн — H;f e р -1одоб1!».:=. Д:jHB!»Ичe( кому уплотне1т<о,может быть введено в базовый элемент 7, напрл:.е1) уплотнение 48. Подоб ==(.f Образсм обеспечиваются статические у-лотн=-.ния 4 и 50 в верхнем элементе 14 для изолкрова ния верхней камеры 23.

Для дополнительного Облегчения передвижения вверх и вниз поршневого стержня 20 в цкли .дрс . и еется 1!Одшипник 51, распо(!Оженнь-.: в Отверстии

52 верхнего элемента 14, в котором располагается (Оршневой стержень 20.

Подшипник может быть изготовлен кз бронзы или Д1)у ГОГО I»одходя(чего нej!ОРистОГО полв11и(ИF!ifQBor o материала (В связи с те!л, что камера 1 подВерГается вОздействню внутреннегО и внешнеГО давления FI усил1iй, различHkife части ее Ifзготовляются н=, двойного, прочного I::Bzериала. Напри!ep(. верхний и никнк(! элемент 7 к 14 моГут быть и-ГОТОвлены из Hepj((BBPF)щеи стали а Цнлин-Г 5 из холОДИО-тяну— тОй ста:- üjioé т1) бы. Т1)уба (9 (провОдящая газ, может быть изготовлена

63469 из стальной трубы, например, с внешним диаметром 13-20 см.

Б связи с тем, что движение поршня вверх и вниз может множество раз повторяться, внутренняя стенка 8 цилиндра 5 должна быть доведена до относительно, высо <ой частоты отделки.

Для дополнительного уменьшения трения, которое возникает при движении поршня 19 в цилиндре вверх и вниз, весь поршневой блок может быть покрыт дисульфитмолибденовым покрытием.

Покрытие должно быть нанесено и удер- 10 живаться в течение нескольких часов до введения поршневого блока 18 для обеспечения связи покрытия с материалом частей поршневого блока. Дополнительно, после связКи дисульфит- 15 молибденового покрытия поршневой блок может быть покрыт смазкой поцабной силикону, из которых изготовлены кольца 14 и 45, например флюоро-силиконовой смазкой. Резервуар для смазки образуется пазом 53, образованным вокруг поршня 19. B связи с тем, что аппарат в целом изолирован как общий блок, имея -cë отверстия 54 в стен <я

5 для обеспечения прохождения смаэKH в резервуар 33 поршня 19 г1ри порш25 невом блоке в приподнятом состоянии.

При использовании различных частей, изготовленных из описанных материалов, при размере 25 см в д:-.аметре и 150 см в длину, .общ1й вес аппара-30 та составит приблизительHG 290 кг.

Очевидно, что этот вяс размер облегчит передвижение и использование аппарата. Также и связи с уплотнениями, смазками и другими материалагли 35 и удобствам использования дополнительных смаэочных материалов,. аппарат не требует оольшого обслуживания и сложного ремонта, Камера 1 может поддерживаться 40 соответствующим держа елем, например блоком 2,показанным на фиг.1. Блок 2 смонтирован на станина 55 тр =-овика подоб ioI o ранспортного срецства посредствам рамы 3, поддерживаемой возможностью вращательного движения на шарнирах 56 или другим пацобным 45 способом. Рама 3 содержит расположен ные вертикально опорные элементы 57 и 58, скрепленные вместе верхним эле-. ментом 59 и с шарнирами 56 нижним элементом 60. Нижний и верхний элементы

59 и 60 соединяются двумя параллельными стержнями 61 и 62. Иежду этими стержнями располагается блок; ярж.-теля камеры 1,который скользит вверх и вниз между нимч. Блок держателя содержит нижнюю фронтальную раму 63, в которой колеса 64 и 65 закреплены с воэможностью вращательного двих:".ения для скольжения " более низкой задней рамы (не показана) во внутренних каналах стержней 61 и 62, соответственно.

Подобным образом верхняя оаг|а 66 (соответствующая верхняя заднлп рама 65

5 8 не показана) соединяется посредством стоек 67 с нижней рамой 63, и содержит вращающиеся колеса 68 и 69. Элементы верхнеи рамы 66 на расстоянии от стержней 61 и 62 служат для помещения верхних элементов амортизаторов толчков 70, 71. Нижние элементы амортизаторов толчков 70 и 71 являются самоустанавливающимися и прикрепляются посредством болтов 73 и

74 к расположенным вертикально проушинам 75 и 76.

Амортизаторы толчков могут быть специально изготовлены с учетом небольшого (или вообще отсутствия) сопротивления.по отношению к силам, действующим на них и направленным . вверх, и наоборот для гидравлического действия для сопротивления силам, направленным вниз, для действия как будет описано нике.

Нижняя рама 63 может соединяться посредством болтов или другим подобным образом с верхней пластиной 36 (см. фиг.2) поршневого стержня 20 камеры 1. Широко используемые ранее устройства для произведения газовых взрывов применялись с большой пластиной при непосредственном контакте с поверхностью земли, от которой должна генерироваться сейсмическая волна.

Однако сейсмические волны большой амплитуды генерируются при вторичном толчке устройств, — àäàþùèõ подобно свободному телу к земле. Этот вторичный толчок фактически ва многих случаях больше, чем первоначальный толчок. Было обнаружено поэтому, что сейс. ические волны могут очень эффективно генерироваться при ускорении движения иассы по направлению к земле, посредством чего осуществляется стимулирование как вторичного толчка и газавого взрыва, так и падающей массыф но без громоздких конструкций, веса и других проблем обращения с системами падающего веса. Одним 1 з примечательных пряим тщяств камеры 1 является таgчто она может поддерживаться с любым требуемым весам над землей, например, от

15 до 20 см,или, если требуется, может располагаться на. земле.

Устройство работает следующим образом. При работе камера 1 -располагается, если требуется, например, на 15 и 20 см над поверхностью, на которой желательно получить акустиили сейсмическую волну. Некоторое количество топлива или газа (не показано) вводится через трубу

42 через трубу для подвода газа 39, приблизительно,.да половины камеры сгорания 24. Так как га.з втекает в камеру сгорания 24, газы находящиеся в ней„ например отработанные газы после предыдушего сгорания, выталкиваются через отверстия 33 в пластине

32, голасть 34 и выхлопные отверстия

31 . Б связи с обратным давлением, 6 34695

10 которое воздействует на газы в камере сгорания 24, посредством отверстий 31 заглушек 30 может быть обеспечено желаемое давление для сгорания.

Когда требуемый заряд или количество горячего топлива вводится в камеру сгорания 24, оно поджигается поблизости от верхней части трубы 39 для подвода газа или в другом месте вводной трубы 42 и затем поджигает топливо в камере сгорания 24. Сжигание газов,конечно, влечет эа собой их расширение,что является причиной уси- 10 лия, направленного вниз на нижнюю часть 7 цилиндра 5,которая является опорной для всей массы цилиндра в контакте с землей 77 (см.фиг.2) для генерирования акустической или сейсмической волны 78 в земле.

В то же время, при равной и противоположной реакции по отношению к усилию движущегося вниз цилиндра 5, поршневой блок 18 движется вверх, не встречая практически сопротивления со стороны механизма 2 и его амортизаторов 70 и 71. Поршень, однако, ограничивается от ударов о .верхнюю часть 14 цилиндра 5 в связи с тем, что газ в камере 23 над массой поршня

19 быстро сжимается при движении вверх поршневого блока 18 в цилиндре

5 для торможения поршня.

Отверстие 79 ввода газа находится в верхней части 14 цилиндра 5, посредством которого может быть подано дополнительное давление газа,в камеру 23. Этим газом может быть азот или другой негорючий или горючий газ.

В дополнении к этому, в связи с га- 35 зом, находящимся в камере 23, после сжигания в камере 24 направленное вверх давление будет обеспечиваться газом под увеличивакияимся давлением в камере 23 на верхнюю часть 14 40 цилиндра 5, поднимая всю массу цилиндра.

Для осуществления удара цилиндра

5 о эемлю, очевидно, что расположение камеры 1 над землей является важным фактором, также как давление газа в камере 23 под поршнем 15. Таким 45 образом, высота цилиндра 5 до зажигания над землей и давление в камере сгорания 23 выбираются для поднятия цилиндра 5 после его первоначальногс удара, для его захватывания механизмом 2, посредством чего предотврашаются вторичные толчки о землю 77 для генерирования сейсмического сигнала, совершенно с максимальным сходством с математически определенным импульом.

Елок 2 после поджигания находится в своем верхнем положении (не показано) и гидравлическое действие амортизаторов ударов 70 и 71 становится эффективным для медленного снижения всего блока обратно к положению, показанному на фиг.l. В дополнении к этому, сжатый газ в камере 23 поднимает цилиндр 5 над поршневым блоком 18 для обеспечения им относительного положения, как показано на фиг. 2. В связи с относительно небольшим размером цилиндра 5 камера

1 может быть использована при сейсмических исследованиях в болотистых и загрязненных местностях. В связи с небольшим диаметром нижней части 7 цилиндра 5 камера может быть легко вынута иэ грязи, в которую она врезается.

Формула изобретения

Источник сейсмических волн, содержащий удлиненный закрытый с торцов корпус, поршень внутри корпуса, несомый штоком, проходящим через отверстие в одном иэ торцов корпуса, топливопроводящую трубу и выпускной канал, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью уменьшения поперечных размеров источника и повышения надежности„ к поршню прикреплена коаксиальная по отношению к корпусу труба, образующая в нем камеру сгорания, а поршень и шток выполнены полыми по всей длине и в образованной таким образом полости размещены выпускной канал с топливоподводящей трубой, расположенной внутри выпускного канала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент СШЛ Р 3283844,кл,181-5, 1962.

2. Патент США 9 3.215.223, кл. 181-5, 19б2.

634695 !

6 !

52

51 гв

Я

16

Z1

47

Ô5

Z1

Ç2

16

9 о

10 !

1 г

Фиг. 2

Составитель Л.Солодилов

Редактор Е.Гончар Техред 3.Фанта Корректор N.Äeì÷èê

Заказ 6641/4 Тираж 660 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб.; д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4