Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор невзрывннх ИСК и особенности их работы в импульсном режиме 15
1.1. Постановка задачи 15
1.2. Обзор приводов и конструктивных особенностей системы ИСК 16
1.2.1. Источники с приводом, использующим энергию горения газовой смеси . 17
1.2.2. Источники с пневматическим приводом 21
1.2.3. Источники с гидравлическим приводом 23
1.2,4. Механические источники 25
1.2.5. Источники с электромеханическим приводом 28
1.3. Импульсный ИСК с ИДП 33
1.4. Выбор основного метода анализа работы механической системы ИСК 45
1.5. Механическая система - аналог источника. 56
1.6. Электрическая модель механической системы ИСК 63
1.7. Выводы 71
Глава 2. Анализ работы импульсного ИСК на нагрузку 73
2.1. Постановка задачи 73
2.2. Работа при бесконечно большой инертной массе 75
2.3. Работа при реальной величине инертной ма ссы 78
2.3.1. Основные формулы и соотношения . 78
2.3.2. Критическая величина инертной массы.86
2.4. Влияние параметров нагрузки на энергию упругих смещении грунта Необходимость применения согласующего устройства . 87
2.5. Основные характеристики ИСК 91
2.5.1. Механическое усилие, создаваемое
ИСК на излучающей плите 91
2.5.2. Среднее усилие на излучающей плите. 95
2.5.3. Давление в гидротрансформаторе согласующего устройства 95
2.5.4. Энергетические характеристики 96
2.5.5. Максима льное давление на грунт и смещение излучающей плиты 96
2.6. Анализ влияния изменения параметров ИСК
на его характеристики 98
2.6.1. Влияние коэффициента трансформации. 101
2.6.2. Изменение величины инертной массы 102
2.6.3. Влияние К и /ТІs на эффективность ИСК 105
2.6.4. Влияние массы якоря ИДИ 109
2.6.5. Влияние изменения диаметра излучающей плиты 112
2.6.6. Влияние изменения жесткости грунта. 115
2.6.7. Влияние величины рабочего воздушного зазора ИДП 119
2.7. Исследование влияния параметров нагрузки и ИСК на его к.п.д. методом планирования эксперимента 122
2.8. Выводы 134
Глава 3. Динамические характеристики ИСК и/ ИДИ. Анализ характеристик источника на ЭЦВМ 136
3.1. Постановка задачи 136
3.2. Индукционно-динамическии преобразователь электрической энергии в механическую -привод импульсного ИСК 136
3.3. Схемы питания импульсного ИДП 138
3.4. Экспериментально-аналитическое определение зависимости эквивалентной индуктивности ИДП от взаимного перемещения якоря и индуктора 146
3.4.1. Экспериментальное определение статических характеристик 147
3.4.2. Расчет динамических характеристик при свободном ускорении якоря 148
3.5. Расчет динамических характеристик и анализ влияния основных параметров ИСК и нагрузки с применением ЦВМ 157
3.6. Выводн 180
Глава 4. Конструктивные особенности и экспериментальные исследования системы импульсного ИСК с ИДП 182
4.1. Постановка задачи 182
4.2. Техническая реализация конструкции импульсных ИСК с ИДП 183
4.3. Описание экспериментальной установки и результаты лабораторных исследований 192
4.3.1. Изменение величины инертной массы. 195
4.3.2. Изменение величины коэффициента трансформации согласующего устройства 210
4.3.3. Изменение напряжения на емкостном накопите ле 213
4.3.4. Влияние жесткости грунта 222
4.4. Полигонные испытания... 224
4.5. Полевые испытания 225
4.6. Выводы 234
Заключение 238
Литература
- Источники с приводом, использующим энергию горения газовой смеси .
- Влияние параметров нагрузки на энергию упругих смещении грунта Необходимость применения согласующего устройства
- Индукционно-динамическии преобразователь электрической энергии в механическую -привод импульсного ИСК
- Описание экспериментальной установки и результаты лабораторных исследований
Введение к работе
Главная задача одиннадцатой пятилетки состоит в обеспечении дальнейшего роста благосостояния советских людей на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства, ускорения научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, более рационального использования производственного потенциала страны, всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшения качества работы.
Решение поставленных задач неразрывно связано с увеличением энергетической мощи нашей страны, определяющим фактором которой является запас и добыча нефти, газа, угля и других полезных ископаемых. В одиннадцатой пятилетке намечен курс по освоению новых районов, богатых природными ресурсами, Сибири, дальнего Востока, Средней Азии, Казахстана. Для решения поставленной задачи значительно увеличивается объем геолого-разведочных работ, связанных с поиском новых месторождений нефти и газа.
Основным геофизическим методом поиска и разведки залежей нефти и газа является сейсмический. Сущность сейсмического метода состоит в исследовании геологического строения Земной коры, основанном на изучении распространения упругих волн, возбуждаемых искусственным способом. Основным существующим методом возбуждения упругих волн в земной коре является взрывной. Взрывы с целью проведения сейсморазведочных работ производятся как на дневной поверхности Земли, так и в специально пробуренных на определенную глубину, обеспечивающую наиболее благоприятные условия излучения сейсмических волн, скважинах.
Этому способу разведки присущ ряд значительных недостатков, главным из которых на современном этапе развития науки и техники является вредное воздействие производимых взрывов на окружающую среду. Взрывы на поверхности уничтожают верхний плодородный слой почвы или приводят к значительной ее эрозии. Взрывы в скважинах нарушают исторически сложившуюся циркуляцию подпочвенных и грунтовых вод и отрицательно влияют на урожайность посевных культур.
Сейсморазведка с помощью взрывов затруднена или практически невыполнима в густонаселенных районах, в садах, на посевных полях. Производительность взрывной сейсморазведки невысока и ограничивается значительным объемом выполнения трудоемких буровзрывных работ, стоимость которых достигает 30 - 35% от общей стоимости сей-сморазведочных исследований.
Взрыв, как источник сейсмических колебаний, трудно контролируется и плохо поддается регулированию воздействия на среду, что выражается в сложности формирования силового импульса с наперед заданной длительностью, амплитудой и формой.
Необходимость преодоления указанных недостатков взрывного способа привела к появлению новых в современной сейсморазведке невзрывных источников сейсмических колебаний (ИСЖ), которые увеличивают производительность и улучшают качество сейсморазведочных работ. За рубежом в настоящее время этим способом выполняются до 40% всех работ.
Невзрывные ИСК позволяют проводить работы в густонаселенных районах, на сельскохозяйственных угодьях. Вредное воздействие на среду в этом случае либо совсем отсутствует, либо при некоторых типах источников сводится к минимуму, а исключение трудоемких буровзрывных работ, повышенная мобильность установок, возможность многократного повторения воздействий на среду значительно повышают производительность и качество сейсморазведочных работ.
Возбуждение сейсмических колебаний невзрывными источниками с различными приводами по виду преобразуемой энергии происходит посредством давления или удара плиты, мембраны по грунту. С целью повышения качества сейсмического материала воздействия, как правило, осуществляются многократно, что возможно лишь при применении невзрывных ИСК, обеспечивающих высокую стабильность и идентичность силовых импульсов.
Перспективность применения новых ИСК обуславливает необходимость расчета, проектирования и анализа их работы. Эта проблема является многосторонней и достаточно сложной, связанной с рассмотрением и увязкой множества других задач и проблем в различных областях. В общем виде процесс формирования сейсмических колебаний можно изобразить функциональной схемой на рис.В-1. ИСК непосредственно воздействует на нагрузку - грунт, в которой формируются сейсмические волны, проникающие вглубь среды и претерпевающие преломления и отражения от поверхности раздела геологических пластов. Отраженные волны, несущие информацию о внутреннем строении Земной коры, регистрируются на поверхности. Очевидно, что работоспособность источника с любым приводом может оцениваться как по качеству отраженных волн [7l] , так и по соответствию выходных характеристик источника, работающего на нагрузку-грунт, требуемым. Общее проектирование всей системы излучения, нацеленное на получение конечного эффекта, рассматривает совокупность всех задач, охватываемых схемой на рис.В-1. Такой общий подход к решению проблемы об исследовании строения Земной коры на данном этапе является сложным и практически невыполнимым ввиду недостаточного ращения составных задач общей проблемы: задачи взаимодействия ИСК с конкретным приводом и нагрузки и задачи, связанной с процессом получения информации о строении среды и оптимальных параметрах воздействия. Вторая задача успешно решается в работах многих ученых нашей страны, например, в работах, проводимых В.А.Бабежко, В.В.Майоровым, Г.И.Молокановым, А.Б.Николаевыгл, М.Б.Шнеерсоном, И.С.Чичи-ниным и многими другими. Результатами решения этой задачи являются: во-первых, рекомендации, требования к выходным параметрам силового импульса ИСК; величине амплитуды, длительности, форме импульса, частоте повторения и т.д.; во-вторых, определение нагрузки для источника, создающего импульсное давление на излучающую плиту, в виде механической нагрузки с конкретными параметрами.
Первая задача связана с решением вопросов, относящихся к работе всей системы ИСК на нагрузку-грунт. Всю систему ИСК представим в виде блок-схемы рис.В-2. Одним из основных звеньев системы является привод, который в общем случае может быть различным по виду энергопреобразования (газодинамический, гидравлический, пневматический, механический и электромеханический). Привод потребляет энергию и совершает работу по созданию механических колебаний поверхности грунта. Механическая система ИСК обеспечивает передачу механической энергии привода в грунт и согласование работы привода и нагрузки. Эффективность работы системы ИСК, способность изменять выходные характеристики такие,- как: амплитуда и длительность усилия на грунте, амплитуда скорости и абсолютная величина смещения верхних слоев почвы, максимальное давление излучающего органа источника на грунт и другие при изменении нагрузки (вида грунта, его влажности и т.д.), во многом определяются типом привода - как звена данной системы. Из всех существующих приводов, преобразующих различные виды энергии в механическую, наиболее перспективным и удобным в смысле управления и регулирования процессом энергопреобразования является электромеханический, преобразующий электрическую энергию в механическую энергию подвижных элементов системы. Автор работал с линейными возвратно-поступательными электромеханическими приводами индукционно-динамическо -10
Цель работы: создание для геологоразведочных работ эффективных импульсных сейсмоисточников, не оказыващих вредного влияния на окружающую среду, обладающих высоким к.п.д. на основе применения индук-ционно-динамического привода возвратно-поступательного перемещения.
Идея работы. Обеспечить работу импульсного ИСК с ИДИ с высоким к.п.д. и требуемыми для сейсморазведки характеристиками без разрушения грунта за счет выбора параметров механической системы с учетом нагрузки.
Задачи исследований:
1. Разработка модели механической системы импульсного источника в виде электрической цепи, учитывающей основные элементы источника
и нагрузку-грунт.
2. Установление зависимостей основных характеристик источника от параметров элементов его механической системы и нагрузки.
3. Разработка математической модели системы импульсного ИСК с ИДИ с учетом нагрузки , позволяющей определять динамические характеристики источника и привода.
4. Разработка конструкции импульсных ИСК с ЩЦІ на энергию 5 и 20 кДж, имеющих высокие энергетические показатели и характеристики, удовлетворяющие требованиям сейсморазведки.
5. Экспериментальная проверка достоверности основных теоретических положений, рекомендаций и выводов.
Методы исследования. Теоретические исследования динамики импульсных источников с ИДИ выполнены с помощью метода электромеханических аналогий с привлечением методов электротехники и метода математического планирования эксперимента. Получение отдельных результатов осуществлено графо-аналитическими методами, а также численными с применением ЭВМ. Экспериментальные исследования выполнены на действующих натурных образцах.
Научные положения, защищаемые автором:
1. Анализ динамики импульсного сейсмоисточника можно проводить по разработанной электрической модели его механической системы с учетом нагрузки-грунта.
2. Изменением параметров механической системы (коэффициента трансформации, величины инертной массы, диаметра излучающей плиты, начального воздушного зазора привода) можно регулировать к.п.д., амплитуду и длительность механической силы импульсного ИСК.
3. Расчет динамических характеристик источника и привода необходимо проводить по разработанной математической модели, учитывающей параметры силовой схемы питания, привода, механической системы источника и нагрузки.
4. Возможность выбора оптимальных значений параметров импульсного ИСК при проектировании по зависимости к.п.д. механической системы источника от параметров ее элементов и жесткости грунта.
5. Возможность исключения режимов электромагнитного торможения в источнике с помощью силовой схемы питания, обеспечивающей форсированное уменьшение тока в обмотках привода.
6. Разработанные импульсные ИСК с ИДИ на энергию 5 кДж и 20 кДж позволяют проводить геологоразведочные работы.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована: аналитическими исследованиями, базирующимися на положениях метода электромеханических аналогий, теоретической электротехники и метода математического планирования эксперимента; экспериментальной проверкой результатов теоретических исследований в лабораторных и полевых условиях на разработанных сейсмоисточниках на 5 и 20 кДж; удовлетворительной сходимостью (расхождение не более 10$) результатов теоретических исследований с экспериментальными данными; достигнутыми практическими результатами (отражения сейсмических волн получены с глубины до б км).
Научная новизна. Разработана механическая схема замещения и ее электрическая схема-аналог импульсного сейсмоисточника.
Получены уравнения механической системы импульсного источника с учетом нагрузки и их решение, позволяющее получить аналитические зависимости для основных характеристик источника. Установлено влияние параметров нагрузки и механической системы источника на его выходные характеристики.
Получена в явном виде зависимость к.п.д. механической системы импульсного источника от его параметров и жесткости грунта, позволяющая определять оптимальные значения параметров источника при проектировании.
Показано, что к.п.д. импульсного источника имеет максимальное значение при определенном коэффициенте трансформации согласующего устройства. Даны рекомендации по выбору оптимальных значений коэффициента трансформации при проектировании источника.
Разработана математическая модель системы импульсного источника с учетом нагрузки, схемы питания и индукционно-динамического привода, с помощью которой получены динамические характеристики источника и привода. Исследовано влияние параметров механической системы источника и нагрузки на динамические характеристики.
Разработана силовая схема питания, обеспечивающая форсированное уменьшение тока в обмотках индуктора привода, исключающая возникновение режимов электромагнитного торможения.
Разработана конструкция импульсного источника сейсмических колебаний с индукционно-динамическим приводом с учетом размещения его на транспортном средстве ограниченной грузоподъемности. В результате испытаний источника показана перспективность его применения в сейсморазведке.
Основные результаты диссертационной работы получены и использованы при выполнении научно-исследовательских работ на кафедре "Электрические машины" Тольяттинского политехнического института: госбюджетной темы Г30І60І, хоздоговорных тем 301307, 30І5І9, 301703, 30Ш5. НИР выполнялись в соответствии с постановлениями Госкомитета по науке и технике при СМ СССР № 415 от 18 ноября 1976 г., а также по планам министерства Геологии СССР.
Реализация результатов работы. Разработанные импульсные ИСК с ИДЇЇ на энергию 5 и 20 кДж внедрены в Волжском отделении института геологии и разработки горючих ископаемых (ВО ИГ и ЕШ), г.Куйбышев и в Туркменском научно-исследовательском геологоразведочном институте (ТуркменНИГРИ), г.Ашхабад.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на межотраслевой научно-технической конференции "Автоматизация технологических процессов в различных отраслях народного хозяйства", г.Сызрань, 1975; на третьем Всесоюзном совещании по проблеме "Электрические силовые импульсные системы", г.Новосибирск, 1976; на научно-технической конференции "Электромашинные и машинно-вентильные источники импульсной мощности", г.Томск, 1981; на научно-техническом семинаре кафедр "Электрические машины" и "Электрические аппараты" политехнического института, г.Тольятти, 1983.
Источники с приводом, использующим энергию горения газовой смеси .
В августе 1963 г. в США. компанией SuzcSair Оів испытан импульсный ИСК, получивший название "Диносейс" [э] . Основным элементом этого источника является камера весом свыше 2000 кГ, внешним диаметром до 1,5 м и ЕЫСОТОЙ ДО 0,4 м, способная увеличивать свой объем за счет расширения в вертикальном направлении. Установка смонтирована на колесном скрепере грузоподъемностью 18000 кГ. Подъем и спуск камеры на грунт осуществляется с помощью гидропривода. В рабочем состоянии камера прижимается к земле гидроприводом силой в 10000 кГ за счет собственного веса и части веса скрепера. Внутренняя полость камеры заполняется газовой смесью пропана и кислорода, которая воспламеняется искрой свечи. При взрыве газовой смеси донная часть камеры - плита передает грунту за время порядка 0,002 с энергию около 140000 Дж. Генерируемый в грунте сейсмический импульс содержит высокочастотные гармоники. Для повышения глубинности исследования осуществляется группирование нескольких установок. Разброс времени срабатывания не превышает + 0,001 с. Минимальные период работы 10 с.
Данный способ сейсморазведки является достаточно безопасным для применения его в районах с большой плотностью населения. Фирмой Geo Space Corp. по патенту SincEair ОіІ разрабатываются газодинамические ИСК, имеющие меньшие размеры - диаметр 0,6 м и вес 800 кГ. ИСК подобных и других конструкций применяются и для проведения морских сейсморазведочных работ.
В Советском Союзе ИСК газовой детонации впервые были разработаны и изготовлены во ВНИИГеофизики, г.Москва под общими названиями - ГСК и СИП. Опытные образцы установки СИП-І успешно прошли испытания в различных сейсмогеологических условиях страны (40,77, 78] , а установки ГСК-10 выпускаются серийно (бҐ) . Возбуждение колебаний ИСК СЙЇЇ-І производится ударом жесткого штампа по поверхности грунта. Штамп приводится в движение энергией взрыва газовой смеси пропан - кислород в замкнутой камере переменного объема. Энергия одной установки НО...120 КДж.
Конструкция основного узла источника СИП - взрывной камеры схематично представлена на рис.1-І. Поршень I через шток 2 передает движение ударной плите 3 и разделяет цилиндр 4 на два объема - А и Б. В объем Б подается воздух под давлением, необходимый для удержания поршня с плитой в заданном положении и для возврата поршня в исходное состояние после воздействия. Объем А заполняется до начального давления газовой смесью, которая поджигается искрой автомобильной свечи. Давление в объеме А резко возрастает и плита начинает двигаться с ускорением порядка Ю0? и после разгона на пути от 0,1 до 0,2 м ударяет по грунту. Масса разгоняемого ударного механизма, включающего плиту, шток, поршень, составляет 900 кг. Скорость плиты достигает значений в 13...16 м/с и энергия воздействия составляет 80...120 кДж. Количество газовой смеси, взрываемой при воздействии 40...60 л , диаметр ударной плиты 1,3 м, минимальный период следования импульсов 12...15 с, вес установки 18000 кГ. При группировании нескольких излучателей точность синхронизации составляет + 0,002 с.
В настоящее время в СКБ сейсмической техники (г.Гомель) Министерства нефтяной промышленности СССР изготавливаются серийно модернизированные ИСК газовой детонации СИ-32, СИ-40 [53,55] .
Источник СИ-32 выполнен на транспортной базе - автомобиле Урал-375 и имеет две взрывные камеры объемом 16 л каждая, заполняемые газовой смесью пропана и кислорода с объемным соотношением 1:6, соответственно. Диаметр опорной плиты 820 мм, общая масса источника II200 кг. Источник СИ-40 выполнен на тракторе T-I58 и имеет одну взрывную камеру объемом 40 л, заполняемую газовой смесью пропана и.кислорода объемным соотношением 1:6. Диаметр опорной плиты 0,99 м, общая масса источника 10100 кг. ИСК СИ-32 и СИ-40 имеют разброс времени начала срабатывания относительно управляющего сигнала 0,002 с, минимальное время между воздействиями 6...12 с, интервал температуры окружающей среды от + ЮС до + 40С. Принцип возбуждения сейсмических импульсов аналогичен "Диносейсу". Основное отличие в работе установок СИ и ГСК-10 заключается в том, что взрывные камеры устанавливаются непосредственно на дневную поверхность грунта [53...55,75,90,91] . На рис.1-2 схематично изображена взрывная камера ИСК газовой детонации. Камера в рабочем положении устанавливается на поверхность грунта 5 и состоит из поршня I и гильзы 2 с днищем. Поршень I и гильза 2 образуют рабочий 3 и демпфирующий 4 объемы. В поршне I выполнены каналы 7 и 8 для заполнения взрывной камеры детонирующей смесью и удаления продуктов сгорания и каналы 6 для заполнения газом демпфирующего объема. Перед работой камеру 3 заполняют через канал 7 детонирующей смесью до необходимого начального давления. От искры свечи газовая смесь поджигается. Давление газа резко возрастает, что приводит к перемещению поршня I и гильзы 2 в противоположные стороны. Гильза сжимает грунт 5, создавая в нем сейсмические колебания. Продукты сгорания удаляются в атмосферу через канал 8. Демпфирующий объем 4 выполняет роль пневматической пружины, приводящей систему в исходное состояние.
Влияние параметров нагрузки на энергию упругих смещении грунта Необходимость применения согласующего устройства
Если проанализировать изменение к.п.д. 3 при изменении параметров ИСК, то оказывается, что при определенных значениях параметров, а также при определенной величине инертной массы/7 = /77 , источник не передает энергии в грунт, то есть 2з = - Этот случай возможен при М 00 . Такое значение безразмерной функции М получается лишь при /И— схз или, соответственно, при равенстве нулю знаменателя выражения (2-33) и К 1. ТКУда /7?ю = ,{ ). (2 59) Для ИСК с/77/= 22 кг и К = 5 (ИСК-5)/77, = 88 кг. Для ИСК с/77у = 80 кг и К = 5 (ИСК-20)/ = 320 кг. При /772=/7lf (ft-у вся механическая энергия привода распределяется только между двумя элементами ИСК - якорем и инертной массой. Причем 2/ = .а %=/ При К = I V 0 при любой величине mz и /V= —і —з Энергия привода перераспределяется только между грунтом и подгру-зом, так как при К = I Vf = Z ив момент сжатия грунта (1 =о) скорость якоря Zy = 0 и ij = 0.
Необходимым условием выбора величины инертной массы при проектировании импульсного ИСК является: /77 т2кр
С практической точки зрения наибольший интерес представляет зависимость энергии АСт от таких параметров, как податливость грунта 63 , инертная масса /772 , коэффициент трансформации согласующего устройства К, то есть АС/77-/{ , , 2) Однако, исследование этой зависимости в общем виде осложняется взаимосвязью всех параметров выражения через угол ОІ . Задача упрощается, если рассмотреть при различных сочетаниях параметров какой-либо конкретный пример. Если при этом диапазон изменения варьируемых параметров будет достаточно большим, то следует ожидать, что выводы, сделанные при анализе конкретного примера, приобретут необходимую общность, то есть на их основе можно будет сформулировать более общие рекомендации.
В качестве примера выберем ИСК с ИДЦ, разработанный и внедренный автором, с параметрами: т1 = 22 кг, Аа = 1188 №, / = 4,75 I04 Н, d0 = 0,025 м
Предположим, что А0=CO/7$t при всех изменениях параметров, то есть к.п.д. привода не зависит от параметров ИСК и нагрузки. В расчетах будем полагать, что приведенная масса грунта и излучающей плиты т = 432 кг и неизменна. В принципе величина /7% связана с величиной &з и обе эти величины зависят от диаметра излучающей плиты, однако если считать, что диаметр плиты неизменен, то и /7?3 CCr7St, Изменение нагрузки, а именно свойств грунта, будет сказываться лишь на величине Є3.
Искомые зависимости могут быть найдены при использовании следующей методики: I. Задаемся величинами коэффициента трансформации К и инертной массы mz . Величину К выбираем в диапазоне К = І...І0, кото рый выбран на основе имеющегося практического опыта проектирова ния и создания ИСК с ИДП. Величину /7 целесообразно выбирать та ким образом, чтобы /772 Я 2лр При К = 10 т2кр = 198 кг. 2. По известным /77/ , /7 , /7 и определяем величины У , 0 и Я , необходимые для последующих расчетов. 3. Задаемся рядом значений угла Ы - длительностью действия электромагнитной силы в угловых координатах с условием, что о( находится в диапазоне 0 о( Я. 4. Определяем величины Є2 и /4Г/77для различных /Г и /7. Рассмотрим полученные в результате расчета зависимости Аст= =f(e3) при /7 = 3000 кг и /Г #г/Г (рис.2-4). Кривые Ac/nsf(e&) при любом коэффициенте трансформации имеют характерный перегиб ("колено"). При увеличении податливости грунта 63 (то есть при уменьшении его жесткости) и постоянной /7 максимальная энергия /І возрастает, но начиная с некоторого значения Є3 , наступает своеобразное насыщение. Из рис.2-4 следует, что при увеличении жесткости грунта целесообразно увеличивать коэффициент трансформации согласующего устройства. Например, если ИСК с К = 3 "работал" на грунте податливостью 6 3 = З Ю"8 м/Н, то при уменьшении податливости грунта, предположим, до значений Є3 = (0,75...2,25) Ю 8 м/Н, целесообразнее для повышения эффективности ИСК увеличить К до значения К = 5. В этом случае АСт увеличивается. Этот вывод хорошо согласуется и с опытом эксплуатации, например, при переезде на грунты с большей жесткостью (с песков в предгорные районы) с целью повышения эффективности К увеличивают. На рис.2-5 построены зависимости A n -/() при /7 = tsar и К = 5.
Индукционно-динамическии преобразователь электрической энергии в механическую -привод импульсного ИСК
Описание экспериментальной установки и результаты лабораторных исследований
Основной характеристикой любого привода, применяющегося для ИСК, является механическое усилие , которое в общем случае может быть функцией различных переменных как самого привода, так и источника, работающего на нагрузку.
В работе [ 32] при пренебрежении активными сопротивлениями контуров было получено выражение для электромагнитной силы индук-ционно-динамического преобразователя в виде: , (3-1} "г лха где /_э - эквивалентная индуктивность привода; С - ток, протекающий в обмотке ИДИ; Х -Х + Х - перемещение якоря относительно индуктора.
Следовательно, для определения реального закона изменения электромагнитной силы f (t) необходимо определить зависимость L$ , которая является функцией взаимного перемещения якоря и индуктора ХЦ и разрядного тока і , влияющего на насыщение магнитной цепи, то есть/ =/7 v . Ввиду отсутствия теоретических работ по определению аналитических выражений для L9=f( z Q конкретного импульсного ИДИ, целесообразно определить эту зависимость экспериментально. Эксперимент необходимо спланировать таким образом, чтобы для каждого значения XiZ индуктивность L9 определялась при состоянии магнитной системы, которое наблюдается при токе і , равным его значению при срабатывании ИДИ в момент перемещения якоря относительно индуктора в точку Х-Хп . Тогда LB будет зависеть только от одного переменного - Xfi . В начальном положении якоря ИДЇЇ при XfZ = 0 Ls L#-const. При срабатывании ИДИ /- 0) эквивалентная индуктивность увеличивается и при достаточно большом удалении короткозамкнутого кольца от обмотки индуктора fxiz и0) значение э остается практически постоянной величиной. Следовательно, можно записать, что La LH + 9L(x„), (з-г где Ф (Х12) - функция, характеризующая изменение / с ростом XfZ. при xfZ = o %/х,2) = 0 и 1,=1,1, (3_3) при „ $, l CO/2St и / A4"4 Если % (Xft) определена экспериментально, то электро магнитная сила ,Л / &ХЧ Электромагнитная сила ИДИ по (3-4) является функцией двух переменных: тока L и перемещения Уравнение напряжений для ИДИ имеет вид: UM- %+ . (3-5) где Ц/тl0.L - полное потокосцепление обмотки индуктора; Д= ftf + fl2 активное сопротивление обмотки индуктора с учетом вносимого сопротивления короткозамкну-того кольца; 1 - активное сопротивление обмотки индуктора; п2 - активное сопротивление короткозамкнутого кольца, приведенное к обмотке индуктора; - напряжение, приложенное к обмотке РОДІ. С учетом (3-3) уравнение (3-5) преобразуется
Уравнение (3-6) при известном значении всех параметров в совокупности с уравнениями для механической системы ИСК и силовой схемы питания может использоваться для расчета динамических характеристик ИСК и ИДИ. другой важной частью общей системы импульсного ИСК является силовая схема питания привода, от которой зависит эффективность работы привода и характер изменения напряжения U(t).
Основными требованиями, предъявляемыми к схемам питания импульсных электромеханических устройств, являются: надежность, простота конструкции, возможность регулирования величины и длительности тока. Одна из наиболее широко известных схем (рис.3-І) применяется для возбуждения импульсных индукционно-динамиче ских преобразователей, применяющихся для различных целей, например, для привода высоковольтных выключателей [32,50] . Эта схема получила широкое применение и в импульсных ИСК с ИДИ. Емкостной накопитель электрической энергии Сн заряжается от сети переменного напряжения (синхронного генератора, полевой электростанции) через зарядное устройство (ЗУ). В качестве ЗУ для импульсных ИДП были использованы однофазные и трехфазные удвоители напряжения (подробнее см. в приложении П). При открывании силового тиристора Tf емкость С# разряжается на обмотки индуктора ИДИ. Для устранения перезаряда емкости Сн и повышения долговечности конденсаторов обмотки ИДП шунтируются неуправляемым вентилем Д.
Для обеспечения регулирования величины энергии, передаваемой ИЗ НаКОПИТеЛЯ В ПРИВОД, Применяется КОММУТИРУЮЩИЙ УЗЄЛ С/( Tz Коммутирующая емкость Сп заряжается через активное сопротивление / . Время открытия тиристора Tz с момента подачи отпирающего импульса на тиристор 7J регулируется и задается схемой задержки.
