Гидравлический источник сейсмических волн

 

Использование: в технике вибрационного действия, в том числе для поиска нефтяных, газовых и рудных месторождений. Сущность изобретения: гидроцилиндр 9 возбудителя вибрации снабжен распределительным золотником 22 и двумя перекрывающими клапанами, расположенными в цепи гидроуправления позиционированием золотника. Амплитуду колебаний регулируют управляемой заслонкой 19 с демпфером 20. Изменение частоты колебаний инерционной массы 12 достигается тем, что гидроэнергетическая установка с сервоклапаном подает изменяющийся объем рабочей жидкости через канал 28. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике вибрационного действия и может быть использован для поиска нефтяных, газовых и рудных месторождений.

Известен возбудитель вибрации гидравлического источника сейсмических сигналов [1], содержащий инерционную массу с цилиндрическим сквозным каналом, два стакана, размещенных в цилиндрическом сквозном канале инерционной массы, два съемных ограничителя, удерживающих стаканы через винтовые упоры и пружины, управляющую полость между доньями стаканов, два плунжера, размещенных в стаканах, при этом конец одного плунжера закреплен на поперечине рамы, конец другого закреплен на опорной (излучающей) плите, датчик, контролирующий среднее положение инерционной массы. При подаче давления жидкости через распределительное устройство в рабочие полости плунжерных гидроцилиндров инерционная масса совершает возвратно-поступательное движение. Регулировку амплитуды колебаний инерционной массы относительно опорной (излучающей) плиты осуществляют перемещением стаканов до упоров, путем подачи давления жидкости в управляющую полость.

Недостатком этого устройства является большая трудоемкость и сложность перенастройки возбудителя вибрации на другую величину амплитуды колебания инерционной массы. Гидроудар в рабочих полостях, возникающий в момент реверса инерционной массы, смещает стаканы относительно упоров, в результате чего реактивная сила, действующая на опорную (излучающую) плиту, будет демпфироваться, а это снижает эффективность возбуждения.

Известен широкополосный гидравлический вибратор [2], содержащий инерционную массу, размещенный внутри инерционной массы двухштоковый гидроцилиндр, поршень которого состоит из двух половин, способных навинчиваться одна на другую, опорную (излучающую) плиту, устанавливаемую на грунт и соединенную со штоком гидроцилиндра, электродвигатель, выходной вал которого соединен через шестеренчатую передачу с другим штоком для его вращения, цифроаналоговый преобразователь для углового поворота вала электродвигателя, сервоклапан для циклической подачи давления жидкости в рабочие полости гидроцилиндра и линейный вибродатчик положения инерционной массы для коррекции входного сигнала.

По сигналу управления, поданному на сервоклапан, давление жидкости передается то в одну, то в другую полость, гидроцилиндра и инерционная масса совершает возвратно-поступательное движение, передающееся опорной (излучающей) плите. Изменение величины амплитуды колебания инерционной массы осуществляют путем изменения объемов рабочих полостей гидроцилиндра. Для этого подается управляющий сигнал на электродвигатель, в результате чего его вал начнет вращать шток в одной из полостей поршня, увеличивая или уменьшая тем самым рабочий объем гидроцилиндра до заданных размеров.

Недостатком этого вибратора является наличие системы взвешивания (уравновешивания) веса инерционной массы. Эта система должна обеспечивать равенство высот рабочих полостей в гидроцилиндре, так как это условие оказывает существенное влияние на работоспособность гидравлического вибратора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению являются вибрационные источники для возбуждения продольных и поперечных волн [3].

Этот источник содержит транспортную базу, на которой размещены: возбудитель вибрации с электрогидроусилителем и опорной (излучающей) плитой, по краям которой закреплены штоки гидроцилиндров спуско-подъемного механизма, гидроэнергетическая установка (насосная станция) для подачи рабочей жидкости в возбудитель вибрации и механизм взвешивания (уравновешивания) веса инерционной массы с датчиками положения инерционной массы для коррекции входного сигнала, подаваемого на электрогидроусилитель.

При подаче давления рабочей жидкости в возбудителе вибрации с помощью электрогидроусилителя в обеих полостях гидроцилиндра возбудителя создаются противофазные быстропеременные давления, в результате чего происходит перемещение инерционной массы возбудителя вибрации, согласно форме управляющего сигнала и пропорционально его величине. В силу того, что поршень соединен с опорной (излучающей) плитой, а инерционная масса возбудителя и реактивная масса (опорная плита, взвешенная часть транспортного средства) достаточно велики, то смещение поршня частично происходит за счет упругих деформаций грунта, что и приводит к возбуждению сейсмических волн.

Основным недостатком указанных гидравлических вибраторов, выполненных по классической схеме управления: электромеханический преобразователь - золотник - гидроцилиндр, является зависимость амплитуды колебания инерционной массы от ее частоты A= (1) где А - амплитуда колебания инерционной массы; F - сила, действующая на опорную плиту; f - частота колебания инерционной массы; М - вес инерционной массы.

Наличие зависимости амплитуды колебания инерционной массы от частоты затрудняет выбор оптимальной величины амплитуды и частоты воздействия для различных грунтов.

Кроме того, механизм взвешивания инерционной массы с системой коррекции входного сигнала в полевых условиях работы источника вызывает сбои и неудобства в обслуживании.

Целью изобретения является увеличение силы воздействия на грунт при повышении частоты колебания инерционной массы путем обеспечения независимости заданной амплитуды колебания инерционной массы от частоты колебания этой массы.

Цель достигается тем, что гидравлический источник содержит транспортную базу, на которой размещены возбудитель вибрации с излучающей плитой, по краям которой закреплены штоки гидроцилиндров спуско-подъемного механизма и гидроэнергетическая установка для подачи рабочей жидкости в возбудитель вибрации. При этом возбудитель вибрации содержит гидроцилиндр с дифференциальным поршнем и тремя полостями: штоковой, бесштоковой и сливной. Внутри дифференциального поршня расположен подпружиненный распределительный золотник.

Цель гидроуправления позиционированием золотника содержит два перекрывающих клапана. Один клапан расположен на крышке гидроцилиндра и выполнен в виде управляемой, например, электродвигателем заслонки с демпферным устройством. Другой расположен на штоке поршня и выполнен в виде кольцевой проточки для прохождения рабочей жидкости из торцовой полости золотника в полость слива. Кроме того, гидроэнергетическая установка содержит электрогидравлический усилитель (сервоклапан), обеспечивающий изменение объема подаваемой рабочей жидкости в возбудитель вибрации.

На фиг. 1 показан гидравлический возбудитель вибрации (общий вид) со схематическим изображением гидроэнергетической установки в рабочем положении; на фиг.2 - разрез А-А гидравлического возбудителя.

Гидравлический источник сейсмических волн содержит транспортное средство, на раме 1 (фиг.1) которого размещен гидравлический возбудитель вибрации 2 с излучающей плитой 3, гидроцилиндры 4 спуско-подъемного механизма, гидроэнергетическая установка 5, которая содержит регулируемый насос 6 с управлением от давления рабочей жидкости и цепь управления, в которой установлен электрогидравлический усилитель (сервоклапан) 7.

Возбудитель вибрации (разрез А-А, фиг.2) включает в себя гидроцилиндр 9 с дифференциальным поршнем 10, шток 11 которого закреплен в центре опорной плиты 3, инерционную массу 12, базирующуюся на фланце 13 корпуса гидроцилиндра 9 и электродвигатель 14 устройства для изменения величины амплитуды колебания инерционной массы 12.

В гидроцилиндре 9 размещены три полости 15, 16, 17 соответственно штоковая, бесштоковая, сливная и два перекрывающих клапана, один из которых расположен в крышке 18 и выполнен в виде управляемой заслонки 19 с демпферным устройством 20, например резиновым, другой расположен на штоке 11 и выполнен в виде кольцевой проточки 21.

Поршень 10 внутри себя содержит золотник 22, удерживаемый в верхнем положении пружиной 23, и торцовые полости 24 и 25 с подводящими каналами, в которых размещены дроссели 26. При этом полость 24 соединена каналом 27 с полостью 16, а полость 25 через канал 28 и щель К - с полостью 17.

Устройство для изменения величины амплитуды колебания инерционной массы 12 состоит из привода, например, электродвигателя 14 с датчиком обратной связи, шестеренчатой передачи 29 и винта 30, в теле которого размещена заслонка 19 с демпфером 20.

Источник работает следующим образом.

Транспортное средство подходит к геофизической точке. Гидроцилиндрами 4 спуско-подъемного механизма опускают на грунт излучающую плиту 3 вместе с возбудителем вибрации 2 и прижимают ее частью веса транспортного средства через раму 1. После этого в полость 15 гидроцилиндра 9 возбудителя вибрации 2 подают давление рабочей жидкости от гидроэнергетической установки 5. Из полости 15 рабочая жидкость поступает в торцевые полости 24 и 25 через дроссели 26. Так как полость 25 соединена со сливной полостью 17 через канал 28 и щель К, а полость 24 закрыта заслонкой 19, то под действием давления в полости 24 золотник 22 опустится и сожмет пружину 23. При этой позиции золотник 22 закроет выход жидкости из полости 16 в полость 17 и соединит полость 15 с полостью 16. В результате разницы площадей поршня 10 в штоковой и бесштоковой полостях корпус гидроцилиндра 9 вместе с инерционной массой 12 поднимется относительно излучающей плиты 3. Движение вверх под действием давления жидкости будет происходить до тех пор, пока щель К станет равной нулю. Это перекрытие жидкости, идущей из полости 25, поднимет в ней давление до величины давления в полости 16. Как только давления в полостях уравняются, ранее сжатая пружина 23 возвратит золотник 22 в исходное положение и соединит полость 16 с полостью 17, а поскольку полость 15 находится под давлением, то корпус гидроцилиндра 9 с инерционной массой 12 начнут перемещаться вниз. Это движение вниз будет продолжаться до приближения заслонки 19 к торцу канала 27 настолько, чтобы давление в полости 24 поднялось на величину, достаточную для перемещения золотника 22. Как только осуществится перемещение золотника, произойдет реверс корпуса гидроцилиндра 9 с инерционной массой 12, а реактивная сила вызовет перемещение излучающей плиты 3 в грунт и вызовет его колебание.

Установку требуемой величины амплитуды колебания инерционной массы 12 осуществляют путем подачи управляющего сигнала на электродвигатель 14. Вращение его вала передается через шестеренчатую передачу 29 на винт 30, который при перемещении вниз уменьшает щель К, а следовательно, уменьшается амплитуда колебания, при перемещении винта вверх увеличивается величина щели К, а следовательно, и амплитуда.

Таким образом, величина амплитуды колебания инерционной массы 12 зависит только от величины установленной щели К.

Изменение частоты вибрации.

Известно, что частоту колебания вибрационных устройств определяют зависимостью f= (2) где Q - объем жидкости в единицу времени, проходящей через вибрационный механизм; А - амплитуда колебания (ход поршня); S - эффективная площадь поршня.

Поскольку в предлагаемом устройстве амплитуда А постоянная, то требуемую частоту устанавливают путем изменения расхода жидкости Q. Для этого управляющий сигнал подают на электрогидравлический усилитель (сервоклапан) 7, который пропорционально поданному сигналу направляет объем жидкости в штоковую полость 15 возбудителя вибрации.

В этом случае, т.е. при постоянной амплитуде колебания инерционной массы, возбуждающее усилие на излучающую плиту и грунт можно определить из формулы (1). Таким образом, с повышением частоты вибрации инерционной массы усилие на грунт, в отличие от прототипа, увеличивается. В этом случае не требуется учитывать изменение амплитуды колебания инерционной массы в зависимости от частоты ее вибрации, а это упрощает выбор оптимальной мощности виброизлучения гидравлическим источником.

Формула изобретения

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН, содержащий транспортное средство, на котором размещены возбудитель вибрации с излучающей плитой, по краям которой закреплены штоки гидроцилиндров спускоподъемного механизма, и гидроэнергетическая установка для подачи рабочей жидкости в возбудитель вибрации, при этом возбудитель вибрации содержит массивный гидроцилиндр, в котором расположен поршень, соединенный с опорной плитой, а гидроэнергетическая установка содержит электрогидравлический усилитель с золотником, отличающийся тем, что, с целью увеличения силы воздействия на грунт при повышении частоты колебания инерционной массы путем обеспечения независимости заданной амплитуды колебания инерционной массы от частоты колебания этой массы, гидроцилиндр дополнительно содержит сливную полость и крышку, поршень выполнен дифференциальным, внутри него расположен подпружиненный распределительный золотник, при этом цепь гидроуправления позиционированием распределительного золотника содержит два перекрывающих клапана, один из которых расположен на крышке гидроцилиндра и выполнен в виде управляемой заслонки с демпферным устройством, а другой расположен на штоке поршня и выполнен в виде кольцевой проточки.

2. Источник по п.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения компактности возбудителя вибрации и удобства его обслуживания, корпус гидроцилиндра выполнен цилиндрическим и снабжен фланцем .

3.Источник по п.1, отличающийся тем, что, с целью регулирования амплитуды колебаний, управляемая заслонка с демпферным устройством снабжена винтом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2