DK156505B - Hydraulisk vibrator med reaktionsmasse, isaer til brug ved seismiske undersoegelser. - Google Patents

Description

DK 156505 B

Opfindelsen angàr en hydraulisk vibrator af den i krav l'a indledning nærmere angivne art.

En vibrator af denne art kendes fra US-patentskrift nr.

5 3.745.885. I den sâledes kendte vibrator er forspændings- cylinderen anbragt h0jere end drivcylinderen, med det résultat, at de hydrauliske væskekanaler til drivcylinderen fra tilslutningsorganerne, som er anbragt 0verst pà vibratoren, har en ikke ubetydelig længde. Svarende hertil 10 vil kanalorganerne sammen med drivcylinderen indeholde en ikke ubetydelig væskemængd©, og elasticiteten af denne væskemængde bestemmer sammen med reaktionsmassens masse-værdi vibratorens egenfrekvens. Eftersom arbejdsfrekven-sen altid er lavere end egenfrekvensen, medf0rer dette en 15 begrænsning af arbe j dsfrakvensen, ved den omhandlede kendte vibrator til h0jst ca. 80 Hz. Det er pâ baggrund heraf opfindelsens formai at anvise udformningen af en hydraulisk vibrator af den indledningsvis nævnte art, der er i stand til at arbejde ved væsentligt h0j ere frekvenser 20 end de kendte vibratorer, og dette formâl opnâs ved en vibrator, som if01ge opfindelsen er udformet som angivet i krav l's kendetegnende del. Denne udformning medf0rer, at drivcylinderen er beliggende h0jere end forspændingscylin-deren, hvorfor de hydrauliske væskekanaler til drivcylin-25 deren kan g0res betydeligt kortere, sâledes at den inde-holdte væskemængde bliver betydeligt mindre og egenfrekvensen - ait andet lige - betydeligt h0jere, sâledes at arbejdsfrekvensen kan for0ges til 250 Hz eller mere.

Opfindelsen forklares nærmere i det f01gende under 30 henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en seismisk transducer if01ge opfindelsen, set fra siden og delvis i snit og med nogle af komponenterne i skematisk form, og fig. 2 er en anden udf0relsesform for stempelstang-enhe-35 den if01ge opfindelsen, set fra siden.

DK 156505 B

2 I fig. 1 er den hydrauliske vibrator eller seismiske transducer if01ge opfindelsen vist og betegnet med henvis-ningstallet 10.

5 Den hydrauliske vibrator 10 omfatter et stel 12 med en pladedel 18, en keglestubformet del 20 og en cylindrisk del 22. Det af de nævnte dele opbyggede stel 12 danner et stift hus, der giver en fast indbyrdes forbindelse mellem en 0vre stempelstangsende 30 og en bundplade 14, som pâ 10 sin side er stift fastgjort til en nedre stempelstangsende 34.

Et lodret stempelorgan 24 omfatter et drivstempel 26, en 0vre stempelstang 28, der strækker sig opad fra driv-stemplet 26, og hvis 0vre ende 30 er fastgjort til plade-15 delen 18, samt en nedre stempelstang 32, der strækker sig nedad fra stemplet 26 og med sin nedre ende 34 er fastgjort til bundpladen 14.

Den nedre stempelstang 32 omfatter en f0rste del 36 med et f0rste cylindrisk afsnit 37, der strækker sig fra driv-20 stemplet 26, og et andet cylindrisk afsnit 38 med reduce-ret diameter i forlængelse af det f0rste afsnit 37. Den nedre ende 34 af den nedre stempelstang 32 er den nedre ende af det andet afsnit 38 med reduceret diameter. En anden del af den nedre stempelstang 32 omfattende en 25 cylindrisk b0sning 40 er anbragt omkring afsnittet 38 med reduceret diameter til dannelse af en ringformet, opad-vendende skulder 42.

En reaktionsmasse 44 er lejret til frem- og tilbagegâende pâvirkning omkring stempelorganet 24 og omfatter en aksial 30 udboring med en cylindermuffe 48 til dannelse af en hydraulisk drivcylinder 46 rundt om drivstemplet 26. Med den ovenfor beskrevne udformning af stellet 12 er massen 44 fuldstændig indesluttet. Reaktionsmassen 44 er for-trinsvis sâledes udformet, at dens tyngdepunkt er anbragt

DK 156505 B

3 i en afstand over bundfladen, der ikke er st0rre end halv-delen af den mindste vandrette dimension af bundfladen 14.

Den hydrauliske drivcylinder 46 er som nævnt udformet af 5 cylindermuffen 48, hvori drivstemplet 26 er anbragt, og er afgrænset af en 0vre og en nedre cylinderb0sning henholds-vis 50 og 52. Dvs. den 0vre og den nedre cylinderb0sning 50 og 52 har henholdsvis nedre og 0vre endedele 54 og 56 med reduceret udvendig diameter, som er koncentrisk 10 optaget i den 0vre og den nedre ende af cylindermuffen 48 til dannelse af den 0vre og nedre ende henholdsvis 58 og 60 af den hydrauliske drivcylinder 46.

Længden 62 af drivcylinderen 46 kan varieres ved udskift-ning af cylinderb0sningerne 50 og 52 med lignende cylin-15 derb0sninger med forskellige længder af formindskede endedele henholdsvis 54 og 56, som strækker sig ind i cylindermuffen 48. Herved kan den seismiske transducer 10 arbejde over forskellige frekvensomrâder ved at ændre den tilladelige slaglængde af drivstemplet inde i drivcylin-20 deren. Hvis længden af de indsnævrede endedele 54 og 56 0ges, vil det totale volumen af væske inde i cylinderen blive reduceret, hvorved vibratorens 0vre frekvensgrænse forh0jes. Herved skal imidlertid den tilladelige slaglængde af vibratoren reduceres for at forhindre stemplet i 25 at ramme endedelene 54 og 56. Den reducerede slaglængde ledsages af begrænsning af den laveste, af vibratoren overf0rte frekvens.

Den 0vre cylinderb0sning 50, cylindermuffen 48 og den nedre cylinderb0sning 52 er tætsluttende optaget i en 30 aksial udboring 64 i reaktionsmassen 44. Inde i den aksiale udboring 64 er ogsà optaget i nedadgàende rækkef01ge fra cylinderb0sningen 52 en forspændings-cylinderb0sning 66 og en bundb0sning 68. De forskellige, netop beskrevne muffer og b0sninger holdes pâ plads af et

DK 156505 B

4 0vre og et nedre endedæksel 70 og 72, som er fastgjort til reaktionsmassen 44 ved hjælp af boite 73 og 75.

Cylinderb0sningen 66 i reaktionsmassen 44 omfatter en ned-5 advendende skulder 74 anbragt under drivcylinderen 46 og over den opadvendende skulder 42 pâ den nedre stempelstang 32 til dannelse af en hydraulisk forspændingscylinder 76 mellem denne opadvendende skulder 42 og den nedadvendende skulder 74.

10 En f0rste og en anden væsketilf0rselspassage 78 og 80 forl0ber aksialt gennem stempelorganet 24 og udmunder ved de ydre overflader 82 og 84 af henholdsvis den 0vre og den nedre stempelstang 28 og 32, dvs. i de 0vre og nedre dele af cylinderen 46.

15 Den 0vre ende af den f0rste og den anden tilf0rselspassage 78 og 80 er i forbindelse med en konventionel servoventil 86, som fra en hydraulisk forsyningsenhed 90 med konstant tryk skiftevis tilf0rer hydraulisk væske under tryk gennem tilf0rselspassagerne 78 og 80 for at bringe reaktions-20 massen 44 til at bevæge sig op og ned i forhold til drivstemplet 26. Servoventilen 86 kan i almindelighed betegnes som en kilde for hydraulisk væske under tryk.

Ved at placere forspændingscylinderen 76 under drivcylinderen 46 kan længden af tilf0rselspassagerne 78 og 80 25 mellem drivcylinderen 46 og servoventilen 86 holdes sâ kort som muligt. For at opnâ tilfredsstillende funktion af den seismiske transducer 10 i de h0jere seismiske frekvensbând er det n0dvendigt at dimensionere systemet sâdan, at dets egenfrekvens er h0jere end den 0nskede 30 arbejdsfrekvens. Den nævnte egenfrekvens er frekvensen af det elasticitet/masse-system, der er repræsenteret af massen af stellet 12 og elasticitetskonstanten af den væske, der er indesluttet i drivcylinderen 46 og passagerne 78 og 80.

. DK 156505B

5

Derme egenfrekvens af systemet er proportional med kvadratroden af elasticitetskonstanten af den i driv-cylinderen 46 og passagerne 78 og 80 indesluttede væske.

5 Elasticitetskonstanten er pâ sin side proportional med forholdet mellem kvadratet pâ det ringformede areal omkring stemplet 26 divideret med volumenet af væske indesluttet i drivcylinderen 46 og tilf0rselspassagerne 78 og 80. Ved at hâve en stor cylinderudboring og korte 10 stempelslag og ved at formindske længderne af tilf0rsels-passagerne 78 og 80 er det ovennævnte forhold og egen-frekvensen af systemet gjort sâ h0j, som det overhovedet er praktisk muligt.

Formlen for beregning af egenfrekvensen (f) af systemet 15 er:

f =, 1π>]Κ 152 2 W

hvor W = vægten af stellet 12 i kg og K = elasticitetskonstanten af indesluttet væske 20 beregnet efter udtrykket K = -°'3^2 kg/om hvor β = kompressionsmodulet af væsken (f.eks.

17,5 · 102 kg/cm2 for hydraulisk olie) 25 A - det ringformede areal omkring stemplet 26 i cm2 V = indesluttet væskevolumen i cm2 fra servo-ventilen 86 til overfladen af stemplet 26 med stemplet 26 i sin midterstilling i 30 drivcylinderen 46.

6

DK 156505B

I stempelorganet 24 er ogsâ udformet en tilf0rselskanal 88, der tilf0rer et i det væsentlige konstant hydraulisk tryk til den hydrauliske forspændingscylinder 76. Tilf0r-5 selskanalen 88 ér forbundet mellem den hydrauliske forsy-ningskilde 90 for i det væsentlige konstant tryk og den hydrauliske forspændingscylinder 76. En radial udboring 91 fra tilf0rselskanalen 88 er i forbindelse med den ydre flade 84 af det f0rste cylindriske afsnit 37 af den nedre 10 stempelstang 32 i nærheden af den hydrauliske forspændingscylinder 76. Den hydrauliske væske med i det væsentlige konstant tryk fra forsyningskilden 90 har et tilstrækkeligt h0jt tryk til, at vægten af reaktions-massen 44 opvejes aller udlignes af den opadrettede 15 hydrauliske kraft, der virker pâ den nedadvendende skulder 74 af forspændingscylinderb0snïngen 66 i reaktionsmassen 44. Stempelorganet 24 omfatter ogsâ ikke nærmere viste kanaler til aflastning af væsketrykket og vedligeholdelse af tætningssystemet i reaktionsmassens udboring, og en 20 sâdan aflastningskanal er nu kendt i den beslægtede teknik og er genstand for en sidel0bende patentans0gning.

En alternativ udf0relsesform for stempelorganet 24 er vist i fig. 2 og er betegnet med henvisningstallet 24a. Stempelorganet 24a med dobbelt stempelstang omfatter et 25 drivstempel 26a, en 0vre stempelstang 28a og en nedre stempelstang 32a.

Den nedre stempelstang 32a omfatter et f0rste cylindrisk afsnit 92, der strækker sig fra drivstemplet 26a. Et aftageligt, andet cylindrisk afsnit 94 af den nedre 30 stempelstang 32a har sin 0vre ende 96 fastgjort til det f0rste afsnit 92 ved hjælp af flere langsgâende boite 98, og den nedre ende 100 er indrettet til fastg0relse til stellet 12. Det aftagelige, andet cylindriske afsnit 94 har en ydre diameter, der er st0rre end den ydre diameter 35 af det f0rste afsnit 92, sâledes at der dannes en ring- 7

DK 156505B

formet, opadvendende skulder 102 svarende til den opad-vendende skulder 42 i fig. 1. Stempelorganet 24a med dobbelt stempelstang i fig. 2 omfatter ikke viste tilf0r-5 selskanaler svarende til kanalerne 78, 80 og 88 i fig. 1.

I funktion anbringes den seismiske vibrator 10 i et udvalgt terræn med bundpladen 14 holdt nede mod jordover-fladen med tilstrækkelig vægt til at sikre energioverf0r-sel. Den tilh0rende elektroniske styresignalgenerator og 10 de hydrauliske drivkilder startes derefter for at frem-bringe vibratorvirkningen. I dette tilfælde vil styre-signalet være af h0jere frekvenser, af st0rrelsesordenen 250 Hz ved de 0vre frekvensomrâder. Servoventilen 86 styrer skiftevis væsketrykket mellem tilf0rselspassagerne 15 78 og 80 for at fâ reaktionsmassen 44 til at gâ op og ned i forhold til stemplet 26 og dermed bevirke en lodret bevægelse op og ned af bundpladen 14. Tyngdekraftens træk som f01ge af vægten af reaktionsmassen 44 er ophævet ved tilf0rsel af det valgte væsketryk fra kilden 90 via 20 tilf0rselskanalen 88 til forspændingscylinderen 76.

Vibrationerne med den h0je frekvens opnâs optimalt ved for det f0rste at placere cylinderen 46 og stemplet 26 sâ tæt ved servoventilen 86 som praktisk muligt og sàledes reducere væskevolumenet og den deraf f01gende kompres-25 sionsfaktor i tilf0rselskanalerne, og for det andet ved at reducere slaglængden af stemplet 26 tillige med volumenet af cylinderen 46 i en grad, der er praktisk mulig i betragtning af massevibrationerne ved det 0nskede h0je frekvensomrâde. Disse foranstaltninger muligg0r evnen 30 til at opnâ effektiv energioverf0rsel til jorden med vibrationsenergi ved frekvenser i st0rrelsesordenen 250 Hz eller mere.

Claims (8)

1. Hydraulisk vibrator af den art, der omfatter a) et stel (12), 5 b) et lodret stempelorgan (24) med stempelstang til begge sider og omfattende bl) et drivstempel (26), b2) en 0vre stempelstang (28), der strækker sig fra driv-stemplet (26) og med en ende (30) er fastgjort til 10 stellet (12), og b3) en nedre stempelstang (32), som med en ende (34) er fastgjort til stellet (12), o) en reaktionsmasse (44), der er opad- og nedadbevæge-ligt lejret omkring stempelorganet (24) og danner en 15 hydraulisk drivcylinder (46) omkring drivstemplet (26), d) en forspændingscylinder (76), der er anbragt i reak-tionsmasssen (44), e) f0rste portorganer (78,80) til at indf0re hydraulisk 20 væske i drivcylinderen (46) med henblik pâ opad- og nedadgàende bevægelse af reaktionsmassen (44) i for-hold til drivstemplet (26), hvilke f0rste portorganer er forbundet med drivcylinderen (46) gennem den 0vre stempelstang (28) og med en hydraulisk fluidumkilde 25 (86), og f) andre portorganer (88) til at indf0re hydraulisk væske gennem den 0vre stempelstang (28) fra en hydraulisk fluidumkilde (90) til forspændingscylinderen (76), med et tilstrækkeligt konstant tryk til at opveje 30 reaktionsmassens (44) vægt med en opadrettet hydrau lisk kraft, kendetegnet ved, g) at den 0vre stempelstang (28) er væsentligt kortere end den nedre stempelstang (32), idet sidstnævnte har 35 en f0rste del (36), der strækker sig fra drivstemplet (26), og en aftagelig anden del (38), der er forbundet DK 156505B med dèn f0rste del (36), hvilken aftagelige anden del (38) danner en opadvendende skulder (42) pâ den nedre stempelstang (32) og 5 h) at forspændingscylinderen (76) omfatter en nedadven-dende skulder (74), der er anbragt under drivcylinde-ren (46) og over den opadvendende skulder (42) pà den nedre stempelstang (32) til dannelse af den hydrauli-ske forspændingscylinder (76) mellem de opad- og ned-10 advendende skuldre.

2. Hydraulisk vibrator if0lge krav 1, kendetegnet ved, at den nedre stempelstangs (32) aftagelige anden del (38) omfatter en eylindrisk b0sning (40), der er anbragt pâ den nedre stempelstangs (32) f0rste del (36).

3. Hydraulisk vibrator if01ge krav 2, kendetegnet ved, at den nedre stempelstangs (32) f0rste del (36) omfatter en f0rste eylindrisk sektion (37), der strækker sig fra drivstemplet (26), og en med formindsket diameter udformet, anden eylindrisk sektion (38), der strækker sig 20 fra den f0rste sektion (37) og med en ende (34) er fastgjort til stellet (12), idet den cylindriske b0sning (40) er anbragt omkring den nævnte med formindsket diameter udformede, anden sektion (38) og har en yder-diameter, der er st0rre end yderdiameteren af den nævnte 25 f0rste cylindriske sektion (32).

4. Hydraulisk vibrator if01ge krav 3, kendetegnet ved, at de nævnte andre portorganer (88) stâr i forbin-delse med den ydre overflade pâ den nævnte f0rste cylindriske sektion (37) af den nedre stempelstangs (32) nævnte 30 f0rste del (36) under udmunding i den nævnte hydrauliske forspændingscylinder (76).

5. Hydraulisk vibrator if01ge krav 1, kendetegnet ved, at den nedre stempelstangs (32) f0rste del (36) omfatter en eylindrisk f0rste underdel (92), og at den DK 156505B ίο nedre stempelstangs (32) nævnte aftagelige anden del (38) omfatter en cylindrisk anden underdel (94) med en 0vre ende (96) fastgjort til den nævnte f0rste underdel (92) og 5 en nedre ende (100) fastgjort til stellet (12), idet den nævnte aftagelige cylindriske anden underdel (94) har en yderdiameter, der er st0rre end en yderdiameter pà den nævnte f0rste underdel (92) til dannelse af den nævnte opadvendende skulder (102).

6. Hydraulisk vibrator if01ge krav 5, kendetegnet ved, at den nedre stempelstangs (32) nævnte f0rste og anden underdel (92,94) er sammenboltet.

7. Hydraulisk vibrator if01ge krav 5 eller 6, kendetegnet ved, at de nævnte andre portorganer (88) stâr 15. forbindelse med en ydre overflade pâ den nedre stempelstangs (32) nævnte f0rste underdel (92) under udmunding i den nævnte hydrauliske forspændingscylinder (76).

8. Hydraulisk vibrator if01ge et eller flere af kravene 1-7, kendetegnet ved, at den hydrauliske driv- 20 cylinder (76) er dannet af en cylindrisk cylindervæg-b0sning (48), hvori drivstemplet (26) er opad- og nedad-bevægeligt lejret, samt en 0vre (50) og en nedre (52) cylinderb0sning med en nedre henholdsvis en 0vre endedel koncentrisk optaget i en 0vre og en nedre endedel i 25 cylindervægb0sningen (48) til dannelse af den hydrauliske drivcylinders (46) 0vre og nedre ende, ait pâ en sâdan mâde, at den hydrauliske drivcylinders (46) længde kan varieres ved at ændre den afstand, hvori cylinderb0snin-gerne (50,52) strækker sig ind i cylindervægb0sningen 30 (48).