***-* Lun* Int Cl. GOIV 1/133 Twórca wynalazku 1 Delbert wayne Fair Uprawniony z patentu: Conoco Inc., Ponca City /stany Zjednoozone Ameryki/ WIBRATOR HYDRAULICZNY przedmiotem wynalazku jest wibrator hydrauliczny wytwarzajacy sygnaly oscylacyjne w osrodku elastycznym, zwlaszcza wibrator duzej czestotliwosci do generowania fal sejsmicz¬ nyoh w ziemi* Znane sa z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 74-5 885 wibratory hy¬ drauliczne majace cylinder roboczy i cylinder wyrównawczy,przeznaczone do pracy w normal¬ nym zakresie czestotliwosci od okolo 2 Hz do 80 Hz, Znany jest równiez z opisu patentowe¬ go Stanów Zjednoczonych nr 4 106 586 uklad wibracyjny, w którym cylinder i tuleje sa prze¬ stawiane pomiedzy dwoma skrajnymi polozeniami, dla skrócenia albo wydluzenia cylindra hy¬ draulicznego.Celem wynalazku jest skonstruowanie wibratora hydraulicznego przystosowanego do pracy w zakresie czestotliwosci, przekraczajacych 250 Hz.Wynalazek opiera sie na zastosowaniu w wibratorze ukladu cylindra hydraulicznego i bloku bezwladnosciowego jako zródla drgan sejsmicznych, który jest w stanie generowac sy¬ gnaly wyjsciowe duzej mocy w szerokim pasmie czestotliwosci drgan sejsmicznych, przy czym czynnikiem ogranjozajacym jest scisliwosc oieozy hydraulicznej w ukladzie hydraulicznym napedzajacym wibrator, w tym ukladzie w celu uzyskania duzej czestotliwosci drgan wlasnyoh wywolanych scisliwoscia cieczy i czynna masa bloku bezwladnosciowego wymagane jest aby doprowadzic stosunek powierzchni przekroju cylindra hydraulicznego do objetosoi oieczy mar¬ twej do mozliwie duzej wartosci, na ile tylko pozwala praktyczna konstrukcja i warunki pracy.Cel wynalazku osiagnieto przez skonstruowanie wibratora hydraulicznego zawierajacego obudowe, pionowy tlokowy czlon z dwustronnym tloczyskiem, majaoy roboczy tlok, górne tlo- czysko, wystajace i z roboczego tloka, majaoe górny koniec polaczony z obudowa, dolne tlo¬ czysko majaoe dolny konieo polaczony z obudowa, reakcyjny blok, zamocowany przesuwnie 2 mozliwoscia ruchu postepowo-zwrotnego wokól tlokowego czlonu, tworzacy hydrauliczny roboozy oylinder wokól roboczego tloka, srodki sprezyste, zamocowane w reakcyjnym bloku, kanaly do2 133 018 doprowadzania cieczy hydraulicznej do roboczego cylindra dla przemieszczania ruchem poste¬ powo-zwro 1;nym reakcyjnego bloku wzgledem roboczego tloka, polaczone z zródlem cieczy hydra¬ ulicznej , kanaly do doprowadzania cieczy hydraulicznej pod zasadniczo stalym cisnieniem poprzez górne tloczysko ze zródla cieczy hydraulicznej do srodków sprezystych, w którym zgodnie z wynalazkiem górne tloczyako ma dlugosc zasadniczo krótsza od dlugosci dolnego tloczyska, dla zredukowania ilosci cieczy hydraulicznej pomiedzy zródlem i roboczym cylin¬ drem, dolne .tloczysko ma pierwsza czesc, wystajaca z roboczego tloka i odlaczalna druga czesc, polaczona z pierwsza czescia, przy czym odlaczalna druga czesc tworzy zwrócone ku górze odsadzenie dolnego tloczyska, a srodki sprezyste zawieraja zwrócone ku dolowi odsa¬ dzenie, usytuowane ponizej roboczego cylindra i powyzej zwróconego ku górze odsadzenia dol¬ nego tloczyska, wyznaczajace wyrównawczy cylinder, przy czym ciecz hydrauliczna ma stale cisnienie o takiej wartosci, aby reakcyjny blok byl przesuwany przez sile hydrauliczna dzia¬ lajaca na zwrócone ku dolowi odsadzenie reakcyjnego bloku.Korzystnie odlaczalna druga czesc dolnego tloczyska zawiera cylindryczna tuleje umiesz¬ czona na pierwszej czesci dolnego tloczyska* pierwsza czesc dolnego tloczyska zawiera pier¬ wsza cylindryczna czesc, wystajaca z roboczego tloka i druga cylindryczna czesc, usytuowa¬ na na przedluzeniu pierwszej cylindrycznej czesci, o zmniejszonej srednicy, majaca koniec zamocowany do obudowy, przy czym cylindryczna tuleja otacza druga cylindryczna czesc tlo¬ czyska i ma zewnetrzna srednice wieksza od srednicy zewnetrznej pierwszej cylindrycznej czesci tloczyska.Korzystnie kanaly w tlokowym czlonie maja wyloty na zewnetrznej powierzchni pierwszej cylindrycznej czesci pierwszej czesci dolnego tloczyska, usytuowane w sasiedztwie wyrównaw¬ czego cylinara.Korzystnie dolne tloczysko zawiera cylindryczna pierwsza czesc i cylindryczna druga czesc, majaca górny koniec polaczony z cylindryczna pierwsza czescia a dolny koniec pola¬ czony z obudowa, przy czym cylindryczna druga czesc ma srednice zewnetrzna wieksza od srednicy zewnetrznej cylindrycznej pierwszej czesci, tworzac zwrócone ku górze odsadzenie.Cylindryczne czesci dolnego tloczyska polaczone sa ze soba za pomoca srub. Kanaly w tlo¬ kowym czlonie maja wyloty ha powierzchni zewnetrznej pierwszej cylindrycznej czesci dolnego tloczyska, przylegle, do cylindra wyrównawczego.Korzystnie roboczy cylinder utworzony jest przez oylindryczna tuleje, w której osadzo¬ ny jest roboczy tlok oraz przez dwie panewki, których koncentryczne zakonczenia stanowia pokrywy roboczego cylindra, przez co dlugosc roboczego cylindra moze byc zmieniona przez zmiane odetepu panewek wchodzacych do tulei stanowiacej jego korpus.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wibrator hydrauliczny wedlug wynalazku, w przekroju pionowym, ukazuja¬ cy schematycznie niektóre elementy skladowe; fig. 2 - czlon tloczyska wibratora w innym przykladzie wykonania, w widoku z boku.Wibrator 10 ma sztywna obudowe 12, która stanowi plyta 18, oraz dwuczesciowa oslona w postaci scietego stozka 20 i cylindra 22. Obudowa 12 stanowi pewne polaczenie pomiedzy górnym koncem 30 tloczyska i plyta podstawy 14, która Jest sztywno polaczona z dolnym koncem 34 tloczyska. pionowy tlokowy czlon 24 z tloczyskiem o dwóch koncach sklada sie z roboczego tloka 26, z wystajacego z tloka 26 górnego tloczyska 28, którego górny koniec 30 jest polaczony z plyta 18 i z wystajacego z tloka 26 dolnego tloczyska 32, majacego dolny koniec 34 polaczony z plyta podstawy 14« Dolne tloczysko 32 ma pierwsza czesc 36 zaopatrzona w pierwszy element 37 cylindrycz¬ ny, wystajacy z roboczego tloka 26 i drugi element 38 cylindryczny, o zmniejszonym prze¬ kroju, na przedluzeniu pierwszego elementu 37? Dolny koniec 34 dolnego tloczyska 32 sta¬ nowi koniec drugiego elementu 38 o zmniejszonym przekroju. Druga czesc dolnego tloczyska 32 w postaci oylindrycznej tulei 40 jest osadzona na dolnym elemencie 38 tworzac dziala¬ jace ku górze pierscieniowe odsadzenie 42.133 018 3 Dla wywolywania ruchów powrotnych na czlonie 24 tlokowym jest usytuowany reakcyjny blok 44, z poosiowym otworem z cylindryczna tuleja 48f która tworzy korpus hydraulicz¬ nego roboczego cylindra 46, wspólpracujacego z tlokiem 26. Konstrukcja obudowy 12 umoz¬ liwia calkowite oslonieoie reakcyjnego bloku 44• Korzystne jest aby blok 44 byl tak uksztaltowany, zeby jego srodek ciezkosci wypadal nad powierzchnia ziemi w odleglosci nie przekraczajacej polowy minimalnego wymiaru poziomego plyty podstawy 14.Hydrauliczny roboczy cylinder 46 jest utworzony przez tuleje 48, stanowiaca jego kor¬ pus, w którym jest umieszczony roboczy tlok 26 wykonujacy ruch postepowo-zwrotny, ogra¬ niczone odpowiednio przez dolna panewke 52 i górna panewke 50. Panewki 50 i 52 maja w koncowej czesci 56, 5^ od strony tloka zranie iszona srednice zewnetrzna, umozliwiajaca ich koncentryczne wstawienie do tulei 48 korpusu cylindra, odpowiednio od górnego i dolnego jego konca tak, ze spelniaja role górnej i dolnej pokrywy 58 i 60 hydraulicznego roboczego cylindra 46.Dlugosc 62 roboczego cylindra mozna zmieniac przez zastapienie panewek 50 i 52 innymi podobnymi panewkami cylindrycznymi o wybiorczo róznych dlugosciach koncowych czesci 54 i 56, jakie wchodza w korpus 48 cylindra. Umozliwia to dzialanie przetwornika 10 sejsmicz¬ nego w róznych zakresach czestotliwosci przez zmiane dopuszczalnego skoku tloka w cylindrze roboczym* Jesli dlugosc koncowych czesci 54 i 56 panewek zostaje powiekszona, to calkowita objetosc cieczy w cylindrze ulega zmniejszeniu, a przez to przekroczone zostaja górne gra¬ nice czestotliwosci wibracji aparatu; aby jednak tego dokonac, dopuszczalny skok tloka mu¬ si byc zredukowany dla zabezpieczenia tloka przed uderzeniem o czesci 54 1 56 panewek* Zmniejszanie skoku nastepuje przez ograniczenie najmniejszych czestotliwosci przetwarzanych przez aparat.Górna panewka 50, korpus 48 cylindra i dolna panewka 52 sa scisle wpasowane w osiowym otworze 54 reakcyjnego bloku 44. W otworze 64 sa osadzone ponizej panewki 52, kolejne ku dolowi: panewka 66 cylindra dzialania wstepnego i dolna panewka 68. wszystkie opisane wyzej tuleje i panewki podtrzymywane sa razem przez górna i dolna nasadke 70 i 72, które sa za¬ mocowane do bloku reakcyjnego 44 za pomoca srub 73 i 75• Panewka 68 cylindra dzialania wstepnego reakcyjnego bloku 44 ma dzialajace ku dolowi odsadzenie 74, usytuowane ponizej roboczego cylindra 56, a powyzej dzialajacego ku górze odsadzenia 42, na dolnym tloczysku 32 tak, ze pomiedzy nimi tworzy sie hydrauliczny wyrównawczy cylinder 76.Pierwszy i drugi przelotowy kanal 78 i 80 ma ciecz hydrauliczna sa wykonane w tlokowym czlonie 24 wzdluz jego osi a ich wyloty wypadaja na zewnetrznych powierzchniach 82 i 84 górnego i dolnego tloczyska 28 i 32, tworzac polaczenie do górnej i dolnej komory robocze¬ go cylindra 46. Górne wyloty pierwszego i drugiego kanalu 78 i 80 lacza je ze zwyklym serwozaworem 86, który doprowadza do nich na przemian ciecz hydrauliczna pod cisnieniem powodujac ruch posuwisto-zwrotny reakcyjnego bloku 44 wzgledem roboczego tloka 26. serwo- zawór 86 moze byc w ogólnosci rozpatrywany jako zródlo cieczy hydraulicznej pod cisnieniem.Przez umieszczenie wyrównawczego cylindra 76 pod roboczym cylindrem 46 uzyskuje sie male dlugosci kanalów 78 i 80 pomiedzy roboczym cylindrem 46* i serwozaworem 86* Dla uzyska¬ nia zadawalajacego dzialania przetwornika 10 sejsmicznego w zakresie duzych czestotliwosci sejsmicznych konieczne jest takie skonstruowanie ukladu, aby czestotliwosc Jego drgan wlas¬ nych wypadala wieksza od zadanej czestotliwosci pracy. Czestotliwosc drgan wlasnych odnosi sie do ukladu drgajacego bloku, okreslonego przez mase obudowy 12 i stala sprezynowania martwej cieezy zawartej w roboczym cylindrze 46 i w kanalach 78 i 80.Czestotliwosc drgan wlasnych ukladu jest proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego ze stalej sprezynowania cieczy martwej zawartej w roboczym cylindrze 46 1 kanalaoh 78 i 80, przy czym stala sprezynowania jest proporcjonalna do stosunku kwadratu powierzchni pier¬ scieniowej omiatanej przez tlok 26 do objetosci cieczy martwej w roboczym cylindrze 46 i kanalach 78 i 70. Dzieki duzemu otworowi, tloka o malym skoku i minimalnym dlugosciom ka¬ nalów 78 i 80 uzyskuje sie maksymalna mozliwa w praktyce wartosc wymienionego stosunku i czestotliwosci drgac wlasnychukladu. n Wzór obliczeniowy czestotliwosci f drgan wlasnych ukladu ma postac: f = gdzie; w - ciezar obudowy 12, K - stala sprezynowania cieczy martwej wyliczona ze wzoru:4 153 018 K = 2 ft A f gdzie: /& - modul: scisliwosci cieczy, przykladowo 17,2 . 1Cr kpa dla oleju mineralnego, A - powierzchnia pierscieniowa omiatana przez tlok, V - objetosc w calach szesciennych cieczy martwej od serwozaworu 86 do powierzchni tloka 26 przy tloku 26 zaj¬ mujacym; polozenie srodkowe w cylindrze roboczym.W tlokowym czlonie 24 wykonany jest równiez przelotowy kanal 88 doprowadzajacy do wy¬ równawczego cylindra 76 ciecz prssy stalym, w zasadzie, cisnieniu. Kanal 86 jest wlaczony pomiedzy zródlo 90 zasilania ciecza hydrauliczna przy stalym, w zasadzie, cisnieniu hy- draulioznym, wyrównawczym cylindrem 76, Otwór 91 promieniowy stanowiacy wylot kanalu 88 wypada na zewnatrz powierzchni 84 pierwszej cylindrycznej czesci 37 dolnego tloczyska 32 przyleglej do wyrównawczego cylindra 76. Zasilanie ciecza hydrauliczna,przy stalym cisnie¬ niu ze zródla 90, daje cisnienie wystarczajace do tego, aby ciezar reakcyjnego bloku 44 byl zrównowazony albo inaczej, wyrównany przez dzialajaca ku górze sile oddzialywania hy¬ draulicznego na skierowane ku dolowi odsadzenie 74 panewki 66 cylindra wyrównawczego w re¬ akcyjnym bloku 44* Tlokowy czlon 24 ma równiez wykonane kanaly, nie uwidocznione w szcze¬ gólowy sposób, do upustu cisnienia cieczy i stworzenia ukladu uszczelniajacego otwór osio¬ wy w reakcyjnym bloku.Na fig* 2 uwidoczniono alternatywne rozwiazanie tlokowego czlonu 24, który oznaczono ogólnie indeksem 24a. Ten tlokowy czlon 24a z dwustronnym tloczyskiem zawiera tlok 26a roboczy, dolne tloczysko 28a i górne tloczysko 32a. Dolne tloczysko 32a zawiera pierwsza cylindryczna ezesc 92 wychodzaca z tloka 26a roboczego.Oddzielna druga cylindryczna czesc 94 dolnego tloczyska 32a jest dostawiona górnym kon¬ cern 96 do pierwszej czesci 92 i polaczona z nia za pomoca szeregu osadzonych wzdluznie srub 98, natomiast dolny koniec 10 tej czesoi jest przystosowany do polaczenia z obudowa 12.Druga cylindryczna czesc 94 ma srednice zewnetrzna wieksza od srednicy zewnetrznej pier¬ wszej czesci 92, przez co tworzy sie skierowane ku górze pierscieniowe odsadzenie 102, podobne do skierowanego ku górze odsadzenia 42 na fig. 1. Czlon 24a tlokowy z dwustronnym tloczyskiem, uwidoczniony na fig. 2, moze miec wykonane, nie uwidocznione przelotowe ka¬ naly podobne do kanalów 78, 80 i 88 na fig. 1.W ozasie pracy sejsmiczny przetwornik 10 jest ustawiony w wybranym miejscu na ziemi z plyta 14 podstawy utrzymywana na powierzchni ziemi pod odpowiednim olezarem, dla zapew¬ nienia wlasciwego sprzezenia energetycznego. Wtedy zalaczone zostaja nalezace do urzadze¬ nia generator elektroniczny sygnalów sterujacych i zasilajaca stacyjka hydrauliczna /nie pokazana na rysunkach/, które wprowadzaja wibrator w drgania, w tym przypadku sygnaly ste¬ rujace powinny miec ozestotliwosc wyzsza, rzedu 250 Hz, na górnej granicy zakresu czesto¬ tliwosci pracy przetwornika, w ten sposób serwozawór 86 wywoluje zmienne cisnienie w cie¬ czy hydraulicznej w kanalach 78 i 80 na przemian powodujac posuwisto-zwrotne ruchy reakcyj¬ nego bloku 44 wzgledem tloka 26, a w rezultacie pionowe drgania plyty 14 podstawy.Odchylenie grawitacyjne reakcyjnego bloku wzgledem tloka, powodowane ciezarem bloku 44 jest wyrównywane przez zastosowanie odpowiednio dobranego cisnienia cieczy hydraulicznej doprowadzanej do wyrównawczego cylindra 76 ze zródla 90 poprzez kanal 88.Wibracje o duzej czestotliwosci uzyskuje sie w optymalny sposób przez ustawienie cy¬ lindra 46 i tloka 26 roboczego jak najblizej serwozaworu 86, co zmniejsza objetosc 1 zwia¬ zany z tym wspólczynnik sprezystosol cieczy w kanalach laczacych, oraz powoduje zmniejsze¬ nie skoku tloka 26, jak tez objetosci cylindra 46 w stopniu uwzgledniajacym w praktyce stosunek wibracji reakcyjnego bloku do zadanego zakresu duzych czestotliwosci. Te warunki pozwalaja uzyskac efektywne energetyoznie wprowadzenie do ziemi energii wibracji rzedu 250 Hz i wiecej.Zastrzezenia patentowe 1. Wibrator hydrauliczny zawierajacy obudowe, pionowy tlokowy czlon z dwustronnym tloczyskiem, majacy roboczy tlok, górne tloczysko wystajace z roboczego tloka, majace gór¬ ny koniec polaczony z obudowa, dolne tloczysko majac® dolny koniec polaczony z obudowa,133018 5 reakcyjny blok, zamocowany przesuwnie z mozliwoscia ruchu postepowo-zwrotnego wokól tlo¬ kowego czlonu, tworzacy hydrauliczny roboczy cylinder wokól roboczego tloku, srodki spre¬ zyste, zamocowane w reakcyjnym bloku, kanaly do doprowadzania cieczy hydraulicznej do ro¬ boczego cylindra, dla przemieszczania ruchem postepowo-zwrotnym reakcyjnego bloku wzgle¬ dem roboczego tloka, polaczone z roboczym cylindrem poprzez górne tloczyako i ze zródlem cieczy hydraulicznej, oraz kanaly do doprowadzania cieczy hydraulicznej pod zasadniczo stalym cisnieniem poprzez górne tloczyako ze zródla cieczy hydraulicznej do srodków spre¬ zystych, znamienny tym, ze górne tloczysko /28, 28a/ ma dlugosc zasadniczo krótsza od dlugosci danego tloczyska /32, 32a/ dla zredukowania ilosci cieczy hydraulicz¬ nej pomiedzy zródlem i roboczym cylindrem /46/ a dolne tloczysko /32, 32a/ ma pierwsza czesc /36, 92/ wystajaca z roboczego tloka /26, 26a/ i odlaczalna druga czesc /38, 98/, polaczona z pierwsza czescia /36, 92/ przy czym odlaczalna druga czesc /38, 98/ tworzy zwrócone ku górze odsadzenie /42, 102/ dolnego tloczyska /32, 32a/, a srodki sprezyste zawieraja zwrócone ku dolowi odsadzenie /74/, usytuowane ponizej roboczego cylindra /46/ i powyzej zwróconego ku górze odsadzenia /42, 102/ dolnego tloczyska /32, 32a/ wyznacza¬ jace wyrównawczy cylinder /76/, przy czym ciecz hydrauliczna ma stale cisnienie o takiej wartosci, aby reakcyjny blok /44/ byl przesuwany przez sile hydrauliczna dzialajaca na zwrócone ku dolowi odsadzenie /74/ reakcyjnego bloku /44/# 2. wibrator, wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze odlaczalna druga czesc /38/ dolnego tloczyska /32/ zawiera cylindryczna tuleje /40/ umieszczona na pierwszej czesci /36/. 3. Wibrator wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze pierwsza czesc /36/ dol¬ nego tloczyska /32/ zawiera pierwsza cylindryczna czesc /37/f wystajaca z roboczego tloka /26/ i druga cylindryczna czesc /38/, usytuowana na przedluzeniu pierwszej cylindrycznej czesci /37/ o zmniejszonej srednicy, majaca koniec /34/ zamocowany do obudowy /12/, przy czym cylindryczna tuleja /40/ otacza druga cylindryczna czesc /38/ tloczyska /32/ i ma zewnetrzna srednice wieksza od srednicy zewnetrznej pierwszej cylindrycznej czesci /37/ tloczyska /28/. 4. WiflFator, wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze kanaly /88/ w tlokowym czlonie /28/ maja wyloty /91/ usytuowane na zewnetrznej powierzchni pierwszej cylindrycznej czesci /37/ pierwszej czesci /36/ dolnego tloczyska /32/, usytuowane w sasiedztwie wy¬ równawczego cylindra /76/. 5. Wibrator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dolne tloczysko /32a/ zawiera cylindryczna pierwsza czesc /92/ i cylindryczna druga czesc /94/, majaca górny ko¬ niec /96/ polaczony z cylindryczna pierwsza czescia /92/ a dolny koniec /100/ polaczony z obudowa /12/, przy czym cylindryczna druga czesc /94/ ma srednice zewnetrzna wieksza od srednicy zewnetrznej cylindrycznej pierwszej czesci /92/, tworzac zwrócone ku górze odsa¬ dzenie /102/. 6. Wibrator wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze cylindryczne czesci /92, 94/ dolnego tloczyska /32a/ polaczone sa ze soba za pomoca srub /98/. 7. Wibrator wedlug zastrz. 5, albo 6, znaniennytym, ze kanaly /88/ w tlokowym czlonie /28a/ maja wyloty na powierzchni zewnetrznej pierwszej cylindrycznej czes¬ ci /92/ dolnego tloczyska /32a/t przylegle do cylindra wyrównawczego /76/. 8. wibrator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze roboczy cylinder /46/ jest utworzony przez cylindryczna tuleje /48/f w której osadzony jest roboczy tlok /26/, oraz przez dwie panewki /50, 52/, których koncentryczne zakonczenie /58, 60/ stanowia po¬ krywy roboczego cylindra /46/, przez co dlugosc roboczego cylindra /46/ moze byc zmieniona przez zmiane odstepu /62/ panewek /50, 52/ wchodzacych do ¦tulei /48/ stanowiacej jego korpus.133 018 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl PL