RU2189614C1

RU2189614C1 - Source of seismic vibrations

Info

Publication number: RU2189614C1
Application number: RU2001113839A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Кравченко; А.И. Бугаец; С.М. Чиликов; Е.Н. Потаенко
Original assignee: ООО Научно-исследовательский и конструкторский центр испытательных машин "Точмашприбор"
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2002-09-20

Abstract

FIELD: seismic prospecting of mineral resources, mainly oil and gas, as well as tests of buildings and structures for seismic stability. SUBSTANCE: built in the hydraulic cylinder barrel and reaction mass is a hydraulic accumulator in the form of an annular cavity separated by an elastic cylindrical diaphragm into two sealed cavities, one of which communicates with the cavity of the hydraulic cylinder connected to a pumping plant, and the other is filled with gas compressed at a preset pressure. An additional quick-acting valve with a high flow characteristic is installed on the hydraulic cylinder in parallel with a valve servo. The quick-acting valve is made in the form of a plunger installed in the duct connecting both hydraulic cavities of the hydraulic cylinder in such a manner that one end of the plunger would face the accumulator cavity of the hydraulic cylinder, and the cavity on the side of the other end of the plunger-through a restrictor, the cavity is connected to the drain line through an electrically operate valve. EFFECT: minimized loss in the ducts connecting the hydraulic accumulator to the valve servo, which results in reduced non-linear distortions of the amplitude-frequency characteristics of the source of seismic vibrations, enhanced power of single vibration pulses. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для генерирования сейсмических колебаний почвы и предназначено для сейсмической разведки полезных ископаемых, преимущественно нефти и газа. The invention relates to devices for generating seismic vibrations of the soil and is intended for seismic exploration of minerals, mainly oil and gas.

Известны источники сейсмических колебаний отечественного и зарубежного производства, включающие транспортную базу, насосную установку, электрогидравлический распределитель - сервоклапан, систему управления, возбудитель колебаний, содержащий опорную излучающую плиту, гидравлический рабочий цилиндр двухстороннего действия (гидроцилиндр), состоящий из корпуса гидроцилиндра, реактивной массы и поршня со штоком, жестко соединенным с опорной плитой и образующим с корпусом две смежные гидравлические рабочие полости, одна из которых напрямую соединена с нагнетательной магистралью насосной установки, а другая - через установленный на гидравлическом рабочем цилиндре сервоклапан [1. Проспект АО "ГЕО-СВИП" "Вибрационный источник сейсмических сигналов СВ-27/150-362", г. Москва. 2. ТУ25-7703.027-90 "Вибратор сейсмический СВ-5-150 М2", Госреестр 063/003209 от 24.05.90 г. 3. Проспект НПО "Сейсмотехника", Республика Белорусь, г. Гомель "Вибрационные источники сейсмических сигналов СВ-10/180; СВ-16/120; СВ-18/120; СВ-30/120". 4. Проспект фирмы "Бердваген" США "Вибратор ХЕМИ-50", 1996 г. 5. Проспект фирмы "MERTZ" США, "Сервогидравлический вибратор Ml8НД/623"]. Known sources of seismic vibrations of domestic and foreign production, including a transport base, a pumping unit, an electro-hydraulic distributor - a servo valve, a control system, an exciter of oscillations containing a supporting radiating plate, a double-acting hydraulic working cylinder (hydraulic cylinder), consisting of a hydraulic cylinder body, a reactive mass and a piston with a rod rigidly connected to the base plate and forming two adjacent hydraulic working cavities with the body, one of which is strained muyu connected to the discharge line of the pumping unit, and the other through a servo valve mounted on the hydraulic working cylinder [1. Prospect AO "GEO-SVIP" "Vibration source of seismic signals SV-27 / 150-362", Moscow. 2. TU25-7703.027-90 "Seismic vibrator SV-5-150 M2", State registry 063/003209 from 05.24.90 3. Prospect of the NGO "Seismotekhnika", Republic of Belarus, Gomel "Vibration sources of seismic signals SV-10 / 180; SV-16/120; SV-18/120; SV-30/120 ". 4. Prospectus of the company "Berdvagen" USA "Vibrator HEMI-50", 1996. 5. Prospectus of the company "MERTZ" USA, "Servo-hydraulic vibrator Ml8ND / 623"].

Недостатком известных источников сейсмических колебаний является малый диапазон излучающих частот, ограничение которого связано с большими потерями мощности от сжимаемости столба рабочей жидкости в гидравлическом рабочем цилиндре возбудителя колебаний излучающей плиты, высота которого определяется заданной максимальной амплитудой перемещения поршня при заданной минимальной частоте. A disadvantage of the known sources of seismic vibrations is the small range of emitting frequencies, the limitation of which is associated with large losses of power from the compressibility of the working fluid column in the hydraulic working cylinder of the exciter of oscillations of the emitting plate, the height of which is determined by the specified maximum amplitude of piston movement at a given minimum frequency.

При такой конструкции возбудителя сейсмических колебаний для расширения диапазона рабочих частот необходимо увеличить мощность и расход насосной установки. Этого недостатка лишен ближайший аналог заявляемого источника по авторскому свидетельству 1817051 от 11.10.1992 г. - широкополосный сейсмический вибратор, в котором диапазон излучаемых частот расширен за счет автоматической оптимизации гидравлической жесткости возбудителя вибрации - сейсмических колебаний излучающей плиты. Это достигается путем автоматического регулирования высоты управляемой полости так, что система управления выдерживает минимальное расстояние между поршнем и дном цилиндра, равное амплитуде колебаний. With this design of the causative agent of seismic vibrations to expand the range of operating frequencies, it is necessary to increase the power and flow rate of the pumping unit. This drawback is deprived of the closest analogue of the claimed source according to copyright certificate 1817051 of 10/11/1992 - a broadband seismic vibrator in which the range of emitted frequencies is expanded due to automatic optimization of the hydraulic stiffness of the vibration pathogen - seismic vibrations of the emitting plate. This is achieved by automatically adjusting the height of the controlled cavity so that the control system maintains a minimum distance between the piston and the bottom of the cylinder, equal to the amplitude of the oscillations.

Недостатком этого источника вибраций является наличие сравнительно больших нелинейных искажений амплитудно-частотных характеристик из-за потерь в гидравлических трубах (каналах), связывающих сервоклапан с гидроаккумулятором, установленным на расстоянии от гидроцилиндра. The disadvantage of this source of vibration is the presence of relatively large non-linear distortions of the amplitude-frequency characteristics due to losses in hydraulic pipes (channels) connecting the servo valve to the accumulator installed at a distance from the hydraulic cylinder.

Этих недостатков лишен заявляемый источник сейсмических колебаний. These shortcomings are deprived of the claimed source of seismic vibrations.

Сущность изобретения состоит в том, что:
1) в корпус гидроцилиндра и реактивную массу встроен гидроаккумулятор в виде кольцевой полости, разделенной эластичной цилиндрической диафрагмой на две герметичные полости, одна из которых гидравлически сообщается с полостью гидроцилиндра, соединенной с насосной установкой, а другая заполнена газом, сжатым под заданным давлением;
2) на гидроцилиндре параллельно с электрогидравлическим сервоклапаном дополнительно установлен быстродействующий клапан единичного действия с высокой расходной характеристикой;
3) быстродействующий клапан выполнен в виде скалки, установленной в канале, соединяющем обе гидравлические полости гидроцилиндра таким образом, что один торец скалки обращен непосредственно к аккумуляторной полости гидроцилиндра, а полость со стороны другого конца скалки - через дроссель, при этом полость через электрогидравлический распределитель соединяется со сливной магистралью.The invention consists in that:
1) a hydraulic accumulator in the form of an annular cavity, divided by an elastic cylindrical diaphragm into two sealed cavities, one of which is hydraulically connected to the hydraulic cylinder cavity connected to the pumping unit and the other is filled with gas compressed under a given pressure, is built into the hydraulic cylinder body and reactive mass;
2) in parallel with the electro-hydraulic servo valve, a single-acting high-speed valve with a high flow rate is additionally installed on the hydraulic cylinder;
3) a quick-acting valve is made in the form of a rolling pin installed in a channel connecting both hydraulic cavities of the hydraulic cylinder in such a way that one end of the rolling pin faces directly to the accumulator cavity of the hydraulic cylinder, and the cavity from the side of the other end of the rolling pin through the throttle, while the cavity is connected via an electro-hydraulic distributor with drain line.

Выполнение гидроаккумулятора в виде кольцевой цилиндрической полости коаксиально штоку гидроцилиндра уменьшает потери в каналах, связывающих гидроаккумулятор с сервоклапаном, до минимальной величины, что ведет к уменьшению нелинейных искажений амплитудно-частотных характеристик источника сейсмических колебаний, а применение быстродействующего клапана, действующего параллельно сервоклапану, способствует увеличению мощности одиночных силовых импульсов. The performance of the hydraulic accumulator in the form of an annular cylindrical cavity coaxial to the hydraulic cylinder rod reduces losses in the channels connecting the hydraulic accumulator to the servo valve to a minimum, which leads to a decrease in the nonlinear distortion of the amplitude-frequency characteristics of the seismic oscillation source, and the use of a high-speed valve operating in parallel with the servo valve increases the power single power impulses.

Пример исполнения заявляемого изобретения - источника сейсмических колебаний - приведен на чертеже. An example of the execution of the claimed invention is a source of seismic vibrations is shown in the drawing.

Источник сейсмических колебаний содержит транспортную базу (на чертеже не показана), насосную установку 1, электрогидравлический распределитель - сервоклапан 2, систему управления 3, возбудитель колебаний, содержащий опорную излучающую плиту 4 и гидравлический рабочий цилиндр двустороннего действия (гидроцилиндр), состоящий из корпуса гидроцилиндра 5 с закрепленной на нем реактивной массой 6 и поршня со штоком 10. В корпус гидроцилиндра 5 и реактивную массу 6 встроен гидроаккумулятор в виде кольцевой полости, разделенной эластичной цилиндрической диафрагмой 7 на две герметичные полости, одна из которых 8 гидравлически сообщается с полостью гидроцилиндра, соединенной с насосной установкой 1, а другая 9 заполнена сжатым газом. Шток 10 жестко соединен с опорной излучающей плитой 4 и образует с корпусом гидроцилиндра 5 две смежные гидравлические рабочие полости 11 и 12, одна из которых (11) напрямую соединена с нагнетательной магистралью насосной установки 1, а другая (12), площадь поперечного сечения которой примерно вдвое больше площади поперечного сечения полости 11, - через установленный на гидроцилиндре сервоклапан 2. На корпусе гидроцилиндра 5 установлен действующий параллельно сервоклапану 2 быстродействующий клапан 13, выполненный в виде скалки 14, установленной в канале, соединяющем обе гидравлические полости таким образом, что один торец скалки обращен непосредственно к аккумуляторной полости гидроцилиндра, а полость другого торца скалки - через дроссель 15, при этом полость, к которой обращен первый торец скалки, через электрогидравлический распределитель соединяется со сливной магистралью 18. The source of seismic vibrations contains a transport base (not shown in the drawing), a pump unit 1, an electro-hydraulic distributor - a servo valve 2, a control system 3, an exciter of oscillations containing a supporting radiating plate 4 and a hydraulic double-acting working cylinder (hydraulic cylinder), consisting of a cylinder body 5 with a reactive mass 6 fixed thereon and a piston with a rod 10. A hydraulic accumulator in the form of an annular cavity divided by an elastic cylinder is built into the cylinder body 5 and the reactive mass 6 cal diaphragm 7 into two sealed cavities, one of which is 8 in fluid communication with the cavity of the hydraulic cylinder connected to the pump unit 1, while the other 9 filled with a pressurized gas. The rod 10 is rigidly connected to the supporting radiating plate 4 and forms two adjacent hydraulic working cavities 11 and 12 with the cylinder body 5, one of which (11) is directly connected to the discharge line of the pumping unit 1, and the other (12), whose cross-sectional area is approximately twice the cross-sectional area of the cavity 11, through a servo valve 2 mounted on the hydraulic cylinder 2. A quick-acting valve 13, parallel to the servo valve 2, is installed in the form of a rolling pin 14 installed in an analge that connects both hydraulic cavities in such a way that one end of the rolling pin faces directly to the accumulator cavity of the hydraulic cylinder, and the cavity of the other end of the rolling pin faces throttle 15, and the cavity to which the first end of the rolling pin faces is connected via the electro-hydraulic distributor to the drain line 18.

Источник сейсмических колебаний работает следующим образом. The source of seismic vibrations works as follows.

С помощью спускоподъемного устройства 16, связанного с транспортной базой, излучающая плита 4 устанавливается на грунт и через рессоры 17 нагружается статической нагрузкой весом транспортной базы и установленного оборудования, превышающей максимальное значение амплитуды циклической нагрузки. Рабочая жидкость под давлением от насосной установки 1 поступает в полость 12 гидроцилиндра, оказывая на шток 10 постоянное силовое воздействие в направлении полости 11. Using a lifting device 16 connected with the transport base, the radiating plate 4 is mounted on the ground and, through the springs 17, is loaded with a static load by the weight of the transport base and installed equipment, exceeding the maximum value of the amplitude of the cyclic load. The working fluid under pressure from the pump unit 1 enters the cavity 12 of the hydraulic cylinder, exerting a constant force on the rod 10 in the direction of the cavity 11.

Система управления 3 через сервоклапан 2 задает циклическое изменение давления в полости 11 гидроцилиндра, что вызывает действие на корпус гидроцилиндра 5 с реактивной массой 6 переменной по величине и направлению силы, а реактивная сила через рабочую жидкость в полости 11, шток 10 и излучающую плиту 4 передается на грунт, возбуждая в нем сейсмические колебания. The control system 3 through a servo valve 2 sets a cyclic change in pressure in the cavity 11 of the hydraulic cylinder, which causes the cylinder body 5 with a reactive mass 6 of variable magnitude and direction of force, and the reactive force is transmitted through the working fluid in the cavity 11, the rod 10 and the emitting plate 4 to the ground, exciting seismic vibrations in it.

Предлагаемый источник сейсмических колебаний имеет и другой режим - режим одиночных импульсов большей мощности. В этом случае системой управления задается периодичность (например, через 3-5 секунд) открывания быстродействующего клапана 13 для соединения полости над верхним торцом скалки со сливом 18. При этом скалка 14 с дросселем 15 перемещается в верх (см. чертеж), освобождая свободный проход сжатой в полости 9 гидроаккумулятора рабочей жидкости в активную полость 12 гидроцилиндра и увеличивая мощность одиночных импульсов по сравнению с режимом работы с сервоклапаном 2, имеющим значительно меньшую расходную характеристику. The proposed source of seismic vibrations also has another mode — the single-pulse mode of higher power. In this case, the control system sets the frequency (for example, after 3-5 seconds) of opening the high-speed valve 13 to connect the cavity above the upper end of the rolling pin with a drain 18. In this case, the rolling pin 14 with the throttle 15 moves to the top (see drawing), freeing up free passage compressed in the cavity 9 of the hydraulic accumulator of the working fluid into the active cavity 12 of the hydraulic cylinder and increasing the power of single pulses in comparison with the mode of operation with the servo valve 2, which has a significantly lower flow characteristic.

Claims

1. A source of seismic vibrations containing a transport base, a pumping unit, an electro-hydraulic distributor - a servo valve, a control system, an exciter of oscillations containing a supporting radiating plate and a double-acting hydraulic working cylinder (hydraulic cylinder), consisting of a cylinder body, a reactive mass and a piston fixed to it with a rod rigidly connected to the supporting radiating plate and forming two adjacent hydraulic working cavities with the cylinder body, one of which is directly connected to the pumping unit’s exhaust line, and the other through a servo valve installed on the hydraulic cylinder, characterized in that a hydraulic accumulator in the form of an annular cavity divided by an elastic cylindrical diaphragm into two sealed cavities is integrated into the hydraulic cylinder body and the reactive mass, one of which is hydraulically connected to the hydraulic cylinder cavity connected with a pump installation, and the other is filled with gas compressed under a given pressure.

2. The source of seismic vibrations according to claim 1, characterized in that on the hydraulic cylinder in parallel with the electro-hydraulic distributor - servo valve, an additional high-speed valve with a high flow rate characteristic is additionally installed.

3. The source of seismic vibrations according to claim 2, characterized in that the high-speed valve according to claim 2 is made in the form of a rolling pin installed in a channel connecting both hydraulic cavities in such a way that one end of the rolling pin faces directly to the accumulator cavity of the hydraulic cylinder and the cavity of the other the end of the rolling pin - through the throttle, while the cavity to which the first end of the rolling pin is facing is connected through the electro-hydraulic distributor to the drain line.