RU2374744C1 - Underwater vibration source with controlled resonance frequency - Google Patents
Underwater vibration source with controlled resonance frequency Download PDFInfo
- Publication number
- RU2374744C1 RU2374744C1 RU2008112508/09A RU2008112508A RU2374744C1 RU 2374744 C1 RU2374744 C1 RU 2374744C1 RU 2008112508/09 A RU2008112508/09 A RU 2008112508/09A RU 2008112508 A RU2008112508 A RU 2008112508A RU 2374744 C1 RU2374744 C1 RU 2374744C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- connecting rods
- source
- electric motor
- frequency
- flanges
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к морской сейсмике и может быть использовано в качестве генератора колебаний при выполнении вибрационного воздействия на нефтяную морскую залежь из слоя воды с целью повышения ее нефтеотдачи.The invention relates to marine seismic and can be used as a generator of vibrations when performing a vibration effect on an oil sea deposit from a layer of water in order to increase its oil recovery.
Доказана возможность ускорения процесса восстановления нефтяных залежей на суше с помощью вибрационного воздействия на них с поверхности земли. (С.М.Гадиев. Использование вибрации в добыче нефти. М.: Наука, 1977, 160 с.). Однако если для воздействия на залежь на морском шельфе исходить из арсенала виброисточников, разработанных для суши (в основном это дебалансные вибраторы), то придется размещать их в герметичных контейнерах и прочно закреплять на грунте, или применять многотонные инертные массы-накладки.The possibility of accelerating the process of restoring oil deposits on land using the vibrational effect on them from the surface of the earth is proved. (S.M. Gadiev. Using vibration in oil production. M.: Nauka, 1977, 160 p.). However, if we proceed from the arsenal of vibration sources developed for land (mainly unbalanced vibrators) to act on the deposits on the sea shelf, you will have to place them in airtight containers and firmly fix them on the ground, or use multi-ton inert mass overlays.
При использовании подводного источника вибраций, включающего в себя упругий объем газа и силовую систему для его раскачки, роль инертной массы может выполнять окружающая его вода. Для этого частоту излучаемого сигнала нужно выбирать из условия равенства глубины моря нечетному числу четвертей длин волн сжатия в воде. Это условие определяет и глубину погружения источника, которая может быть меньше глубины моря (Ковалевский В.В. Создание мощных сейсмических источников, основанных на использовании колебаний упругого объема в жидкости. - В сб.: Проблемы вибросейсмических методов исследования. Новосибирск, ВЦ, 1979, с.25-31). Таким образом, рабочая частота источника определяется глубиной моря.When using an underwater source of vibration, which includes the elastic volume of the gas and the power system for its buildup, the surrounding water can play the role of an inert mass. For this, the frequency of the emitted signal must be chosen from the condition that the depth of the sea is equal to an odd number of quarters of the compression wavelengths in water. This condition also determines the depth of the source, which may be less than the depth of the sea (Kovalevsky V.V. Creation of powerful seismic sources based on the use of elastic volume oscillations in a liquid. - In Sat: Problems of vibroseismic research methods. Novosibirsk, VTs, 1979, p. 25-31). Thus, the operating frequency of the source is determined by the depth of the sea.
Известны широкополосные гидравлические подводные источники вибраций (например, по патенту США №3978940, G01V 1/04, опубл. 7.09.1976). Достижением в этой области является продукт компании Geophysical Co. Inc. (USA). Это нерезонансный источник с поршнем диаметром 1,55 м, массой 1530 кг, потребляющий гидравлическую мощность 50 кВт и имеющий КПД в пределах 1.5 % (Graham R.Jonson, Ian Thompson, Leon J.Walker The GECO Marine Vibrator System. - SEG Conference, Abstracts, Los Angeles, 1988, p.p 71-73). Ясно, что такая низкая эффективность практиков не удовлетворит.Known broadband hydraulic underwater sources of vibration (for example, according to US patent No. 3978940, G01V 1/04, publ. 09/07/1976). An achievement in this area is the product of Geophysical Co. Inc. (USA). This is a non-resonant source with a 1.55 m diameter piston, weighing 1,530 kg, consuming hydraulic power of 50 kW and having an efficiency of 1.5% (Graham R. Jonson, Ian Thompson, Leon J. Walker The GECO Marine Vibrator System. - SEG Conference, Abstracts, Los Angeles, 1988, pp 71-73). It is clear that such a low efficiency of practitioners will not satisfy.
Затруднения при создании высокоэффективного подводного источника вибраций связаны с малостью его волновых размеров, вследствие чего его излучающие поверхности при работе нагружены на сопротивление излучения, в котором преобладает реактивная составляющая. Эта составляющая имеет характер массы и может быть компенсирована путем подстройки упругости механической колебательной системы источника для получения резонанса на частоте излучения. Эффективным решением этой задачи является присоединение к излучающему поршню подводного источника вибраций воздушной камеры-пузыря с гибкой оболочкой, которую настраивают в резонанс на частоте излучения путем изменения ее объема (Sims С. Bubble transducer for radiating high power low-frequency Sound in Water // J. Acoust. Soc. Amer. 1960, V.32, №10, p.1305-1308). Однако если, например, глубина моря составляет 150 м, то получается, что для работы на частоте 7.5 Гц виброисточнику, погруженному на глубину 50 м, необходим резонансный сферический пузырь объемом более 5 кубических метров (Исакович М.А. Общая акустика. М.: Наука, 1973, 493 с.). Изменения объема воздуха в таком пузыре и компенсация его плавучести - серьезная техническая проблема.The difficulties in creating a highly efficient underwater source of vibration are associated with the smallness of its wave dimensions, as a result of which its emitting surfaces are loaded with radiation resistance, in which the reactive component predominates. This component has a mass character and can be compensated by adjusting the elasticity of the mechanical oscillatory system of the source to obtain resonance at the radiation frequency. An effective solution to this problem is to attach an underwater vibration source to the emitting piston of the air bubble chamber with a flexible sheath, which is tuned to resonance at the radiation frequency by changing its volume (Sims C. Bubble transducer for radiating high power low-frequency Sound in Water // J Acoust. Soc. Amer. 1960, V.32, No. 10, p. 1305-1308). However, if, for example, the sea depth is 150 m, then it turns out that to work at a frequency of 7.5 Hz, a vibration source immersed to a depth of 50 m needs a resonant spherical bubble with a volume of more than 5 cubic meters (M. Isakovich, General Acoustics. M: Science, 1973, 493 p.). Changes in the volume of air in such a bubble and compensation for its buoyancy is a serious technical problem.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является подводный источник вибраций и низкочастотного звука, содержащий жесткий излучающий поршень, колебания которого возбуждаются кривошипно-шатунным приводом, преобразующим вращательное движение в колебательное (Римский-Корсаков А.В., Ямщиков B.C., Жулин В.И., Рехтман В.И. Акустические подводные низкочастотные излучатели. Л.: Судостроение, 1984, 184 с.). В таком источнике амплитуда колебательных смещений поршня не зависит от частоты вращения кривошипа, поэтому механическая нагрузка поршня пропорциональна квадрату частоты излучения (т.е. ускорению поршня). В результате амплитудно-частотная характеристика источника существенно нелинейна, а рабочий диапазон частот невелик. Если настраиваемая в резонанс с частотой излучения воздушная камера-пузырь не используется, то крайне мал и его КПД в этом диапазоне, за исключением частоты, на которой упругость воздуха во внутренней полости источника компенсирует инерцию поршня и соколеблющейся массы воды. Угловые колебания шатуна по отношению к поверхности поршня вызывают вредные тангенциальные нагрузки в его подвесе. По этой же причине возвратно-поступательная составляющая колебаний конца шатуна, связанного с поршнем (при равномерном вращении двигателя), негармоническая, т.е. сигнал источника содержит нелинейные искажения.The closest in technical essence and the set of essential features is an underwater source of vibration and low-frequency sound, containing a hard emitting piston, the oscillations of which are excited by a crank drive, which converts rotational motion into oscillatory (Rimsky-Korsakov A.V., Yamshchikov BC, Zhulin V. I., Rekhtman V.I. Acoustic underwater low-frequency radiators (Leningrad: Sudostroenie, 1984, 184 pp.). In such a source, the amplitude of the vibrational displacements of the piston does not depend on the crank speed, therefore, the mechanical load of the piston is proportional to the square of the radiation frequency (i.e., acceleration of the piston). As a result, the amplitude-frequency characteristic of the source is substantially non-linear, and the operating frequency range is small. If an air chamber-bubble, tuned in resonance with the radiation frequency, is not used, then its efficiency is extremely small in this range, except for the frequency at which the air elasticity in the inner cavity of the source compensates for the inertia of the piston and the vibrating mass of water. Angular vibrations of the connecting rod with respect to the piston surface cause harmful tangential loads in its suspension. For the same reason, the reciprocating component of the oscillations of the end of the connecting rod associated with the piston (with uniform rotation of the engine) is not harmonic, i.e. The source signal contains non-linear distortion.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение возможностей управления частотой резонанса источника (без изменения его среднего объема) и регулирования амплитуды излучаемого сигнала на рабочей частоте, а также устранение тангенциальных нагрузок в подвесе поршней и уменьшение нелинейных искажений излучаемого сигнала.The objective of the proposed technical solution is to provide the ability to control the frequency of the resonance of the source (without changing its average volume) and control the amplitude of the emitted signal at the operating frequency, as well as eliminate tangential loads in the suspension of the pistons and reduce non-linear distortions of the emitted signal.
Поставленная задача решается тем, что в подводном источнике вибраций, содержащем возбудитель колебаний типа электродвигателя вращения, шатуны и излучающие поршни, элементы электродвигателя выполнены в виде маховиков с равными моментами инерции, установленных с возможностью встречных вращательных колебаний, эти элементы снабжены фланцами, связанными с излучающими поршнями посредством шатунов, а длина шатунов равна радиусу окружности, вдоль которой шатуны подвижно закреплены на фланцах.The problem is solved in that in an underwater vibration source containing a vibration exciter such as a rotation motor, connecting rods and radiating pistons, the electric motor elements are made in the form of flywheels with equal moments of inertia installed with the possibility of counter rotational vibrations, these elements are equipped with flanges associated with radiating pistons by means of connecting rods, and the length of the connecting rods is equal to the radius of the circle along which the connecting rods are movably mounted on the flanges.
На фиг.1 изображен осевой разрез предлагаемого источника вибраций, на фиг.2 - его поперечные разрезы.Figure 1 shows an axial section of the proposed source of vibration, figure 2 - its transverse sections.
Излучающие поршни 1 установлены вокруг электродвигателя, параллельно его оси, на шатунах 2, связанных с фланцами 3 и 4, зафиксированными на торцах внутреннего (5) и внешнего (6) элементов электродвигателя. Элемент 5 установлен на оси 7, соединяющей жесткие крышки 8. Внутренняя полость 9 источника герметизирована эластичными прокладками 10. Одна из крышек 6 снабжена штуцером 11 для подачи сжатого воздуха в полость 9. В источнике использован электродвигатель постоянного тока (его коллектор на фигурах не показан).Radiating pistons 1 are mounted around the electric motor, parallel to its axis, on the connecting rods 2, connected with flanges 3 and 4, fixed at the ends of the internal (5) and external (6) elements of the electric motor. The
Источник вибраций работает следующим образом. Через штуцер 11 в полость 9 подается сжатый воздух для получения необходимого избыточного (по отношению к внешней среде) давления. Его величина определяется частотой излучаемого сигнала и не зависит от глубины погружения. Под действием избыточного давления поршни 1 раздвигаются, занимая крайнее положение, шатуны 2 при этом ориентируются радиально. Механическая система источника становится колебательной. При одинаковом угловом отклонении фланцев 3 и 4 во взаимно противоположных направлениях возникает возвращающий момент сил, определяемый величиной избыточного давления. За один период крутильных колебаний фланцев шатуны 2 занимают радиальное положение дважды. Таким образом, поршни 1 синфазно колеблются в радиальных направлениях с частотой, вдвое большей частоты крутильных колебаний фланцев. На якорь электродвигателя (элемент 5) подается переменный ток частоты, близкой к частоте крутильных колебаний. На резонансе происходит компенсация реактивных составляющих как сопротивления излучения, так и собственного механического сопротивления источника вибраций.The source of vibration works as follows. Through the nozzle 11, compressed air is supplied into the cavity 9 to obtain the necessary excess (relative to the external environment) pressure. Its value is determined by the frequency of the emitted signal and does not depend on the depth of immersion. Under the action of excessive pressure, the pistons 1 move apart, occupying the extreme position, the connecting rods 2 are oriented radially. The mechanical system of the source becomes oscillatory. With the same angular deviation of the flanges 3 and 4 in mutually opposite directions, a returning moment of forces arises, determined by the magnitude of the overpressure. For one period of torsional vibrations of the flanges of the connecting rods 2 occupy a radial position twice. Thus, the pistons 1 in-phase oscillate in radial directions with a frequency twice the frequency of torsional vibrations of the flanges. An alternating current of a frequency close to the frequency of torsional vibrations is supplied to the motor armature (element 5). At the resonance, the reactive components of both the radiation resistance and the intrinsic mechanical resistance of the vibration source are compensated.
Амплитуда линейной скорости точек закрепления шатунов 2 на фланцах 3, 4 при крутильных колебаниях превышает амплитуду скорости радиальных колебаний поршней 1. Поэтому основная часть кинетической энергии колебательной системы запасается в маховиках и относительно малая ее часть - в поршнях и соколеблющейся массе внешней среды. При малых амплитудах колебаний поршней резонансная частота крутильных колебаний F в основном определяется суммарным моментом инерции маховиков I и величиной избыточного давления Р (но не средним объемом воздушной полости излучателя, и не глубиной погружения) в полости 10 источника:The amplitude of the linear velocity of the connecting points of the connecting rods 2 on the flanges 3, 4 during torsional vibrations exceeds the amplitude of the speed of the radial vibrations of the pistons 1. Therefore, the bulk of the kinetic energy of the vibrational system is stored in flywheels and its relatively small part in the pistons and the oscillating mass of the environment. For small oscillation amplitudes of the pistons, the resonant frequency of torsional vibrations F is mainly determined by the total moment of inertia of the flywheels I and the excess pressure P (but not the average volume of the emitter’s air cavity, and not the immersion depth) in the source cavity 10:
, ,
где S - площадь поверхности поршней; R - радиус окружностей, вдоль которых шатуны 2 закреплены на фланцах 3, 4. При этом излучающие поршни 1 синфазно колеблются в радиальных направлениях с частотой 2F.where S is the surface area of the pistons; R is the radius of the circles along which the connecting rods 2 are mounted on the flanges 3, 4. In this case, the emitting pistons 1 in-phase oscillate in radial directions with a frequency of 2F.
Регулирование амплитуды излучаемого сигнала на рабочей частоте можно осуществлять как за счет изменения эффективного значения переменного тока якоря (элемент 5), так и за счет величины избыточного давления Р.The amplitude control of the emitted signal at the operating frequency can be carried out both by changing the effective value of the alternating current of the armature (element 5), and due to the excess pressure R.
Расчеты показывают, что если длина шатунов 2 равна радиусу окружности, вдоль которой шатуны подвижно закреплены на фланцах 3, 4, то радиальная составляющая колебаний концов шатунов, связанных с поршнями, близка к гармонической и нелинейные искажения излучаемого сигнала практически отсутствуют.Calculations show that if the length of the connecting rods 2 is equal to the radius of the circle along which the connecting rods are movably fixed on the flanges 3, 4, then the radial component of the oscillations of the ends of the connecting rods connected with the pistons is close to harmonic and the nonlinear distortions of the emitted signal are practically absent.
Каждый поршень связан с возбудителем колебаний двумя парами шатунов, причем угловые колебания шатунов по отношению к поверхности поршня в каждой паре противофазны, поэтому вредные тангенциальные нагрузки в подвесах поршней отсутствуют.Each piston is associated with an oscillation agent by two pairs of connecting rods, and the angular vibrations of the connecting rods with respect to the piston surface in each pair are out of phase, therefore there are no harmful tangential loads in the piston suspensions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008112508/09A RU2374744C1 (en) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Underwater vibration source with controlled resonance frequency |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008112508/09A RU2374744C1 (en) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Underwater vibration source with controlled resonance frequency |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2374744C1 true RU2374744C1 (en) | 2009-11-27 |
Family
ID=41476892
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008112508/09A RU2374744C1 (en) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Underwater vibration source with controlled resonance frequency |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2374744C1 (en) |
-
2008
- 2008-03-31 RU RU2008112508/09A patent/RU2374744C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0758455B1 (en) | Flextensional acoustic source for offshore seismic exploration | |
Yoshikawa et al. | Vibration of two concentric submerged cylindrical shells coupled by the entrained fluid | |
CA2651501C (en) | Driving means for acoustic marine vibrator | |
Merz et al. | Passive and active control of the radiated sound power from a submarine excited by propeller forces | |
US20130010573A1 (en) | Gas-filled bubble sound source | |
JP6906338B2 (en) | Double resonance single aperture seismic source | |
AU2011202819A1 (en) | Marine acoustic vibrator having enhanced low-frequency amplitude | |
US4941134A (en) | Sonic generator | |
EA031795B1 (en) | Marine seismic vibrator and seismic survey method | |
EA000282B1 (en) | Electrodynamic driving means for acoustic emitters | |
AU676027B2 (en) | Drive assembly for acoustic sources | |
JP7051050B2 (en) | Geophysical exploration method and sound source | |
JP2018526629A (en) | Double resonance source | |
RU2374744C1 (en) | Underwater vibration source with controlled resonance frequency | |
Morozov et al. | Underwater Infra-Sound Resonator for Long Range Acoustics and Seismic Survey | |
KR20160128312A (en) | Wave energy convertor | |
CN212441930U (en) | Displacement amplification type magnetostrictive transducer | |
AU2018204231A1 (en) | Continuous resonance marine vibrator | |
WO2017035144A1 (en) | Distributed seismic source array for use in marine environments | |
Armstrong et al. | Discussion of the finite-element modelling and performance of ring-shell projectors | |
RU2196699C1 (en) | Method of reducing pressure fluctuations of liquid in flow around object and device for method embodiment | |
US2699835A (en) | Acoustic testing method | |
CN212341471U (en) | Seismic source excitation device for marine oil and gas exploration | |
Morozov et al. | Experimental Marine Vibrator with a Helmholtz Bubble Resonator in the Frequency Range 5–16 Hz | |
US3123043A (en) | G bodine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130401 |