NO802342L

NO802342L - Utstyr av bunnplate og kapsling for seismisk transduktor

Info

Publication number: NO802342L
Application number: NO802342A
Authority: NO
Inventors: Delbert Wayne Fair
Original assignee: Conoco Inc
Priority date: 1979-08-08
Filing date: 1980-08-05
Publication date: 1981-02-09
Also published as: FI71023B; US4406345A; FI71023C; ES8103847A1; IL60768A0; IN152796B; ES494065A0; EP0024117A3; EP0024117B1; FI802484A7; IL60768A; DD152636A5; IE50036B1; IE801581L; CA1159138A; BG39980A3; EP0024117A2; TR21276A; ATE10400T1; PL132971B1

Description

Oppfinnelsen angår generelt omvandlere eller svingere for.frembringelse av vibrasjonssignaler i et elastisk medium, og særlig, men ikke som en begrensning, angår oppfinnelsen en forbedret konstruksjon av en bunnplate- og husmontasje for en omvandler som er særlig egnet for gene-rering av forholdsvis høyfrekvente, seismiske bølger i jorden.

En konvensjonell seismisk omvandler ifølge den kjente teknikk er vist i US^PS 3 745 885 (Fair et al.).

Denne kjente anordning omfatter en basis- eller bunnplate,

en reaksjonsmasse og et dobbeltstangendestempel som er anbrakt i en sylindrisk boring i reaksjonsmassen. Den nedre stangende er festet til bunnplaten og den øvre, stangende er festet til en øvre rammedel som også er forbundet med bunnplaten. Seismiske omvandlere av den type som er vist i inn-retningen ifølge det nevnte patentskrift, er vanligvis konstruert for drift i området 2-80 perioder pr. sekund.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en hus- og bunn-platekonstruks jon som er egnet for drift i et forholdsvis høyere frekvensområde, opp til og over ca. 25 0 perioder pr. sekund.

I en seismisk omvandler som er konstruert for drift med forholdsvis høy frekvens, er det to primære konstruksjons-parametre som må optimeres. For det første er det nødvendig at bunnplate- og huskonstruksjonen er så lett av vekt som mulig. For det andre må bunnplate- og huskonstruksjonen holdes så stiv som mulig, slik at den dynamiske kraft som overføres til jorden, vil være i fase over hele bunnplate-kontaktområdet. Den konstruksjon som forbinder den øvre ende av stempelstangmontasjen med bunnplaten, må ha tilstrekkelig stivhet til at krefter som overføres fra stangens øvre ende, forblir i fase med krefter som overføres til bunnplaten fra stangens nedre ende.

Den foreliggende oppfinnelse oppnår en slik lett, stiv hus- og bunnplatekonstruksjon ved å tilveiebringe en ramme eller et hus som er oppbygget av tre seksjoner eller deler. Den første del omfatter en flat plate som har forholdsvis liten diameter og er fastboltet til den øvre ende av. stempelskattet eller stempelstangen. Den flate plates ytre omkrets er stivt festet til den andre husdel som omfatter en stumpkonisk del med en sidevinkel på ca. 4 5° i forhold til den stumpkoniske dels akse. Den nedre ende av den stumpkoniske del er på sin side stivt festet til en sylindrisk trommeldel hvis bunnende er stivt festet til bunnplaten. Bunnplaten omfatter et sentralt nav med hvilket stempelstan-gens nedre ende er stivt forbundet. Øvre og nedre, parallelle kledningsplater strekker seg radialt utover fra de øvre og nedre ender av det sentrale nav, og et antall avstiv-ningsplater strekker seg radialt utover fra det sentrale nav for å tilveiebringe en stiv bunnplatemontasje som vil opprettholde i-fase-kraftoverføring og fastholdingskraftfor-deling over bunnplaten.

Den ifølge oppfinnelsen tilveiebrakte omvandlerinnretning er kjennetegnet ved de i patentkravene angitte, karakteriserende trekk.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et delvis gjennomskåret side-riss av en seismisk omvandler (transducer) ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et bunnriss av bunnplaten ifølge oppfinnelsen og viser bunnkledningsplaten delvis bortskåret slik at avstivningsplatene er godt synlige, fig. 3 viser et om-• snudd snittbilde av bunnplatemontasjen etter linjen 3 - 3 på fig. 2, fig. 4 viser et omsnudd snittbilde av bunnplaten etter linjen 4 4 på fig. 2 og viser spesielt den måte på hvilken avstivningsplatene og de øvre og nedre kledningsplater er montert, og fig. 5 viser et bunnriss av en annen ut-førelse av en bunnplate for benyttelse ved den foreliggende oppfinnelse.

Slik som vist på fig. 1, omfatter den seismiske omvandlerinnretning ifølge oppfinnelsen en basis- eller bunnplate 12 med en på denne montert, hydraulisk drevet vibratormontasje 14.

Den seismiske omvandler eller omformer er generelt festet til et kjøretøy 15, såsom en stor lastebil eller vogn, ved hjelp av et antall forlengbare bæresøyler 16 og 18 som tilveiebringer en anordning for utøvelse av en nedadret- tet kraft på bunnplaten 12 for å holde denne i inngrep med en jordoverflate 20. De forlengbare bæresøyler 16 og 18 er fjærende montert på bunnplaten 12 ved hjelp av en vibrasjons-isolasjonskonstruksjon, såsom luftputer 22 og en fleksibel holdeanordning 24, slik det er velkjent, i teknikken.

Bunnplatens 12 konstruksjon er best vist på fig.

2 og 3. Bunnplaten 12 omfatter et sentralt nav 26 med en øvre ende 28 og en nedre ende 30. En første, øvre kledningsplate 32 er stivt festet til navet 26 ved en sveis 34. En " andre, nedre kledningsplate 36 er stivt festet til det sentrale navs 26 nedre ende 30 ved en sveis 38. Den nedre kledningsplate 36 kan beskrives å være parallelt adskilt fra den øvre kledningsplate 32.

Et antall forsterkningselementer eller -ribber 40 har sine indre ender 41 fastsveiset til det sentrale nav 26 og strekker seg radialt utover fra navet. Forsterkningsrib-bene 4 0 er fortrinnsvis adskilt med like vinkler 42 rundt det sentrale navs akse 44. Dette bidrar til fordeling av dynamiske i-fase-krefter fra begge ender av stempelstangen over hele bunnplateområdet som er i kontakt med jorden.

Slik som best vist på fig. 2, er de øvre og nedre kledningsplater 32 og 36 i hovedsaken rektangulære av form. Et antall endeplater 46, 48, 50 og 52 er stivt forbundet rundt omkretsen og til de øvre og nedre kledningsplater 32 og 36 ved hjelp av hvilken som helst vanlig anordning, f.eks. ved sveising. De øvre og nedre kledningsplater 32 og 36 og endeplatene 46, 48, 50 og 52 avgrenser en innelukket, parallellepipedisk konstruksjon. De ytre ender av forsterk-ningsribbene 40 er også stivt festet til den ene av endeplatene 46, 48, 50 eller 52, f.eks. ved sveising, som vist for eksempel ved 54. Ytterligere, tverrgående forsterkningsplater 56 er anordnet under motstående bæresøyler 16 og 18.

Måten for fremstilling av de øvre og nedre kledningsplater 32 og 36 og de radialt forløpende forsterknings-ribber 40 er best vist på fig. 4. Den øvre kledningsplate 3 2 er fortrinnsvis et kontinuerlig eller uavbrutt element som vist på fig. 4, idet en øvre kant 57 av en forsterknings-ribbe 4 0 støter opp mot den øvre kledningsplates 32 nedre

overflate 58 og er forenet ved hjelp av sveiser 60.

Den nedre kledningsplate 3 6 er imidlertid fortrinnsvis fremstilt av et antall bløtkakeformede stykker, f.eks. 61 og 63, som er adskilt over en nedre kant 65 av forsterkningsplater 40. De bløtkakeformede stykker 61 og 63 er deretter sveiset til øvre kanter 65 av forsterkningsrib-ber 40, som vist ved 67. Slisser 71 tilveiebringer adkomst for hullsømsveising av forsterkningsplatene 56 til bunnplaten 36.

Idet det på nytt henvises til fig. 1, består vibra-tormontasjen 14 av en reaksjonsmasse 64 som skal beskrives nærmere nedenfor og som har en sylindrisk boring 66 i hvilken et dobbeltstangendestempel 68 er anbrakt for frem- og tilbakegående påvirkning. En sådan reaksjonsmassekonfigurasjon er velkjent .på området hydraulisk drevne, seismiske vibra-torer .

Dobbeltstangendestempelet 68. omfatter et stempel

70 som er resiprokerende anbrakt i en sylinder 72. Øvre og nedre stempelstenger 74 hhv. 76 strekker seg fra stempelan-ordningen 70. Den nedre ende av den nedre stempelstang 76

er opptatt i en sentral utsparing eller fordypning 62 i det sentrale nav 26 og er festet til det sentrale nav ved hjelp av bolter 77. Den øvre stempelstang 74 er ved hjelp av bolter 79 stivt forbundet med et reaksjonsmassehus 78 som kan beskrives som om det„tilveiebringer en anordning for stiv forbindelse av den øvre stempelstang 74 med bunnplaten 12.

Huset 78 omfatter tre seksjoner eller deler 80, 82 og 84, og kan også beskrives som en rammeanordning. Den første del 80 kan. beskrives som en flat platedel med et radialt indre parti 86 som er stivt festet til den øvre stempelstang 74 ved hjelp av bolter 79. Et ytre parti 88

av platedelen 80 er stivt forbundet med den andre del 82, f.eks. ved sveising som vist ved 90. Den andre del 82 kan generelt beskrives som en stumpkonisk del som har en ende 9 2 med mindre diameter, og en ende 9 4 med større diameter.

Den stumpkoniske del 82 danner en vinkel 96 med en linje

som er parallell med dobbeltstangendestempelmontasjens 68

akse 44. Vinkelen 96 kan variere med forskjellige konstruk-

sjoner, men ligger fortrinnsvis i området 40° - 50° og er optimalt ca. 4 5°.

Etter hvert som vinkelen 96 økes mot sitt maksimum på 90°, vil konstruksjonen av den stumpkoniske del 82 nærme seg en fullstendig flat platedel. Et hovedproblem med en fullstendig flat del er at denne flate del, for å oppnå den nødvendige stivhet for høyfrekvensdrift, måtte ha et mye tykkere tverrsnitt og tilsvarende høyere vekt enn hva som er nødvendig med den stumpkoniske del ifølge oppfinnelsen. Ved tilveiebringelse av den stumpkoniske del 82, blir kreftene fra den øvre stempelstang 74 i stor grad overført som kompre-sjons- og strekkrefter i den forholdsvis tynne plate som ut-gjør den stumpkoniske del 82, i motsetning til overføring nesten utelukkende ved hjelp av bøyekrefter i en flat platedel.

På den annen side bør vinkelen 96 ikke gjøres alt-for liten, på grunn av at når vinkelen 96 avtar under 45°, øker den nødvendige diameter av den flate plate 80. Dersom vinkelen 96 i siste instans ble redusert til 0°, ville konstruksjonen på nytt ha degenerert til en konstruksjon med. en flat toppdel med en diameter som nærmer seg diameteren av den sylindriske del 84. Det er av disse grunner at vinkelen 96 optimalt velges lik ca. 45°.

Den tredje seksjon eller del 84 av huset 78 er en

i hovedsaken sylindrisk del omfattende en sylinder 98 med øvre og nedre flenser 100 hhv. 102. Et første antall radialt adskilte forsterkningsplater 104 er innkoplet mellom sylinderens 98 ytre overflate 106 og den øvre endeflens 100. Platene 104 forsterker flensen 100 for å hindre en eventuell betydelig radial utvidelse av den sylindriske del 84, samtidig som de også fordeler påkjenning fra flenssveisdelene.

Et andre antall radialt adskilte forsterkningsplater 108 er innkoplet mellom den ytre overflate 106 og den nedre flens 102. Disse andre forsterkningsplater 108 har varierende lengder slik at de krefter som påføres på den sylindriske del 84 ved platene 108, fordeles optimalt langs lengden av den sylindriske del 84. Platene 108 tjener også til å dempe indre resonans i den sylindriske del 84.

Den øvre, flate platedel 80 av huset 78 omfatter også portpassasjer, f.eks. en gjennom delen anordnet pas-sasje 110 som kopler en portpassasje 112 i stempelstangmontasjen 68 fra sylinderens 7 2 nedre ende til en servoventil-montasje 114, og denne kan beskrives generelt som en kilde for hydraulisk fluidum under trykk. En liknende portanordning (ikke vist) i stangmontasjen 68 forbinder servoventilen 114 med drivsylinderens 72 øvre ende, dvs. over stempelet 70. Ytterligere andre porter gjennom platedelen 80 og stangmontasjen 68 tilveiebringer hydraulisk fluidumstrøm for masse-forspennings- og tetnings-tilbaketappings-funksjonene, slik det er velkjent i teknikken, men disse porter er ikke nærmere vist og beskrevet.

Reaksjonsmassemontasjen 64 har liknende form som husets 78 indre volum og er avgrenset av et sylindrisk parti 116 og. et stumpkonisk parti 118 som strekker seg fra en ende. av det sylindriske parti 116.

Fig. 5 viser en alternativ konstruksjon som består av en rund plate 32a, en nedre kledningsplate 3 6a, radialt forløpende forsterkningsplater" 40a og en sirkulær endeplate 46a. For å oppnå ensartet, i-fase-kraftfordeling over bunnplaten, kan den sirkulære konstruksjon på fig; 5 være å foretrekke fremfor den rektangulære konstruksjon på fig. 2. Andre faktorer, såsom bekvem montering av den seismiske omvandler 10 på kjøretøyet 15, kan imidlertid diktere benyttelse av en rektangulær bunnplate.

Den seismiske omvandler, og særlig bunnplaten 12

og huse't eller rammen 78, er spesielt konstruert for opera-sjon i et bredt frekvensområde opp til og over 250 perioder pr. sekund. Ved konstruksjon av en omvandler for drift i de høyere seismiske frekvensbånd, dvs. over ca. 80 perioder pr. sekund, er en viktig konstruksjonsparameter den naturlige frekvens eller egenfrekvensen til det fjærmassesystem som er representert ved massen av bunnplaten 12 og huset 78, og fjærkonstanten til det innelukkede hydrauliske fluidum mellom servoventilen 114 og stempelet 70. Denne egenfrekvens bør ligge over driftsfrekvensområdet.

Denne egenfrekvens er omvendt proporsjonal med , kvadratroten av massen/av bunnplaten 12 og huset 78, og egenfrekvensen kan derfor heves ved å redusere vekten av disse komponenter.

Drift ved høyere frekvens øker dessuten behovet for en stiv bunnplate og et stivt hus for å sikre at krefter som overføres gjennom bunnplaten og huset til jorden, forblir i det vesentlige i fase. Det er ønskelig at det er en faseforskjell på ikke mer enn 90°, og fortrinnsvis betydelig mindre enn dette, over hele det område av bunnplaten 12 som kontakter jorden. Bunnplaten og huset må selvsagt også være tilstrekkelig sterke til å tåle de overførte krefter uten konstruksjonssammenbrudd.

En sådan lett, stiv og sterk bunnplate- og hus-konstruksjon er tilveiebrakt ved hjelp av den foreliggende seismiske omvandler. I operasjonsområdet rundt ca. 250 perioder pr. sekund kan forskyvningen av bunnplaten 12 være av størrelsesorden 0,15 tusendels mm toppverdi, avhengig av jordmediet under bunnplaten. For å opprettholde i-fase-overføring av krefter via huset 78, er den tillatelige av-bøyning inne i huset 78 av størrelsesorden 1/10 eller mindre av bunnplatens 12 forskyvning. Den nødvendige stivhet av huset 78 for å oppnå denne lille avbøyning, tilveiebringes ved hjelp av foran beskrevne konstruksjon, samtidig som en forholdsvis lav vekt også opprettholdes. Den nødvendige styrke av huset 78 tilveiebringes ved bruk av høy-holdfast stål. På liknende måte bør også avbøyningen eller nedbøy-ningen i bunnplaten 12 være av størrelsesorden 1/10 eller mindre av bunnplatens.12 forskyvning.

Det innses således at bunnplate- og husmontasjen i den seismiske omvandler ifølge oppfinnelsen oppnår både de formål og fordeler som er nevnt, og de som er iboende i konstruksjonen. Selv om for tiden foretrukne utførelser er blitt vist og beskrevet, kan det gjøres tallrike endringer og modifikasjoner av disse utførelser uten at oppfinnelsens ramme fravikes.

Claims

Omvandlerinnretning for frembringelse av bølger i et elastisk medium, omfattende en bunnplateanordning for inngrep med en overflate av det elastiske medium, en reaksjonsmasse med en gjennom denne forlø pende sylinderboring, et dobbeltstangendestempel som er anbrakt i boringen slik at reaksjonsmassen drives i resiprokerende bevegelse i forhold til stempelet, idet en første stangende av stempelet er stivt forbundet med bunnplateanordningen, og en husanordning for stiv forbindelse av en andre stangende av stempelet med bunnplateanordningen, karakterisert ved at husanordningen omfatter en stumpkonisk del som har en ende med mindre diameter stivt forbundet med den nevnte andre stangende, og en ende med større diameter stivt forbundet med bunnplateanordningen.
2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den stumpkoniske del danner en vinkel i området fra ca. 40° til 50° med en lengdeakse av stempelet.
3. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at husanordningen omfatter en sylindrisk del med en før-ste ende som er stivt forbundet med bunnplateanordningen, og en andre ende som er stivt forbundet med den ende av den stumpkoniske del som har størst diameter.
4. Innretning ifølge krav 3, karakterisert ved at den sylindriske del omfatter en sylinder, første og andre radialt utragende ender som er forbundet med sylinderen ved henholdsvis de første og andre ender av den sylindriske del, og første og andre antall av radiale forsterkningsplater som er innkoplet mellom sylinderens ytre overflate og henholdsvis de første og andre flenser.
5. Innretning ifølge krav 4, karakterisert ved at forsterkningsplatene av det første antall forsterkningsplater har varierende lengder.
6. Innretning ifølge krav 3, karakterisert ved at den stumpkoniske del danner en vinkel på ca. 45° med sin lengdeakse.
7. Innretning ifølge krav 3, karakterisert ved at husanordningen videre omfatter en platedel med et radialt indre parti som er stivt forbundet med den andre stempelstangs ende, og et ytre parti som er stivt forbundet med den'ende av den stumpkoniske del som har minslt diameter.
8. Innretning ifølge krav 7, karakterisert ved at platedelen omfatter en portanordning for å sette en kilde for hydraulisk fluidum under trykk i forbindelse med porter som er beliggende i dobbeltstangendestempelet.
9. Innretning ifølge krav 3, karakterisert ved at reaksjonsmassen har en form som er definert ved et sylindrisk parti med et stumpkonisk parti som strekker seg fra en ende av det sylindriske parti.
10.. Innretning ifølge krav 9, karakterisert ved at reaksjonsmassens stumpkoniske parti danner en vinkel med sin lengdeakse som er i hovedsaken lik den vinkel som dannes av husanordningens stumpkoniske del.
11. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at bunnplateanordningen omfatter en navanordning som er stivt forbundet med den første stempelstangende, første og andre adskilte, parallelle plater som strekker seg radialt utover fra navanordningen, og et antall forsterkningsplater som strekker seg radialt fra navanordningen, idet forsterkningsplatene er stivt festet til navet og hver av de første og andre, adskilte plater.
12. Innretning ifølge krav 11, karakterisert ved at de radialt forløpende forsterkningsplater er likt vinkelmessig adskilt rundt navanordningens akse.
13. Innretning ifølge krav 11, karakterisert ved at bunnplateanordningen er en sirkulær bunnplateanordning.
14. Innretning ifølge krav 11, karakterisert ved at bunnplateanordningen er rektangulær og omfatter første, andre, tredje og fjerde endeplater som på stiv måte forbinder de første og andre adskilte plater for å av-grense et innelukket parallellepiped.
15. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at husanordningen videre omfatter en platedel med et radialt indre parti som er stivt forbundet med den andre stempelstangende, og et ytre parti som er stivt forbundet med den ende av den stumpkoniske del som har minst diameter. -
16. Seismisk omvandlerinnretning, karakterisert ved at den omfatter en bunnplateanordning for inngrep med en overflate av jorden og frembringelse av seismiske bølger i denne, idet bunnplateanordningen er konstruert slik at dynamiske krefter som overføres fra omvandleren til jorden, er i hovedsaken i fase over hele det bunnplateareal som er i kontakt med jorden, idet bunnplateanordningen omfatter et sentralt nav, første og andre, innbyrdes adskilte kledningsplater som strekker seg radialt utover fra de t sentrale nav, og et antall forsterkningselementer som strekker seg radialt fra navet, idet forsterkningselementene er stivt festet til de første og andre adskilte kledningsplater; en reaksjonsmasse med en gjennom denne forløpende sylindrisk boring, et dobbeltstangendestempel som er anbrakt i sylinder-boringen slik at reaksjonsmassen drives hydraulisk i frem-og tilbakegående bevegelse i forhold til stempelet, idet en første stangende av stempelet er stivt forbundet med det sentrale nav, og en rammeanordnihg ' for stiv forbindelse av en andre stangende av stempelet med bunnplateanordningen.
17. Innretning ifølge krav 16, karakterisert ved at rammeanordningen ér en stiv rammeanordning med en konstruksjonsavbøyning som er mindre enn ca. 1/10 av en forskyvning av bunnplateanordningen ved høyfrekvensenden av det tilsiktede frekvensområde.
18. Innretning ifølge krav 16, karakterisert ved at bunnplateanordningen har en konstruksjonsav-bøyning som er mindre enn ca. 1/10 av den nevnte forskyvning av bunnplateanordningen ved høyfrekvensenden av det tilsiktede frekvensområde.
19. Innretning ifølge krav 16 eller 17, karakterisert ved at rammeanordningen omfatter en stumpkonisk del med en ende som har mindre diameter og er stivt forbundet med den andre stangende, og en ende som har større diameter og er stivt forbundet med bunnplateanordningen.
20. Innretning ifølge krav 16, karakterisert ved at rammeanordningen omfatter en platedel som er stivt forbundet med den andre stempelstang, en stumpkonisk del med en ende som har mindre diameter og er stivt forbundet med platedelen, og en sylindrisk del med en før-ste ende som er stivt forbundet med bunnplateanordningen,

og en andre ende som er stivt forbundet med den ende av den stumpkoniske del som har størst diameter, idet rammeanordningen er tilstrekkelig stiv til at krefter som overføres fra den andre stempelstangende via rammeanordningen til bunnplateanordningen, er i hovedsaken i fase med krefter som overføres fra den første stempelstangende til bunnplateanordningen.
21. Innretning ifølge krav 16, karakterisert ved at den omfatter en fastholdelsesanordning som hviler på motsatte sider av bunnplateanordningens første og andre adskilte kledningsplater, og en tverrgående plateanord-ning som er anbrakt mellom de første og andre adskilte kledningsplater på de nevnte motsatte sider av bunnplateanordningen.